JP2010090411A - Metal powder production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属粉末製造装置に関するものである。 The present invention relates to a metal powder manufacturing apparatus.
従来、いわゆるガスアトマイズ法を用いて金属粉末を製造する金属粉末製造装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
例えば、特許文献1にかかる金属粉末製造装置は、溶融金属を流下させる溶湯ノズルが形成された原料容器と、この原料容器の下方に配設された冷却容器と、冷却容器の内周面に沿って冷却液層を形成する冷却液供給手段と、流下した溶融金属に向けてガスを噴射する高圧ガス噴射手段とを備えている。
このような金属粉末製造装置では、原料容器から流下した溶融金属に高圧ガス噴射手段から噴射されたガスを衝突させることにより、当該溶融金属を多数の溶滴とするとともに、その多数の溶滴を冷却液層に衝突させ冷却固化させ、これにより、金属粉末を製造する。
Conventionally, a metal powder production apparatus for producing metal powder using a so-called gas atomization method is known (see, for example, Patent Document 1).
For example, a metal powder manufacturing apparatus according to Patent Document 1 includes a raw material container in which a molten metal nozzle for flowing molten metal is formed, a cooling container disposed below the raw material container, and an inner peripheral surface of the cooling container. Cooling liquid supply means for forming a cooling liquid layer and high pressure gas injection means for injecting gas toward the molten metal that has flowed down.
In such a metal powder manufacturing apparatus, the molten metal flowing down from the raw material container is made to collide with the gas injected from the high-pressure gas injection means, thereby forming the molten metal into a large number of droplets. The metal powder is produced by colliding with the cooling liquid layer and cooling and solidifying.
かかる金属粉末製造装置では、冷却容器が円筒状をなしその軸線が鉛直方向に対して傾斜するように配設されている。また、冷却液供給手段は、冷却容器の内周面の接線方向に向けて冷却液を噴射し、冷却液を冷却容器の内周面に沿って旋回させながら流下させることにより、冷却液層を形成している。このような冷却液層を用いることで、溶滴を急冷し、高機能性の金属粉末を製造することができる。
しかしながら、特許文献1にかかる金属粉末製造装置では、冷却液層の周方向での流速が下方に行くにしたがい遅くなってしまう。そのため、冷却液層の上流側と下流側とで溶滴に対する冷却条件(特に冷却速度)が異なってしまい、均質な(粒径、結晶状態、形状等が均一な)金属粉末を製造するのが難しいという問題があった。
In such a metal powder manufacturing apparatus, the cooling container is cylindrical and is arranged such that its axis is inclined with respect to the vertical direction. The cooling liquid supply means sprays the cooling liquid toward the tangential direction of the inner peripheral surface of the cooling container and causes the cooling liquid layer to flow down while swirling along the inner peripheral surface of the cooling container. Forming. By using such a coolant layer, the droplets can be rapidly cooled to produce a highly functional metal powder.
However, in the metal powder manufacturing apparatus according to Patent Document 1, the flow velocity in the circumferential direction of the coolant layer becomes slower as it goes downward. For this reason, the cooling conditions (particularly the cooling rate) for the droplets differ between the upstream side and the downstream side of the cooling liquid layer, and it is possible to produce metal powder that is homogeneous (uniform in particle size, crystal state, shape, etc.). There was a problem that it was difficult.
本発明の目的は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末を製造することができる金属粉末製造装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the metal powder manufacturing apparatus which can manufacture a high quality metal powder using the gas atomization method.
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の金属粉末製造装置は、溶融金属を流下させる溶融金属供給部と、
前記溶融金属供給部の下方に設置された筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給された溶融金属に向けて気体を噴射する気体噴出部と、
前記筒状体の内周面に沿って冷却液層を形成するように冷却液を流出させる冷却液流出部とを有し、
前記溶融金属供給部から流下した溶融金属に前記気体噴出部から噴射した気体を衝突させることにより、当該溶融金属を多数の液滴とするとともに、該多数の液滴を前記冷却液層に衝突させ冷却固化させて、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記冷却液流出部は、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第1の冷却液噴射口と、前記第1の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第2の冷却液噴射口とを備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第1の冷却液噴射口および前記第2の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、冷却液層の有効冷却領域の上流側と下流側とで溶滴(液滴)に対する冷却条件(特に冷却速度)を等しくすることができる。その結果、均質な(粒径、結晶状態、形状等が均一な)金属粉末を製造することができる。
このようにして、本発明の金属粉末製造装置は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末を製造することができる。
The above object is achieved by the present invention described below.
The metal powder production apparatus of the present invention includes a molten metal supply unit that causes the molten metal to flow down,
A cylindrical body installed below the molten metal supply unit;
A gas ejection part for injecting a gas toward the molten metal supplied from the molten metal supply part;
A coolant outflow portion for allowing the coolant to flow out so as to form a coolant layer along the inner peripheral surface of the cylindrical body,
By causing the gas injected from the gas jetting unit to collide with the molten metal flowing down from the molten metal supply unit, the molten metal is made into a large number of liquid droplets, and the large number of liquid droplets are allowed to collide with the cooling liquid layer. A metal powder production apparatus for producing a metal powder by cooling and solidifying,
The cooling liquid outflow portion is provided on the downstream side with respect to the first cooling liquid injection port, and a first cooling liquid injection port that injects the cooling liquid toward a tangential direction of the inner peripheral surface of the cylindrical body. A second coolant injection port for injecting the coolant toward the tangential direction of the inner peripheral surface of the cylindrical body,
The first coolant injection port and the second coolant are flow rates and flow rates such that the flow rate in the circumferential direction of the coolant layer is uniform over substantially the entire effective cooling region of the coolant layer. It is characterized by being configured to inject a coolant from each of the injection ports.
According to the present invention, the cooling conditions (particularly the cooling rate) for the droplets (droplets) can be made equal on the upstream side and the downstream side of the effective cooling region of the coolant layer. As a result, it is possible to produce a metal powder that is homogeneous (having a uniform particle size, crystal state, shape, etc.).
Thus, the metal powder manufacturing apparatus of this invention can manufacture a high quality metal powder using a gas atomizing method.
本発明の金属粉末製造装置では、前記第1の冷却液噴射口および前記第2の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および/または流量を調整する調整手段を有することが好ましい。
これにより、冷却液層の周方向での流速が冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、第1の冷却液噴射口および第2の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射させることができる。
In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, adjustment for adjusting the flow rate and / or flow rate of the coolant from at least one of the first coolant spray port and the second coolant spray port. It is preferable to have a means.
Accordingly, the first coolant injection port and the second coolant injection are performed at a flow rate and a flow rate such that the flow rate in the circumferential direction of the coolant layer is uniform over substantially the entire effective cooling region of the coolant layer. Coolant can be injected from each of the mouths.
本発明の金属粉末製造装置では、前記調整手段は、前記第1の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力、および/または、前記第2の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力を調整する圧力調整手段を備えることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、冷却液層の周方向での流速が冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、第1の冷却液噴射口および第2の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射させることができる。
In the metal powder manufacturing apparatus according to the present invention, the adjusting means may be configured such that the pressure of the coolant supplied to the first coolant spray port and / or the coolant supplied to the second coolant spray port. It is preferable to provide a pressure adjusting means for adjusting the pressure.
Thus, the first coolant injection port has a relatively simple configuration and a flow rate and a flow rate such that the flow rate in the circumferential direction of the coolant layer is uniform over substantially the entire effective cooling region of the coolant layer. The coolant can be ejected from each of the second coolant spray ports.
本発明の金属粉末製造装置では、前記冷却液層の周方向での流速を検出する流速検出手段を有し、前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整をし得るように構成されていることが好ましい。
これにより、第1の冷却液噴射口および第2の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および/または流量を容易に調整することができる。
The metal powder manufacturing apparatus of the present invention has a flow rate detection means for detecting a flow rate in the circumferential direction of the coolant layer, and is configured to be able to adjust the adjustment means based on the detection result of the flow rate detection means. It is preferable that
Thereby, the flow rate and / or flow rate of the coolant from at least one of the first coolant spray port and the second coolant spray port can be easily adjusted.
本発明の金属粉末製造装置では、前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整を制御する制御手段を有することが好ましい。
これにより、第1の冷却液噴射口および第2の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および/または流量を自動的に調整することができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記冷却液流出部は、前記第2の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第3の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第1の冷却液噴射口、前記第2の冷却液噴射口、および前記第3の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることが好ましい。
これにより、より簡単に、冷却液層の周方向での流速を冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一にすることができる。
In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable to have a control unit that controls adjustment of the adjustment unit based on a detection result of the flow rate detection unit.
Thereby, the flow velocity and / or flow rate of the coolant from at least one of the first coolant spray port and the second coolant spray port can be automatically adjusted.
In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, the coolant outflow portion is provided on the downstream side with respect to the second coolant injection port, and the coolant is directed in the tangential direction of the inner peripheral surface of the cylindrical body. A third coolant spray port for spraying;
The first coolant injection port and the second coolant are flow rates and flow rates such that the flow rate in the circumferential direction of the coolant layer is uniform over substantially the entire effective cooling region of the coolant layer. It is preferable that the coolant is ejected from each of the ejection port and the third coolant ejection port.
As a result, the flow velocity in the circumferential direction of the cooling liquid layer can be more easily made uniform over substantially the entire effective cooling region of the cooling liquid layer.
本発明の金属粉末製造装置では、前記冷却液流出部は、前記第3の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第4の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第1の冷却液噴射口、前記第2の冷却液噴射口、前記第3の冷却液噴射口、および前記第4の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることが好ましい。
これにより、さらに簡単に、冷却液層の周方向での流速を冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一にすることができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記筒状体は、その軸線が鉛直方向に対して傾斜する方向に向くように設置されていることが好ましい。
これにより、多数の液滴を冷却液層により簡単かつ確実に衝突させることができる。
In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, the coolant outflow portion is provided on the downstream side with respect to the third coolant injection port, and the coolant is directed in the tangential direction of the inner peripheral surface of the cylindrical body. A fourth coolant spray port for spraying;
The first coolant injection port and the second coolant are flow rates and flow rates such that the flow rate in the circumferential direction of the coolant layer is uniform over substantially the entire effective cooling region of the coolant layer. It is preferable that the coolant is jetted from each of the spray port, the third coolant spray port, and the fourth coolant spray port.
As a result, the flow velocity in the circumferential direction of the cooling liquid layer can be made uniform over substantially the entire effective cooling region of the cooling liquid layer.
In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the cylindrical body is installed such that its axis is directed in a direction inclined with respect to the vertical direction.
Thereby, a large number of liquid droplets can be easily and reliably collided with the cooling liquid layer.
以下、本発明の金属粉末製造装置ついて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、本発明の金属粉末製造装置の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の金属粉末製造装置の第1実施形態を示す模式図(縦断面図)、図2は、図1に示す金属粉末製造装置に備えられた気体噴射部を示す斜視図、図3は、図2に示す気体噴射部の部分拡大縦断面図、図4は、図1に示す金属粉末製造装置に備えられた冷却液流出部の複数の冷却液噴射口の配置を説明するための図(横断面図)、図5は、図1に示す金属粉末製造装置の冷却液の流出制御の制御系を示すブロック図である。なお、以下の説明では、図1ないし図3中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, the metal powder production apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First, a first embodiment of the metal powder production apparatus of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram (longitudinal sectional view) showing a first embodiment of a metal powder production apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a gas injection unit provided in the metal powder production apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the gas injection unit shown in FIG. 2, and FIG. 4 explains the arrangement of a plurality of cooling liquid injection ports of the cooling liquid outflow unit provided in the metal powder manufacturing apparatus shown in FIG. FIG. 5 (transverse sectional view) and FIG. 5 are block diagrams showing a control system for controlling the outflow of the coolant in the metal powder production apparatus shown in FIG. In the following description, the upper side in FIGS. 1 to 3 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
図1に示す金属粉末製造装置1は、溶融金属Qをアトマイズ法(ガスアトマイズ法)により粉末化して、多数の金属粒子で構成された金属粉末Rを得るものである。この金属粉末製造装置1は、溶融金属Qを供給する溶融金属供給部(タンディシュ)2と、溶融金属供給部2の下方に設けられた筒状体(冷却容器)3と、筒状体3内に冷却液Sを流出させる冷却液流出部4と、流下する溶融金属Qに向けて気体Gを噴射する気体噴射部(ノズル)5とを有している。
A metal powder production apparatus 1 shown in FIG. 1 is for pulverizing a molten metal Q by an atomizing method (gas atomizing method) to obtain a metal powder R composed of a large number of metal particles. The metal powder production apparatus 1 includes a molten metal supply unit (tundish) 2 for supplying a molten metal Q, a cylindrical body (cooling container) 3 provided below the molten metal supply unit 2, and a
以下、各部の構成について説明する。
図1に示すように、溶融金属供給部2は、有底筒状をなす部分を有している。この溶融金属供給部2の内部空間(内腔部)には、製造すべき金属粉末の原材料を溶融した溶融金属Qが一時的に収納される。このような溶融金属供給部2は、例えば、黒鉛、窒化珪素等の耐火性材料で構成されている。また、溶融金属供給部2の外周には、溶融金属Qを加熱・保温するための誘導コイル6が設けられている。
Hereinafter, the configuration of each unit will be described.
As shown in FIG. 1, the molten metal supply unit 2 has a bottomed cylindrical part. A molten metal Q obtained by melting a raw material of the metal powder to be manufactured is temporarily stored in the internal space (lumen portion) of the molten metal supply unit 2. Such a molten metal supply unit 2 is made of a refractory material such as graphite or silicon nitride. An induction coil 6 for heating and keeping the molten metal Q is provided on the outer periphery of the molten metal supply unit 2.
溶融金属Qは、いかなる元素を含んでいてもよく、例えば、TiおよびAlの少なくとも一方を含んでいるものも用いることができる。これらの元素は活性が高く、これらの元素を含む溶融金属Qは、短時間の空気との接触により、容易に酸化して酸化膜を形成してしまい、微細化することが困難とされている。金属粉末製造装置1は、後述するように気体噴射部5が噴射する気体Gとして不活性ガスを用いることで、このような溶融金属Qをも容易に粉末化することができる。
また、溶融金属供給部2の底部の中央部には、吐出口21が設けられている。この吐出口21からは、溶融金属供給部2内の溶融金属Qが下方に向かって自然落下により吐出される。
The molten metal Q may contain any element. For example, a metal containing at least one of Ti and Al can be used. These elements are highly active, and the molten metal Q containing these elements easily oxidizes to form an oxide film by contact with air for a short time, and it is difficult to miniaturize them. . The metal powder manufacturing apparatus 1 can easily pulverize such molten metal Q by using an inert gas as the gas G injected by the
A
このような溶融金属供給部2の下方には、筒状体3が設けられている。
筒状体3は、円筒状をなし、その軸線が鉛直方向に対して傾斜する方向を向くように設置されている。
この筒状体3は、後述するように、気体噴射部5からの気体Gにより溶融金属Qを分断(飛散)させて形成された多数の液滴(溶滴)Q1が供給されるとともに、その多数の液滴Q1を冷却液流出部4からの冷却液Sにより形成された冷却液層S1で冷却するためのものである。
A
The
As will be described later, the
この筒状体3には、冷却液Sを筒状体3内に流出させる冷却液流出部4が設けられている。なお、冷却液流出部4については、後に詳述する。
このような筒状体3の上側(上端部付近)には、環状の蓋部材7が設けられている。この蓋部材7上には、蓋部材7の中央部の開口を通じて筒状体3内に気体Gを噴射し得るように気体噴射部5が設けられている。
The
An annular lid member 7 is provided on the upper side (near the upper end) of the
気体噴射部5は、図1に示すように、前述した溶融金属供給部2の吐出口21と同軸上に設けられた溶湯ノズル51と、溶湯ノズル51の外周に沿って設けられたガス室52と、ガス室52に連通する複数の気体噴射口53とを備えている。
溶湯ノズル51は、鉛直方向に上下に貫通するように形成された溶湯ノズル孔511を有している。また、溶湯ノズル51は、耐火材で構成されている。
As shown in FIG. 1, the
The
このような溶湯ノズル51は、前述した溶融金属供給部2の吐出口21から流下した溶融金属Qを一旦受け止め、溶融金属Qを溶湯ノズル孔511を通じて筒状体3内へ流下させる。溶湯ノズル孔511を通過した溶融金属Qの横断面形状および横断面積は、溶湯ノズル孔511の横断面積および横断面形状に応じたものとなる。
このような溶湯ノズル51の外周側には、その周方向に沿って環状をなすガス室52が設けられている。このガス室52には、外部から図示しないガス供給管を介して、高圧の気体Gが供給されるようになっている。
Such a
On the outer peripheral side of such a
気体Gとしては、溶融金属Qの酸化を防止することができるものであれば特に限定されないが、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス、アンモニア分解ガス等の還元性ガス等を用いることができる。
このようなガス室52の下側には、その周方向に沿って並設された複数の気体噴射口53が設けられている。各気体噴射口53は、前述したガス室52に連通しており、気体Gを噴射するようになっている。
The gas G is not particularly limited as long as it can prevent the oxidation of the molten metal Q. For example, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, or a reducing gas such as ammonia decomposition gas is used. Can do.
A plurality of
本実施形態では、複数の気体噴射口53は、図2に示すように、溶湯ノズル51の軸線を中心とする同一円周上に設けられている。特に、複数の気体噴射口53は、図1および図2中左側に設けられた複数の第1の気体噴射口531と、図1および図2中右側(すなわち第1の気体噴射口531とは反対側)に設けられた複数の第2の気体噴射口532とで構成されている。
In the present embodiment, the plurality of
このような複数の気体噴射口53(複数の第1の気体噴射口531および複数の第2の気体噴射口532)は、これらの下方における溶湯ノズル51の軸線Lc上のほぼ同位置に向けて気体Gを噴射するように形成されている。
各第1の気体噴射口(主気体噴射口)531は、流下した溶融金属Qに気体Gを第1の流速および第1の流量で噴射するように構成されている。そして、複数の第1の気体噴射口531は、各第1の気体噴射口531からの気体Gの噴射により主分断用のガス流j1を生じさせる。
The plurality of gas injection ports 53 (the plurality of first
Each first gas injection port (main gas injection port) 531 is configured to inject the gas G into the molten metal Q that has flowed down at a first flow rate and a first flow rate. Then, the plurality of first
一方、各第2の気体噴射口(補助気体噴射口)532は、流下した溶融金属Qに第1の気体噴射口531とは反対側から気体Gを前記第1の流速より遅い第2の流速および前記第1の流量よりも少ない第2の流量で噴射するように構成されている。本実施形態では、各第2の気体噴射口532の横断面積は、各第1の気体噴射口531の横断面積よりも小さくなっている。そして、複数の第2の気体噴射口532は各第2の気体噴射口532からの気体Gを噴射により補助分断用のガス流j2を生じさせる。
On the other hand, each second gas injection port (auxiliary gas injection port) 532 causes the gas G to flow from the opposite side of the first
このような複数の第1の気体噴射口531および複数の第2の気体噴射口532で複数の第2の気体噴射口532を構成することで、気体噴射部5は、筒状体3の軸線に平行に流下した溶融金属Qに対し気体Gを衝突させることで、多数の液滴Q1を筒状体3の軸線に対して傾斜した方向に向けて飛翔させることができる。これにより、多数の液滴Q1を冷却液層S1に比較的簡単かつ確実に衝突させることができる。
The plurality of first
より具体的に説明すると、ガス室52に所定の圧力で圧縮された気体Gが供給されると、図3に示すように、各第1の気体噴射口531および各第2の気体噴射口532から気体Gが噴射される。これにより、複数の第1の気体噴射口531から噴射された気体Gによりガス流j1が形成されるとともに、複数の第2の気体噴射口532から噴射された気体Gによりガス流j2が形成される。これらのガス流j1、j2は、溶湯ノズル51の下端よりやや下側の位置における溶湯ノズル孔511の軸線上で互いに交差する。
このとき、各第2の気体噴射口532の横断面積が各第1の気体噴射口531の横断面積よりも小さいので、流路抵抗差により、ガス流j2の流速および流量がガス流j1の流速および流量よりも小さくなる。
More specifically, when the gas G compressed at a predetermined pressure is supplied to the
At this time, since the cross-sectional area of each second
その結果、図3に示すように、ガス流j1は、ガス流j2と交わった後、やや広がりを生じてその噴射方向に沿う流れを維持する。一方、ガス流j2は、ガス流j1と交わることによって、ガス流j1の噴射方向に沿うように流れる方向が変化し、ガス流j1と一体化される。
このようにして、気体噴射部5は、溶湯ノズル51を囲う円周上に配置された複数の気体噴射口53のそれぞれから気体Gが噴射されるものの、これらのガス流が溶湯ノズル孔511の軸線上で交わることで、円錐状の拡がりを全周にわたって生じることなく、溶湯ノズル孔511の軸線に対して片側に気体Gを噴射することができる。
As a result, as shown in FIG. 3, after the gas flow j 1 intersects with the gas flow j 2 , the gas flow j 1 slightly expands and maintains the flow along the injection direction. On the other hand, the gas stream j 2, by crossing the gas flow j 1, the direction of flow along the direction of the injection gas flow j 1 is changed, it is integrated with the gas stream j 1.
Thus, although the
一方、溶湯ノズル51の溶湯ノズル孔511から流下した溶融金属Qは、ガス流j1とガス流j2との交差点付近で、これらに衝突し、分断されて複数の液滴Q1となる。複数の液滴Q1は、ガス流j2と一体化したガス流j1によって、冷却液層S1に向けて飛翔する。そして、複数の液滴Q1は、冷却液層S1に衝突し、さらに分断され微細化されるとともに冷却固化され、これにより、金属粉末R(複数の金属粒子)が得られる。
On the other hand, the molten metal Q flowing down from the
このようにして、流下した溶融金属Qは、気体Gのガス流j1、j2によって分断されて複数の液滴Q1となるととともに、当該複数の液滴Q1を効率的に冷却液層S1に衝突させて冷却固化させることができる。
特に、気体噴射部5は、多数の液滴Q1を鉛直方向に対して傾斜した第1の方向に向けて飛翔させるように構成されており、筒状体3は、その軸線が鉛直方向に対して前記第1の方向とは反対側に傾斜した第2の方向を向くように設置されている。これにより、多数の液滴Q1を冷却液層S1により簡単かつ確実に衝突させることができる。
In this way, the molten metal Q that has flowed down is divided by the gas flows j 1 and j 2 of the gas G into a plurality of droplets Q1, and the plurality of droplets Q1 are efficiently transferred to the cooling liquid layer S1. It can be made to collide and be cooled and solidified.
In particular, the
ここで、冷却液流出部4について詳述する。
冷却液流出部4は、複数の冷却液噴射口41、42、43、44を備えている。
図1および図4に示すように各冷却液噴射口41、42、43、44は、筒状体3の内周面に開口しており、筒状体3の内周面の接線方向に向けて冷却液S(本実施形態では水)を流出(吐出)する。これにより、冷却液Sを筒状体3の周方向に旋回させて、冷却液層S1を形成する。なお、冷却液Sは、還元剤等の添加剤が添加されていてもよい。
Here, the
The
As shown in FIGS. 1 and 4, each of the
より具体的に説明すると、複数の冷却液噴射口41、42、43、44は、図1に示すように、筒状体3内の冷却液層S1の上流側から下流側に向け、冷却液噴射口(第1の冷却液噴射口)41、冷却液噴射口(第2の冷却液噴射口)42、冷却液噴射口(第3の冷却液噴射口)43、冷却液噴射口(第4の冷却液噴射口)44の順に配置されている。
また、図4に示すように、冷却液噴射口41と冷却液噴射口43とが筒状体3の周方向での同位置に設けられ、また、冷却液噴射口42と冷却液噴射口44とが筒状体3の周方向での同位置に設けられている。
そして、これらの冷却液噴射口41、42、43、44は、筒状体3の内周面の接線方向での同一向きに冷却液Sを噴射するように形成されている。
このように構成された冷却液流出部4によれば、比較的簡単な構成で、筒状体3の上端部から下端部に亘って冷却液層S1を形成することができる。
More specifically, as shown in FIG. 1, the plurality of
Further, as shown in FIG. 4, the
These
According to the
また、冷却液流出部4が前述したように冷却液Sの旋回流を形成させるので、筒状体3内での冷却液Sの流れを安定化することができる。また、冷却液流出部4は、前述したように筒状体3の内周に沿って設けられた複数の冷却液噴射口41を備えているため、比較的簡単に、冷却液層S1の厚さを筒状体3の周方向に亘って均一化することができる。
また、冷却液噴射口41にはポンプ81が接続され、冷却液噴射口42にはポンプ82が接続され、冷却液噴射口43にはポンプ83が接続され、冷却液噴射口44にはポンプ84が接続されている。これらのポンプ81、82、83、84は、それぞれ、図示しない冷却液タンクが接続されている。これにより、ポンプ81、82、83、84を作動させることで、冷却タンク内の冷却液Sを各冷却液噴射口41、42、43、44に供給し、加圧された冷却液Sが各冷却液噴射口41、42、43、44から噴射(流出)される。
Further, since the
A
本実施形態では、冷却液噴射口41とポンプ81との間にバルブ85が設けられ、冷却液噴射口42とポンプ82との間にバルブ86が設けられ、冷却液噴射口43とポンプ83との間にバルブ87が設けられ、冷冷却液噴射口44とポンプ84との間にバルブ88が設けられている。
バルブ85は冷却液噴射口41に供給される冷却液Sの圧力を調整するものであり、バルブ86は冷却液噴射口42に供給される冷却液Sの圧力を調整するものであり、バルブ87は冷却液噴射口43に供給される冷却液Sの圧力を調整するものであり、バルブ88は冷却液噴射口44に供給される冷却液Sの圧力を調整するものであり、これらは、圧力調整手段を構成する。また、バルブ85、86、87、88は、冷却液噴射口41、42、43、44からの冷却液Sの流速および/または流量を調整する調整手段を構成する。
In the present embodiment, a
The
これらのバルブ85、86、87、88を調整することで、冷却液層S1の周方向での流速が冷却液層S1の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、各冷却液噴射口41、42、43、44から冷却液Sを噴射させることができる。
冷却液層S1の周方向での流速が冷却液層S1の有効冷却領域の略全域に亘って均一になると、冷却液層S1の上流側と下流側とで液滴(溶滴)Q1に対する冷却条件(特に冷却速度)を等しくすることができる。その結果、均質な(粒径、結晶状態、形状等が均一な)金属粉末を製造することができる。その結果、金属粉末製造装置1は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末Rを製造することができる。ここで、冷却液層S1の有効冷却領域とは、気体噴射部5から広がって飛翔する多数の液滴Q1が冷却液層S1に衝突する領域を言う。
By adjusting these
When the flow velocity in the circumferential direction of the cooling liquid layer S1 becomes uniform over substantially the entire effective cooling region of the cooling liquid layer S1, cooling of the droplets (melt droplets) Q1 is performed on the upstream side and the downstream side of the cooling liquid layer S1. Conditions (especially the cooling rate) can be made equal. As a result, it is possible to produce a metal powder that is homogeneous (having a uniform particle size, crystal state, shape, etc.). As a result, the metal powder manufacturing apparatus 1 can manufacture a high-quality metal powder R using a gas atomizing method. Here, the effective cooling region of the cooling liquid layer S1 refers to a region where a large number of liquid droplets Q1 that spread from the
より具体的に説明すると、本実施形態では、図1に示すように、筒状体3内には、冷却液層S1の周方向での流速を検出する2つのセンサ(流速検出手段)11、12が設けられている。
センサ11は、冷却液噴射口41に対して下流側、かつ、冷却液噴射口42に対して上流側に設けられている。また、センサ12は、冷却液噴射口43に対して下流側、かつ、冷却液噴射口44に対して上流側に設けられている。
センサ11、12は、それぞれ、冷却液層S1の周方向での流速を検出することができるものであれば、特に限定されず、各種流速計を用いることができ、例えば、ピトー管を用いることができる。
More specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, in the
The
The
このようなセンサ11、12は、図5に示すように、制御手段13に接続されている。
制御手段13は、センサ11、12の検出結果(検出された流速)に基づいて、前述したバルブ85、86、87、88の開度を調整するものである。ここで、制御手段13は、センサ11、12の検出結果に基づいてバルブ85、86、87、88の調整を制御する制御手段を構成する。
The control means 13 adjusts the opening degree of the
このようなセンサ11、12の検出結果に基づいてバルブ85、86、87、88の調整を行うことで、冷却液噴射口41、42、43、44からの冷却液Sの流速および/または流量を容易に調整することができる。
より具体的には、制御手段13は、センサ11によって検出された流速と、センサ12によって検出された流速との差がゼロとなるように、バルブ85、86、87、88の調整を制御する。
By adjusting the
More specifically, the
例えば、センサ11によって検出された流速が、センサ12によって検出された流速よりも小さいとき、制御手段13は、バルブ85、86の開度を大きく、または、バルブ87、88の開度を小さくする。一方、センサ11によって検出された流速が、センサ12によって検出された流速よりも大きいとき、制御手段13は、バルブ85、86の開度を小さく、または、バルブ87、88の開度を大きくする。
For example, when the flow velocity detected by the
その際、制御手段13は、センサ11によって検出された流量と、センサ12によって検出された流量とがそれぞれ所望の流量となるように、バルブ85、86、87、88を調整する。
以上のようにして、制御手段13は、冷却液噴射口41、42、43、44からの冷却液Sの流速および/または流量を自動的に調整することができる。
At that time, the control means 13 adjusts the
As described above, the
以上説明したようにして形成される冷却液層S1には、前述した気体噴射部(ガスジェットノズル)5によって溶融金属Qを分断して形成された多数の液滴Q1が気体噴射部5からの気体Gとともに供給される。
また、筒状体3の下端には、金属粉末Rを冷却液Sとともに排出するための排出管9が接続されている。この排出管9は、図示しない回収タンクに接続されている。
In the cooling liquid layer S1 formed as described above, a large number of droplets Q1 formed by dividing the molten metal Q by the gas jetting unit (gas jet nozzle) 5 described above from the
In addition, a discharge pipe 9 for discharging the metal powder R together with the cooling liquid S is connected to the lower end of the
回収された金属粉末Rと冷却液Sとの混合物は、脱液装置を用いて、冷却液Sを除去することで金属粉末Rが分離される。分離された金属粉末Rは、乾燥装置を用いて、乾燥される。
以上説明したような金属粉末製造装置1によれば、冷却液層S1の有効冷却領域の上流側と下流側とで液滴Q1に対する冷却条件(特に冷却速度)を等しくすることができる。その結果、均質な(粒径、結晶状態、形状等が均一な)金属粉末Rを製造することができる。
The metal powder R is separated from the mixture of the collected metal powder R and the cooling liquid S by removing the cooling liquid S using a liquid removal apparatus. The separated metal powder R is dried using a drying apparatus.
According to the metal powder manufacturing apparatus 1 described above, the cooling conditions (particularly the cooling rate) for the droplet Q1 can be made equal on the upstream side and the downstream side of the effective cooling region of the cooling liquid layer S1. As a result, it is possible to produce a metal powder R that is homogeneous (having a uniform particle size, crystal state, shape, etc.).
このようにして、金属粉末製造装置1は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末Rを製造することができる。
以上、本発明の金属粉末製造装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、金属粉末製造装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
In this way, the metal powder production apparatus 1 can produce a high-quality metal powder R using the gas atomization method.
The embodiment of the metal powder production apparatus of the present invention has been described above with reference to the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and for example, each part constituting the metal powder production apparatus exhibits the same function. It can be replaced with any configuration obtained. Moreover, arbitrary components may be added.
例えば、前述した実施形態では、4つの冷却液噴射口を設けた例について、説明したが、冷却液噴射口の数は、複数であれば、これに限定されず、2つまたは3つでもよいし、5つ以上であってもよい。ただし、冷却液噴射口の数が多いほど、冷却液の周方向での流速を均一するのが容易となり、筒状体の軸線方向での長さが大きい場合でも、冷却液の周方向での流速を均一することができる。 For example, in the above-described embodiment, an example in which four coolant injection ports are provided has been described. However, the number of coolant injection ports is not limited to this as long as it is plural, and may be two or three. And five or more may be sufficient. However, the greater the number of cooling liquid injection ports, the easier it is to make the flow velocity in the circumferential direction of the cooling liquid uniform, and even when the length of the cylindrical body in the axial direction is large, the circumferential direction of the cooling liquid The flow rate can be made uniform.
1……金属粉末製造装置 2……溶融金属供給部 3……筒状体 21……吐出口 4……冷却液流出部 41〜44……冷却液噴射口 5……気体噴射部 51……溶湯ノズル 511……溶湯ノズル孔 52……ガス室 53……気体噴射口 531……第1の気体噴射口 532……第2の気体噴射口 6……誘導コイル 7……蓋部材 81〜84……ポンプ 85〜88……バルブ 9……排出管 11、12……センサ 13……制御手段 Lc……軸線 j1、j2……ガス流 S……冷却液 S1……冷却液層 G……気体 Q……溶融金属 Q1……液滴 R……金属粉末
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal powder manufacturing apparatus 2 ... Molten
Claims (8)
前記溶融金属供給部の下方に設置された筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給された溶融金属に向けて気体を噴射する気体噴出部と、
前記筒状体の内周面に沿って冷却液層を形成するように冷却液を流出させる冷却液流出部とを有し、
前記溶融金属供給部から流下した溶融金属に前記気体噴出部から噴射した気体を衝突させることにより、当該溶融金属を多数の液滴とするとともに、該多数の液滴を前記冷却液層に衝突させ冷却固化させて、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記冷却液流出部は、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第1の冷却液噴射口と、前記第1の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第2の冷却液噴射口とを備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第1の冷却液噴射口および前記第2の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることを特徴とする金属粉末製造装置。 A molten metal supply section for flowing down the molten metal;
A cylindrical body installed below the molten metal supply unit;
A gas ejection part for injecting a gas toward the molten metal supplied from the molten metal supply part;
A coolant outflow portion for allowing the coolant to flow out so as to form a coolant layer along the inner peripheral surface of the cylindrical body,
By causing the gas injected from the gas jetting unit to collide with the molten metal flowing down from the molten metal supply unit, the molten metal is made into a large number of liquid droplets, and the large number of liquid droplets are allowed to collide with the cooling liquid layer. A metal powder production apparatus for producing a metal powder by cooling and solidifying,
The cooling liquid outflow portion is provided on the downstream side with respect to the first cooling liquid injection port, and a first cooling liquid injection port that injects the cooling liquid toward a tangential direction of the inner peripheral surface of the cylindrical body. A second coolant injection port for injecting the coolant toward the tangential direction of the inner peripheral surface of the cylindrical body,
The first coolant injection port and the second coolant are flow rates and flow rates such that the flow rate in the circumferential direction of the coolant layer is uniform over substantially the entire effective cooling region of the coolant layer. A metal powder manufacturing apparatus configured to inject a cooling liquid from each of the injection ports.
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第1の冷却液噴射口、前記第2の冷却液噴射口、および前記第3の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されている請求項1ないし5のいずれかに記載の金属粉末製造装置。 The cooling liquid outflow portion is provided on the downstream side with respect to the second cooling liquid injection port, and a third cooling liquid injection port that injects the cooling liquid toward the tangential direction of the inner peripheral surface of the cylindrical body. With
The first coolant injection port and the second coolant are flow rates and flow rates such that the flow rate in the circumferential direction of the coolant layer is uniform over substantially the entire effective cooling region of the coolant layer. The metal powder manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the apparatus is configured to inject a coolant from each of an injection port and the third coolant injection port.
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第1の冷却液噴射口、前記第2の冷却液噴射口、前記第3の冷却液噴射口、および前記第4の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されている請求項6に記載の金属粉末製造装置。 The cooling liquid outflow portion is provided on the downstream side with respect to the third cooling liquid injection port, and a fourth cooling liquid injection port that injects the cooling liquid toward the tangential direction of the inner peripheral surface of the cylindrical body. With
The first coolant injection port and the second coolant are flow rates and flow rates such that the flow rate in the circumferential direction of the coolant layer is uniform over substantially the entire effective cooling region of the coolant layer. The metal powder manufacturing apparatus according to claim 6, configured to inject a cooling liquid from each of an injection port, the third cooling liquid injection port, and the fourth cooling liquid injection port.
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