第１章 緒論
3.3 実験結果および考察
Fig.3-2 に昇温過程における各試料のX線回折パターンの変化を示す。H80およびH90
の X 線回析パターンの変化は同様な形態を示し、温度上昇に伴い、固相内拡散が十分に早 くなり、CF相の生成が確認された。M80およびM90のX線回析パターンの変化は温度上 昇に伴い、マグネタイトの酸化反応によるヘマタイト相の生成が確認され、さらに温度が上 昇すると、CF相の生成が確認された。どの試料においても、固相内拡散により初期に生成 されるカルシウムフェライトはモノカルシウムフェライト（CaO・Fe2O3）であることがわ かった。
1100℃
1054－1073℃
995－1014℃
934－953℃
20 30 40 50
2θ（deg）
1100℃
1047－1066℃
927－946℃
20 30 40 50
2θ（deg）
987－1006℃
1073－1092℃
1013－1032℃
20 30 40 50
2θ（deg）
1100℃
1053－1072℃
993－1012℃
20 30 40 50
1100℃
2θ（deg）
H80 M80
H90 M90
Fe2O3 CaO
CaO・Fe2O3 Fig.3-2 X-ray diffraction pattern of samples(H80,H90,M80 and M90) heating
at 50°C/min under Air.
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そこで、本研究における初期カルシウムフェライト生成開始温度域の決定方法をFig.3-3 に示す。今回は、モノカルシウムフェライトの第１ピーク 2θ≒33.45°が確認された温度 を基に定義した。
各試料の初期カルシウムフェライト生成開始温度域をTable 3-2に示す。マグネタイトを 使用した場合がヘマタイトに比べ、初期カルシウムフェライト生成開始温度域が低温であ ることがわかる。一方、酸化鉄重量割合に関してはカルシウムフェライト生成開始温度域に 大きな影響を及ぼさなかった。このことより、初期カルシウムフェライト生成温度域がマグ ネタイトとヘマタイトでは異なり、マグネタイトを使用した方が低温でカルシウムフェラ イトを生成することが可能であり、マグネタイトは1000℃以下でもカルシウムフェライト 生成が可能であるとこが示された。
Temperature (℃)
993－1012℃
1012
993 1053 1072
1053－1072℃
n-1 n
Initial calcium ferrite formation start temperature area
Fe2O3 CaO CaO・Fe2O3
CaO・Fe2O3Peak 2θ≒33.45°
Fig.3-3 Method to decide Initial calcium ferrite formation start temperature area.
Initial calcium ferrite formation start temperature area
H80 1000-1060℃
M80 941-1002℃
H90 1020-1080℃
M90 934-993℃
Table 3-2 Initial calcium ferrite formation start temperature area.
44
次に、X線回析結果より、カルシウムフェライト生成量について定量分析を行った。本研 究では、全回析パターン分解法（WPPD 法）を用いて、実験結果と分析計算結果のフィッ ティングを行い、定量分析を行った。1100℃における各試料の定量分析結果をTable 3-3に 示す。今回、X2（カイ二乗）≒1であり、分析結果は正確であると考えられる。定量分析の 結果から、マグネタイトの方が固相間反応で生成される初期カルシウムフェライト生成重 量割合が大きいことがわかる。
以上のことより、融液生成前の低温域においては、マグネタイトの方がヘマタイトよりカ ルシウムフェライト生成には有利であることがわかった。焼結層上部は熱不足の低温度域 において、マグネタイトを用いることでヘマタイト使用時より固相間反応によるカルシウ ムフェライトを多く生成し、高強度焼結鉱ができ、焼結鉱製品歩留まりの向上が期待できる。
Table 3-3 Quantitative phase analysis of samples (H80,M80,H90,M90) at 1100°C in air.
CaO Fe₂O₃ CaO ・ Fe₂O₃
H80 13.4 64.3 22.3
M80 7.5 60.9 31.6
H90 5.5 74.5 20.0
M90 0 67.8 32.2
45 3･4 結言
酸化雰囲気における酸化鉄－CaO 混合試料の固相間反応挙動について昇温加熱装置を備 えた全自動水平型多目的X線解析装置を用いて結晶構造変化のin-situ観察を行い、以下の 結果を得た。
1. 昇温過程におけるX線回折パターンの変化より、ヘマタイト‐CaO混合試料およびマ グネタイト‐CaO 混合試料においてカルシウムフェライト相の生成を確認することが できた。また、初期カルシウムフェライト生成開始温度域はヘマタイト混合試料よりマ グネタイト混合試料の方が低温であった。
2. 定量分析結果より初期カルシウムフェライトはヘマタイトよりマグネタイトの方が多 く生成する傾向が確認された。
3.
マグネタイト混合試料はヘマタイト混合試料より低温でカルシウムフェライトを生成 し、また、生成量の面でもヘマタイトより多いことがわかった。この特性は焼結層上層 部の強度向上に有効であると考えられる。46 引用文献
1) Y. Hida, J. Okazaki, K. Itoh and M. Sasaki:Tetsu-to-Hagané, 73(1987), 1893.
2) M. Sasaki and T. Nakazawa:Tetsu-to-Hagané, 54(1968), 1217.
3) A.A. El-Geassy, K.A. Shehata and S.Y. Ezz : Iron and Steel Int., 49(1976), 427.
4) Schneider, A. and Koch, K. : Arch. Eisenhuttenwes., 49(1978), 469.
5) A.van Sandwijk and K.Koopmans : Science of Ceramics, 10(1979), 403.
6) T.L.-B.D.Springer Materials, Physical properties of Al2O3, (2011).
7) D.F.K.Becker and J.S.Kasper: Acta Crystallographica, 10(1957), 332.