JP2013198857A - 球状化粒子製造装置及び球状化粒子製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、球状化粒子へのカーボンの付着及び混入を抑制可能であると共に、高融点の原料粉体を用いた場合でも安定した形状の球状化粒子を生成可能な球状化粒子製造装置及び球状化粒子製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】鉛直方向に延在する球状化炉１８と、球状化炉１８の上端１８Ａに設けられ、原料粉体を球状化炉１８内に分散させる複数の原料分散孔と、球状化炉１８の上端１８Ａと球状化炉１８の底部１８Ｂとの間に球状化炉１８の側壁の外面を露出するように設けられ、かつ球状化炉１８の延在方向に対して配置された燃焼室２１〜２５と、燃焼室２１〜２５に設けられ、かつ燃焼室２１〜２５内に火炎を形成するバーナ３１〜４０と、燃焼室２１〜２５が露出する球状化炉１８の側壁を貫通し、燃焼室２１〜２５内の燃焼ガスを球状化炉１８内に導く複数の燃焼ガス導入孔と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、球状化粒子を製造する球状化粒子製造装置及び球状化粒子製造方法に関する。

従来、無機酸化物の球状化粒子を製造する方法として、各種方法が知られているが、生産性や経済性の面から工業的には火炎法が広く採用されている。
火炎法は、燃料ガスと支燃性ガス(助燃ガス)とをバーナから噴出させて形成した火炎中に原料粉体を投入し、火炎の高温雰囲気内で原料粉体を溶融、或いは半溶融させて、表面張力により粉体表面を球状化させることで球状粒子を得る方法である（例えば、特許文献１〜３参照。）。

図７は、特許文献３に開示された球状化粒子製造用バーナの先端部を拡大した断面図であり、図８は、図７に示す球状化粒子製造用バーナの先端の平面図である。

ここで、図７及び図８を参照して、従来の球状化粒子製造用バーナ１００の構成について説明する。
従来の球状粒子製造用バーナ１００は、キャリアガスに搬送された原料粉末を供給する原料粉末供給路１０１と、原料粉末供給路１０１の外側の円周上に配置された複数の供給路からなる燃料ガス供給路１０２と、燃料ガス供給路１０２の外側の円周上に配置された複数の供給路からなる旋回酸素供給路１０３と、旋回酸素供給路１０３の外側の円周上に配置された複数の供給路からなる直進酸素供給路１０４と、直進酸素供給路１０４の外側の円周上に配置された冷却水通路１０５ａ，１０５ｂと、先端側に拡径した燃焼室１０６と、を有する。

原料粉末供給路１０１の先端には、燃焼室１０６の底部１０８に形成された複数の噴出口からなる原料粉末噴出口１０７が設けられている。また、燃料ガス供給路１０２の各供給路の先端には、燃料ガス噴出口１０９が設けられている。
旋回酸素供給路１０３の各供給路の先端には、旋回酸素噴出口１１０が設けられている。また、直進酸素供給路１０４の各供給路の先端には、直進酸素噴出口１１１が設けられている。

図９は、特許文献３に開示された従来の球状化粒子製造装置の概略構成を示す図である。
ここで、図９を参照して、従来の球状化粒子製造装置１２０について説明する。
従来の球状化粒子製造装置１２０は、原料フィーダー１２１と、キャリアガス供給経路１２３と、バーナ１２４と、酸素供給設備１２６と、ＬＰＧ供給設備１２７と、球状化炉１２８と、空気供給経路１３１と、サイクロン１３２と、バグフィルター１３３と、を有する。火炎を形成するバーナ１２４の先端は、球状化炉１２８内に収容されている。つまり、球状化炉１２８内に、火炎が形成される。

上記構成とされた従来の球状化粒子製造装置１２０では、原料粉体が原料フィーダー１２１から切り出され、原料粉体がキャリアガス供給経路１２３から供給されるキャリアガスに同伴されてバーナ１２４に搬送される。

バーナ１２４には、酸素供給設備１２６からの酸素が供給されると共に、ＬＰＧ供給設備１２７から燃焼ガスが供給されており、球状化炉１２８内に形成される火炎中を原料粉体が通過することで、球状化粒子が生成される。
その後、球状化粒子は、空気供給経路１３１を介して球状化炉１２８の底部に導入された空気により温度希釈され、後段に配置されたサイクロン１３２及びバグフィルター１３３で回収される。
また、上記燃料ガスとしては、メタンやプロパンを主成分とするガスが用いられる。

特開昭５８−１４５６１３号公報 特許第３３３１４９１号公報 特許第３３１２２２８号公報

ところで、メタンやプロパンを主成分とする燃料ガスの燃焼反応により形成される火炎のうち、高温雰囲気内で原料粉体を溶融する火炎法では、火炎中において原料粉体を球状化する過程において未燃の燃料が発生するため、燃料起因のカーボンが球状化粒子に付着或いは混入してしまうという問題があった。

例えば、半導体チップの封止樹脂に球状化粒子としてシリカ粒子を混合させる場合で、かつシリカ粒子にカーボンが付着或いは混入している場合、カーボンが導電性を有するため、半導体チップに形成された配線間においてショートが発生してしまう。

また、例えば、カーボンが付着或いは混入した球状化粒子をＬＥＤ等の封止材に用いる場合、カーボンが黒色異物として光学的な異物となるため望ましくない。
上記理由により、球状化粒子にカーボンが付着及び混入することは好ましくない。

本発明者らは、未燃の燃料ガスに含まれるカーボンが球状化粒子に付着或いは混入しにくくする手段として、球状化炉の外部でバーナの火炎を形成し、該火炎により生成される高温の燃焼ガス（未燃の燃料ガスをほとんど含まないガス）を球状化炉内に導入させ、球状化炉の上端側から分散させた原料粉体を供給させ、燃焼ガスにより原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成するという考えに至った。

図１０は、本発明者らが事前検討に使用した球状化粒子製造装置の概略構成を示す図であり、図１１は、図１０に示す球状化炉、燃焼室、及びバーナの断面図である。図１０及び図１１において、Ｙ方向は球状化炉１４７の延在方向（鉛直方向）、Ｘ方向はＹ方向と直交する面方向を示している。

そこで、本発明者らは、図１０に示す球状化粒子製造装置１４０を作成し、上記考えが正しいか否かを確認するための事前検討を行った。
ここで、図１０及び図１１を参照して、本発明者らが事前検討に使用した球状化粒子製造装置１４０の構成について説明する。

球状化粒子製造装置１４０は、キャリアガス供給源１４１と、支燃性ガス供給源１４２と、燃料ガス供給源１４３と、原料フィーダー１４５と、鉛直方向に延在する球状化炉１４７と、原料粉体供給路１４８と、複数の原料分散孔１４９と、燃焼室１５１と、一対のバーナ１５２−１，１５２−２と、複数の燃焼ガス導入孔１５３と、送風ガス導入部１５５と、球状化粒子導出部１５６と、送風ブロア１５８と、空気導入口１６２と、球状化粒子輸送ライン１６３と、サイクロン１７１及びバグフィルター１７２よりなる球状化粒子捕集装置１６５と、冷却ガス導入部１６８と、冷却ガス調整部１６９と、を有する。

燃焼室１５１は、球状化炉１４７の上端１４７Ａと底部１４７Ｂとの間に位置する球状化炉１４７の側壁１４７Ｃの外側に設けられている。燃焼室１５１は、球状化炉１４７の上端１４７Ａと底部１４７Ｂとの間に位置する球状化炉１４７の側壁１４７Ｃの外面１４７ａ全体を露出している。

バーナ１５２−１，１５２−２は、火炎１６７−１，１６７−２を形成する先端が燃焼室１５１内に露出されるように、燃焼室１５１に設けられている。バーナ１５２−１，１５２−２は、燃料ガス供給源１４３から供給された燃料ガス（ＬＰＧ)、及び支燃性ガス供給源１４２から供給された酸素または酸素富化空気を先端から噴出させることで燃焼室１５１内に火炎１６７−１，１６７−２を形成する。火炎１６７−１，１６７−２は、球状化炉１４７の外側に位置する燃焼室２１内に収容されている。

複数の燃焼ガス導入孔１５３は、球状化炉１４７の側壁１４７Ｃを貫通しており、球状化炉１４７の周方向及び球状化炉１４７の延在方向（Ｙ方向）に配置されている。複数の燃焼ガス導入孔１５３は、燃焼室１５１に露出されている。

本発明者らが、球状化粒子製造装置１４０を用いて、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを球状化炉１４７内に導入させ、球状化炉１４７の上端１４７Ａ側から分散させた原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成したところ、図９に示す従来の球状化粒子製造装置１２０を用いた場合と比較して、球状化粒子に付着或いは混入するカーボンの量が低減できることが確認できた。

しかしながら、球状化粒子製造装置１４０を用い、原料粉体に粒径の大きな粒子（例えば、１０μｍを超える粒子）が混ざっている場合、１０μｍ以下の粒子は球状化されるが、10μ以上の粒子は球状化されないといった具合に、形状が安定した球状化粒子を得ることができないという新たな問題が発見された。

これは、鉛直方向に延在する球状化炉１４７の上部側に比較的の温度の高い燃焼ガスが供給され、球状化炉１４７の下部側に球状化炉１４７の上部に供給された燃焼ガスよりも温度の低い燃焼ガスが供給されて、球状化炉１４７内に温度勾配が形成され、球状化炉１４７内の鉛直方向において温度ばらつきが生じたためと推測される。

そこで、本発明は、球状化粒子へのカーボンの付着或いは混入を抑制可能であると共に、高融点の原料粉体を用いた場合でも安定した形状の球状化粒子を生成可能な球状化粒子製造装置及び球状化粒子製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、原料粉体を球状化して球状化粒子を生成し、かつ鉛直方向に延在する球状化炉と、前記球状化炉の上端に設けられ、該球状化炉に供給される前記原料粉体を該球状化炉内に分散させる複数の原料分散孔と、前記球状化炉の上端と該球状化炉の底部との間に位置する該球状化炉の側壁の外側に、前記球状化炉の側壁の外面を露出するように設けられ、かつ前記球状化炉の延在方向に対して複数配置された燃焼室と、複数の前記燃焼室にそれぞれ設けられ、かつ前記燃焼室内に火炎を形成するバーナと、前記燃焼室が露出する前記球状化炉の側壁を貫通し、前記火炎により生成された前記燃焼室内の燃焼ガスを前記球状化炉内に導く複数の燃焼ガス導入孔と、を有することを特徴とする球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項２に係る発明によれば、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナをそれぞれ独立して制御する制御部を有することを特徴とする請求項１記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項３に係る発明によれば、前記制御部は、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナの火炎が生成する前記燃焼ガスの量を調整することを特徴とする請求項１または２記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項４に係る発明によれば、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに燃料を供給する燃料供給源と、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給源と、前記球状化炉内に配置され、該球状化炉内の鉛直方向の温度を検出する複数の温度検出器と、を有し、前記制御部は、複数の温度検出器が検出する温度に基づいて、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに供給する前記燃料の量、及び前記支燃性ガスの量を調整することを特徴とする請求項２または３記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項５に係る発明によれば、前記複数の燃焼ガス導入孔は、前記火炎から離間した位置に配置することを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項６に係る発明によれば、前記球状化炉は、円筒形状とされており、複数の前記燃焼室は、それぞれ前記球状化炉の周方向において前記球状化炉の側壁の外面を露出することを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項７に係る発明によれば、前記複数の燃焼ガス導入孔を、前記球状化炉の周方向及び該球状化炉の延在方向に配置したことを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項８に係る発明によれば、複数の前記燃焼室には、それぞれ複数の前記バーナが設けられており、前記球状化炉を介して、複数の前記バーナを対向配置させたことを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項９に係る発明によれば、前記複数の燃焼ガス導入孔の延在方向は、前記球状化炉の法線方向と同じ方向であることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１０に係る発明によれば、前記複数の燃焼ガス導入孔の延在方向は、前記球状化炉の接線方向と同じ方向であることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１１に係る発明によれば、前記複数の燃焼ガス導入孔は、前記燃焼ガスを斜め下方に供給可能な構造であることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１２に係る発明によれば、複数の前記燃焼室が露出する前記球状化炉の側壁が、耐火物で構成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１３に係る発明によれば、前記球状化炉の側壁を冷却する水冷ジャケットを有することを特徴とする請求項１ないし１２のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１４に係る発明によれば、前記球状化炉の側壁のうち、該球状化炉の底部に位置する部分に設けられ、該球状化炉内に送風ガスを導入する送風ガス導入部と、前記球状化炉の側壁のうち、該球状化炉の底部に位置する部分に、前記送風ガス導入部と対向配置され、かつ前記球状化炉から前記球状化粒子を導出する球状化粒子導出部と、前記球状化粒子導出部から導出された前記球状化粒子を捕集する球状化粒子捕集装置と、を有することを特徴とする請求項１ないし１３のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１５に係る発明によれば、前記球状化粒子捕集装置は、前記球状化粒子導出部と接続され、前記球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた粒子を捕集するサイクロンと、前記サイクロンの下流に配置され、前記球状化粒子のうち、前記第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた粒子を捕集するバグフィルターと、前記サイクロンと前記バグフィルターとを接続し、かつ前記球状化粒子の一部を前記バグフィルターに輸送する球状化粒子輸送ラインと、を有することを特徴とする請求項１４記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１６に係る発明によれば、前記球状化粒子輸送ラインに、冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、前記冷却ガス導入口に設けられ、前記球状化粒子輸送ラインに導入される前記冷却ガスの導入量を調整する冷却ガス調整部と、を有することを特徴とする請求項１５記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１７に係る発明によれば、請求項１ないし１６のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置を用いた球状化粒子製造方法であって、複数の前記燃焼室内に生成された前記燃焼ガスを前記球状化炉内に導入し、該燃焼ガスにより、前記原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することを特徴とする球状化粒子製造方法が提供される。

また、請求項１８に係る発明によれば、前記燃焼ガスは、前記バーナにより燃料と支燃性ガスとを完全燃焼させることで生成することを特徴とする請求項１７記載の球状化粒子製造方法が提供される。

また、請求項１９に係る発明によれば、前記原料粉体を溶融させるのに適した温度分布が前記球状化炉内に形成されるように、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに供給される前記燃料の量及び前記支燃性ガスの量を独立して制御することを特徴とする請求項１８記載の球状化粒子製造方法が提供される。

また、請求項２０に係る発明によれば、前記球状化炉内の鉛直方向の温度が均一と成るように、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに供給する前記燃料の量及び前記支燃性ガスの量を独立して制御することを特徴とする請求項１８記載の球状化粒子製造方法が提供される。

本発明の球状化粒子製造装置によれば、球状化炉の上端と球状化炉の底部との間に位置する球状化炉の側壁の外側に、球状化炉の側壁の外面を露出するように設けられ、かつ球状化炉の延在方向（鉛直方向）に対して複数配置された燃焼室と、複数の燃焼室にそれぞれ設けられ、かつ燃焼室内に火炎を形成するバーナと、燃焼室が露出する球状化炉の側壁を貫通し、火炎により生成された燃焼室内の燃焼ガスを前記球状化炉内に導く複数の燃焼ガス導入孔と、を有することにより、球状化炉の外側に設けられた燃焼室内においてバーナにより燃料ガスを十分に燃焼させて、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成することが可能となる。

これにより、複数の燃焼ガス導入孔を介して、球状化炉内に導入された未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスにより、球状化炉内に分散された原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することが可能となるので、従来よりも球状化粒子に付着或いは混入するカーボンの量を低減できる。

また、球状化炉の側壁の外面を露出するように設けられ、かつ球状化炉の延在方向（鉛直方向）に対して複数配置された燃焼室と、複数の燃焼室にそれぞれ設けられ、かつ燃焼室内に火炎を形成するバーナと、を有することにより、鉛直方向における球状化炉内の温度ばらつきを低減することが可能となる。
これにより、原料粉体が高温の燃焼ガスに滞留する時間を長くすることが可能となるので、高融点の原料粉体を用いた場合でも安定した形状の球状化粒子を生成できる。

本発明の実施の形態に係る球状化粒子製造装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示す球状化炉、燃焼室、及び該燃焼室に設けられたバーナのＸ線方向の断面図である。 図２に示す球状化炉、燃焼室、及び該燃焼室に設けられたバーナのＡ−Ａ線方向の断面図である。 燃焼ガス導入孔の他の例を説明するための断面図である。 図２に示す構造体の変形例を説明するための断面図である。 実施例１及び参考例１の球状化炉内の鉛直方向の温度分布を示す図である。 特許文献３に開示された球状化粒子製造用バーナの先端部を拡大した断面図である。 図７に示す球状化粒子製造用バーナの先端の平面図である。 特許文献３に開示された従来の球状化粒子製造装置の概略構成を示す図である。 本発明者らが事前検討に使用した球状化粒子製造装置の概略構成を示す図である。 図１０に示す球状化炉、燃焼室、及びバーナの断面図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の球状化粒子製造装置の寸法関係とは異なる場合がある。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る球状化粒子製造装置の概略構成を示す模式図である。図１において、Ｙ方向は、球状化炉１８の延在方向（鉛直方向）を示しており、Ｘ方向は、Ｙ方向に対して直交する面方向を示している。

図１を参照するに、本実施の形態の球状化粒子製造装置１０は、キャリアガス供給源１１と、キャリアガス供給ライン１１Ａと、バルブ１２，１４，１６と、支燃性ガス供給源１３と、支燃性ガス供給ライン１３Ａと、燃料ガス供給源１５（燃料供給源）と、燃料ガス供給ライン１５Ａと、原料フィーダー１７と、球状化炉１８と、原料粉体供給路１９と、複数の原料分散孔２０と、燃焼室２１〜２５と、バーナ３１〜４０と、燃焼ガス導入孔４５〜４９と、支燃性ガス流量調整弁５１〜６０（支燃性ガスの流量を調整するための弁）と、燃料ガス流量調整弁６１〜７０（燃料ガスの流量を調整するための弁）と、温度検出器７５〜８０と、制御部８２と、送風ガス導入部８４と、球状化粒子導出部８５と、送風ブロア８７と、冷却ガス導入口８８と、球状化粒子輸送ライン８９と、球状化粒子捕集装置９１と、を有する。

キャリアガス供給源１１は、キャリアガス供給ライン１１Ａと接続されている。キャリアガス供給源１１は、キャリアガス供給ライン１１Ａを介して、キャリアガスを原料フィーダー１７に供給可能な状態で原料フィーダー１７と接続されている。キャリアガスとしては、例えば、酸素または酸素富化空気を用いることができる。
バルブ１２は、キャリアガス供給ライン１１Ａに設けられている。バルブ１２を開けることで、原料フィーダー１７にキャリアガスが供給される。

支燃性ガス供給源１３は、支燃性ガス供給ライン１３Ａと接続されている。支燃性ガス供給源１３は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐した分岐ラインを介して、バーナ３１〜４０に支燃性ガスを供給する。支燃性ガスとしては、例えば、酸素または酸素富化空気を用いることができる。
バルブ１４は、支燃性ガス供給ライン１３Ａに設けられている。バルブ１４を開けることで、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐ラインに支燃性ガスが供給される。

燃料ガス供給源１５は、燃料ガス供給ライン１５Ａと接続されている。燃料ガス供給源１５は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐した分岐ラインを介して、バーナ３１〜４０に燃料ガスを供給する。燃料ガスとしては、例えば、ブタン（ＣＨ_３−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ_３）やプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）等を主成分とするＬＰＧ(Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｇａｓ)を用いることができる。
バルブ１６は、燃料ガス供給ライン１５Ａに設けられている。バルブ１６を開けることで、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐ラインに燃料ガスが供給される。
なお、本実施の形態では、燃料として燃料ガスを用いた場合を例に挙げて説明するが、燃料ガスに替えて液体の燃料を用いてもよい。

原料フィーダー１７は、原料粉体を供給するためのものである。原料フィーダー１７から供給された原料粉体は、キャリアガス供給源１１から供給されたキャリアガスにより、原料粉体供給路１９を介して、球状化炉１８の上端に輸送される。
原料粉体としては、例えば、シリカ（融点は１７２２℃）、アルミナ（融点は２０５３℃）、ジルコニア（融点は２６８０℃）等を例に挙げることができる。

図２は、図１に示す球状化炉、燃焼室、及び該燃焼室に設けられたバーナのＸ線方向の断面図であり、図３は、図２に示す球状化炉、燃焼室、及び該燃焼室に設けられたバーナのＡ−Ａ線方向の断面図である。

図１〜図３を参照するに、球状化炉１８は、Ｙ方向（鉛直方向）に延在する竪型炉である。球状化炉１８は、例えば、円筒形状とすることができる。本実施の形態では、球状化炉１８が円筒形状の場合を例に挙げて、以下の説明を行う。
球状化炉１８は、燃焼室２１〜２５内で生成され、球状化炉１８内に導入された燃焼ガスにより、球状化炉１８の上端１８Ａから供給された原料粉体を溶融させることで球状化粒子を生成する。

球状化炉１８の側壁１８Ｃのうち、少なくとも燃焼室２１〜２５が露出する部分は、耐火物（例えば、煉瓦や不定形キャスタブル等）で構成するとよい。
これにより、バーナ３１〜４０が形成する火炎により球状化炉１８の側壁１８Ｃが損傷することを抑制できる。なお、球状化炉１８の側壁１８Ｃ全体を上記耐火物で構成してもよい。

また、図示していないが、球状化炉１８の側壁１８Ｃを冷却する水冷ジャケットを設けてもよい。これにより、球状化炉１８の側壁１８Ｃの内面に原料粉体が付着することを抑制できる。

原料粉体供給路１９は、原料フィーダー１７及び球状化炉１８の上端１８Ａ（頂部）と接続されている。原料粉体供給路１９は、原料フィーダー１７から供給された原料粉体を球状化炉１８の上端１８Ａ側に供給するための経路である。
原料分散孔２０は、球状化炉１８の上端１８Ａに複数設けられている。複数の原料分散孔２０は、原料粉体供給路１９に露出されている。複数の原料分散孔２０は、原料粉体供給路１９から供給された原料粉体を球状化炉１８内に分散させるための孔である。

なお、本実施の形態では、球状化炉１８の上端１８Ａに複数の原料分散孔２０を設けた場合を例に挙げて説明したが、上端が開放端とされた球状化炉、及び板材に複数の原料分散孔２０が形成された原料分散板（図示せず）を準備し、該球状化炉の上端に該原料分散板を配置してもよい。

燃焼室２１〜２５は、球状化炉１８の上端１８Ａと球状化炉１８の底部１８Ｂとの間に位置する球状化炉１８の側壁１８Ｃの外側に設けられている。
燃焼室２１は、球状化炉１８の上端１８Ａ側に配置されている。燃焼室２１は、燃焼室２１〜２５のうちで、最上層に配置された燃焼室である。

燃焼室２１は、バーナ３１の火炎が収容される第１の火炎収容領域２１Ａと、バーナ３２の火炎が収容し、かつ第１の火炎収容領域２１Ａと対向配置された第２の火炎収容領域２１Ｂと、第１及び第２の火炎収容領域２１Ａと一体とされたドーナッツ状の空間２１Ｃと、を有する。空間２１Ｃは、球状化炉１８の周方向において、球状化炉１８の側壁１８Ｃの外面１８ａを露出している。

燃焼室２２〜２５は、燃焼室２１と同様な構成とされている。つまり、燃焼室２２〜２５は、第１の火炎収容領域２１Ａ、第２の火炎収容領域２１Ｂ、及び空間２１Ｃを有する。燃焼室２２〜２５は、球状化炉１８の周方向において、球状化炉１８の側壁１８Ｃの外面１８ａを露出している。

燃焼室２２は、燃焼室２１の直下に配置されている。燃焼室２３は、燃焼室２２の直下に配置されている。燃焼室２４は、燃焼室２３の直下に配置されている。燃焼室２５は、燃焼室２４の直下に配置されている。燃焼室２５は、燃焼室２１〜２５のうちで、最下層に配置された燃焼室である。

なお、本実施の形態では、鉛直方向に５つの燃焼室２１〜２５を配置した場合を例に挙げて説明したが、燃焼室の数は、必要に応じて適宜選択することができ、これに限定されない。つまり、燃焼室の数は、２つ以上であればよい。

バーナ３１は、火炎を形成する先端が燃焼室２１の第１の火炎収容領域２１Ａに露出されるように、燃焼室２１に設けられている。バーナ３１は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁５１が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。
また、バーナ３１は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁６１が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。

バーナ３２は、火炎を形成する先端が燃焼室２１の第２の火炎収容領域２１Ｂに露出されるように、燃焼室２１に設けられている。これにより、バーナ３１，３２は、球状化炉１８を介して、対向配置されている。バーナ３２は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁５２が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。

また、バーナ３２は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁６２が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。
上記バーナ３１，３２は、燃料ガス（燃料）と支燃性ガスとを完全燃焼させることで、燃料室２１内に未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成する。

バーナ３３は、火炎を形成する先端が燃焼室２２の第１の火炎収容領域２１Ａに露出されるように、燃焼室２２に設けられている。バーナ３３は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁５３が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。
また、バーナ３３は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁６３が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。

バーナ３４は、火炎を形成する先端が燃焼室２２の第２の火炎収容領域２２Ｂに露出されるように、燃焼室２２に設けられている。これにより、バーナ３３，３４は、球状化炉１８を介して、対向配置されている。バーナ３４は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁５４が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。

また、バーナ３４は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁６４が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。
上記バーナ３３，３４は、燃料ガス（燃料）と支燃性ガスとを完全燃焼させることで、燃料室２２内に未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成する。

バーナ３５は、火炎を形成する先端が燃焼室２３の第１の火炎収容領域２１Ａに露出されるように、燃焼室２３に設けられている。バーナ３５は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁５５が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。
また、バーナ３５は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁６５が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。

バーナ３６は、火炎を形成する先端が燃焼室２３の第２の火炎収容領域２２Ｂに露出されるように、燃焼室２３に設けられている。これにより、バーナ３５，３６は、球状化炉１８を介して、対向配置されている。バーナ３６は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁５６が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。

また、バーナ３６は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁６６が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。
上記バーナ３５，３６は、燃料ガス（燃料）と支燃性ガスとを完全燃焼させることで、燃料室２３内に未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成する。

バーナ３７は、火炎を形成する先端が燃焼室２４の第１の火炎収容領域２１Ａに露出されるように、燃焼室２４に設けられている。バーナ３７は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁５７が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。
また、バーナ３７は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁６７が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。

バーナ３８は、火炎を形成する先端が燃焼室２４の第２の火炎収容領域２２Ｂに露出されるように、燃焼室２４に設けられている。これにより、バーナ３７，３８は、球状化炉１８を介して、対向配置されている。バーナ３８は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁５８が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。

また、バーナ３８は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁６８が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。
上記バーナ３７，３８は、燃料ガス（燃料）と支燃性ガスとを完全燃焼させることで、燃料室２４内に未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成する。

バーナ３９は、火炎を形成する先端が燃焼室２５の第１の火炎収容領域２１Ａに露出されるように、燃焼室２５に設けられている。バーナ３９は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁５９が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。
また、バーナ３９は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁６９が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。

バーナ４０は、火炎を形成する先端が燃焼室２５の第２の火炎収容領域２２Ｂに露出されるように、燃焼室２５に設けられている。これにより、バーナ３９，４０は、球状化炉１８を介して、対向配置されている。バーナ４０は、支燃性ガス供給ライン１３Ａから分岐し、かつ支燃性ガス流量調整弁６０が設けられた分岐ラインを介して、支燃性ガス供給源１３と接続されている。

また、バーナ４０は、燃料ガス供給ライン１５Ａから分岐し、かつ燃料ガス流量調整弁７０が設けられた分岐ラインを介して、燃料ガス供給源１５と接続されている。
上記バーナ３９，４０は、燃料ガス（燃料）と支燃性ガスとを完全燃焼させることで、燃料室２５内に未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成する。

バーナ３１〜４０は、例えば、同じ構成とする（言い換えれば、同じ構成とされたバーナを用いる）ことができる。この場合、バーナ３１〜４０としては、例えば、煤の混入を抑制するならば予混合型のバーナが望ましいが、逆火の危険性を回避したい場合には、拡散燃焼型のバーナを用いることも可能である。
なお、必要に応じて、様々な種類のバーナを組み合わせてもよい。

また、バーナ３１〜４０の火炎が生成する燃焼ガスの量は、燃料ガスの流量及び支燃性ガスの流量により調整する。また、支燃性ガスの流量は、燃料ガスが完全燃焼するために必要な量と同じか、或いはこれ以上とする。

燃焼ガス導入孔４５は、燃焼室２１の空間Ｃが露出する球状化炉１８の外壁１８Ｃを貫通するように複数（本実施の形態の場合、４つ）設けられている。燃焼ガス導入孔４５は、燃焼室２１内で生成された燃焼ガスを球状化炉１８内に導入するため孔である。

複数の燃焼ガス導入孔４５は、球状化炉１８の周方向に所定の間隔で配置されている。また、複数の燃焼ガス導入孔４５は、バーナ３１，３２が形成する火炎から離間した位置に配置されている。
このように、バーナ３１，３２が形成する火炎から離間した位置に複数の燃焼ガス導入孔４５を設けることにより、複数の燃焼ガス導入孔４５をバーナ３１，３２が形成する火炎の近傍に設けた場合と比較して、球状化炉１８内に未燃の燃料ガスが導入されることを抑制できる。

燃焼ガス導入孔４６は、燃焼室２２の空間Ｃが露出する球状化炉１８の外壁１８Ｃを貫通するように複数（本実施の形態の場合、４つ）設けられている。燃焼ガス導入孔４６は、燃焼室２２内で生成された燃焼ガスを球状化炉１８内に導入するため孔である。

複数の燃焼ガス導入孔４６は、球状化炉１８の周方向に所定の間隔で配置されている。また、複数の燃焼ガス導入孔４６は、バーナ３３，３４が形成する火炎から離間した位置に配置されている。
このように、バーナ３３，３４が形成する火炎から離間した位置に複数の燃焼ガス導入孔４６を設けることにより、複数の燃焼ガス導入孔４６をバーナ３３，３４が形成する火炎の近傍に設けた場合と比較して、球状化炉１８内に未燃の燃料ガスが導入されることを抑制できる。

燃焼ガス導入孔４７は、燃焼室２３の空間Ｃが露出する球状化炉１８の外壁１８Ｃを貫通するように複数（本実施の形態の場合、４つ）設けられている。燃焼ガス導入孔４７は、燃焼室２３内で生成された燃焼ガスを球状化炉１８内に導入するため孔である。

複数の燃焼ガス導入孔４７は、球状化炉１８の周方向に所定の間隔で配置されている。また、複数の燃焼ガス導入孔４７は、バーナ３５，３６が形成する火炎から離間した位置に配置されている。
このように、バーナ３５，３６が形成する火炎から離間した位置に複数の燃焼ガス導入孔４７を設けることにより、複数の燃焼ガス導入孔４７をバーナ３５，３６が形成する火炎の近傍に設けた場合と比較して、球状化炉１８内に未燃の燃料ガスが導入されることを抑制できる。

燃焼ガス導入孔４８は、燃焼室２４の空間Ｃが露出する球状化炉１８の外壁１８Ｃを貫通するように複数（本実施の形態の場合、４つ）設けられている。燃焼ガス導入孔４８は、燃焼室２４内で生成された燃焼ガスを球状化炉１８内に導入するため孔である。

複数の燃焼ガス導入孔４８は、球状化炉１８の周方向に所定の間隔で配置されている。また、複数の燃焼ガス導入孔４８は、バーナ３７，３８が形成する火炎から離間した位置に配置されている。
このように、バーナ３７，３８が形成する火炎から離間した位置に複数の燃焼ガス導入孔４８を設けることにより、複数の燃焼ガス導入孔４８をバーナ３７，３８が形成する火炎の近傍に設けた場合と比較して、球状化炉１８内に未燃の燃料ガスが導入されることを抑制できる。

燃焼ガス導入孔４９は、燃焼室２５の空間Ｃが露出する球状化炉１８の外壁１８Ｃを貫通するように複数（本実施の形態の場合、４つ）設けられている。燃焼ガス導入孔４９は、燃焼室２５内で生成された燃焼ガスを球状化炉１８内に導入するため孔である。

複数の燃焼ガス導入孔４９は、球状化炉１８の周方向に所定の間隔で配置されている。また、複数の燃焼ガス導入孔４９は、バーナ３９，４０が形成する火炎から離間した位置に配置されている。
このように、バーナ３９，４０が形成する火炎から離間した位置に複数の燃焼ガス導入孔４９を設けることにより、複数の燃焼ガス導入孔４９をバーナ３９，４０が形成する火炎の近傍に設けた場合と比較して、球状化炉１８内に未燃の燃料ガスが導入されることを抑制できる。

上記説明した燃焼ガス導入孔４５〜４９は、燃焼ガス導入孔４５〜４９の延在方向が球状化炉１８の法線方向と同じ方向となるように形成されている。

なお、図３では、一例として、球状化炉１８の周方向に４つの燃焼ガス導入孔４５〜４９を設けた場合を例に挙げて説明したが、球状化炉１８の周方向に配置する燃焼ガス導入孔４５〜４９の数は、これに限定されない。
また、図３では、燃焼ガス導入孔４５〜４９の一例として、球状化炉１８の周方向のみに各燃焼ガス導入孔４５〜４９を設けた場合を例に挙げて説明したが、燃焼ガス導入孔４５〜４９を、それぞれ球状化炉１８の周方向及び球状化炉１８の延在方向（鉛直方向）に設けてもよい。

このように、球状化炉１８の上端１８Ａと球状化炉１８の底部１８Ｂとの間に位置する球状化炉１８の側壁１８Ｃの外側に、球状化炉１８の側壁１８Ｃの外面１８ａを露出し、かつ球状化炉１８の延在方向（鉛直方向）に対して配置された燃焼室２１〜２５と、燃焼室２１〜２５に設けられ、かつ燃焼室２１〜２５内に火炎を形成するバーナ３１〜４０と、燃焼室２１〜２５が露出する球状化炉１８の側壁１８Ｃを貫通し、火炎により生成された燃焼室２１〜２５内の燃焼ガスを球状化炉１８内に導く燃焼ガス導入孔４５〜４９と、を有することにより、球状化炉１８の外側に設けられた燃焼室２１〜２５内においてバーナ３１〜４０により燃料ガスを十分に燃焼させて、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成することが可能となる。

これにより、燃焼ガス導入孔４５〜４９を介して、球状化炉１８内に導入された未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスにより、分散された原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することが可能となるので、球状化粒子に付着及び混入するカーボンの量を低減できる。

また、球状化炉１８の側壁１８Ｃの外面１８ａを露出するように設けられ、かつ球状化炉１８の延在方向（鉛直方向）に対して配置された燃焼室２１〜２５と、燃焼室２１〜２５に設けられ、かつ燃焼室２１〜２５内に火炎を形成するバーナ３１〜４０と、を有することにより、鉛直方向における球状化炉１８内の温度ばらつきを低減することが可能となる。
これにより、原料粉体が高温の燃焼ガスに滞留する時間を長くすることが可能となるので、高融点の原料粉体（例えば、ジルコニウム）を用いた場合でも安定した形状の球状化粒子を生成できる。

温度検出器７５〜８０は、球状化炉１８内であって、球状化炉１８の上端を構成する壁の内面１８ｂ（基準面）の下方の鉛直方向に、温度検出器７５、温度検出器７６、温度検出器７７、温度検出器７８、温度検出器７９、温度検出器８０の順で配置されている。

具体的には、例えば、内面１８ｂから１００ｍｍの位置に温度検出器７５を配置し、内面１８ｂから３００ｍｍの位置に温度検出器７６を配置し、内面１８ｂから６００ｍｍの位置に温度検出器７７を配置し、内面１８ｂから９００ｍｍの位置に温度検出器７８を配置し、内面１８ｂから１２００ｍｍの位置に温度検出器７９を配置し、内面１８ｂから１４５０ｍｍの位置に温度検出器８０を配置することができる。

温度検出器７５〜８０は、それぞれ制御部８２と電気的に接続されている。温度検出器７５〜８０は、それぞれ検出した球状化炉１８内の温度を制御部８２に送信する。温度検出器７５〜８０としては、例えば、Ｒ熱電対（１６００℃程度の温度まで検出可能な高温用の熱電対）を用いることができる。

なお、図３では、６つの温度検出器を設けた場合を例に挙げて説明したが、温度検出器の数は、これに限定されない。また、球状化炉１８内における温度検出器７５〜８０の設置位置は、図３に示す温度検出器７５〜８０の位置に限定されないが、球状化粒子の生成の邪魔にならないような場所が好ましい。

制御部８２は、温度検出器７５〜８０が検出した球状化炉１８内の温度に関するデータを受信可能な状態で、温度検出器７５〜８０と電気的に接続されている。
また、制御部８２は、支燃性ガス流量調整弁５１〜６０及び燃料ガス流量調整弁６１〜７０を制御可能な状態で、支燃性ガス流量調整弁５１〜６０及び燃料ガス流量調整弁６１〜７０と電気的に接続されている。

制御部８２は、温度検出器７５〜８０が検出した温度に基づいて、球状化炉１８内の温度分布が溶融させる原料粉体の特性に応じた温度分布（例えば、球状化炉１８内の鉛直方向の温度が均一）となるように、支燃性ガス流量調整弁５１〜６０及び燃料ガス流量調整弁６１〜７０の開度を調整して、燃焼室２１〜２５から球状化炉１８内に導入される燃焼ガスの量を調節する。

このように、球状化炉１８内の鉛直方向の温度を検出する温度検出器７５〜８０と、バーナ３１〜４０に供給する支燃性ガスの量を調整する支燃性ガス流量調整弁５１〜６０と、バーナ３１〜４０に供給する燃料ガスの量を調整する燃料ガス流量調整弁６１〜７０と、温度検出器７５〜８０、支燃性ガス流量調整弁５１〜６０、及び燃料ガス流量調整弁６１〜７０と電気的に接続された制御部８２と、を有することにより、温度検出器７５〜８０が検出した温度に基づいて、制御部８２により支燃性ガス流量調整弁５１〜６０及び燃料ガス流量調整弁６１〜７０を制御して燃焼室２１〜２５から球状化炉１８内に導入される燃焼ガスの量を調節することが可能となるので、球状化炉１８内の鉛直方向の温度ばらつきを極力小さくすることができる。

これにより、高温の燃焼ガス中における原料粉体の滞留時間を長くすることが可能となるので、原料粉体として粒径の大きい原料粉体を用いて球状化粒子を生成した場合でも、形状が安定した球状化粒子を得ることができる。

ところで、本実施の形態の球状化粒子製造装置１０では、球状化炉１８の鉛直方向に配置された燃焼室２１〜２５と、燃焼室２１〜２５に設けられたバーナ３１〜４０と、を有するので、図１及び図３に示す球状化粒子製造装置１０に設けられた支燃性ガス流量調整弁５１〜６０、燃料ガス流量調整弁６１〜７０、温度検出器７５〜８０、及び制御部８２を構成要素から除いた場合でも、球状化炉１８内の下部の温度と球状化炉１８の上部の温度の差を小さくすることが可能となる。

したがって、高温の燃焼ガス中における原料粉体の滞留時間を長くすることが可能となるので、原料粉体として粒径の大きい原料粉体を用いて球状化粒子を生成した場合でも、形状が安定した球状化粒子を得ることができる。

送風ガス導入部８４は、球状化炉１８の底部１８Ｂに設けられている。送風ガス導入部８４は、送風ブロア８７と接続されており、送風ブロア８７から送られるエアを球状化炉１８の底部１８Ｂ内に導入する。
球状化粒子導出部８５は、球状化炉１８の側壁１８Ｃのうち、球状化炉１８の底部１８Ｂに位置する部分に、送風ガス導入部８４と対向するように設けられている。球状化粒子導出部８５は、送風ブロア８７から送られるエアにより、球状化炉１８から球状化粒子を導出する。送風ブロア８７は、送風ガス導入部８４にエアを供給するためのものである。

冷却ガス導入口８８は、サイクロン９５の上端と接続されている。冷却ガス導入口８８は、サイクロン９５の上端を介して、球状化粒子輸送ライン８９内に冷却ガス（例えば、空気）を導入するための導入口である。
また、バグフィルター９６の後段には、ブロア（図示せず）が設けられており、該ブロアにより吸引することで、冷却ガスが冷却ガス導入口８８から導入される。

フィルター（図示せず）及び冷却ガス調整部（図示せず）は、冷却ガス導入口８８に設けられている。冷却ガス調整部は、冷却ガスの導入量を調整するためのものである。冷却ガス調整部としては、例えば、ダンパーを用いることができる。
このように、冷却ガス調整部としてダンパーを用いることにより、ダンパーの角度を調整することで、球状化粒子輸送ライン８９に導入される冷却ガスの導入量を調整できる。

また、送風ブロア８７からの送風量と冷却ガス導入口８８からの冷却ガスの導入量とを調整してサイクロン９５に導入される風量を変えることにより、サイクロン９５及びバグフィルター９６で捕集する球状化粒子の粒度分布を変化させることができる。
また、送風ブロア８７からの送風量を増やし、球状化粒子を輸送する気体の流速を大きくすることで、サイクロン９５で捕集される球状化粒子の粒径を小さくすることができる。

球状化粒子輸送ライン８９は、一端がサイクロン９５の上端と接続され、他端がバグフィルター９６と接続されている。

球状化粒子捕集装置９１は、球状化粒子導出部８５から導出された球状化粒子を捕集する装置であり、サイクロン９５と、バグフィルター９６と、を有する。
サイクロン９５は、球状化炉１８の下流側に設けられており、球状化粒子導出部８５を介して、球状化炉１８の底部１８Ｂと接続されている。サイクロン９５は、球状化粒子導出部８５を介して輸送された球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた球状化粒子を捕集する。第１の粒子径とされた球状化粒子は、サイクロン９５の下端から捕集される。第１の粒子径は、後述する第２の粒子径よりも大きい値となる。

バグフィルター９６は、サイクロン９５の下流側に設けられており、球状化粒子輸送ライン８９を介して、サイクロン９５の上端と接続されている。バグフィルター９６は、第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた球状化粒子を捕集する。

本実施の形態の球状化粒子製造装置によれば、球状化炉１８の上端１８Ａと球状化炉１８の底部１８Ｂとの間に位置する球状化炉１８の側壁１８Ｃの外側に、球状化炉１８の側壁１８Ｃの外面１８ａを露出し、かつ球状化炉１８の延在方向（鉛直方向）に対して配置された燃焼室２１〜２５と、燃焼室２１〜２５に設けられ、かつ燃焼室２１〜２５内に火炎を形成するバーナ３１〜４０と、燃焼室２１〜２５が露出する球状化炉１８の側壁１８Ｃを貫通し、火炎により生成された燃焼室２１〜２５内の燃焼ガスを球状化炉１８内に導く燃焼ガス導入孔４５〜４９と、を有することにより、球状化炉１８の外側に設けられた燃焼室２１〜２５内においてバーナ３１〜４０により燃料ガスを十分に燃焼させて、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成することが可能となる。

これにより、燃焼ガス導入孔３１〜４０を介して、球状化炉１８内に導入された未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスにより、分散された原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することが可能となるので、球状化粒子に付着及び混入するカーボンの量を低減できる。

また、球状化炉１８の側壁１８Ｃの外面１８ａを露出するように設けられ、かつ球状化炉１８の延在方向（鉛直方向）に対して配置された燃焼室２１〜２５と、燃焼室２１〜２５に設けられ、かつ燃焼室２１〜２５内に火炎を形成するバーナ３１〜４０と、を有することにより、鉛直方向に延在する球状化炉１８内の温度ばらつきを低減することが可能となる。

これにより、原料粉体が高温の燃焼ガスに滞留する時間を長くすることが可能となるので、高融点の原料粉体（例えば、ジルコニウム）を用いた場合でも安定した形状の球状化粒子を生成できる。

次に、上記構成とされた球状化粒子製造装置１０を用いた球状化粒子製造方法について、以下の方法により、球状化粒子を生成する。
始めに、バーナ３１〜４０に燃料ガス及び支燃性ガスを供給し、燃焼室２１〜２５内で燃料ガスを完全燃焼させて、未燃の燃料ガスがほとんど含まれていない燃焼ガスを生成し、燃焼ガス導入孔４５〜４９を介して、該燃焼ガスを球状化炉１８内に導入させる。

次いで、温度検出器７５〜８０により、球状化炉１８内の鉛直方向の温度を検出し、検出した温度に基づいて、球状化炉１８内の鉛直方向の温度が均一となるように、制御部８２により、バーナ３１〜４０に供給する支燃性ガス及び燃料ガスの流量を調整する。
なお、バーナ３１〜４０に供給する支燃性ガス及び燃料ガスの流量の調整は、必要に応じて行えばよい。

次いで、球状化炉１８内の鉛直方向の温度が均一となった状態で、複数の原料分散孔２０を介して、球状化炉１８の上端１８Ａから球状化炉１８内に原料粉体を分散させる。

その後、球状化炉１８内に導入され、かつ鉛直方向の温度が均一とされた燃焼ガスにより原料粉体が溶融されて、球状化粒子が生成される。
生成された球状化粒子は、球状化粒子捕集装置９１を構成するサイクロン９５及びバグフィルター９６により捕集される。

このとき、サイクロン９５では、球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた球状化粒子が捕集され、バグフィルター９６では、球状化粒子のうち、第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた球状化粒子が捕集される。

本実施の形態の球状化粒子製造方法によれば、バーナ３１〜４０の火炎により生成された燃焼室２１〜２５内に存在する燃焼ガスを球状化炉１８内に導いて、該燃焼ガスにより原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することにより、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを用いて球状化粒子を生成することが可能となるので、従来よりも球状化粒子に付着及び混入するカーボンの量を低減できる。

また、球状化炉１８内の鉛直方向の温度が均一となるように、バーナ３１〜４０に供する支燃性ガス及び燃料ガスの流量を調整し、燃焼室２１〜２５から球状化炉１８内に導入される燃焼ガスの量を調節し、その後、複数の原料分散孔２２を介して、球状化炉１８内に原料粉体を分散させて、該燃焼ガスにより原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することにより、球状化炉１８内の下部の温度と球状化炉１８の上部の温度の差が極力小さくなるため、高温の燃焼ガス中における原料粉体の滞留時間を長くすることが可能となる。
よって、原料粉体として融点の高い材料（例えば、ジルコニア（融点は２６８０℃））を用いて球状化粒子を生成した場合でも、形状が安定した球状化粒子を得ることができる。

なお、本実施の形態では、一例として、球状化炉１８内の鉛直方向の温度が均一となるように、支燃性ガス流量調整弁５１〜６０及び燃料ガス流量調整弁６１〜７０を制御する場合を例に挙げて説明したが、原料粉体の特性によっては、該原料粉体を球状化させるのに最適な温度分布を球状化炉１８内に形成してもよい。

例えば、原料分散孔２０付近を低い温度(例えば、原料粉体の融点以下の温度)とすることで、原料を予熱しつつも融着させることなく、球状化炉１８内に原料を均一に分散させ、原料分散孔２０からある程度離れた位置から原料粉体の融点以上の温度となるように調整することで、原料粉体が造粒により粗大化することを抑制可能となるので、原料粉体を効率良く球状化することができる。

また、本発明は、原料粉体を溶融させるのに適した温度分布が球状化炉１８内に形成されるように、燃焼室２１〜２５に設けられたバーナ３１〜４０を独立して制御して、燃焼室２１〜２５内に生成される燃焼ガスの量を異ならせる場合に適用可能である。

なお、図１及び図３に示す球状化粒子製造装置１０に設けられた支燃性ガス流量調整弁５１〜６０、燃料ガス流量調整弁６１〜７０、温度検出器７５〜８０、及び制御部８２を構成要素から除いた球状化粒子製造装置を用いて球状化粒子を生成する場合は、制御部８２によるバーナ３１〜４０に供給する支燃性ガス及び燃料ガスの流量を調整する工程を除くこと以外は、球状化粒子製造装置１０を用い球状化粒子製造方法と同様な手法により球状化粒子を生成できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図４は、燃焼ガス導入孔の他の例を説明するための断面図である。図４において、図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

本実施の形態では、図２を参照して、複数の燃焼ガス導入孔４５の延在方向が球状化炉１８の法線方向と同じ方向の場合について説明したが、図２に示す複数の燃焼ガス導入孔４５に替えて、図４に示すように、球状化炉１８の側壁１８Ｃに延在方向が球状化炉１８の接線方向と同じ方向とされた複数の燃焼ガス導入孔９７を設けてもよい。

また、燃焼室２２〜２５に設けられた燃焼ガス導入孔４６〜４９に替えて、球状化炉１８の側壁１８Ｃに延在方向が球状化炉１８の接線方向と同じ方向とされた複数の燃焼ガス導入孔９７を設けてもよい。
また、図示していないが、燃焼ガス導入孔４５〜４９は、燃焼ガスを斜め下方に供給可能な構造としてもよい。

このように、球状化炉１８内に燃焼ガスを供給する複数の燃焼ガス導入孔４５〜４９の延在方向を球状化炉１８の接線方向と同じ方向にするか、或いは燃焼ガス導入孔４５〜４９を、燃焼ガスを斜め下方に供給可能な形状とすることにより、球状化炉１８内に供給された燃焼ガスにより強い旋回流を発生させることが可能となるので、球状化炉１８内の温度を均一にでき、かつ球状化炉１８内において原料粉体を均一に分散させることができる。

図５は、図２に示す構造体の変形例を説明するための断面図である。図５において、図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

本実施の形態では、図２を参照して、２つのバーナ（言い換えれば、一対のバーナ３１，３２）が配設可能な燃焼室２１を用いた場合を例に挙げて説明したが、図５に示すように、４つのバーナ（言い換えれば、それぞれ２つのバーナ３１，３２）が配設可能な燃焼室９８を準備し、該燃焼室９８に４つのバーナを設けてもよい。
この場合、燃焼室２２〜２５に替えて、４つの燃焼室９８を用い、かつ４つの燃焼室のそれぞれに対して４つのバーナを設けるとよい。

これにより、燃焼ガスの温度をさらに高温にすることが可能となるため、融点の高い原料粉体を球状化させる際に特に有効となる。なお、本発明で使用する燃焼室に設けるバーナの数は、図２及び図５に限定されない。

（実施例１）
実施例１では、図１、図３、及び図４に示す構造とされた球状化粒子製造装置１０を用いて、球状化炉１８内の鉛直方向の温度を測定した。このとき、球状化炉１８の上端１８Ａを構成する壁の内面１８ｂから１００ｍｍの位置に温度検出器７５を配置し、内面１８ｂから３００ｍｍの位置に温度検出器７６を配置し、内面１８ｂから６００ｍｍの位置に温度検出器７７を配置し、内面１８ｂから９００ｍｍの位置に温度検出器７８を配置し、内面１８ｂから１２００ｍｍの位置に温度検出器７９を配置し、内面１８ｂから１４５０ｍｍの位置に温度検出器８０を配置した。

また、バーナ３１〜４０には、燃料ガスとしてＬＰＧを１Ｎｍ^３／ｈ、及び支燃性ガスとして酸素５Ｎｍ^３／ｈを供給した。
このときの球状化炉１８ｂ内の鉛直方向の温度分布の結果を図６に示す。図６は、実施例１及び参考例１の球状化炉内の鉛直方向の温度分布を示す図である。

（参考例１）
参考例１では、図１０及び図１１に示す構造とされた球状化粒子製造装置１４０を用いて、球状化炉１８内の鉛直方向の温度を測定した。このとき、球状化炉１４７の上端１４７Ａを構成する壁の内面１４７ｂから１００ｍｍの位置に温度検出器７５を配置し、内面１４７ｂから３００ｍｍの位置に温度検出器７６を配置し、内面１４７ｂから６００ｍｍの位置に温度検出器７７を配置し、内面１４７ｂから９００ｍｍの位置に温度検出器７８を配置し、内面１４７ｂから１２００ｍｍの位置に温度検出器７９を配置し、内面１４７ｂから１４５０ｍｍの位置に温度検出器８０を配置した。
また、バーナ１５２−１，１５２−２には、燃料ガスとしてＬＰＧを５Ｎｍ^３／ｈ、及び支燃性ガスとして酸素２５Ｎｍ^３／ｈを供給した。
このときの球状化炉１４７内の鉛直方向の温度分布の結果を図６に示す。

（実施例１及び参考例１の球状化炉内の温度分布について）
図６を参照するに、参考例１では、球状化炉１４７の上端１４７Ａから下方に向かうにつれて、球状化炉１４７内の温度が低下することが確認できた。

参考例１において、ＬＰＧの流量及び酸素の流量を、これらの流量比を一定にしたまま増加させて、燃焼ガス量を増加させたところ、燃焼ガス量の増加に伴い、球状化炉１４７下部の温度低下が若干改善された。
しかしながら、球状化炉１４７内のガス流速が大きくなるため、原料粉体の炉内滞留時間が短くなるという欠点が生じた。

また、球状化炉１４７の鉛直方向におけるバーナ１５２−１，１５２−２の設置位置を変え、球状化炉１４７の真中辺りとしたところ、球状化炉１４７内の下部における極端な温度低下は認められなかったが、バーナ１５２−１，１５２−２の設置位置付近において温度ピークが生じ、球状化炉１４７内の温度を均一にすることは困難であった。

一方、図６に示すように、実施例１の場合、球状化炉１８内の鉛直方向において、略均一な温度にできることが確認できた。

（実施例２）
実施例２では、図１に示す球状化粒子製造装置１０を用い、かつ原料粉体としてガラス粉末を用いて、球状化粒子を作成し、光学顕微鏡を用いて黒色異物（カーボン）の付着状態を評価した。
このとき、図４に示す構造体（言い換えれば、複数の燃焼ガス導入孔９７が設けられた球状化炉１８）を用いた。

以下、実施例２における球状化粒子の製造方法について説明する。
始めに、バーナ３１〜４０に、燃料ガスとしてＬＰＧを１Ｎｍ^３／ｈの供給量で供給すると共に、支燃性ガスとして酸素を５Ｎｍ^３／ｈの供給量で供給して、火炎を形成して、燃焼ガスを生成した。

次いで、キャリアガス（酸素）によりガラス粉末を２０ｋｇ／ｈの供給量で球状化炉１８の上端１８Ａに輸送し、複数の燃焼ガス導入孔９７を介して、球状化炉１８内に導入された燃焼ガスを用いて、ガラス粉末を溶融させることで球状化粒子を生成し、その後、球状化粒子を捕集した。

次に、球状化粒子に付着したカーボン量の測定方法について説明する。
球状化粒子２０ｇを４０ｍｍ×６０ｍｍの大きさに薄く広げ、その後、光学顕微鏡を用いて、２０倍の倍率で視野を変えて（観察場所を変えて）２０回観察し、１つの視野における黒色異物の数をカウントし、２０回の平均の黒色異物の数を求めた。
この結果、実施例２では、平均で３個の黒色異物が観察できた。

（比較例１）
比較例１では、図９に示す球状化粒子製造装置１２０を用いて、実施例２と同様な評価を行った。球状化粒子製造装置１２０のバーナ１２４としては、図７及び図８に示す球状粒子製造用バーナ１００を用いた。

以下、球状化粒子の製造方法について説明する。
バーナ１２４に、燃料ガスとしてＬＰＧを１Ｎｍ^３／ｈの供給量で供給すると共に、支燃性ガスとして酸素を５Ｎｍ^３／ｈの供給量で供給して、球状化炉１２８内に火炎を形成した。

次いで、キャリアガス（酸素）によりガラス粉末を２０ｋｇ／ｈの供給量で球状化炉１２８に輸送し、火炎中を通過させることで、ガラス粉体を溶融させて球状化粒子を生成させ、その後、球状化粒子を捕集した。

その後、実施例２と同様な手法により、球状化粒子２０ｇを４０ｍｍ×６０ｍｍの大きさに薄く広げ、その後、光学顕微鏡を用いて、２０倍の倍率で視野を変えて（観察場所を変えて）２０回観察し、１つの視野における黒色異物の数をカウントし、２０回の平均の黒色異物の数を求めた。
この結果、比較例１では、平均で１１個の黒色異物が観察できた。

（黒色異物の数の評価結果のまとめ）
実施例２及び比較例１の黒色異物の観察結果から、本発明の球状化粒子製造装置１０を用いることで、従来の球状化粒子製造装置１２０を用いて球状化粒子を生成した場合と比較して、球状化粒子に付着及び混入するカーボンを低減できることが確認できた。

本発明は、球状化粒子へのカーボンの付着及び混入を抑制可能であると共に、高融点の原料粉体を用いた場合でも安定した形状の球状化粒子を生成可能な球状化粒子製造装置及び球状化粒子製造方法に適用可能である。

１０…球状化粒子製造装置、１１…キャリアガス供給源、１１Ａ…キャリアガス供給ライン、１２，１４，１６…バルブ、１３…支燃性ガス供給源、１３Ａ…支燃性ガス供給ライン、１５…燃料ガス供給源、１５Ａ…燃料ガス供給ライン、１７…原料フィーダー、１８…球状化炉、１８ａ…外面、１８ｂ…内面、１８Ａ…上端、１８Ｂ…底面、１８Ｃ…側壁、１９…原料粉体供給路、２０…原料分散孔、２１〜２５，９８…燃焼室、２１Ａ…第１の火炎収容領域、２１Ｂ…第２の火炎収容領域、２１Ｃ…空間、３１〜４０…バーナ、４５〜４９，９７…燃焼ガス導入孔、５１〜６０…支燃性ガス流量調整弁、６１〜７０…燃料ガス流量調整弁、７５〜８０…温度検出器、８２…制御部、８４…送風ガス導入部、８５…球状化粒子導出部、８７…送風ブロア、８８…空気導入口、８９…球状化粒子輸送ライン、９１…球状化粒子捕集装置、９５…サイクロン、９６…バグフィルター

Claims (20)

1. 原料粉体を球状化して球状化粒子を生成し、かつ鉛直方向に延在する球状化炉と、
   前記球状化炉の上端に設けられ、該球状化炉に供給される前記原料粉体を該球状化炉内に分散させる複数の原料分散孔と、
   前記球状化炉の上端と該球状化炉の底部との間に位置する該球状化炉の側壁の外側に、前記球状化炉の側壁の外面を露出するように設けられ、かつ前記球状化炉の延在方向に対して複数配置された燃焼室と、
   複数の前記燃焼室にそれぞれ設けられ、かつ前記燃焼室内に火炎を形成するバーナと、
   前記燃焼室が露出する前記球状化炉の側壁を貫通し、前記火炎により生成された前記燃焼室内の燃焼ガスを前記球状化炉内に導く複数の燃焼ガス導入孔と、
   を有することを特徴とする球状化粒子製造装置。
2. 複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナをそれぞれ独立して制御する制御部を有することを特徴とする請求項１記載の球状化粒子製造装置。
3. 前記制御部は、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナの火炎が生成する前記燃焼ガスの量を調整することを特徴とする請求項１または２記載の球状化粒子製造装置。
4. 複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに燃料を供給する燃料供給源と、
   複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給源と、
   前記球状化炉内に配置され、該球状化炉内の鉛直方向の温度を検出する複数の温度検出器と、
   を有し、
   前記制御部は、複数の温度検出器が検出する温度に基づいて、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに供給する前記燃料の量、及び前記支燃性ガスの量を調整することを特徴とする請求項２または３記載の球状化粒子製造装置。
5. 前記複数の燃焼ガス導入孔は、前記火炎から離間した位置に配置することを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
6. 前記球状化炉は、円筒形状とされており、
   複数の前記燃焼室は、それぞれ前記球状化炉の周方向において前記球状化炉の側壁の外面を露出することを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
7. 前記複数の燃焼ガス導入孔を、前記球状化炉の周方向及び該球状化炉の延在方向に配置したことを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
8. 複数の前記燃焼室には、それぞれ複数の前記バーナが設けられており、
   前記球状化炉を介して、複数の前記バーナを対向配置させたことを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
9. 前記複数の燃焼ガス導入孔の延在方向は、前記球状化炉の法線方向と同じ方向であることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
10. 前記複数の燃焼ガス導入孔の延在方向は、前記球状化炉の接線方向と同じ方向であることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
11. 前記複数の燃焼ガス導入孔は、前記燃焼ガスを斜め下方に供給可能な構造であることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
12. 複数の前記燃焼室が露出する前記球状化炉の側壁が、耐火物で構成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
13. 前記球状化炉の側壁を冷却する水冷ジャケットを有することを特徴とする請求項１ないし１２のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
14. 前記球状化炉の側壁のうち、該球状化炉の底部に位置する部分に設けられ、該球状化炉内に送風ガスを導入する送風ガス導入部と、
    前記球状化炉の側壁のうち、該球状化炉の底部に位置する部分に、前記送風ガス導入部と対向配置され、かつ前記球状化炉から前記球状化粒子を導出する球状化粒子導出部と、
    前記球状化粒子導出部から導出された前記球状化粒子を捕集する球状化粒子捕集装置と、
    を有することを特徴とする請求項１ないし１３のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
15. 前記球状化粒子捕集装置は、前記球状化粒子導出部と接続され、前記球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた粒子を捕集するサイクロンと、
    前記サイクロンの下流に配置され、前記球状化粒子のうち、前記第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた粒子を捕集するバグフィルターと、
    前記サイクロンと前記バグフィルターとを接続し、かつ前記球状化粒子の一部を前記バグフィルターに輸送する球状化粒子輸送ラインと、
    を有することを特徴とする請求項１４記載の球状化粒子製造装置。
16. 前記球状化粒子輸送ラインに、冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、
    前記冷却ガス導入口に設けられ、前記球状化粒子輸送ラインに導入される前記冷却ガスの導入量を調整する冷却ガス調整部と、
    を有することを特徴とする請求項１５記載の球状化粒子製造装置。
17. 請求項１ないし１６のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置を用いた球状化粒子製造方法であって、
    複数の前記燃焼室内に生成された前記燃焼ガスを前記球状化炉内に導入し、該燃焼ガスにより、前記原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することを特徴とする球状化粒子製造方法。
18. 前記燃焼ガスは、前記バーナにより燃料と支燃性ガスとを完全燃焼させることで生成することを特徴とする請求項１７記載の球状化粒子製造方法。
19. 前記原料粉体を溶融させるのに適した温度分布が前記球状化炉内に形成されるように、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに供給される前記燃料の量及び前記支燃性ガスの量を独立して制御することを特徴とする請求項１８記載の球状化粒子製造方法。
20. 前記球状化炉内の鉛直方向の温度が均一と成るように、複数の前記燃焼室に設けられた前記バーナに供給する前記燃料の量及び前記支燃性ガスの量を独立して制御することを特徴とする請求項１８記載の球状化粒子製造方法。

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