JP2006063357A - Method for manufacturing metallic powder with water atomization method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶融金属の垂下流に対して高圧水を噴射することで微細な金属粉末を製造する水アトマイズ法による金属粉末の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing metal powder by a water atomizing method in which fine metal powder is produced by injecting high-pressure water onto the down stream of molten metal.
従来より、金属射出成形、触媒、塗料等に利用される金属粉末の製造方法として、機械的粉砕方法や酸化還元法、電解法等、対象とする金属により様々な方法が提案されているが、工業的に金属粉末を多量に製造する方法として、水アトマイズ法が知られている。この水アトマイズ法は、タンディッシュに貯留した溶融金属をタンディッシュ下部に設けた通孔から流出させ、この溶融金属流に高圧水を噴射することで、溶融金属を飛散させて粉末化する方法である(例えば、特許文献1参照)。この水アトマイズ法により金属粉末を製造することで、微細な金属粉末を多量かつ安価に供給し得る利点がある。
前述した水アトマイズ法により溶融金属から金属粉末を製造する場合、高温の溶融金属と水とが接触した際に、水中の溶存酸素や水の分解により生じた酸素と金属とが反応して金属粉末が酸化する欠点が指摘される。すなわち、金属粉末の酸素含有量が多くなると、この金属粉末を用いて製造された金属製品の機械的性質を低下させる原因ともなるため、酸素含有量が少ない金属粉末が求められる。そこで、水アトマイズ法による金属粉末の製造に際して、金属粉末が酸化するのを防止する方法として、使用する水に窒素やアルゴン等の不活性ガスをバブリングして水中の溶存酸素を不活性ガスで除去した水を使用して水アトマイズしたり、減圧処理により水中の溶存酸素濃度を減少させる方法もあるが、金属粉末中の酸素含有量を下げるには十分とは言えなかった。
すなわち、本発明は、前述した従来の技術に内在している前記欠点に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、酸素含有量が少ない金属粉末を低コストで製造可能な水アトマイズ法による金属粉末の製造方法を提供することを目的とする。
When producing metal powder from molten metal by the water atomization method described above, when the high-temperature molten metal comes into contact with water, the metal powder reacts with dissolved oxygen in water or the oxygen generated by the decomposition of water and the metal. It is pointed out that oxidants are oxidized. That is, when the oxygen content of the metal powder increases, it also causes a decrease in the mechanical properties of a metal product produced using this metal powder, and therefore a metal powder with a low oxygen content is required. Therefore, when manufacturing metal powder by the water atomization method, an inert gas such as nitrogen or argon is bubbled into the water to be used to remove the dissolved oxygen in the water as a method to prevent the metal powder from oxidizing. Although there are methods for water atomization using the treated water and a method for reducing the dissolved oxygen concentration in the water by decompression treatment, it has not been sufficient to reduce the oxygen content in the metal powder.
That is, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned drawbacks inherent in the prior art described above, and it is proposed to suitably solve this problem, and a metal powder having a low oxygen content can be produced at low cost. It aims at providing the manufacturing method of the metal powder by the water atomization method.
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法は、
不活性ガス供給室と金属粉末回収用のチャンバとを通孔を介して連通させ、該不活性ガス供給室への不活性ガスの供給によりチャンバ内を不活性ガス雰囲気下に保持した状態で、前記通孔を介してタンディッシュに貯留した溶融金属の垂下流をチャンバ内に流下させると共に、該溶融金属の垂下流に対して高圧水を噴射することにより金属粉末を製造する水アトマイズ法による金属粉末の製造方法であって、
前記不活性ガス供給室への不活性ガスの流量(m3/min)と、該不活性ガス供給室への溶融金属の流量(kg/min)との比が、
0.1≦不活性ガスの流量/溶融金属の流量≦0.4
の範囲となるよう設定したことを特徴とする。
In order to overcome the above problems and achieve the intended purpose, a method for producing metal powder by the water atomization method according to the present invention,
In a state where the inert gas supply chamber communicates with the metal powder recovery chamber through a hole, and the inside of the chamber is maintained in an inert gas atmosphere by supplying the inert gas to the inert gas supply chamber, A metal by a water atomization method for producing metal powder by flowing down the molten metal stored in the tundish through the through hole into the chamber and injecting high-pressure water into the downstream of the molten metal. A method for producing a powder, comprising:
The ratio of the flow rate of inert gas to the inert gas supply chamber (m 3 / min) and the flow rate of molten metal to the inert gas supply chamber (kg / min) is:
0.1 ≦ inert gas flow rate / molten metal flow rate ≦ 0.4
It is set to be in the range of.
本発明の請求項1に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法よれば、溶融金属の周囲における不活性ガス濃度を高め、該溶融金属の酸化を防止し得るから、酸素含有量の少ない金属粉末を製造し得る。また、本発明を実施するに際して、新たな設備を導入する必要がないから、低コストで金属粉末を製造可能である。 According to the method for producing metal powder by the water atomization method according to claim 1 of the present invention, it is possible to increase the inert gas concentration around the molten metal and prevent oxidation of the molten metal. Can be manufactured. Further, when implementing the present invention, it is not necessary to introduce new equipment, so that metal powder can be produced at low cost.
次に、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら、以下詳細に説明する。 Next, the manufacturing method of the metal powder by the water atomization method according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings by giving a preferred example.
図1は、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法を実施する金属粉末製造装置10を示す概略図である。前記金属粉末製造装置10は、装置上部に溶融金属30を貯留するタンディッシュ12が設けられると共に、該タンディッシュ12の下方にガス管14,14が接続された不活性ガス供給室16が画成されており、該ガス管14,14を介して窒素ガス(N2)やアルゴンガス(Ar)等の不活性ガスを不活性ガス供給室16に供給するよう構成される。また、前記不活性ガス供給室16の下方には、金属粉末回収用のチャンバ18が設けられており、該チャンバ18の天面に形成した通孔20を介して不活性ガス供給室16と連通するようになっている。すなわち、前記不活性ガス供給室16からの不活性ガスをチャンバ18内に流入させることで、不活性ガス供給室16とチャンバ18とを不活性ガス雰囲気下に保持するようになっている。また、前記タンディッシュ12の底面における前記通孔20と上下に整列する位置には、図示しないバルブ等により開閉可能な流出孔22が設けられており、バルブを開放して流出孔22から流出させた溶融金属30(以下溶融金属30の垂下流32という)が通孔20からチャンバ18内に流入するよう構成される。
FIG. 1 is a schematic view showing a metal
また、前記不活性ガス供給室16には、外部水源に接続された噴霧ノズル24,24が導入されており、該噴霧ノズル24,24から噴射された高圧水が前記通孔20の下方で収束して逆円錐状のジェット膜25を形成するようになっている。すなわち、前記通孔20からチャンバ18内に流入した溶融金属30の垂下流32に高圧水を噴射することにより、溶融金属30が粉砕されて微細化し、該微細化した溶融金属30が固化することで金属粉末34が製造され、該金属粉末34がチャンバ18内に貯留される。なお、前記チャンバ18には、ガス抜き用の管26が接続されており、該チャンバ18内の圧力調節を行ない得るようになっている。また、前記チャンバ18内に貯留される金属粉末34および水は、前記チャンバ18の下方に設けられた回収装置28により回収するよう構成されている。
In addition,
前記金属粉末製造装置10は、金属粉末34を製造しないときには、前記不活性ガス供給室16に対して少量の不活性ガスを供給することで、該不活性ガス供給室16とチャンバ18内を不活性ガス雰囲気下に保持するようになっている。そして、水アトマイズ法により金属粉末34を製造するに場合には、前記不活性ガス供給室16への不活性ガスの供給量(不活性ガスの流量)を増大させた状態で、前記噴霧ノズル24,24から高圧水を噴射すると共に、前記通孔20を介して前記タンディッシュ12の垂下流32をチャンバ18内に流入させて金属粉末34を製造するようにしている。すなわち、前記通孔20を介してチャンバ18に流入する不活性ガス量も増大する。
When the metal
このように、前記不活性ガスの流量を増大させることで、前記溶融金属30の垂下流32に噴霧ノズル24,24からの高圧水が接触して発生する水蒸気を速やかにチャンバ18内に分散させ得るから、該溶融金属30の周囲における水蒸気濃度を低下させ得る。従って、前記溶融金属30に水蒸気が接触して酸化するのは抑制されるから、金属粉末34の酸素含有量が低減される。また、不活性ガスが前記通孔20を介して不活性ガス供給室16からチャンバ18内に流入すると、該通孔20の出口において不活性ガスの流れに急激な変化(乱流)が引き起こされる。この不活性ガスの流れの急激な変化に伴い、前記チャンバ18内に流入した溶融金属30の垂下流32が拡散され、この拡散された溶融金属30の垂下流32に高圧水を噴射して微細化することで金属粉末34が得られる。すなわち、前記不活性ガスの流量を増大させることで、溶融金属30の垂下流32を拡散させたもとで高圧水を噴射して微細化することにより、より平均粒子径の小さい微細な金属粉末34の製造が可能となる。
In this way, by increasing the flow rate of the inert gas, the water vapor generated when the high pressure water from the
ここで、前記不活性ガス供給室16への不活性ガスの流量としては、基準状態換算(0℃、1気圧)において、1.0≦不活性ガスの流量≦5.0の範囲に設定するのが好ましい。不活性ガスの流量<1.0(m3/min)とした場合には、溶融金属30の周囲における水蒸気濃度が高くなるため、該溶融金属30と水蒸気とが容易に接触し、金属粉末34の酸素含有量を低減し得ない虞がある。一方、不活性ガスの流量>5.0(m3/min)とした場合には、前記溶融金属30の垂下流32を拡散して噴霧ノズル24,24からの高圧水に接触させたときに、前記通孔20の出口付近に固着し、次第に通孔20を閉成する虞がある。
Here, the flow rate of the inert gas to the inert
また、基準状態換算での不活性ガス供給室16への不活性ガスの流量(m3/min)と、該不活性ガス供給室16への溶融金属30の流量(kg/min)との比が、0.1≦不活性ガスの流量/溶融金属30の流量≦0.4の範囲となるよう設定するのが好ましい。すなわち、前記不活性ガスの流量/溶融金属30の流量<0.1とした場合には、溶融金属30の周囲における水蒸気濃度が高くなるため、該溶融金属30と水蒸気とが接触して、金属粉末34における酸素含有量が高くなる虞がある。一方、不活性ガスの流量/溶融金属30の流量>0.4とした場合には、溶融金属30と水蒸気との接触による酸化を抑制して金属粉末34の酸素含有量を低減できるが、垂下流32が通孔20の出口付近に付着し、該通孔20を閉塞して金属粉末を製造し得なくなる。また、不活性ガスの消費量の増大によりコスト増を招来する欠点がある。
Further, the ratio between the flow rate of the inert gas (m 3 / min) to the inert
また、水アトマイズ法により得られる金属粉末34の平均粒子径をより小さくするには、基準状態換算での不活性ガス供給室16への不活性ガスの流量(m3/min)と、該不活性ガス供給室16への溶融金属30の流量(kg/min)との比が、0.15≦不活性ガスの流量/溶融金属30の流量となるよう設定するのが好ましい。すなわち、前記不活性ガスの流量/溶融金属30の流量<0.15とした場合には、前記通孔20を介してチャンバ18内に流入した溶融金属30の垂下流32を拡散させる効果に乏しく、平均粒子径の小さい金属粉末34を生成し難くなる。
Further, in order to further reduce the average particle size of the
(実験例)
次に、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法により製造した金属粉末(実験例A〜F)および、従来の水アトマイズ法による金属粉末の製造方法により製造した金属粉末(比較例G,H,I)の酸素含有量と平均粒径を示す。なお、不活性ガスとして窒素ガス(N2)を不活性ガス供給室16に供給する。そして、実験例A〜Fでは、窒素ガスの流量を2.3〜3.8(m3/min)に設定すると共に、比較例G,Hでは、窒素ガスの流量を0.2(m3/min)に設定している。また、実験例A〜Dおよび比較例G,Iでは、鋼種としてステンレス鋼(JIS SUS 316L)を使用すると共に、実験例E,Fおよび比較例Hでは、鋼種としてステンレス鋼(JIS SUS 630)を使用している。また、表1における窒素ガス流量/溶融金属流量と金属粉末の酸素含有量との関係を図2に示し、窒素ガス流量/溶融金属流量と金属粉末の平均粒径との関係を図3に示してある。
(Experimental example)
Next, metal powders produced by the method for producing metal powders by the water atomization method according to the present invention (Experimental Examples A to F) and metal powders produced by the method for producing metal powders by the conventional water atomization method (Comparative Example G) , H, I) shows the oxygen content and average particle size. Nitrogen gas (N 2 ) is supplied to the inert
表1または図2に示すように、0.1≦不活性ガスの流量/溶融金属30の流量≦0.4の範囲となる実験例A〜Fでは、金属粉末(ステンレス鋼粉末)の酸素含有量は0.21〜0.32(%)となる。これに対して、不活性ガスの流量/溶融金属30の流量<0.1となる比較例G,Hでは、金属粉末(ステンレス鋼粉末)の酸素含有量は0.42(%)および0.39(%)となっている。すなわち、水アトマイズ法により金属粉末を製造するに際し、0.1≦不活性ガスの流量/溶融金属30の流量≦0.4の範囲となるよう窒素ガスを供給することにより、実験例の金属粉末の酸素含有量を、比較例の金属粉末に較べて23〜50%低減し得ることが確認された。なお、不活性ガスの流量/溶融金属30の流量>0.4の範囲とした比較例Iでは、垂下流32が通孔20の出口付近に付着し、該通孔20を閉塞して金属粉末(ステンレス鋼粉末)は製造されない。また、表1または図2に示すように、0.15≦不活性ガスの流量/溶融金属30の流量の範囲となる実験例B〜D,Fに係る金属粉末(ステンレス鋼粉末)の平均粒径は略17.0(μm)となる。これに対して、(不活性ガスの流量/溶融金属30の流量<0.15の範囲となる比較例G,Hに係る金属粉末(ステンレス鋼粉末)の平均粒径は20.1(μm)および21.2(μm)となっている。すなわち、水アトマイズ法により金属粉末を製造するに際して、0.15≦不活性ガスの流量/溶融金属の流量の範囲となるよう窒素ガスを供給することで、実験例の金属粉末の平均粒径を、比較例の金属粉末に較べて略15%低減し得ることが確認された。
As shown in Table 1 or FIG. 2, in Experimental Examples A to F where 0.1 ≦ the flow rate of the inert gas / the flow rate of the
このように、0.1≦不活性ガスの流量/溶融金属の流量≦0.4の範囲となるよう設定することで、酸素含有量の少ない金属粉末を製造し得るから、金属製品の機械的性質の低下を抑制することができ、金属射出成形や触媒、塗料、その他各種用途に好適に利用可能である。更に、0.15≦不活性ガスの流量/溶融金属の流量となるよう設定することで、製造される金属粉末の平均粒径も小さくし得るから、金属粉末の付加価値をより一層向上し得る利点もある。また、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法を実施するに際しては、供給する不活性ガスの流量と、溶融金属の流量とを調整するだけでよく、新たな設備を導入する必要がないから、酸素含有量が少なく、かつ平均粒径の小さな高付加価値金属粉末を低コストで製造することが可能となる。 In this way, metal powder with low oxygen content can be produced by setting so that 0.1 ≦ inert gas flow rate / molten metal flow rate ≦ 0.4. The deterioration of properties can be suppressed, and it can be suitably used for metal injection molding, catalysts, paints, and other various applications. Further, by setting the flow rate to be 0.15 ≦ inert gas flow rate / molten metal flow rate, the average particle size of the metal powder to be produced can be reduced, so that the added value of the metal powder can be further improved. There are also advantages. Further, when carrying out the method for producing metal powder by the water atomization method according to the present invention, it is only necessary to adjust the flow rate of the inert gas to be supplied and the flow rate of the molten metal, and it is necessary to introduce new equipment. Therefore, it is possible to produce a high value-added metal powder having a low oxygen content and a small average particle size at a low cost.
12 タンディッシュ
16 不活性ガス供給室
18 チャンバ
20 通孔
30 溶融金属
32 垂下流
34 金属粉末
12
Claims (1)
前記不活性ガス供給室(16)への不活性ガスの流量(m3/min)と、該不活性ガス供給室(16)への溶融金属(30)の流量(kg/min)との比が、
0.1≦不活性ガスの流量/溶融金属(30)の流量≦0.4
の範囲となるよう設定した
ことを特徴とする水アトマイズ法による金属粉末の製造方法。
The inert gas supply chamber (16) and the metal powder recovery chamber (18) communicate with each other through the through hole (20), and the inert gas supply chamber (16) supplies the inert gas to the chamber ( 18) With the interior maintained in an inert gas atmosphere, the downstream (32) of the molten metal (30) stored in the tundish (12) through the through hole (20) is placed in the chamber (18). A method for producing metal powder by a water atomization method for producing metal powder (34) by injecting high-pressure water onto the downstream (32) of the molten metal (30) while flowing down,
Ratio of flow rate (m 3 / min) of inert gas to the inert gas supply chamber (16) and flow rate (kg / min) of molten metal (30) to the inert gas supply chamber (16) But,
0.1 ≦ inert gas flow rate / molten metal (30) flow rate ≦ 0.4
A method for producing metal powder by the water atomization method, characterized in that the metal powder is set to fall within the range.
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