脆性成形体及采用该脆性成形体的压块 【技术领域】
本发明涉及一种能够有效利用铁系金属的磨削屑的脆性成形体及采用其的压块(briquette)。
背景技术
在磨削(以下，以也包括研磨、超精加工研磨及磨光等的概念使用)淬火后的轴承钢或渗碳钢等铁系金属时产生的切削屑，作为含有水分及油分的研磨液或砂粒等的棉状(纤维状)凝聚体回收。该棉絮状凝聚体，由于含有大量的纯铁，一直在尝试将其作为炼钢原料加以再利用。但是，由于该棉絮状凝聚体含有大量的水分，如果将其直接投入熔化炉，因该水分，引起产生突沸(水蒸汽爆发)的问题。为此，考虑通过离心分离等去除棉絮状凝集体中的水分的方法，但在此种情况下，也与水分一同去除含在棉絮状凝集体中的油分，因棉絮状凝集体的自然发热，磨削屑的成分中的纯铁会变质成氧化铁。因此，在将其作为炼钢原料再利用时，需要进行还原，因使用还原剂等，还增加成本。
此外，由于附着了上述油分的磨削屑相互密接困难，因此即使直接压缩成形棉絮状凝集体，也难按所要求的强度固形化。此外，关于多含碳含量在0.2重量％以上地铁系金属的磨削屑的棉絮状凝集体，由于压缩时的弹性变形回复大，所以即使将其压缩成形，也难按所要求的强度固形化。因此，即使将压缩成形的棉絮状凝集体投入熔化炉，也存在一边飞溅一边上飘，大半被集尘器回收的问题。
另外，含在上述棉絮状凝集体中的纤维状的磨削屑，由于难于用锤式粉碎机等粉碎，因此不能细剪断棉絮状凝集体。因此，也难于将棉絮状凝集体加工成压块等。
所以，现状是，不再利用上述棉絮状凝集体，委托废弃物处理者填埋处置。
但是，如此的棉絮状凝集体的填埋处置，从资源的有效利用的观点考虑，不理想。此外，还存在引起环境恶化，同时增加废弃成本的问题。
【发明内容】
本发明是针对上述问题而提出的，目的是提供一种能够有效再利用磨削屑的脆性成形体及采用其的压块。
用于实现上述目的的本发明的脆性成形体，是将含有铁系金属的磨削屑和包括油分及水分的磨削液的棉絮状凝集体压缩成形成规定形状的脆性成形体，其特征在于：松密度在1.5以上；在其表面侧，与内部侧相比，形成高密度且高硬度的强化层(技术方案1)。
如此构成的脆性成形体，由于松密度在1.5以上，同时在其表面侧形成强化层，因此能够确保所要求的强度及形状维持性。因此容易进行传送及其他操作。此外，由于含有大量的纯铁，因此，例如能够作为高质量的炼钢原料用压块的材料或烧结金属的材料等再利用，有利于环境保护，同时还能够削减磨削屑的废弃处置成本。而且，由于是松密度在1.5以上的多孔质体，因此容易使固形化辅助剂浸透到其内部深处。所以，即使其内部，也能够容易强化。另外，如果松密度小于1.5，越小，越容易使固形化辅助剂浸透到其内部深处，但相反，难于确保所要求的强度。
上述棉絮状凝集体，可以在含有淬火后的铁系金属的磨削屑的棉絮状凝集体中，混合含有未淬火的铁系金属的磨削屑的棉絮状凝集体(技术方案2)。此时，通过未淬火的铁系金属的磨削屑，能够容易固形化含有淬火的铁系金属的磨削屑的棉絮状凝集体。此外，还能够提高脆性成形体的松密度及强度。另外，在此种情况下，优选以30～50重量％的比例混合含有未淬火的铁系金属的磨削屑的棉絮状凝集体(技术方案3)，由此能够更进一步有效地提高脆性成形体的松密度及强度。
上述脆性成形体，优选含油率为1～12重量％(技术方案4)，此时，能够按适度的硬度固形化，同时通过少量的残余油分，能够有效地防止作为磨削屑的成分的纯铁氧化。
作为上述铁系金属，可以含有0.2重量％以上的碳(技术方案5)，对于如此弹性变形回复大的铁系金属的磨削屑，也能够通过上述压缩成形有效地剪断，强固地固形化。
此外，本发明的压块，是含有粉状纯铁和油分的干燥的压块，其特征在于：用在其内部含浸的固形化辅助剂，强化技术方案1～5中任何一项记载的脆性成形体(技术方案6)。
如此构成的压块，由于用固形化辅助剂进一步强化上述脆性成形体，因此形成不易破损的强固的压块，容易进行传送、贮藏等操作。特别是，由于上述脆性成形体的松密度在1.5以上，而且在其表面形成强化层，因此更不容易破损。此外，由于使固形化辅助剂浸透到脆性成形体的内部深处，因此也能够有效提高其内部的强度。另外，由于是干燥的固形物，所以，例如即使投入熔化炉，也无产生突沸或上飘的顾虑。而且，由于含有油分，所以能够防止粉状的纯铁氧化。因此，能够特别适合用作钢铁原料用的压块。
作为上述固形化辅助剂，优选至少是从胶态硅石、硅酸钠、磷酸铝、沥青乳剂中选择的一种(技术方案7)。由此，尽管含有油分，也能够得到有效强化的压块。因此，更容易进行传送、贮藏等操作。
上述固形化辅助剂，优选含有2～30重量％(技术方案8)，由此，能够得到更有效强化的压块。
【附图说明】
图1是表示本发明的一实施方式的脆性成形体的立体图。
图2是表示上述脆性成形体的断面的概略图。
图3是表示脆性成形体的压缩破坏强度的曲线图。
图4是表示脆性成形体及压块的制造方法的工序图。
【具体实施方式】
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的一实施方式的脆性成形体的立体图。该脆性成形体Z，是通过圆柱形压缩成形包括磨削加工淬火的铁系金属时产生的磨削屑和含有油分及水分的磨削液的棉絮状凝集体C(参照图4)，而形成固形化的。
上述脆性成形体Z，以松密度达到1.5以上的方式压缩成形，由此，剪断纤维状的磨削屑，构成具有适度的油分和空隙的多孔质的脆性体。此外，按1～12重量％调整其含油率。
此外，在脆性成形体Z的表面侧，与其内部侧相比，形成高密度且高硬度的强化层K(参照图2)。该强化层K，例如在采用圆柱形，直径60～70mm、高30～40mm的脆性成形体Z的时候，从表面形成到达到0.3～7.0mm的深度的范围内，其硬度计硬度A在90以上，对于中心部附近的硬度计硬度A，硬化10～30以上，而松密度相对于中心部附近的松密度，提高0.5～1以上。
上述脆性成形体Z，通过残留的油分，能防止作为磨削屑的成分的纯铁氧化。此外，由于松密度在1.5以上，同时在表面侧形成强化层K，所以能够确保所要求的强度及形状维持性。因此，在传送等操作时不容易崩裂。此外，由于上述脆性成形体Z的含油率为1～12重量％，所以在以适度的硬度固形化的同时，还能够利用该少量的残留油分，有效地防止作为磨削屑的成分的纯铁氧化。
作为上述铁系金属，也可以采用含碳量在0.2重量％以上的铁素金属。如此的铁系金属的磨削屑，弹性变形回复大，固形化困难，但通过采用压缩成形，能够排除弹性变形回复的影响，有效地剪断该磨削屑，从而能够进行其固形化。另外，作为含碳0.2重量％以上的磨削屑的代表例，可以列举轴承钢的磨削屑。
上述脆性成形体Z，通过含浸固形化辅助剂D，进行强化，例如，适用于作为钢铁原料用的压块(参照图4(g))。作为上述固形化辅助剂D，优选采用从胶态硅石、硅酸钠、磷酸铝、沥青乳剂中选择的至少一种，由此，尽管含有油分，也能够更加强固压块B。此外，上述固形化辅助剂D的含有比例，优选在2～30重量％，由此，能够更进一步强固压块B。另外，作为上述固形化辅助剂D，也可以采用醋酸乙烯等。
上述压块B，由于用固形化辅助剂D进一步强化上述脆性成形体Z，所以达到在传送、贮藏等操作时更不易破损的强固程度。特别是，由于上述脆性成形体Z的松密度在1.5以上，并且通过固形化辅助剂D，可有效地固化其表面侧的强化层K部分，因此能达到更加不易破损的强固程度。而且，由于脆性成形体Z是松密度在1.5以上的多孔质体，能够使固形化辅助剂D无障碍地浸透到其内部深处，由此也能够有效提高其内部的强度。因此，即使在万一破损时，内部也无粉状飞溅的顾虑。此外，由于是干燥的固形物，所以，即使例如投入熔化炉，也无产生突沸或上飘的顾虑。而且，由于含有油分，所以能够防止粉状的纯铁氧化。因此，特别适合用作钢铁原料用的压块B。
图3是表示对比重分别不同的脆性成形体及压块进行压缩破坏试验的结果的曲线图。用于该压缩破坏试验的脆性成形体及压块，为外径6.6cm、宽3.5cm的圆柱形，脆性成形体的松密度为1.3～2.5，压块的松密度为1.5～2.8的范围。此外，上述脆性成形体是采用磨削淬火后的铁系金属得到的棉絮状凝集体而制成的。为得到上述压块而含浸在脆性成形体中的固形化辅助剂，是含有大约10重量％的硅酸钠的水溶液，在脆性成形体中，可含浸其体积的大约20％的上述水溶液。压缩破坏试验，是向径向外周的相对置的2个地方加压，测定破坏时的负荷。另外，将负荷速度设定为1mm/分钟。
由图3可以看出，相对于松密度不足1.5的脆性成形体的压缩破坏加重为150N以下的非常脆的脆性成形体，松密度1.5以上的脆性成形体的压缩破坏加重为240N～1600N的范围，不容易被破坏。此外，关于压块的破坏强度，为2900～4200N，确认能够确保良好的强度。特别是作为炼钢用压块，所需要的压缩破坏加重大约在2000N以上，确认能够充分确保该压缩破坏加重。
另外，关于磨削淬火后的铁系金属时产生的棉絮状凝集体C，因其材质的不同，有时难于压缩成形，但在此种情况下，通过在该棉絮状凝集体C中混合磨削未淬火的铁系金属时产生的棉絮状凝集体C，能够容易且强固地压缩成形。该未淬火的铁系金属的棉絮状凝集体C，优选混合30～50重量％，由此能够得到松密度3.0～4.5、破坏强度2000～3000N的极高密度且高强度的脆性成形体Z。此外，通过在该脆性成形体Z中含浸固形化辅助剂D，能够得到破坏强度3100N以上的压块B。
图4是表示上述脆性成形体Z及压块B的一例制造方法的工序图。在脆性成形体Z的制造中，首先加压压缩磨削屑的棉絮状凝集体C(参照图4(a))，预备调整含在该棉絮状凝集体C中的磨削液的成分即水分及油分的含量。该棉絮状凝集体C的加压压缩，例如通过一边用传送带1传送，一边夹在一对辊2之间进行(参照图4(b))。但是，该水分及油分的调整，还有利用单一的喷吹空气或空气压缩进行的方法或采用磁式的分选机的方法。此时，棉絮状凝集体C，优选在不超过50重量％的范围内调整含水率，在不超过50重量％的范围内调整含油率，由此，容易进行棉絮状凝集体C的传送、贮藏等操作。
下面，通过采用成形机3，例如利用液压机，压缩成形调整了水分及油分的含量的上述棉絮状凝集体C，得到脆性成形体Z(参照图4(c))。此时，压缩棉絮状凝集体C，使脆性成形体Z的松密度达到1.5以上。通过该压缩成形，剪断包含在棉絮状凝集体C中的螺旋纤维状的磨削屑，同时在表面侧形成强化层K。此外，控制棉絮状凝集体C的压缩速度、压缩时的排水量及废油量等，以使含水率达到2～12重量％，含油率达到1～12重量％。此时，在上述工序中，由于在棉絮状凝集体C的含水率不超过50重量％、含油率不超过50重量％的范围内预先调整，所以能够容易且适当调整上述脆性成形体Z的水分及油分的含有比例。
接下来，在上述脆性成形体Z中含浸液状的固形化辅助剂D。该固形化辅助剂D的含浸是通过例如一边由传送带7传送脆性成形体Z，一边浸渍于注入到储罐8中的上述固形化辅助剂D中而进行的(参照图4(d))。
然后，通过养生(干燥)含浸上述固形化辅助剂D的脆性成形体Z(参照图4(e)、(f))，得到压块B(参照图4(g))。通过该养生，向表面侧移动浸透在脆性成形体Z的内部的剩余的固形化辅助剂D，在蒸发一部分的同时，其余的残留在密度高的强化层K部分，有效地强化该强化层K部分。
通过以上得到的脆性成形体Z，由于包括加工过程中在内通常保持磨削液的部分油分，能够有效地防止作为磨削屑的成分的纯铁的氧化。此外，由于以通常保持磨削液的部分油分的状态制造压块B，所以能够有效地防止纯铁的氧化。例如，关于采用含有轴承钢(SUJ-2)的磨削屑的棉絮状凝集体C制造的压块B，确认含有70重量％以上的纯铁。因此，熔化成品率非常高，达到70％以上，能够作为高质量的炼钢原料，有偿提供给炼钢厂。
此外，上述压块B的制造方法，由于不需要通过粉碎棉絮状凝集体C进行微细化的工序，就能够使该棉絮状凝集体C固形化，所以能够高效率制造压块B。
另外，当在上述脆性成形体Z中含浸固形化辅助剂D时，也可以利用水或溶剂等稀释固形化辅助剂D，在此种情况下，能够使固形化辅助剂D更容易且迅速浸透到脆性成形体Z的内部深处，同时，对于像硅酸钠这样含有硅的固形化辅助剂D，能够通过该稀释减少硅的用量，因此能够进一步减少杂质，更适合作为炼钢原料。
此外，上述脆性成形体Z，除上述圆柱形外，也能够形成球形、方柱形等容易操作的形状。
另外，本发明的脆性成形体Z，通过细粉碎，除上述炼钢原料用的压块B以外，也可以以烧结金属用的粉末原料或以作为磁性材料用途的树脂等的添加材料再利用。