JP2015513613A - 金属噴霧粉末化システムおよび金属粉末を噴霧製造する方法 - Google Patents

Abstract

金属粉末を噴霧製造するシステムであって、金属を溶融して金属溶湯（６）にするようになっている耐火材内張り溶融炉（１）を備え、炉（１）には、炉の底から液状金属を出湯する出湯管（３）が配置されている。出湯管（３）は、せき止め部材で閉鎖されるようになっている。本システムは、溶融炉（１）から液状金属を受け取り、それを噴霧粉末化するようになっている噴霧室（２）を備える。本システムは、金属溶湯（６）の表面に干渉せずにせき止め部材を外すための、炉（１）の底部から制御可能な取り外し手段も備える。取り外し手段およびせき止め部材は、金属溶湯（６）の温度とは関係なく、取り外し手段を用いてせき止め部材が取り外し可能であるようになっている。【選択図】図４

Description

本発明は、溶融炉の底から溶融金属を出湯するように配置された出湯管を含む溶融炉から成る、金属粉末を噴霧製造するシステムに関する。本発明は、このようなシステムを用いた金属粉末の噴霧製造法にも関する。

多くの鉄鋼類および他の合金類の性質は、それら合金類に含まれる酸素、ときには窒素の量が過剰になることで容易に劣化する。例えば、高速度鋼の曲げ強さおよび衝撃強さは、酸素の豊富な介在物により低下する危険性があり、ステンレス鋼は、酸素含有量が多くなることによって、その耐食性および機械的性質が劣化する。酸化されやすい元素（Ｔｉ、Ａｌ、または希土類元素など）を含有する特定の合金は、収率の低さおよび酸化する元素の予測の難しさのため、従来の粉末噴霧プロセスを用いて大規模で妥当な費用で噴霧粉末化することは不可能である。

金属粉末を製造するには様々なやり方がある。例えば、ジェット鋳造法、遠心鋳造法、水噴霧法、油噴霧法、超音波噴霧法、およびガス噴霧法などである。ガス噴霧法は、例えば、水噴霧法で製造された粉末と比較して、相対的に酸素レベルが低い球状粉末を製造することが知られている。大きいバッチサイズ（典型的には数トン）の大規模噴霧の場合、金属は、誘導炉中、空気下で溶融される。そうして得られる液状金属は、炉を傾けることにより、注ぎ口から注がれる。液状金属は、タンディッシュに直接注がれるか、または取鍋を介して注がれる。タンディッシュに入れられた液状金属は、次いで、タンディッシュの底にある開口から噴霧室の上部に出湯される。噴霧室に入る際に、液状金属に高速でガスを吹き付けることにより、球状粉末が製造される。

炉からタンディッシュまたは取鍋へと注ぎ口から注がれる間、液状金属のバッチ全体が周囲の雰囲気にさらされる。周囲の雰囲気が空気ならば、液状金属の酸素含有量は増加する。国際出願番号第ＪＰ７０４８６１０号（特許文献１）では、傾斜可能な炉およびタンディッシュを包囲室に一緒に入れ、保護雰囲気を保つことでこの問題に対処している。こうして、液状金属は、炉からタンディッシュまたは取鍋へと注ぎ口から注がれる際に酸素にさらされない。しかしながら、このシステムは、大規模噴霧（＞５００ｋｇ）用途には適さない。なぜなら、この場合、包囲装置が非常に大きくなるからである。包囲室内部の溶融炉から合金の試料を採取し調整することも難しい。

問題に対処する別のやり方は、底にある出湯管を通じて液状金属を出湯する溶融炉の使用である。そうすることにより、液状金属のバッチ全体が周囲の雰囲気にさらされることを回避する。溶融、試料採取、および組成調整の間、液状金属を炉中に保持する目的で、出湯管にストッパロッドを導入する。ストッパロッドは、炉の頂部から操作可能な垂直のロッドである。ストッパロッドは、上方向に引くことで外すことが可能であり、こうして出湯管を開ける。しかしながら、ストッパロッドに損傷や破壊をもたらすことなく炉を充填することは困難である。炉の機能の信頼性を保ちながら大規模化することも困難である。なぜなら、ストッパロッドも炉とともに大きくしなければならないからである。ストッパロッドは高温に耐えなければならないため、耐火材料製でなければならない。耐火セラミック材料は、大抵、もろさなどの問題を伴い、耐火金属材料は、酸化すること、および非常に高価であることが知られている。

米国特許第４５６２９４３号（特許文献２）は、底に開口があり、そこから溶湯を注ぐことができる溶融炉を開示している。開口は、閉鎖版で閉じられていて、溶湯から熱が伝わった結果溶融するようになっている。閉鎖版が溶融するのを防ぐため、注湯が開始されるまで、閉鎖版は下から冷却される。注湯を開始するため、閉鎖版の冷却を弱めるか、冷却を止めて、その結果、閉鎖版に溶湯から熱が伝わって溶融し、注湯が開始される。しかしながら、そのような炉には大きな温度勾配が存在するため、制御が非常に困難である。閉鎖板が厚すぎると、底部注湯を開始するための溶湯からの熱伝達による溶融が不可能となる。一方、閉鎖板が薄すぎる、または冷却が弱すぎると、底部注湯を制御できず勝手に始まってしまう可能性がある。

国際出願番号第ＪＰ７０４８６１０号 米国特許第４５６２９４３号

本発明の目的は、少なくともある態様において、改善された金属粉末を噴霧製造するシステムおよびそれに相応して改善された金属粉末の噴霧製造法を提供することである。

本発明は、請求項１に記載の金属粉末を噴霧製造するシステムおよび独立方法請求項に記載の方法を提供することにより、目的を達成する。本金属粉末を噴霧製造するシステムは、金属を溶融させて金属溶湯とするようになっている、耐火材内張り溶融炉を含み、この炉には、炉の底から液状金属を出湯するように出湯管が配置されており、この出湯管は、せき止め部材により閉鎖されるようになっている。本システムは、さらに、溶融炉から液状金属を受け取りそれを噴霧粉末化するように作られた噴霧室、およびせき止め部材を外す取り外し手段を含み、この取り外し手段は、炉の底部から制御可能になっており、このため金属溶湯の表面に干渉することなくせき止め部材を外すことができる。本システムは、金属溶湯の温度とは関係なく取り外し手段を用いてせき止め部材を外すことができるように、取り外し手段およびせき止め部材が作られていることを特徴とする。

本発明によるシステムを用いると、バッチサイズを大きくすることが可能である。なぜなら、ストッパロッドが必要ないので、ストッパロッドを大きくすることに関連する問題を回避できるからである。本発明により用いられるせき止め部材は、上方に向かって炉まで突き出る必要はなく、したがって、炉に溶融前の原材料を充填することが容易である。取り外し手段を炉の底部から制御可能にすることにより、金属溶湯の表面に干渉することなく炉にある出湯管を開けることが可能になり、したがって、金属溶湯に酸素が入ってしまうことを防げる。その結果、従来の噴霧粉末化システムで得られるものよりも酸素含有量が低い金属粉末を得ることが可能となる。本発明を利用して、例えば、熱間等方加圧で得られる粉末は、望ましくない不純物の濃度が低く、したがって従来どおりに製造された粉末よりも機械的性質および耐食性が優れた最終生成物を与える。

そのうえさらに、本発明によるシステムでは、金属溶湯の温度とは関係なく取り外し手段を用いてせき止め部材を外すことができるように、取り外し手段およびせき止め部材が作られている。温度は全ての冶金プロセスにおいて主要パラメーターの１つであるので、金属溶湯の温度とは関係なく出湯を開始できることは、本発明によるシステムの重要な特徴である。この特徴は、金属溶湯の温度が一様ではない冶金プロセスの場合に特に有用である。この特徴は、例えば融点が高い金属（鋼など）を溶融させる場合など、金属溶湯の過熱を最小限にすることが望ましい場合にも有用である。このような場合、金属溶湯の過熱を介してプラグを溶融させるには、非常に高温まで過熱させる必要があり、したがって、炉に適した耐火性材料を見つけることが困難になる。

本発明によるシステムで金属粉末を噴霧製造する方法は、炉で金属を溶融する工程、炉の底から出湯管を通じて液状金属を出湯する工程、および噴霧室で液状金属を噴霧粉末化する工程を含む。本方法は、出湯する工程が、金属溶湯の表面への干渉が回避されるような様式で、取り外し手段を用いて炉の底部からせき止め部材に働きかけてせき止め部材を外すことにより実行されることを特徴とする。金属溶湯の表面への干渉を回避することにより、金属溶湯に酸素が入り込む危険性が縮小する。取り外し手段を用いることにより、金属溶湯の温度とは関係なくせき止め部材を外すことが可能となり、したがって、せき止め部材を外す目的で金属溶湯を過熱する必要がなくなる。

これから、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明する。これらの図において：
図１は、本発明の１つの実施形態による金属粉末を噴霧製造するシステムを示す； 図２は、本発明の別の実施形態による金属粉末を噴霧製造するシステムを示す； 図３は、本発明の１つの実施形態による溶融炉を示す； 図４は、本発明の別の実施形態による溶融炉を示す； 図５は、本発明の別の実施形態による溶融炉を示す； 図６は、本発明の別の実施形態による溶融炉を示す； 図７は、本発明の別の実施形態による溶融炉を示す； 図８は、本発明の別の実施形態による溶融炉を示す。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項に開示される。

好適な実施形態に従って、せき止め部材は、金属溶湯からの熱を利用することなく取り外し可能である。せき止め部材を外すのに必要なエネルギーは、外部エネルギー源から供給され、したがって、せき止め部材はいつでも取り外し可能である。

本発明の１つの実施形態に従って、本金属粉末を噴霧製造するシステムは、液状金属が炉から噴霧室中に直接出湯されるように、出湯管が、噴霧室内に位置するノズルと直接連結するようになっている。この実施形態は、周囲の雰囲気への曝露が最小限になるので、酸化を非常に受けやすい合金に特に適している。

本発明の別の実施形態に従って、金属粉末を噴霧製造するシステムは、炉から出湯された液状金属を受け取りそれを噴霧室に移すようになっているタンディッシュおよび／または取鍋をさらに含む。この実施形態の改変形態では、タンディッシュおよび／または取鍋は、液状金属を加熱する加熱手段も含むことができる。これらの実施形態では、本システムの容量を増加できるので、バッチをより大きくすることができる。

本発明の好適な実施形態に従って、せき止め部材は、出湯管に設置される。したがって、せき止め部材は、安全栓を形成する。

本発明の１つの実施形態に従って、せき止め部材は、使い捨てで出湯管から外すことができる。こうすると、再利用のためにせき止め部材を洗浄および手入れする必要がないので、実用的である。

１つの実施形態に従って、せき止め部材は、ガス状栓である。この実施形態では、せき止め部材の導入および取り外しが容易であり、液状金属の汚染の危険性がない。

別の実施形態に従って、せき止め部材は、固形栓である。固形栓を用いると、炉を容易に充填できる。この実施形態の１つの改変形態に従って、固形栓は金属製である。１つの実施形態において、取り外し手段は、金属栓を溶融により外すのに適している。これは、出湯管のある場所を、局所的に加熱する（例えば、誘導加熱により）ことで達成可能であるので、取り外し手段を、金属溶湯の温度とは関係なく制御することができる。局所加熱を用いることで、炉の損耗ならびに炉の耐火材料に由来する介在物および酸素による鋼汚染の危険性を最小限に抑えながら、栓を溶融させて外すことが可能となる。

別の実施形態に従って、取り外し手段は、せき止め部材を機械的に外すのに適している。この実施形態の改変形態では、取り外し手段は、スライド式ゲートを含む。そのような取り外し手段は、様々な種類のせき止め部材を容易に外せるようにする。

本発明のさらに別の実施形態に従って、耐火物で内張りされた溶融炉は、耐火材内張り誘導炉である。耐火材内張り誘導炉は、その効率の高さから、噴霧粉末化システムで一般的に用いられる種類の炉である。

本発明の１つの実施形態に従って、炉は、１回のバッチで、金属を少なくとも５００ｋｇ、好ましくは金属を少なくとも１０００ｋｇ、より好ましくは金属を少なくとも５０００ｋｇ溶融させる容量を有する。これにより、費用効率の高い金属粉末の大規模製造が可能になる。

本発明の１つの実施形態に従って、炉は、金属くずを受け取って溶融させるのに適している。つまり、高純度の原材料である必要はなく、製造の費用効率が高い。

本発明の１つの実施形態に従って、本システムは、融点が８００℃超、好ましくは１２００℃超の合金から合金粉末を製造するのに適している。

１つの実施形態に従って、本発明による金属粉末を噴霧製造するシステムは、金属溶湯の表面を空気との接触から保護する保護手段をさらに含む。保護手段は、以下のうちの１つを含むことができる：金属溶湯の表面を覆う、不活性ガス、真空、またはスラグ。保護手段は、酸化の影響を特別に受けやすい材料（Ｔｉ、Ａｌ、または希土類元素を含有する合金など）から粉末を製造するのに有用である。せき止め部材を外す取り外し手段が炉の底部から制御可能であるおかげで、金属溶湯の表面と干渉せずに取り外すことができない従来のストッパロッドを使用する場合よりも簡単に保護手段を適用できる。

本発明の好適な実施形態に従って、本システムは、炉から出湯された液状金属をガス噴霧粉末化する手段を含む。この実施形態における本システムは、酸素含有量が非常に低い高純度粉末を製造することができる。

発明の実施形態の詳細な説明
本発明の第一の実施形態による金属粉末を噴霧製造するシステム（本明細書中以下、「システム」とも称する）を図１に示す。本システムは、耐火材内張り溶融炉１および噴霧室２を備える。炉１の底に、出湯管３が配置されており、出湯管３と接続したノズル４が、噴霧室２の上部に位置する。出湯管３は、出湯管に設置されたせき止め部材（図１に図示せず）により閉じられるようになっている。本システムは、炉１の底部から制御可能な、せき止め部材を外すための取り外し手段（図１に図示せず）も備える。取り外し手段は、金属溶湯と、特にその温度と関係なく制御することができるようになっている。好ましくは、取り外し手段は、金属溶湯からの熱を使わずにせき止め部材を外すようになっている。炉は、炉を閉じるための蓋部材５を任意選択で備えることができる。

金属粉末を噴霧製造するため、せき止め部材は、出湯管３に配置されており、炉１に金属原材料（例えば、金属くずの形で）が投入される。蓋部材５を備えている場合、炉を閉じることができ、そして任意選択で保護ガスを炉の頂部に導入することができる。炉１に入れられた材料は、加熱されて、溶融金属からなる金属溶湯６となる。金属溶湯６の組成および温度は、金属溶湯６の頂部から試料採取することにより制御されて、全てのパラメーターが正しくなるまで調整される。炉１の底からの出湯は、取り外し手段を用いて、出湯管３からせき止め部材を外すことにより、実行に移される。炉の底部から制御可能な取り外し手段を用いることにより、金属溶湯６の表面と干渉することなくせき止め部材を外すことができる。せき止め部材を外すと、液状金属は、出湯管３を通り、さらにノズル４を通って、噴霧室２に流れ込み、そこで液状金属は、例えばガス噴霧法により、噴霧粉末化される。出湯管３が直接ノズル４と接続して噴霧室２につながるこの実施形態は、酸化の影響を非常に受けやすい合金を噴霧粉末化するのに特に適している。

本発明によるシステムの第二の実施形態を、図２に示す。この実施形態では、タンディッシュ７が、炉１から出湯された液状金属を受け取り、その液状金属を、タンディッシュ７の底部に配置されたノズル４を介して噴霧室２に移すようになっている。タンディッシュ７は、図では、タンディッシュ７に入れられている液状金属を加熱するための加熱手段８を備える。加熱は、図では、電極加熱を用いて行なわれているが、他の加熱手段、例えば、プラズマ加熱、誘導加熱、または抵抗加熱を用いることもできる。鋳造シュラウド９は、液状金属が、炉１からタンディッシュ７へ移される間、周囲の雰囲気と触れないように、液状金属を保護する。タンディッシュは、液状金属の表面を周囲の雰囲気から保護するための保護手段（ここではスラグ１０として示す）を備える。任意選択で、タンディッシュ７は、タンディッシュ内の保護雰囲気を維持することを可能にする蓋部材１１も備えることができる。液状金属は、炉１から直接タンディッシュ７に出湯されるかわりに、取鍋（図示せず）に出湯されてもよく、液状金属を取鍋からタンディッシュに移して、それから噴霧粉末化することができる。もちろん、液状金属を炉からタンディッシュまたは取鍋に直接移さなければならないわけではなく、例えば、配管を用いて間接的に移すこともできる。本発明の第二の実施形態は、金属粉末を巨大バッチで効率良く製造するのによく適している。なぜなら、液状金属の炉からの出湯が噴霧用ノズルに直結していなければ、出湯を顕著に速めることができるからである。

本発明による金属粉末を噴霧製造するシステムで用いられる溶融炉１は、耐火材料で内張りされている。好ましくは、この材料は、本システムが、高融点、すなわち、典型的には８００℃超、好ましくは１２００℃超の融点を持つ合金から合金粉末を製造できるように、選択されるべきである。炉は、好ましくは耐火材内張り誘導炉であるが、他の種類の炉（アーク溶融炉または抵抗加熱式炉など）を用いることも可能である。炉は、大規模の金属粉末製造に適しているべきであり、したがって、好ましくは金属を少なくとも５００ｋｇ、より好ましくは金属を少なくとも１０００ｋｇ、さらにより好ましくは金属を少なくとも５０００ｋｇ溶融するようになっているべきである。溶融される金属は、金属くずの形をしていてもよいし、所望の合金を得るのに必要な元素を含有する他の種類の固体でもよい。

炉に入った金属溶湯の表面は、保護手段を用いて、周辺外気に含まれる酸素から保護することができる。保護手段としては、金属溶湯を覆うスラグ層が可能であるが、炉の金属溶湯より上部に維持される保護雰囲気も可能である。保護雰囲気は、不活性ガス（Ａｒなど）が可能であるが、真空も可能である。タンディッシュおよび／または取鍋を用いる場合、タンディッシュおよび／または取鍋に入れられた金属溶湯の表面も、上記のとおりの保護手段を用いて、周囲の雰囲気に含まれる酸素から保護することが好ましい。

液状金属が炉から出湯される際に酸化されるのを防ぐ目的で、せき止め部材は、炉に入れられた金属溶湯の表面と干渉することなく出湯管から外すことができるように配置されるべきである。このため、せき止め部材を外す取り外し手段は、炉の底部から制御可能でなければならない。せき止め部材は、使い捨てで出湯管から外されてもよい。そのようなせき止め部材としては、ガス状栓、金属材料またはセラミック材料製の固形栓、または砂栓、が可能である。固形栓は、焼結砂も含むことができる。取り外し手段は、金属溶湯の温度とは関係なく制御可能であるように、かつ栓が金属溶湯からの熱を使わずに取り外し可能であるように、外部熱源から加熱することができる。取り外し手段は、機械式であってもよい。そのような取り外し手段は、例えば、２通りの配置をとるスライド式ゲートが可能であり、配置のうちの１つは、せき止め部材を外すことができる開放配置であり、もう１つは、せき止め部材を出湯管に維持することができる停止配置である。炉の底部は、本発明では、金属溶湯の表面レベルより下の炉の外部部品を備えるものと理解されるはずである。そのような部品として、炉に取り付けられたあらゆる配置物、出湯管、および炉に取り付けられた配置物が挙げられる。

図３〜図８は、本発明による金属粉末を噴霧製造するシステムが備える溶融炉を示し、炉にはそれぞれ異なる種類のせき止め部材および取り外し手段が取り付けられている。図示される実施形態全てにおいて、炉は、液状金属をノズルを介して噴霧室に直接出湯するようになっていてもよいし、タンディッシュまたは取鍋に出湯するようになっていてもよい。

図３は、セラミックまたは不活性金属材料製の出湯管３が取り付けられた溶融炉１を示す。出湯管３には、金属栓３１２という形のせき止め部材が設置され、液状金属が炉１から流出するのを防いでいる。この実施形態では、金属栓３１２は、熱３１３という形の取り外し手段を用いて溶融させることにより、出湯管から外されるようになっている。熱３１３は、出湯管に加えられるかまたは金属栓３１２に直接加えられる、バーナー、ランス、抵抗加熱、または誘導加熱からの外部加熱によるものである。金属栓３１２が溶融すると、出湯管３が開き、液状金属が流れ出して、出湯管３を通じて噴霧室２に、直接、またはタンディッシュもしくは取鍋を介して流れ込む。

図４は、本発明の別の実施形態による炉１を示す。炉１には、セラミックまたは不活性金属材料製の出湯管３が取り付けられている。砂（例えば、ジルコニア砂）製の栓４１２を備えるせき止め部材が、出湯管３に設置されて、液状金属が炉１から流出するのを防いでいる。取り外し手段は、スライド式ゲート４１３を備え、スライド式ゲート４１３は、開放配置（図示するとおりのもの、開放直後で栓はまだ出湯管中にある）および閉鎖配置をとる。栓４１２は、スライド式ゲート４１３により出湯管３に保持される。閉鎖配置では、スライド式ゲート４１３は、砂が出湯管３から流れ出るのを防ぐ。スライド式ゲート４１３を開放することにより出湯管３は開放され、これにより砂は出湯管３を通って流れ出ていき、こうして液状金属は炉１を流れ出て、噴霧室２に、直接、またはタンディッシュもしくは取鍋を介して流れ込むことができる。砂が液状金属に混入するのを防ぐため、砂が出湯管３から出て行くときは、砂を収集容器（図示せず）に収集しておくことができる。

図５は、本発明の別の実施形態による炉１を示す。炉１には、セラミックまたは不活性金属材料製の出湯管３が取り付けられている。ガス状栓５１２を備えるせき止め部材が、出湯管３に維持されていて、液状金属が炉１から流出するのを防いでいる。ガスは、ホース５１４から、出湯管３に設置されたガス分配器５１５に供給することができる。ガス状栓５１２は、例えば、機械的取り外し手段を用いて、ガス分配器を取り外すことにより、外され、こうして液状金属は炉１を流れ出て、噴霧室２に、直接、またはタンディッシュもしくは取鍋を介して流れ込むことができる。

図６は、本発明の別の実施形態による炉１を示す。炉１には、セラミックまたは不活性金属材料製の出湯管３が取り付けられている。スライド式ゲート６１３の形をした取り外し手段が出湯管３に取り付けられている。スライド式ゲート６１３は、開放配置および停止配置（図示）をとる。閉鎖配置では、ガス状栓６１２を備えるせき止め部材が、出湯管３に維持されて、液状金属が炉１から流出するのを防いでいる。ガス状栓６１２は、ホース６１４から、スライド式ゲートの停止配置に含まれる多孔質ガス分配器を通じてガスを供給することで形成される。ガス状栓６１２は、ガス供給を停止してスライド式ゲート６１３を開放することで外され、こうして液状金属は炉１を流れ出て、噴霧室２に、直接、またはタンディッシュもしくは取鍋を介して流れ込むことができる。

図７は、本発明の別の実施形態による炉１を示す。炉１には、セラミックまたは不活性金属材料製の出湯管３が取り付けられている。セラミックまたは金属材料製の固形栓７１２を備えるせき止め部材が出湯管３に設置されていて、液状金属が炉１から流出するのを防いでいる。出湯管３は、機械的取り外し手段７１３を用いて、固形栓７１２を下から炉中の金属溶湯へと押し上げることにより、機械的に開放される。固形栓７１２は、溶湯表面（点線）に浮かび上がり、こうして液状金属は炉１を流れ出て、噴霧室２に、直接、またはタンディッシュもしくは取鍋を介して流れ込むことができる。固形栓７１２全体を金属溶湯へと押し上げる代わりに、機械的取り外し手段および固形栓を、取り外し手段が栓を貫通できるようにすることができる。こうして、貫通穴を固形栓に作ることができ、液状金属が炉を流れ出ることができる。

図８は、本発明の別の実施形態による炉１を示す。炉１には、セラミックまたは不活性金属材料製の出湯管３が取り付けられている。固形栓８１２を備えるせき止め部材が出湯管３に設置されていて、液状金属が炉１から流出するのを防いでいる。出湯管３は、酸素ランス８１３の形をした取り外し手段を用いて固形栓８１２を燃やしきってしまうことにより開放され、こうして液状金属は炉１を流れ出て、噴霧室２に、直接、またはタンディッシュもしくは取鍋を介して流れ込むことができる。

本発明は、上記のとおりのシステムで金属粉末を噴霧製造する方法にも関する。本方法に従って、金属は、炉１で溶融され、炉１の底に備わった出湯管３を通って出湯され、続いて噴霧室２で噴霧粉末化される。出湯は、炉１に入った金属溶湯６の表面と干渉しないようなやり方で、せき止め部材を出湯管３から外すことにより、実行される。液状金属は、噴霧粉末化プロセス（ガス噴霧法、遠心鋳造法、超音波噴霧法、油噴霧法、水噴霧法、またはジェット鋳造法）を用いて噴霧される。本方法は、酸素含有量が低い粉末を製造する噴霧粉末化プロセスに特に適している。そのようなプロセスでは、粉末は、酸素含有量に関して本発明による方法で達成可能な高純度の恩恵を十分に享受できる。そのようなプロセスの例として、低酸素粉末を製造できると知られているガス噴霧法がある。本発明による方法をガス噴霧法と組み合わせて用いると、製造された粉末の酸素含有量をさらに低下させることができる。本発明の２種の異なる実施形態による方法を、以下で例として説明する。

組成がおおよそ以下のとおり（重量％単位で）：１．２８％のＣ、４．１％のＣｒ、５．０％のＭｏ、６．４％のＷ、３．１％のＶ、０．５％のＳｉ、および残部のＦｅである高速度鋼を、プロセスＡおよびプロセスＢを用いて噴霧して金属粉末にした。プロセスＡは、従来の製造プロセスであり、一方プロセスＢは、本発明によるプロセスで、本発明による金属粉末を噴霧製造するシステムを用いるものであった。

プロセスＡでは、液状金属を外気中で注ぎ口から搬送取鍋に注ぐ誘導炉を用いた。液状金属を、搬送取鍋からタンディッシュに移し、タンディッシュでエレクトロスラグ加熱法により加熱した。液状金属を、タンディッシュの底に配置されたノズルを介してタンディッシュから噴霧室に出湯し、噴霧室でガス噴霧プロセスにより噴霧粉末化した。噴霧製造された粉末の酸素含有量は、噴霧製造プロセスの開始時に約５０ｐｐｍであり、その後しばらく噴霧するうちに、約２５ｐｐｍの平均酸素レベルに達した。

プロセスＢでは、誘導炉を用いて、上記組成の液状鋼を約１０トン用意した。誘導炉の底には出湯管が配置されており、また誘導炉には砂製の栓を備えたせき止め部材も備えられていた。栓は、閉鎖配置のスライド式ゲートにより所定位置に固定された。出湯管を開放するため、スライド式ゲートを開放して、液状金属を、鋳造シュラウドを介して誘導炉からタンディッシュに出湯させ、タンディッシュで液状金属をエレクトロスラグ加熱法により加熱した。液状鋼をタンディッシュから噴霧室に移す方法は、プロセスＡにおける方法と同一であった。液状金属を、プロセスＡで用いたものと同一のガス噴霧プロセスを用いて噴霧粉末化した。噴霧製造された粉末の酸素含有量は、噴霧プロセスの開始時から約２５ｐｐｍであり、その後しばらく噴霧するうちに、約２０ｐｐｍの平均酸素レベルに達した。

本発明による金属粉末を噴霧製造するシステムおよび本発明によるプロセスを用いて、（重量％単位で）１７％のＬａ、４．５％のＳｉ、および残部がＦｅからなる鋼合金粉末を調製した。誘導炉を用いて金属溶湯を用意し、出湯管に使用したせき止め部材は、金属溶湯と同様な組成の金属栓であった。出湯管のある場所で局所誘導加熱を用いて溶融させることにより、せき止め部材を出湯管から外した。金属溶湯は、炉内の保護Ａｒ雰囲気下に維持した。液状金属を、炉から直接、出湯管に接続したノズルを通して噴霧室に出湯させ、噴霧室で、ガス噴霧法により噴霧粉末化した。Ｌａは酸素と反応性が高いという事実にも関わらず、高収率を達成することができた。

本発明のシステムおよび方法は、好ましいことに、合金（例えば、ステンレス鋼の形のもの）粉末または異なる種類の超合金粉末の製造に適している。したがって、本システムは、好ましいことに、８００℃超、好ましくは１２００℃超の融点を有する合金に適している。

本発明は、当然ながら、上記の実施形態および実施例に、決して制限されない。それどころか、上記の実施形態および実施例に対して、添付の請求項に定義されるような本発明の基礎概念から逸脱することなく、多くの修飾が可能であることが、当業者には明らかである。

Claims (19)

1. 金属粉末を噴霧製造するシステムであって、以下
   ・金属を溶融して金属溶湯（６）にするようになっている耐火材内張り溶融炉（１）、該炉（１）には、該炉の底から液状金属を出湯する出湯管（３）が配置されており、該出湯管（３）はせき止め部材で閉鎖されるようになっている、
   ・該溶融炉（１）から液状金属を受け取り、それを噴霧粉末化するようになっている噴霧室（２）、
   ・該せき止め部材を外す取り外し手段、該取り外し手段は、該金属溶湯（６）の表面に干渉せずに該せき止め部材を取り外しできるように、該炉（１）の底部から制御可能である
   を備え、
   該取り外し手段および該せき止め部材は、該金属溶湯（６）の温度とは関係なく、該取り外し手段を用いて該せき止め部材が取り外し可能であるようになっている、
   ことを特徴とする、金属粉末を噴霧製造するシステム。
2. 前記せき止め部材は、前記金属溶湯（６）からの熱を使わずに取り外し可能である、請求項１に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
3. タンディッシュ（７）および／または取鍋をさらに備え、該タンディッシュおよび／または取鍋は、前記炉（１）から出湯された液状金属を受け取り、それを噴霧室（２）に移すようになっている、請求項１または２に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
4. 前記タンディッシュ（７）および／または取鍋は、前記液状金属を加熱する加熱手段（８）を備える、請求項３に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
5. 前記せき止め部材は、使い捨てで前記出湯管（３）から外される、請求項１から４のいずれか１項に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
6. 前記せき止め部材は、ガス状栓（５１２、６１２）である、請求項５に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
7. 前記せき止め部材は、固形栓（３１２、７１２、８１２）である、請求項１から５のいずれか１項に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
8. 前記固形栓（３１２、７１２、８１２）は、金属製である、請求項７に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
9. 前記取り外し手段は、前記固形栓（３１２）を溶融させて外すのに適している、請求項８に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
10. 前記取り外し手段は、前記せき止め部材を機械的に取り外すのに適している、請求項１から８のいずれか１項に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
11. 前記取り外し手段は、スライド式ゲート（４１３、６１３）を備える、請求項１０に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
12. 前記炉（１）は、耐火材内張り誘導炉である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
13. 前記炉（１）は、１回のバッチで、金属を少なくとも５００ｋｇ、好ましくは、金属を少なくとも１０００ｋｇ、より好ましくは、金属を少なくとも５０００ｋｇ溶融させる容量を有する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
14. 前記炉（１）は、金属くずを受け取り溶融させるのに適している、請求項１から１３のいずれか１項に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
15. 前記金属溶湯（６）の表面を空気との接触から保護する保護手段をさらに備える、請求項１から１４のいずれか１項に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
16. 前記保護手段は、前記金属溶湯（６）の表面を覆う、不活性ガス、真空、またはスラグのうちの１つを備える、請求項１５に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
17. 前記システムは、前記炉（１）から出湯された前記液状金属をガス噴霧粉末化する手段を備える、請求項１から１６のいずれか１項に記載の金属粉末を噴霧製造するシステム。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の金属粉末を噴霧製造するシステムで金属粉末を噴霧製造する方法であって、前記炉（１）で金属を溶融させる工程、該液状金属を該炉（１）の底から前記出湯管（３）を通じて出湯する工程、および該液状金属を噴霧室（２）に噴霧する工程を含み、
    該出湯は、該金属溶湯（６）の表面に干渉しないようなやり方で前記取り外し手段を用いて、該炉（１）の底部から前記せき止め部材を外すことにより、行なわれる、
    ことを特徴とする、方法。
19. 前記液状金属は、ガス噴霧法を用いて噴霧粉末化される、請求項１８に記載の方法。

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