JP2004216347A - 球状粉末製造装置および球状粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した球状化品質を、低コストで得ることのできる球状粉末製造装置および球状粉末の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】球状粉末製造装置１０にて、チャンバ２０内でバーナ３０によって生成される燃焼炎Ｆ中に、原料粉末１００ａとして顆粒粉末を投入して球状の処理粉末１００ｃを得る構成とし、チャンバ２０内の上部に気流発生部６０を設け、チャンバ２０の上方から下方に向かうエアカーテン状の気流Ａを形成するようにした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状粉末製造装置および球状粉末の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、塗料、コンポジット材料等のセラミックスフィラーの製造において、粉末の分散性、充填性、および流動性を向上させるために、粉末の粒子には、球状で表面が平滑である等の特性が必要とされている。
粉末の粒子を球状化させるためには、ゾルゲル法や噴霧熱分解法等の合成法を利用し、球状粒子を直接作る方法があるが、コストや生産量の制限がある。
粉末の粒子を球状化する他の方法としては、燃焼炎や熱プラズマ等の火炎中や、高音電気炉中で粒子を浮遊状態で溶融させ、液体の表面張力を利用して丸くする方法があり、燃焼炎を用いて原材料を溶融することにより球状の粉末を得る方法が一般には用いられている（例えば、特許文献１、２、３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特表平１１−５１４９６３号公報
【特許文献２】
特開２００１−９７７１２号公報
【特許文献３】
特開２００１−１９４２５号公報
【０００４】
ところで、本願明細書中において、粉末とは粒子の集合体を指しており、本来であれば粒子の集合体として粉末と呼ぶのが適当と判断される場合には「粉末」と称し、粉末を構成する単位としての「粒子」と呼ぶのが適当と判断される場合いは「粒子」と呼ぶのが好ましいが、実質的にはその基本単位が共通であることから、以下の説明では、特に「粒子」と呼ぶのが好ましい場合を除き、基本的に「粉末」と称することとする。
【０００５】
さて、上記したような方法では、チャンバ内の上部にて、バーナで可燃性ガスの燃焼炎を生じさせ、この燃焼炎中に原料粉末を投入し、原料粉末が燃焼炎中を落下しながら溶融することで、球状化した粉末（これを球状粉末と適宜称する）を得る。
このとき、燃焼炎から出た溶融状態の原料粉末は、チャンバ内を落下しながら冷却されるわけであるが、その一部が、溶融状態（半溶融状態）のままチャンバの内壁面等に付着してしまう。すると、投入した原料粉末の量に対し、生成される球状粉末の量、いわゆる歩留まりが低下するという問題がある。さらに、チャンバの内壁面に粉末が付着して堆積することで、チャンバ内でのガスの流れが乱され、生成される球状粉末の品質面に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００６】
このような問題に対し、チャンバの内壁面に沿う旋回気流を送り込むことで、チャンバ内壁面に粉末が付着するのを防ぐ技術が既に提案されている（例えば、特許文献４、５参照。）。
【０００７】
【特許文献４】
特許第３３３１４９１号公報
【特許文献５】
特公平５−５９７８５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したようにチャンバ内に旋回気流を送り込む場合、この旋回気流によってバーナからの燃焼炎が乱れてしまう。その結果、原料粉末が溶融する領域の温度分布が不安定になり、完全に球状化しない粉末が生じる等、球状化品質が低下する、という問題がある。
また、旋回気流を送り込む場合、この気流を生じさせるためにチャンバ内に大量の気体を送り込まなければならない。例えば、上記特許文献４では、燃焼炎を生じさせるためのガスの量を基準とすれば、旋回気流を生じさせるために送り込む気体の量は、その数十倍となっている。すると、チャンバの後流側において、球状粉末を回収するための回収装置、サイクロン、フィルタ等において取り扱う気体流量が大きくなるため、自ずとこれら回収装置、サイクロン、フィルタ等が大型化し、装置全体のコストが上昇するという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、安定した球状化品質を、低コストで得ることのできる球状粉末製造装置および球状粉末の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明の球状粉末製造装置は、上下方向に軸線を有した筒状のチャンバと、チャンバ内に燃焼炎を生じさせるバーナと、バーナから生じる燃焼炎中に原料粉末を供給する原料供給部と、チャンバの内壁面に沿うエアカーテン状の気流を発生させる気流発生部と、を備えることを特徴とする。
このように、原料粉末を燃焼炎中に供給すると、原料粉末は溶融して球状化し、球状粉末となる。そして、球状粉末は、燃焼炎から出ると、冷却されて凝固する。このとき、チャンバの内壁面に沿うエアカーテン状の気流により、燃焼炎中から出た球状粉末がチャンバの内壁面に付着するのが防止される。
一方向にほぼ一様に流れるエアカーテン状の気流の場合、旋回流に比較し、燃焼炎を乱すという影響も遥かに少ない。
【００１１】
ところで、一般にバーナや原料供給部はチャンバの上部に設けられ、球状粉末はチャンバの上方から下方に落下する。上記したような気流は、チャンバの下方から上方に向けて形成することもできるが、下方から気流を流すと、上部の燃焼炎中から落下する粉末が巻き上げられ、その一部が燃焼炎中に再度送り込まれて再溶融化する等して、品質にばらつきが生じることがある。
このため、気流発生部は、チャンバ内にて、原料供給部から供給される原料粉末が流れる方向に対応した方向、つまり一般にはチャンバの上方から下方に向かう方向の気流を発生させるのが好ましい。
【００１２】
気流発生部は、具体的には、チャンバ内壁面に配設された環状の管体と、気流を発生させるための気体を管体に供給する気体供給部とを備え、管体は、チャンバの内壁面に沿った複数箇所に、気体供給部から供給される気体を噴出する噴出孔を形成する構成とすることができる。
このとき、噴出孔は、噴出された気流がチャンバの内壁面に当たるように、つまり、チャンバの内壁面側に傾斜して形成するのが好ましい。
【００１３】
ところで、燃焼炎を用いた球状粉末の製造方法、例えば、上記特許文献１、２、３に開示されている技術では、不規則形状の粉末、典型的には粉砕により得られた粉末を原料粉末に用いている。
本発明者らが、上記したような課題を解決するために種々の検討を行っている過程で、粉砕により得られた粉末を原料粉末に用いた場合には、以下に示すような問題があることを知見した。
すなわち、粉砕による不規則形状の粉末は、粉体の流動性が低く、輸送中に配管を閉塞してしまうことがある。また、不定期的に、閉塞を起こした粉体が、配管内壁から剥離してしまうこともある。これらを繰り返すため、流動性が低い粉末は定量供給が難しい。その結果、粉体が多量に燃焼炎中に供給された場合、十分に溶融しきれないことに起因して、粉体の一部に球状化されない未溶融粉が混入することがある。未溶融粉の混入を防ぐためには、燃焼炎の温度を高くする、あるいは燃焼炎中における滞留時間を長くすればよいことは容易に予測される。しかしこの場合、粒径の小さな粒子が蒸発したり、粒子の元素の一部が蒸発し組成ズレが生じるという不都合が生ずる。
このような問題に対し、本発明者らは、燃焼炎に供給する粉末の形態として顆粒粉末が好適であることを見出した。沈殿法等の液相法で得られた微細な粉末をスプレー・ドライヤに代表される噴霧造粒法に供して得られる粉末は顆粒状をなし、この顆粒粉末は、粒度分布幅を狭く制御することができる。この、噴霧造粒法の条件を適宜設定することにより、顆粒粉末の粒径をほぼ任意に制御することができる。したがって、こうして得られた顆粒粉末を燃焼炎に供給すれば、定量安定供給が可能となり、最終的に得られる粉末は、未溶融粉の混入の無い、粒度分布のより小さな球状粉を得ることができるのである。
そこで、粉末が、特に誘電体材料、磁性材料として用いられる酸化物組成物である場合、原料供給部で、顆粒粉末を原料粉末として供給するのが好ましい。
【００１４】
また、燃焼炎中に対する原料粉末の供給系統において粉砕粉をキャリアガスにて搬送しようとすると、粉砕粉が不規則形状をなしているので、流動性が劣り、搬送性が悪い。これに対し、原料粉末に顆粒粉末を用いたとしても、燃焼炎中に対する原料粉末の供給系統（配管）において、供給する原料粉末の流動性が低いと、原料粉末の詰まりによる供給系統の閉塞や、供給（量）が不安定となることによる、生成される球状粉末の組成のズレ等が発生し、均一な球状粉末を安定的に生成することが困難となるという問題があることも知見した。
そこで、本発明では、顆粒粉末に、その平均粒径が１５μｍ以下、より好ましくは２〜１５μｍであるものを用いるのがさらに好ましい。
【００１５】
本発明の球状粉末製造装置は、上下方向に軸線を有した筒状のチャンバと、チャンバの上部に設けられ、チャンバ内に燃焼炎を生じさせるバーナと、バーナから生じる燃焼炎中にチャンバの上部から原料粉末を供給する原料供給部と、チャンバの上部にて、チャンバの内壁面に沿って環状に配設され、その周方向の複数箇所に当該チャンバの下方に向けて開口する開口部を有した管体と、管体に気体を供給する気体供給部と、を備えることを特徴とすることができる。ここで、管体は、チャンバの内壁面に沿って配設するわけであるが、必ずしもチャンバの内壁面に接触あるいは近接させる必要はなく、環状の管体の全周にわたって、チャンバの内壁面とほぼ同じ間隔を隔てていれば良い。
このような球状粉末製造装置では、気体供給部で気体を管体に供給すると、管体の周方向の複数箇所に形成された開口部から気体が噴出される。これにより、チャンバ内には、内壁面に沿った気流が形成される。
このとき、開口部の数、あるいは、管体の周方向（チャンバの周方向）において開口している長さが長ければ、気流は、チャンバの周方向に連続するエアカーテン状となる。このため、開口部は、チャンバの内壁面に沿う方向に連続するスリットであることが好ましい。
また、気流を効率良くチャンバの内壁面に沿わせるため、開口部は、チャンバの内壁面側に傾斜して形成するのが好ましい。
【００１６】
本発明は、筒状でその内周壁面に沿うエアカーテン状の気流が形成されたチャンバ内に、原料粉末を燃焼炎内にキャリアガスとともに供給する供給工程と、供給された原料粉末を燃焼炎内で溶融することにより球状化し、溶融処理物を得る球状化融工程と、溶融処理物が燃焼炎外に移動することによって溶融処理物を凝固させる凝固工程と、を備えることを特徴とする球状粉末の製造方法として捉えることもできる。
このとき、供給工程では、平均粒径が１５μｍ以下の顆粒粉末を原料粉末として供給するのが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、チャンバ内に、平均粒径が１５μｍ以下の顆粒粉末を燃焼炎内にキャリアガスとともに供給する供給工程と、供給された顆粒粉末を燃焼炎内で溶融することにより球状化し、溶融処理物を得る球状化融工程と、溶融処理物が燃焼炎外に移動することによって溶融処理物を凝固させる凝固工程と、を備えることを特徴とする球状粉末の製造方法とすることもできる。
この場合も、溶融処理物のチャンバ内壁への付着を防止するため、チャンバの内壁面に沿うエアカーテン状の気流を流すのが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の球状粉末製造装置の一例を示す断面図である。
図１に示すように、球状粉末製造装置１０は、チャンバ２０、バーナ３０、処理粉末回収手段４０、ガス排出手段５０とを有する。
【００１９】
チャンバ２０は、例えば耐熱性の高いアルミナ等で形成され、上下方向に軸線を有した円筒状で、同一の内径を有する円筒壁部２０ａと、その下端部に連続して形成され、下方にいくにしたがい内径が徐々に小さくなるテーパ部２０ｂとを有している。
チャンバ２０の上部は開口しており、この開口部に蓋体２１が設けられている。この蓋体２１は、チャンバ２０の中央部に臨む位置にバーナ３０を備えており、その外周部には水冷ジャケット２１ａを内蔵している。水冷ジャケット２１ａは、バーナ３０から発生する燃焼炎Ｆの調節と燃焼炎Ｆの熱により球状粉末製造装置１０が損傷することを防ぐものである。
【００２０】
バーナ３０は、各々の領域に、特に誘電体材料、磁性材料として用いられる酸化物組成物である原料粉末１００ａを供給する原料粉末供給管（原料供給部）３１、燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給管３２、および酸素を供給する酸素供給管３３が接続されている。このようなバーナ３０は、燃焼ガス供給管３２から供給される燃焼ガスと酸素供給管３３から供給される酸素をチャンバ２０内の下方に向けて噴出しつつ、これに着火することで、チャンバ２０中央部の上部に、燃焼炎Ｆを生成する。
【００２１】
燃焼炎Ｆを得るための燃焼ガスは、特に制限されない。ＬＰＧ、水素、アセチレン等公知の燃焼ガスを用いることができる。酸化物を処理する場合には、燃焼炎酸化度を制御する必要があり、燃焼ガスに対して適当な量の酸素を供給することが望まれる。ＬＰＧを燃焼ガスとして用いる場合にはＬＰＧ供給量の５倍の酸素を、アセチレンを燃焼ガスとして用いる場合にはアセチレン供給量の２．５倍の酸素を、また水素を燃焼ガスとして用いる場合には水素供給量の０．５倍の酸素を供給すると等量となる。この値を基準として酸素供給量を適宜設定することにより、燃焼炎Ｆの酸化度を制御することができる。これら燃焼ガスの流量は、バーナ３０のサイズに応じて適宜定めればよい。
燃焼炎Ｆの温度は、燃焼ガスの種類、量、酸素との比率、原料粉末１００ａの供給量などによって変動する。ＬＰＧを用いる場合には約２１００℃まで、アセチレンを用いる場合には約２６００℃までの温度を得ることができる。
【００２２】
燃焼炎Ｆに対する原料粉末１００ａの供給の手法は、原料粉末１００ａが燃焼炎Ｆ内に入る限り制限はない。しかし、バーナ３０から燃焼炎Ｆが生成される方向に沿って供給することが望ましい。燃焼炎Ｆ内を原料粉末１００ａが通過する時間をより長くするためである。したがって、燃焼炎Ｆの下部に達する前に燃焼した原料粉末１００ａが燃焼炎Ｆの外に漏洩しないように制御することが望ましい。
【００２３】
このような球状粉末製造装置１０において、原料粉末供給管３１から供給する原料粉末１００ａとして、顆粒粉末を用いる。これは、原料粉末１００ａとしての顆粒粉末を得る段階で粒度分布の幅を狭く制御できるからである。しかも、その粒径をも制御することができる。
原料粉末１００ａとしての顆粒粉末を得る典型的な手法として、スプレー・ノズルを用いた噴霧造粒法がある。噴霧造粒法においては、出発原料粉末をスプレー・ノズルから噴霧するためのスラリを作成する。スラリは、出発原料粉末を溶媒に適量添加した後に、ボール・ミルまたはアトイタ等の混合機を用いて混合することにより得ることができる。溶媒として水を用いることができるが、出発原料粉末の分散性を向上するために分散剤を添加することが推奨される。出発原料粉末どうしを機械的に結合するための結合剤、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を添加することもできる。
【００２４】
原料粉末体を含むスラリをスプレー・ノズルまたは回転ディスク等により噴霧して液滴を形成する。ここで、スプレー・ノズルは、上記のスラリと圧縮気体とを噴霧するためのものであり、２流体ノズル、あるいは４流体ノズルを用いることができる。圧縮気体とともにスプレー・ノズルから吐出されたスラリは微粒化されて噴霧を形成する。噴霧中の液滴の粒径は、スラリと圧縮気体との比率により制御することができる。液滴の粒径を制御することにより、最終的に得られる原料粉末１００ａとしての顆粒粉末の粒径を制御することができる。噴霧状態のスラリが落下する過程で水分を乾燥するための熱を与えることにより、液体成分を乾燥、除去した粉末を得ることができる。この熱は、スプレー・ノズルから吐出する気体を加熱気体とする、あるいは噴霧雰囲気に加熱気体を供給することにより与えることができる。乾燥のためには、１００℃以上の加熱気体を用いればよい。スプレー・ノズルによる噴霧および乾燥の工程は、所定のチャンバ内で行われる。スプレー・ノズルを用いた噴霧造粒法により得られる粉体は、通常、顆粒粉末である。この顆粒粉末の粒径は、前述のように、スラリと圧縮気体との比率によって制御することができる。スラリどうしを衝突させることにより小さな液滴を作成することもできる。
燃焼炎Ｆ中に供給される原料粉末１００ａとしての顆粒粉末は、乾式状態で供給することもできるが、当該原料粉末１００ａとしての顆粒粉末を含むスラリとして湿式状態で供給することもできる。
【００２５】
上記したような方法で得る原料粉末１００ａとしての顆粒粉末は、その平均粒径が１５μｍ以下、より好ましくは２〜１５μｍとなるように生成するのが特に好ましい。
これは、原料粉末供給管３１における原料粉末１００ａの流動性を高めるためである。これにより、原料粉末供給管３１内で原料粉末１００ａが詰まるのを防止でき、バーナ３０に原料粉末１００ａを安定して供給することができる。
【００２６】
原料粉末１００ａの供給は、酸素等のキャリアガスを用いて行われる。本実施の形態では、原料粉末１００ａに流動性の良好な顆粒粉末を用いるので、キャリアガスによる搬送性が優れる。また、当然のことではあるが、供給する原料粉末１００ａを増加するためには、キャリアガス量を増加する必要があり、キャリアガスに酸素を用いる場合は、支燃ガスである酸素の量を減少させ、キャリアガスと支燃ガスとの混合比率を調整する必要がある。
【００２７】
このような球状粉末製造装置１０では、バーナ３０の燃焼ガス供給管３２からＬＰＧ等の燃焼ガスおよび酸素供給管３３から酸素をバーナ３０に供給しながら、着火する。すると、燃焼炎Ｆが下方に向けて発生する。
そして、原料粉末供給管３１からキャリアガスとともに原料粉末１００ａを供給する。原料粉末１００ａは、バーナ３０にて形成された燃焼炎Ｆに向かって供給される。
【００２８】
燃焼炎Ｆはその燃焼領域内の位置、例えば中心部と外周部において温度が異なる。したがって、原料粉末１００ａの種類と処理の種類によって、燃焼炎Ｆの大きさ等の調節が行われると共に、原料粉末１００ａの供給先の位置も適宜調節される。なお、原料粉末１００ａを燃焼炎Ｆの熱により溶融させて球状化された球状粉末である処理粉末（溶融処理物）１００ｂを得る場合には、燃焼炎Ｆの温度を、原料粉末１００ａの融点以上の温度となるように設定する。
大きさや温度が適宜調整された燃焼炎Ｆ中に投入された原料粉末１００ａは、燃焼炎Ｆ中に所定時間滞留し、燃焼炎Ｆの熱によって溶融され、または化学的・物理的修飾を受け、チャンバ２０内を落下する。このとき、原料粉末１００ａは、チャンバ２０内を落下する間にその温度が低下し、凝固する。
このようにして燃焼炎Ｆを通過した原料粉末１００ａは、処理粉末１００ｂとなる。
【００２９】
上記のような処理が行われるチャンバ２０のテーパ部２０ｂの下端部は開口しており、処理粉末１００ｂを回収する処理粉末回収手段４０としての回収容器４１が接続されている。この回収容器４１の側面には、ガス排出手段５０としてのサイクロン５１が接続されている。
チャンバ２０内を落下した処理粉末１００ｂは、回収容器４１の底部に堆積し、またその一部はガスとともにサイクロン５１に送り込まれる（以下、堆積した処理粉末１００ｂを、処理粉末（溶融処理物）１００ｃと称する）。
サイクロン５１では、円筒壁部２０ａから流れてくる、処理粉末１００ｂが混在したガスの気体（ガス）と固体（処理粉末１００ｂ）とを上下に分離する。ガスと分離された処理粉末１００ｃはサイクロン５１の底部に堆積する。
これら処理粉末回収手段４０としての回収容器４１およびサイクロン５１の底部に堆積した処理粉末１００ｃを回収することで、球状の処理粉末１００ｃを得ることができるのである。
また、サイクロン５１の上部にはバグフィルタ等のフィルタ装置５２が接続され、サイクロン５１から排出されるガスに残存する処理粉末１００ｃを、フィルタ本体５２ａで回収し、ガスのみを、排風機５３を介して、排出管５５から排出するようになっている。
【００３０】
上記のようにして回収された処理粉末１００ｃは、処理粉末１００ｃとして結晶性の良い緻密な粒子や、単結晶粒子や、球形の粒子（球状度の高い粒子）からなる粉末等、処理する目的に応じた、優れた特性を有する粉末を得ることができる。特に、加熱領域を設けた場合、燃焼炎Ｆを通過した粉末を、加熱領域を通過させることにより徐々に冷却し、急冷することを防止できるので、後処理（アニ−リング処理等）をしなくても、容易に単結晶構造の粒子を得ることができる。
また本実施の形態で得られる粉末の平均粒径は、０．１〜５０μｍ程度であり、特に１〜１０μｍ程度の粒子を得ることが可能である。
【００３１】
さて、上記のような球状粉末製造装置１０には、チャンバ２０内の上部に、気流発生部６０が設けられている。図２に示すように、この気流発生部６０は、チャンバ２０の上部にて、円筒壁部２０ａに沿うように環状に延在した管体６１からなる。
図２（ｂ）に示すように、管体６１は、その下面側に、周方向（管体６１を断面視した状態での周方向ではなく、円筒壁部２０ａに沿って連続する方向、環状方向）に所定長を有するスリット（噴出孔、開口部）６２が、所定間隔毎に形成されている。このとき、スリット６２は、周方向に連続する長さをなるべく長くし、また、互いに隣接するスリット６２どうしの間隔をなるべく小さくするのが好ましい。また、図２（ａ）に示したように、スリット６２は、管体６１を断面視した状態で、円筒壁部２０ａに平行な方向に対し、０〜３０度、例えば１５度の角度θで、円筒壁部２０ａ側に傾くよう、形成するのが好ましい。
【００３２】
この管体６１からなる気流発生部６０には、ガス供給管（気体供給部）６３を介し、外部からガス（気体）が送り込まれるようになっている。
ここで使用されるガスは被処理物との反応の有無等を考慮して適宜選択することができるが、例えばＮ_２、Ｏ_２、Ａｒおよび空気等である。
【００３３】
気流発生部６０に送り込まれたガスは、スリット６２から噴出し、チャンバ２０内で円筒壁部２０ａに当たった後、円筒壁部２０ａの内壁面に沿って上方から下方に向かう気流Ａを形成する。このとき、スリット６２を、円筒壁部２０ａに対する角度θを０度とした場合には、スリット６２から噴出される気流Ａのおよそ半分がチャンバ２０の中央部側に流れてしまい円筒壁部２０ａから離れてしまうことになるが、角度θを０度より大きくしてスリット６２を円筒壁部２０ａ側に傾くよう形成することで、スリット６２から噴出される気流Ａの多くを、円筒壁部２０ａに確実に沿わせることができる。
また、スリット６２は、周方向に連続する長さがなるべく長く、互いに隣接するスリット６２どうしの間隔がなるべく小さく形成されることで、環状の気流発生部６０から噴出される気流Ａは、チャンバ２０の円筒壁部２０ａのほぼ全周に沿った、いわゆるエアカーテンのように形成される。
【００３４】
このように、気流発生部６０から噴出させた気流Ａをチャンバ２０の円筒壁部２０ａに沿って流すことで、燃焼炎Ｆ中で溶融されてチャンバ２０内を落下する処理粉末１００ｂは、チャンバ２０の円筒壁部２０ａに近づくとこの気流Ａによって下方に流される。これによって、処理粉末１００ｂがチャンバ２０の円筒壁部２０ａに付着するのが防止できるのである。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
バーナ３０において、燃焼ガス供給管３２から供給される燃焼ガスにＬＰＧを用い、その流量を１５Ｌ／ｍｉｎとし、酸素供給管３３から供給される酸素の流量を７５Ｌ／ｍｉｎとして、チャンバ２０内に燃焼炎Ｆを生成した。
そして、原料粉末供給管３１から、原料粉末１００ａとして、平均粒径が５．９μｍで合計５０ｋｇの顆粒粉末を、キャリアガスにＮ_２を用い、７０Ｌ／ｍｉｎの流量で燃焼炎Ｆ中に供給し、球状粉末である処理粉末１００ｃを得た。
このとき、チャンバ２０内の上部において、円筒壁部２０ａ近傍に気流発生部６０を設け、気流発生部６０に形成したスリット６２から、チャンバ２０の上方から下方に向かうエアカーテン状の気流Ａを形成しておいた。チャンバ２０の内径は５００ｍｍとし、その円筒壁部２０ａに沿って設けた気流発生部６０（管体６１）に形成した各スリット６２は、気流発生部６０の周方向における長さを５０ｍｍ、スリット幅を２ｍｍとし、周方向において互いに隣接するスリット６２、６２の間隔を１０ｍｍとした。そして、気流発生部６０に、２０Ｌ／ｍｉｎのエアを供給し、チャンバ２０の上方から下方に向かうエアカーテン状の気流Ａを形成した。
所定量（５０ｋｇ）の原料粉末１００ａをチャンバ２０内に投入し、その処理が終了して処理粉末１００ｃが得られた後、チャンバ２０の円筒壁部２０ａに対する処理粉末１００ｂの付着量を測定した。また、チャンバ２０内に供給した原料粉末１００ａの量（処理量）に対する、得られた処理粉末１００ｃの量の割合である、歩留まりを算出した。
【００３６】
その結果、チャンバ２０の円筒壁部２０ａに対する処理粉末１００ｂの付着量は、０．３ｋｇであった。
また、チャンバ２０に対して供給した原料粉末１００ａの量（５０ｋｇ）に対し、得られた処理粉末１００ｃの量の割合は７２％であった。
【００３７】
（比較例１）
燃焼ガス供給管３２から供給される燃焼ガス、酸素供給管３３から供給される酸素、原料粉末供給管３１から供給される原料粉末１００ａを、実施例１と同様の条件とし、チャンバ２０内に生成される燃焼炎Ｆ中に原料粉末１００ａとしての顆粒粉末を供給し、球状粉末である処理粉末１００ｃを得た。このとき、この比較例１では、気流発生部６０からチャンバ２０の円筒壁部２０ａに沿うエアカーテン状の気流Ａは発生させていない。
このような条件で、所定量の原料粉末１００ａをチャンバ２０内に投入し、その処理が終了して処理粉末１００ｃが得られた後、チャンバ２０の円筒壁部２０ａに対する処理粉末１００ｂの付着量を測定した。また、チャンバ２０に供給した原料粉末１００ａの量（処理量）に対する、得られた処理粉末１００ｃの量の割合である、歩留まりを算出した。
【００３８】
その結果、チャンバ２０の円筒壁部２０ａに対する処理粉末１００ｂの付着量は、４．２ｋｇであった。
また、チャンバ２０に対して供給した原料粉末１００ａの量（５０ｋｇ）に対し、得られた処理粉末１００ｃの量の割合は６４％であった。
【００３９】
実施例１および比較例１の結果を、表１に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
この表１に示すように、気流発生部６０からチャンバ２０の円筒壁部２０ａに沿うエアカーテン状の気流Ａを発生させることで（実施例１）、これを発生させない場合（比較例１）に対し、チャンバ２０の円筒壁部２０ａに対する処理粉末１００ｂの付着量が大幅に減少しており、その減少した略全量分、歩留まりが向上している（８％向上）。
【００４２】
（実施例２）
バーナ３０において、燃焼ガス供給管３２から供給される燃焼ガスにＬＰＧを用い、その流量を１５Ｌ／ｍｉｎとし、酸素供給管３３から供給される酸素の流量を７５Ｌ／ｍｉｎとして、チャンバ２０内に燃焼炎Ｆを生成した。
そして、原料粉末供給管３１から、原料粉末１００ａとして、平均粒径が５．９μｍの顆粒粉末を、キャリアガスにＮ_２を用い７０Ｌ／ｍｉｎの流量で燃焼炎Ｆ中に供給し、球状粉末である処理粉末１００ｃを得た。
【００４３】
（比較例２）
燃焼ガス供給管３２から供給される燃焼ガスの流量、酸素供給管３３から供給される酸素の流量、原料粉末供給管３１から供給される原料粉末１００ａの流量を、実施例１と同様の条件とし、チャンバ２０内に生成される燃焼炎Ｆ中に原料粉末１００ａを供給し、球状粉末である処理粉末１００ｃを得た。このとき、この比較例１では、原料粉末供給管３１から供給される原料粉末１００ａを、平均粒径１．２μｍの解砕粉とした。
【００４４】
そして、実施例２、比較例２のそれぞれで得られた処理粉末１００ｃの粒度分布、組成分析、粒度分布を測定した。また、原料粉末１００ａの供給開始後の原料粉末供給管３１における供給状況についても確認した。
処理粉末１００ｃの粒度分布、組成分析、粒度分布についての測定結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】

【００４６】
原料粉末１００ａの供給開始後の原料粉末供給管３１における供給状況は、平均粒径５．９μｍの顆粒粉末を原料粉末１００ａとして用いた実施例２では、供給開始後、７時間経過時点でも、原料粉末供給管３１における閉塞等のトラブルは認められなかった。これに対し、平均粒径１．２μｍの解砕粉を原料粉末１００ａに用いた比較例２は、供給を開始してから間もなく、原料粉末供給管３１の閉塞が原因と見られる脈動が認められた。
【００４７】
上述したように、球状粉末製造装置１０にて、チャンバ２０内でバーナ３０によって生成される燃焼炎Ｆ中に、原料粉末１００ａを投入して球状の処理粉末１００ｃを得るに際し、チャンバ２０内の上部に気流発生部６０を設け、チャンバ２０の上方から下方に向かうエアカーテン状の気流Ａを形成するようにした。
これにより、処理粉末１００ｂのチャンバ２０の円筒壁部２０ａに対する付着を防止することができ、歩留まりを向上させることができる。また、チャンバ２０の円筒壁部２０ａに対する処理粉末１００ｂの堆積を防止できるので、チャンバ２０内でガスの流れが乱されることもなく、得られる処理粉末１００ｃの生成や品質を安定させることができる。
【００４８】
また、旋回気流ではなくエアカーテン状の気流Ａを用いることで、気流Ａによるバーナ３０からの燃焼炎Ｆの乱れも抑えることができ、この点においても処理粉末１００ｃの品質を安定させることが可能である。
加えて、旋回気流に比べ、気流発生部６０でエアカーテン状の気流Ａを発生する場合、気流Ａを発生させるためにチャンバ２０内に送り込む気体の量を大幅に抑えることができる。例えば、上記実施例１では、燃焼ガス供給管３２から供給しり燃焼ガスの流量を１５Ｌ／ｍｉｎとしたのに対し、気流発生部６０から気流Ａを発生させるための気体の流量を２０Ｌ／ｍｉｎとした条件で、有効な効果が得られている。これに対し旋回気流を用いる場合には、燃焼炎Ｆを生じさせるための燃焼ガスに対し、数倍〜数十倍の気体を送り込まなければならないので、本発明によって気流Ａを発生させるために必要な気体の量を大幅に削減することができるのが明らかである。その結果、処理粉末１００ｃを回収するための回収容器４１、サイクロン５１、フィルタ装置５２で取り扱う気体流量が、旋回気流を用いる場合の装置構成に比較して大幅に小さくて済み、球状粉末製造装置１０全体のコストを削減することができる。
このようにして、上記のような球状粉末製造装置１０を用いることで、安定した球状化品質の処理粉末１００ｃを、効率良く、かつ低コストで得ることが可能となるのである。
【００４９】
また、投入する原料粉末１００ａを顆粒粉末とすることで、安定した球状化品質の処理粉末１００ｃを得ることができる。さらに原料粉末１００ａとしての顆粒粉末の平均粒径を１５μｍ以下とすることで、原料粉末供給管３１における原料粉末１００ａの流動性を高め、原料粉末供給管３１内で原料粉末１００ａが詰まるのを防止でき、バーナ３０に原料粉末１００ａを安定して供給することができる。その結果、良好な球状化品質の処理粉末１００ｃを安定して製造することができるのである。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、エアカーテン状の気流Ａを発生させるため、気流発生部６０を構成する管体６１にスリット６２を形成する構成としたが、チャンバ２０内の周方向において、より均一な連続した気流Ａを形成するため、図３に示すように、スリット６２を、管体６１の周方向に連続する寸法が、管体６１の径方向外周側にいくにしたがい漸次拡大するテーパ状とすることも有効である。
また、スリット６２を環状の管体６１の全周に連続するような構成とすることももちろん可能である。
【００５１】
また、スリット６２の近傍に、チャンバ２０の径方向に揺動するフラップ等を設け、所定周期でフラップを揺動させて気流Ａを動かす等して、チャンバ２０の円筒壁部２０ａに付着してしまった処理粉末１００ｂを掻き落とすような機能を発揮させることも考えられる。
さらに、気流発生部６０をチャンバ２０の円筒壁部２０ａに沿うように設けたが、図４に示すように、バーナ３０の外周部に気流発生部６０を設け、気流Ａを、チャンバ２０の円筒壁部２０ａだけでなく、蓋体２１の下面に対する処理粉末１００ｂの付着を防止する構成とすることも可能である。
この他、気流発生部６０の構成については、本発明の主旨を逸脱しない限り、処理粉末１００ｂの円筒壁部２０ａへの付着を有効に防止するための変更等を適宜加えることができる。
【００５２】
また、上記実施の形態で、球状粉末製造装置１０について、各部構成を説明しているが、気流発生部６０以外については、例えばバーナ３０等、適宜他の構成を採用することができる。
この他にも、例えば、上記の気流発生部６０から、加熱されたガスを吹き込むようにすることも可能である。このようにすれば、チャンバ２０内の温度は、上方の領域から下方の領域に向けて徐々に低下する。これにより、燃焼炎Ｆに所定時間滞留して高温・溶融状態となった原料粉末１００ａ（処理粉末１００ｂ）がチャンバ２０内で浮遊した状態で落下するとときに、その温度が急激に下がることなく徐々に冷却され、凝固する。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チャンバ内に気流発生部を設け、チャンバの内壁面に沿うエアカーテン状の気流を形成するようにした。これにより、処理粉末のチャンバ内壁面に対する付着を防止することができ、歩留まりを向上させることができる。また、チャンバ内でガスの乱れも防止できるので、得られる処理粉末の生成や品質を安定させることができる。
しかも、旋回気流ではなくエアカーテン状の気流を用いることで、気流によるバーナからの燃焼炎の乱れも抑えることができ、この点においても処理粉末の品質を安定させることが可能である。加えて、旋回気流に比べ、気流を発生させるために送り込む気体の量を大幅に抑えることができるので、装置構成を小型化することができ、製造装置全体のコストを削減することができる。
このようにして、上記のような製造装置を用いることで、安定した球状化品質の処理粉末を、効率良く、かつ低コストで得ることが可能となる。
また、投入する原料粉末を顆粒粉末とし、さらにその粒径を制限することで、良好な球状化品質の処理粉末を安定して製造することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における粒状粉末製造装置の構成を示す断面図である。
【図２】気流発生部を示す図であって、（ａ）はチャンバ内に設けた管体を示す立断面図、（ｂ）は管体の下面図である。
【図３】管体に形成するスリットの他の例を示す断面図である。
【図４】管体の他の設置例を示す図である。
【符号の説明】
１０…球状粉末製造装置、２０…チャンバ、２０ａ…円筒壁部、３０…バーナ、３１…原料粉末供給管（原料供給部）、６０…気流発生部、６１…管体、６２…スリット（噴出孔、開口部）、６３…ガス供給管（気体供給部）、１００ａ…原料粉末、１００ｂ、１００ｃ…処理粉末（溶融処理物）、Ａ…気流、Ｆ…燃焼炎

Claims (12)

1. 上下方向に軸線を有した筒状のチャンバと、
   前記チャンバ内に燃焼炎を生じさせるバーナと、
   前記バーナから生じる燃焼炎中に原料粉末を供給する原料供給部と、
   前記チャンバの内壁面に沿うエアカーテン状の気流を発生させる気流発生部と、
   を備えることを特徴とする球状粉末製造装置。
2. 前記気流発生部は、前記チャンバ内にて、前記原料供給部から供給される原料粉末が流れる方向に対応した方向の気流を発生させることを特徴とする請求項１に記載の球状粉末製造装置。
3. 前記気流発生部は、前記チャンバ内壁面に配設された環状の管体と、
   気流を発生させるための気体を前記管体に供給する気体供給部と、
   を備え、
   前記管体は、前記チャンバの内壁面に沿った複数箇所に、前記気体供給部から供給される気体を噴出する噴出孔が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の球状粉末製造装置。
4. 前記噴出孔は、当該噴出孔から噴出された気流が前記チャンバの内壁面に当たるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の球状粉末製造装置。
5. 前記原料供給部は、酸化物組成物からなる顆粒粉末を前記原料粉末として供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の球状粉末製造装置。
6. 前記顆粒粉末は、その平均粒径が１５μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の球状粉末製造装置。
7. 上下方向に軸線を有した筒状のチャンバと、
   前記チャンバの上部に設けられ、当該チャンバ内に燃焼炎を生じさせるバーナと、
   前記バーナから生じる燃焼炎中に前記チャンバの上部から原料粉末を供給する原料供給部と、
   前記チャンバの上部にて、当該チャンバの内壁面に沿って環状に配設され、その周方向の複数箇所に当該チャンバの下方に向けて開口する開口部を有した管体と、
   前記管体に気体を供給する気体供給部と、
   を備えることを特徴とする球状粉末製造装置。
8. 前記開口部は、前記チャンバの内壁面に沿う方向に連続するスリットであることを特徴とする請求項７に記載の球状粉末製造装置。
9. 前記開口部は、前記チャンバの内壁面側に傾斜して形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の球状粉末製造装置。
10. 筒状でその内周壁面に沿うエアカーテン状の気流が形成されたチャンバ内に、原料粉末を燃焼炎内にキャリアガスとともに供給する供給工程と、
    供給された前記原料粉末を前記燃焼炎内で溶融することにより球状化し、溶融処理物を得る球状化融工程と、
    前記溶融処理物が前記燃焼炎外に移動することによって当該溶融処理物を凝固させる凝固工程と、
    を備えることを特徴とする球状粉末の製造方法。
11. 前記供給工程では、平均粒径が１５μｍ以下の顆粒粉末を前記原料粉末として供給することを特徴とする請求項１０に記載の球状粉末の製造方法。
12. チャンバ内にて、平均粒径が１５μｍ以下の顆粒粉末を燃焼炎内にキャリアガスとともに供給する供給工程と、
    供給された前記顆粒粉末を前記燃焼炎内で溶融することにより球状化し、溶融処理物を得る球状化融工程と、
    前記溶融処理物が前記燃焼炎外に移動することによって当該溶融処理物を凝固させる凝固工程と、
    を備えることを特徴とする球状粉末の製造方法。

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