JP2018095915A - Metal powder production method and production apparatus - Google Patents

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良幸 道明
Yoshiyuki Domyo
良幸 道明
井上 健一
Kenichi Inoue
健一 井上
吉田 昌弘
Masahiro Yoshida
昌弘 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a fine metal powder in which the amount of impurities is reduced, at low cost, and to provide an apparatus therefor.SOLUTION: The metal powder production method includes a water atomization process of blowing a high pressure water 13 to a molten metal particle 12 to pulverize the molten metal particle 12. The molten metal particle 12 is supplied by, for example, ejecting a high-temperature fluid of a melting point of the molten metal 10 or higher to the molten metal 10 to coarse-pulverize the molten metal 10. By executing the water atomization process on the metal particle in the molten state, it is possible to effectively pulverize the metal particles having a small particle size, and thereby producing a fine metal powder.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属粉末を製造する方法および装置に関するものであり、殊に微細な金属粉末の製造に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for producing a metal powder, and more particularly to the production of a fine metal powder.

金属粉末は産業において重要な素材であり、その特性に応じて電子材料、触媒、電池の活物質、工具、医薬品、宝飾品など様々な用途に使用されている。これらの中でも、電子材料などの用途においては、近年製造される電子装置などの製品の小型化、集積化が急速に進み、金属粉末のさらなる微細化が求められ、1μmあるいはそれ以下の微細な金属粉末が求められている。   Metal powder is an important material in the industry, and is used in various applications such as electronic materials, catalysts, battery active materials, tools, pharmaceuticals, and jewelry depending on the characteristics. Among these, in applications such as electronic materials, miniaturization and integration of products such as electronic devices manufactured in recent years have rapidly progressed, and further miniaturization of metal powder has been demanded, and fine metals of 1 μm or less are required. There is a need for powder.

従来、微細な金属粉末の製造方法としては、例えば特許文献1に開示されているような、1100℃以上の高温の溶融金属に高圧水を吹き付けて粉砕および急冷を行う水アトマイズ法が知られており、この方法によれば、安価に金属粉末を提供することができる。   Conventionally, as a method for producing a fine metal powder, for example, a water atomizing method in which high-pressure water is sprayed on a molten metal having a high temperature of 1100 ° C. or higher and pulverized and rapidly cooled as disclosed in Patent Document 1 is known. Therefore, according to this method, the metal powder can be provided at low cost.

その他、ガスアトマイズ法(例えば特許文献2)、金属素材にプラズマジェットを吹き付ける方法(例えば特許文献3)、溶融金属にフレームジェットを噴射する方法(例えば特許文献4)もある。さらに、例えば特許文献5には、水アトマイズ法とガスアトマイズ法とを併用することが示唆されている。これは、先ずガスアトマイズ法で溶融金属を粉砕し、続けて水アトマイズ法でさらに粉砕する方法であると考えられる。   In addition, there are a gas atomizing method (for example, Patent Document 2), a method for spraying a plasma jet onto a metal material (for example, Patent Document 3), and a method for injecting a flame jet onto molten metal (for example, Patent Document 4). Furthermore, for example, Patent Document 5 suggests that the water atomization method and the gas atomization method are used in combination. This is considered to be a method in which the molten metal is first pulverized by the gas atomization method and then further pulverized by the water atomization method.

また、例えば特許文献6には、溶融金属に対してフレームジェットを噴射し、フレームジェットの噴射により得られた溶融金属粉末を冷却媒体で冷却する金属粉末の製造方法が記載されている。これは、コストに着目し、水アトマイズ法などでかかる各種設備、装置の費用を低減し、さらに低コストで金属粉末を提供しようとしたものである。   Further, for example, Patent Document 6 describes a metal powder manufacturing method in which a flame jet is jetted onto a molten metal and the molten metal powder obtained by the jet of the flame jet is cooled with a cooling medium. This is an attempt to reduce the cost of various facilities and apparatuses by using a water atomizing method, and to provide metal powder at a lower cost.

特開2016−141817号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-141817 特開昭56−146804号公報JP 56-146804 A 特開平5−179316号公報JP-A-5-179316 国際公開第2012/157733号International Publication No. 2012/157733 特開2010−245460号公報JP 2010-245460 A 特開2014−136807号公報JP, 2014-136807, A

しかしながら、上記特許文献1に記載されている水アトマイズ法では、溶融金属の粉砕と同時に冷却が起こり溶融金属の粘性が増すため、粉砕の微細化には限度がある。そのため、水アトマイズ法で得られる金属粉末の粒径は、通常数μmから数十μm程度であり、サブミクロンレベルの粒径の粉末は得られない。   However, in the water atomization method described in Patent Document 1, cooling is performed simultaneously with the pulverization of the molten metal, and the viscosity of the molten metal is increased. Therefore, the particle size of the metal powder obtained by the water atomization method is usually about several μm to several tens of μm, and a powder having a submicron particle size cannot be obtained.

また、上記特許文献2〜4のいずれの方法でも、溶融金属を粉砕する力が弱く、得られる金属粉末の粒径は、せいぜい水アトマイズ法と同レベルである。さらに、上記特許文献5に記載されているように水アトマイズ法とガスアトマイズ法を併用する方法についても、ガスと接触した時点で溶融金属が冷却されて固化するか溶融金属の粘性が増すため、水アトマイズによる粉砕は不十分になり、やはり粉砕の微細化には限度があるという問題がある。   Further, in any of the methods described in Patent Documents 2 to 4, the force for pulverizing the molten metal is weak, and the particle size of the obtained metal powder is at most the same level as that of the water atomization method. Furthermore, as described in Patent Document 5, the water atomization method and the gas atomization method are also used in combination, because the molten metal is cooled and solidified when it comes into contact with the gas or the viscosity of the molten metal increases. There is a problem that pulverization by atomization becomes insufficient and there is a limit to refinement of pulverization.

上記特許文献6には、水アトマイズ法で使用されるような高圧ポンプが不要である旨が記載されており、特許文献6における冷却媒体の噴射は冷却のみを目的としたものである。特許文献6のようなフレーム、あるいはガスや水のいずれかを単独で噴射して得られる金属粉末の粒子径は、上記の通り数μmから数十μm程度であり、電子材料をはじめとした各種用途における今後の金属粉末の微細化のニーズには十分に応じることができない。   Patent Document 6 describes that a high-pressure pump used in the water atomization method is unnecessary, and the injection of the cooling medium in Patent Document 6 is intended only for cooling. As described above, the particle diameter of the metal powder obtained by independently jetting either the frame as in Patent Document 6 or gas or water is about several μm to several tens of μm. It is not possible to meet the needs for future refinement of metal powder in applications.

一方、金属粉末の製造方法として、溶液中で金属イオンを還元することにより金属粉末を合成する湿式反応も知られている。湿式反応プロセスによれば、水アトマイズ法等よりも微細な金属粉末が得られることが知られているが、反応においてさまざまな薬剤を使用するため、これらが金属粉末中に不純物として混入するという問題がある。さらに、湿式反応は、水アトマイズ法に比べてコストが高い。   On the other hand, as a method for producing metal powder, a wet reaction in which metal powder is synthesized by reducing metal ions in a solution is also known. According to the wet reaction process, it is known that finer metal powders can be obtained than with the water atomization method, etc., but since various chemicals are used in the reaction, these are mixed into the metal powder as impurities. There is. Furthermore, the wet reaction is more expensive than the water atomization method.

以上の問題を解決するため、本発明は、不純物量が低減された微細な金属粉末を低コストで製造する方法、およびそのための装置を提供することを目的とする。   In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fine metal powder with a reduced amount of impurities at a low cost, and an apparatus therefor.

上記問題を解決するため、本発明は、溶融金属粒に対して高圧水を吹き付けて前記溶融金属粒を粉末化する水アトマイズ工程を有する、金属粉末の製造方法を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing a metal powder, which includes a water atomization step of pulverizing the molten metal particles by spraying high-pressure water onto the molten metal particles.

前記溶融金属粒が、溶融金属に対して、前記溶融金属の融点以上の高温流体を噴射して前記溶融金属を粗粉砕することにより供給されてもよい。前記高温流体は、フレーム、プラズマおよび高温ガスからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。前記溶融金属粒の供給は、前記溶融金属を落下させながら、前記溶融金属の落下速度よりも高速で前記高温流体を噴射して行われてもよい。   The molten metal particles may be supplied by jetting a high-temperature fluid having a melting point of the molten metal or higher to roughly pulverize the molten metal. The high-temperature fluid is preferably at least one selected from the group consisting of a flame, plasma, and high-temperature gas. The supply of the molten metal particles may be performed by ejecting the high-temperature fluid at a higher speed than the falling speed of the molten metal while dropping the molten metal.

前記水アトマイズ工程は、前記溶融金属粒に、水圧90〜160MPa、水量100L/min以上の高圧水を吹き付けて行われてもよい。   The water atomization step may be performed by spraying the molten metal particles with high-pressure water having a water pressure of 90 to 160 MPa and a water amount of 100 L / min or more.

また、本発明は、水アトマイズ法を用いて、溶融金属粒から金属粉末を製造する装置であって、溶融金属粒を供給する供給手段と、前記供給手段により供給される前記溶融金属粒に高圧水を吹き付ける高圧水噴射機構とを有する、金属粉末の製造装置を提供する。   Further, the present invention is an apparatus for producing metal powder from molten metal particles using a water atomizing method, the supply means for supplying molten metal particles, and a high pressure on the molten metal particles supplied by the supply means Provided is a metal powder manufacturing apparatus having a high-pressure water injection mechanism for spraying water.

前記供給手段が、溶融金属を供給する溶融金属供給手段と、前記溶融金属供給手段により供給される前記溶融金属に対して、前記溶融金属の融点以上の高温流体を噴射する高温流体噴射機構とを有してもよい。前記高温流体噴射機構がフレームジェット噴射機構でもよい。   The supply means includes a molten metal supply means for supplying a molten metal, and a high-temperature fluid injection mechanism for injecting a high-temperature fluid having a melting point of the molten metal or higher with respect to the molten metal supplied by the molten metal supply means. You may have. The high temperature fluid ejecting mechanism may be a frame jet ejecting mechanism.

本発明によれば、不純物量が低減された微細な金属粉末を低コストで製造することができる。   According to the present invention, a fine metal powder with a reduced amount of impurities can be produced at low cost.

本発明の実施の形態にかかる金属粉末の製造装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the manufacturing apparatus of the metal powder concerning embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

[金属粉末の製造方法]
まず、本発明の金属粉末の製造方法について説明する。本発明は、アトマイズ法を用いて溶融金属粒から金属粉末を製造する方法である。従来のアトマイズ法等では、粉砕力が不十分で、上記の通り粒径数μm程度の金属粉末が得られるにとどまる。また、水アトマイズ法とガスアトマイズ法との併用では、形式上は2段階の粉砕となるものの、最初の粉砕であるガスアトマイズを行った時点で溶融金属が粉砕されるとともに冷却され、固化するかまたは溶融状態を保っていても粘度が上昇し、次の水アトマイズによる粉砕は不十分なものとなる。
[Production method of metal powder]
First, the manufacturing method of the metal powder of this invention is demonstrated. The present invention is a method for producing metal powder from molten metal particles using an atomizing method. In the conventional atomizing method or the like, the pulverization force is insufficient, and as described above, a metal powder having a particle size of about several μm is obtained. In addition, the combined use of the water atomization method and the gas atomization method results in two-stage pulverization, but when the first atomization, gas atomization, is performed, the molten metal is pulverized and cooled to solidify or melt. Even if the state is maintained, the viscosity increases, and the subsequent pulverization by water atomization becomes insufficient.

このように、粉砕の回数を増やしたとしても、各粉砕が効果的に行われなければ、微細な金属粉末は得られない。そこで本発明では、溶融した状態の金属粒に対して水アトマイズ工程を実施することで、ある程度粒径の小さな金属粒を効果的に粉砕し、微細な金属粉末を製造することを可能とした。   Thus, even if the number of times of pulverization is increased, a fine metal powder cannot be obtained unless each pulverization is performed effectively. Therefore, in the present invention, by performing a water atomizing process on the molten metal particles, it is possible to effectively pulverize metal particles having a small particle size to produce a fine metal powder.

本発明の金属粉末の製造方法が対象とする金属種に特に限定はないが、本発明によれば微細な金属粉末を提供することができるので、微細な粉末が求められる用途に使用される金属が対象として好適である。そのような金属として具体的には、元素周期表第2族から第15族の元素のうちの1種以上が挙げられ、本発明の金属粉末の製造方法が好適に適用できる観点から、好ましくはAu、Ag、Cu、Pd、Ni、Co、Al、Si、P、B、Ti、Cr、Fe、Zn、In、Sn、Te、Bi、Mg、Mnのうちの1種以上が挙げられる。これらの金属を単独で使用して金属粉末としてもよいし、複数を使用して合金粉末としてもよい。さらに、1種又は複数の金属をメインとしてこれに他の金属を微量添加して、得られる金属(合金)粉末に所望の特性を付与してもよい。   There are no particular limitations on the metal species targeted by the method for producing a metal powder of the present invention. However, according to the present invention, a fine metal powder can be provided, so that the metal used in applications where a fine powder is required. Is suitable as a target. Specific examples of such metals include one or more elements from Group 2 to Group 15 of the Periodic Table of Elements, and preferably from the viewpoint that the method for producing a metal powder of the present invention can be suitably applied. One or more of Au, Ag, Cu, Pd, Ni, Co, Al, Si, P, B, Ti, Cr, Fe, Zn, In, Sn, Te, Bi, Mg, and Mn may be mentioned. These metals may be used alone to form a metal powder, or a plurality of these metals may be used to form an alloy powder. Furthermore, a desired characteristic may be imparted to the obtained metal (alloy) powder by adding one or more metals as a main component and adding a small amount of other metals thereto.

<溶融金属粒の供給(粗粉砕工程)>
本発明においては、溶融金属粒は公知の方法で供給することができる。例えば、金属を加熱して溶融金属とし、これに、その金属の融点以上の高温流体を噴射することで、溶融金属にせん断力を付与して粗粉砕する。溶融金属へ高温流体を噴射する方法は特に限定されないが、溶融金属粒の製造効率の観点から、炉などにおいて溶融させた金属をその底部の開口部から落下させ、これに高温流体を噴射して粗粉砕することが好ましい。
<Supply of molten metal particles (coarse grinding step)>
In the present invention, the molten metal particles can be supplied by a known method. For example, the metal is heated to form a molten metal, and a high-temperature fluid having a melting point of the metal or higher is sprayed on the metal, whereby a shearing force is applied to the molten metal and coarsely pulverized. The method for injecting the high-temperature fluid to the molten metal is not particularly limited, but from the viewpoint of the production efficiency of the molten metal particles, the metal melted in the furnace or the like is dropped from the opening at the bottom, and the high-temperature fluid is injected into this. It is preferable to coarsely pulverize.

このような粗粉砕工程に使用できる高温流体の種類は特に制限されないが、粉砕力の観点から、高速で噴射できる高温流体として、フレーム、プラズマ、および高温ガスが好ましい。これらは1種単独で使用してもよいし2種以上をあわせて使用してもよい。また、これらを多段階で噴射することによって、溶融金属を複数回粗粉砕してもよい。これによって、次の水アトマイズ工程に供給される溶融金属粒の粒径が小さくなり、最終的に得られる金属粉末がより微細なものとなると考えられる。コストの観点からは、高温流体として、フレームが特に好ましい。   The kind of the high-temperature fluid that can be used in such a coarse pulverization step is not particularly limited, but from the viewpoint of pulverization force, flame, plasma, and high-temperature gas are preferable as the high-temperature fluid that can be jetted at high speed. These may be used alone or in combination of two or more. Further, the molten metal may be coarsely pulverized a plurality of times by spraying them in multiple stages. As a result, the particle diameter of the molten metal particles supplied to the next water atomization step is reduced, and the metal powder finally obtained is considered to be finer. From the viewpoint of cost, a frame is particularly preferable as the high-temperature fluid.

高温流体の温度は、粗粉砕する金属の融点以上であればよいが、これにより生成した溶融金属粒が次の水アトマイズ工程に移行するまでに一定の冷却を受けるので、この冷却によって溶融金属粒の粘度が上がらないようにすることが望ましい。すなわち、高温流体の温度は、溶融金属の比熱、高温流体との接触時間等から勘案し、溶融金属粒の粘度が上昇しないだけのエネルギーを与えられる程度にすることが望ましい。   The temperature of the high-temperature fluid may be higher than the melting point of the metal to be coarsely pulverized, but since the molten metal particles generated thereby undergo a certain amount of cooling before moving to the next water atomization process, the molten metal particles are cooled by this cooling. It is desirable not to increase the viscosity. That is, it is desirable that the temperature of the high-temperature fluid be set to such an extent that energy sufficient to prevent the viscosity of the molten metal particles from increasing is taken into consideration from the specific heat of the molten metal, the contact time with the high-temperature fluid, and the like.

高温流体の噴射速度は、溶融金属に適切なせん断力を付与できれば特に制限されないが、上記のように溶融金属を炉などから落下させる場合には、その落下速度よりも速いことが好ましく、せん断力の観点から100m/s〜2500m/sであることがより好ましい。さらに好ましくは150m/s〜2000m/sであるとよい。以上の粗粉砕工程によって、溶融金属粒が供給される。   The injection speed of the high-temperature fluid is not particularly limited as long as an appropriate shearing force can be applied to the molten metal. However, when the molten metal is dropped from a furnace or the like as described above, it is preferably faster than the dropping speed. From the viewpoint, it is more preferably 100 m / s to 2500 m / s. More preferably, it is good in it being 150m / s-2000m / s. Molten metal particles are supplied by the above coarse pulverization step.

<水アトマイズ工程>
次に、水アトマイズ工程について説明する。例えば上記のような粗粉砕工程によって供給された溶融金属粒に対して高圧水を吹き付けることで、溶融金属粒が粉末化し、微細な金属粉末が製造される。
<Water atomization process>
Next, a water atomization process is demonstrated. For example, the molten metal particles are pulverized by spraying high-pressure water on the molten metal particles supplied by the coarse pulverization process as described above, and a fine metal powder is produced.

水アトマイズ工程においては、溶融金属粒に、好ましくは水圧90〜160MPa(より好ましくは120MPa〜160MPa)で、好ましくは水量100L/min以上(より好ましくは130L/min〜160L/min)で、水を吹き付ける。これに使用される水のpHは特に制限されないが、金属を腐食したり溶解するようなpH領域は避ける。   In the water atomization step, the molten metal particles are preferably filled with water at a water pressure of 90 to 160 MPa (more preferably 120 MPa to 160 MPa), preferably at least 100 L / min (more preferably 130 L / min to 160 L / min). Spray. The pH of the water used for this is not particularly limited, but a pH range that corrodes or dissolves the metal is avoided.

溶融金属粒は、高圧水を吹き付けられることでせん断されて更に粒径が小さくなるとともに、急冷凝固する。このようにして得られた金属粉末は微細で、その平均一次粒子径はサブミクロン〜1μm程度となる。さらに本発明によれば、湿式反応のように様々な薬剤を使用することなく粉末を製造することから、得られる金属粉末中の不純物量が少なく、これに起因する様々な不利点(例えば粉末を焼成した際のガス発生)が改善される。このような特性から、本発明の金属粉末の製造方法により製造された金属粉末は、その金属種にもよるが、電子材料、触媒、電池の活物質、工具、医薬品、宝飾品などの様々な用途に利用可能である。   The molten metal particles are sheared by being sprayed with high-pressure water to further reduce the particle size and rapidly solidify. The metal powder thus obtained is fine, and the average primary particle size is about submicron to 1 μm. Furthermore, according to the present invention, since the powder is produced without using various chemical agents as in the wet reaction, the amount of impurities in the obtained metal powder is small, and various disadvantages (for example, the powder is reduced). Gas generation during firing) is improved. Because of these characteristics, the metal powder produced by the method for producing metal powder of the present invention depends on the metal species, but various electronic materials, catalysts, battery active materials, tools, pharmaceuticals, jewelry, and the like. Available for use.

なお、水アトマイズにより金属粉末が水中に分散したスラリーが得られるが、このスラリーを濾過して金属粉末を回収し、さらにこれを水洗、乾燥、解砕、分級等してもよい。   In addition, although the slurry which metal powder disperse | distributed in water is obtained by water atomization, this slurry is filtered, metal powder is collect | recovered, Furthermore, this may be washed with water, dried, pulverized, classified.

従来のアトマイズ法等によっても、製造される金属粉末の中にはサブミクロンサイズのものが含まれることがあり、それだけを分級などの方法により回収することは可能であるが、出発原料からの収率は1%にも満たず、実用的ではない。これに対し、本発明では、溶融金属粒に対して水アトマイズすることで、金属粒を効果的に粉砕するため、従来に比較して高収率でサブミクロンサイズの金属粉末を製造することができ、産業上有用である。   Even with the conventional atomization method, the metal powder produced may contain submicron size particles, and it is possible to recover only that by a method such as classification, but the collection from the starting material is not possible. The rate is less than 1% and is not practical. On the other hand, in the present invention, the metal particles are effectively pulverized by water atomization of the molten metal particles, so that it is possible to produce a metal powder having a submicron size with a higher yield than conventional. Can be industrially useful.

[金属粉末の製造装置]
次に、本発明の実施形態にかかる金属粉末の製造装置の例を参照して、本発明の金属粉末の製造方法の具体的な実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる金属粉末の製造装置を示し、金属粉末の製造時の様子を模式的に示す断面図である。
[Metal powder production equipment]
Next, with reference to the example of the manufacturing apparatus of the metal powder concerning embodiment of this invention, specific embodiment of the manufacturing method of the metal powder of this invention is described. FIG. 1: is sectional drawing which shows the manufacturing apparatus of the metal powder concerning embodiment of this invention, and shows the mode at the time of manufacture of a metal powder.

製造装置1は、溶融金属粒12を供給する供給手段2と、供給手段2により供給された溶融金属粒12に高圧水13を吹き付ける高圧水噴射機構5とを有している。供給手段2は、具体的には、溶融金属10を供給する溶融金属供給手段3(例えばタンディッシュ)と、溶融金属10の融点以上の高温流体を噴射する高温流体噴射機構4(例えばフレームジェット噴射機構)とを有している。以下、溶融金属供給手段をタンディッシュ3、高温流体噴射機構をフレームジェット噴射機構4として説明する。   The manufacturing apparatus 1 includes a supply unit 2 that supplies molten metal particles 12 and a high-pressure water injection mechanism 5 that blows high-pressure water 13 onto the molten metal particles 12 supplied by the supply unit 2. Specifically, the supply unit 2 includes a molten metal supply unit 3 (for example, a tundish) that supplies the molten metal 10 and a high-temperature fluid injection mechanism 4 (for example, a frame jet injection) that injects a high-temperature fluid having a melting point of the molten metal 10 or higher. Mechanism). Hereinafter, the molten metal supply means will be described as the tundish 3, and the high-temperature fluid injection mechanism will be described as the frame jet injection mechanism 4.

溶融金属10の供給手段であるタンディッシュ3は、金属を融点以上に加熱して溶融させることができ、溶融金属10を収容するとともに、底面に、溶融金属10を出湯するノズル3aを有している。タンディッシュ3内の溶融金属10は、融点以上の温度に加熱されるとともにその温度が保持されており、ノズル3aを介して下方へ溶融金属10を落下させることができる。   The tundish 3 serving as a means for supplying the molten metal 10 can melt the metal by heating it to a melting point or higher. The tundish 3 accommodates the molten metal 10 and has a nozzle 3a for discharging the molten metal 10 on the bottom surface. Yes. The molten metal 10 in the tundish 3 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point and the temperature is maintained, and the molten metal 10 can be dropped downward through the nozzle 3a.

タンディッシュ3の下方には、フレームジェット噴射機構4としてのジェットバーナーが設けられている。ジェットバーナーは、ノズル3aから落下する溶融金属10の流れの横断面の外周側に、対称位置となるように複数設置されていることが好ましい。ジェットバーナーは、落下する溶融金属10に対して、溶融金属10の融点以上の高温のフレーム11を、溶融金属10の外周側から斜め下方に向かって噴射する。フレーム11の噴射速度は、溶融金属10の落下速度よりも高速であり、例えば溶融金属10の落下速度が2.0m/s程度の場合、噴射速度を150〜2500m/s程度とする。このようなフレームジェット噴射機構4により、ノズル3aから落下する溶融金属10を粗粉砕する粗粉砕工程が行われ、粗粉砕されてできた溶融金属粒12が、さらに下方に向けて落下する。なお、フレーム11は落下する溶融金属10に対して小さな角度で噴射することが好ましいが、粗粉砕されてできる溶融金属粒12が広がらないように、フレームジェット噴射機構4と高圧水噴射機構5との間において、溶融金属粒12を包むように所定径のバレルを設置してもよい(図示せず)。   Below the tundish 3, a jet burner as a frame jet injection mechanism 4 is provided. A plurality of jet burners are preferably installed on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal 10 falling from the nozzle 3a so as to be symmetrical. The jet burner injects a high-temperature frame 11 equal to or higher than the melting point of the molten metal 10 from the outer peripheral side of the molten metal 10 to the falling molten metal 10 obliquely downward. The injection speed of the frame 11 is higher than the falling speed of the molten metal 10. For example, when the falling speed of the molten metal 10 is about 2.0 m / s, the injection speed is about 150 to 2500 m / s. By such a frame jet injection mechanism 4, a coarse pulverization step of coarsely pulverizing the molten metal 10 falling from the nozzle 3 a is performed, and the molten metal particles 12 that have been coarsely pulverized fall further downward. In addition, although it is preferable to inject the flame | frame 11 at a small angle with respect to the molten metal 10 which falls, the flame jet injection mechanism 4 and the high-pressure water injection mechanism 5 Between them, you may install the barrel of a predetermined diameter so that the molten metal particle 12 may be wrapped (not shown).

フレームジェット噴射機構4の下方には、高圧水を吹き付ける高圧水噴射機構5が設けられ、フレームジェット噴射機構4で粗粉砕されてできた溶融金属粒12に向けて高圧水13を吹き付ける水アトマイズ工程を行う。高圧水噴射機構5は、高圧ポンプおよび複数の注水ノズルを有し、注水ノズルは、好ましくは、溶融金属粒12の流れの横断面の外周側に、高圧水13を斜め下方に噴射するように設置され、落下する溶融金属粒12に対して、外周側から斜め下方に向かって、溶融金属粒12の外周全体に均等に吹き付ける。高圧水13の噴射は、金属粉末14の粒度の均一性の観点から、フレームジェット噴射機構4の噴射と同心円状に行われることが好ましい。この水アトマイズ工程では、上記で説明した水圧や水量の条件で、高圧水13を溶融金属粒12に向けて噴射し、急冷凝固させることによって、溶融金属粒12を粉末化する。   A high-pressure water injection mechanism 5 that blows high-pressure water is provided below the frame jet injection mechanism 4, and a water atomization process that blows high-pressure water 13 toward the molten metal particles 12 that are coarsely pulverized by the frame jet injection mechanism 4. I do. The high-pressure water injection mechanism 5 has a high-pressure pump and a plurality of water injection nozzles, and the water injection nozzles preferably inject the high-pressure water 13 obliquely downward on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal particles 12. The molten metal particles 12 that are installed and fall are sprayed evenly over the entire outer periphery of the molten metal particles 12 from the outer peripheral side toward the obliquely downward direction. The injection of the high-pressure water 13 is preferably performed concentrically with the injection of the frame jet injection mechanism 4 from the viewpoint of the uniformity of the particle size of the metal powder 14. In this water atomizing step, the molten metal particles 12 are pulverized by jetting the high-pressure water 13 toward the molten metal particles 12 and rapidly solidifying them under the conditions of the water pressure and the amount of water described above.

以上のような製造装置1のフレームジェット噴射機構4および高圧水噴射機構5は、例えばチャンバー21内に設けられ、チャンバー21の底部に金属粉末14が堆積する。得られた金属粉末14は、ろ過、水洗、乾燥、解砕、分級等の工程を経て、製品として使用される。   The frame jet injection mechanism 4 and the high-pressure water injection mechanism 5 of the manufacturing apparatus 1 as described above are provided in, for example, the chamber 21, and the metal powder 14 is deposited on the bottom of the chamber 21. The obtained metal powder 14 is used as a product through steps such as filtration, washing with water, drying, crushing, and classification.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this example. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to.

銅の溶湯から、水アトマイズ法のみで得られる銅粉の粒径と、本発明の実施形態の一例にかかる、フレームジェットによる粉砕工程と水アトマイズ工程とを併用する製造方法で得られる銅粉の粒径とを、シミュレーションによって求めた。シミュレーションは、「平居正純著、溶融合金の粘度推定式」による下記式(1)を用いて行った。   From the copper melt, the particle size of the copper powder obtained only by the water atomization method, and the copper powder obtained by the manufacturing method according to an example of the embodiment of the present invention, which is a combination of the pulverization process by the frame jet and the water atomization process The particle size was determined by simulation. The simulation was performed using the following formula (1) based on “Masazumi Hirai, viscosity estimation formula of molten alloy”.

Figure 2018095915
d:平均粒径(μm)
K:定数
η:溶湯の粘性(mN・s/m
η:銅の動粘性係数(m/s)
V:溶融金属粒の速度(m/s)
ρ:溶湯の密度(kg/m
γ:銅の表面張力(mN/m)
D:出湯ノズル径(m)
X:溶融金属粒流量(kg/min)/水流量(kg/min)
Figure 2018095915
d: Average particle diameter (μm)
K: constant η M : viscosity of molten metal (mN · s / m 2 )
η G : Kinematic viscosity coefficient of copper (m 2 / s)
V: Speed of molten metal particles (m / s)
ρ M : Density of molten metal (kg / m 3 )
γ M : copper surface tension (mN / m)
D: Hot water nozzle diameter (m)
X: Molten metal particle flow rate (kg / min) / water flow rate (kg / min)

なお、式(1)は、ガスアトマイズ法により得られる粉末の粒径についての経験式であるが、これを水アトマイズ法で得られる粉末の粒径を求めるのに準用した。すなわち、水アトマイズによる銅粉の平均粒径dのデータを複数採取し、それに合うように定数Kの数値を決めることで、式(1)が水アトマイズ法に利用できるように合わせ込んだ。η、ρ、γは、温度1600℃の場合とし、V=1000m/s、D=0.002m、X=0.0125として求めた。 Formula (1) is an empirical formula for the particle size of the powder obtained by the gas atomization method, and this was applied to determine the particle size of the powder obtained by the water atomization method. That is, by collecting a plurality of data on the average particle diameter d of the copper powder by water atomization and determining the numerical value of the constant K so as to match it, the equation (1) was adapted so that it could be used for the water atomization method. η M , ρ M , and γ M were obtained when the temperature was 1600 ° C., and V = 1000 m / s, D = 0.002 m, and X = 0.0125.

この計算式によれば、水アトマイズ法のみで得られる銅粉の粒径が3.0μm程度に対し、本発明の実施形態にかかる製造方法では、粒径が0.5μmとなった。   According to this calculation formula, the particle size of the copper powder obtained only by the water atomization method is about 3.0 μm, whereas in the manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the particle size is 0.5 μm.

本発明は、溶融金属から金属の微細な粉末を製造する際に適用できる。   The present invention can be applied when producing a fine metal powder from a molten metal.

1 製造装置
2 供給手段
3 タンディッシュ
4 フレームジェット噴射機構
5 高圧水噴射機構
10 溶融金属
11 フレーム
12 溶融金属粒
13 高圧水
14 金属粉末
21 チャンバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus 2 Supply means 3 Tundish 4 Flame jet injection mechanism 5 High pressure water injection mechanism 10 Molten metal 11 Frame 12 Molten metal particle 13 High pressure water 14 Metal powder 21 Chamber

Claims (8)

溶融金属粒に対して高圧水を吹き付けて前記溶融金属粒を粉末化する水アトマイズ工程を有する、金属粉末の製造方法。   The manufacturing method of metal powder which has a water atomization process which sprays high pressure water with respect to a molten metal particle, and pulverizes the said molten metal particle. 前記溶融金属粒が、溶融金属に対して、前記溶融金属の融点以上の高温流体を噴射して前記溶融金属を粗粉砕することにより供給される、請求項1に記載の金属粉末の製造方法。   The method for producing metal powder according to claim 1, wherein the molten metal particles are supplied to the molten metal by spraying a high-temperature fluid having a melting point of the molten metal or higher to roughly pulverize the molten metal. 前記高温流体は、フレーム、プラズマおよび高温ガスからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項2に記載の金属粉末の製造方法。   The method for producing a metal powder according to claim 2, wherein the high-temperature fluid is at least one selected from the group consisting of a flame, plasma, and high-temperature gas. 前記溶融金属粒の供給は、前記溶融金属を落下させながら、前記溶融金属の落下速度よりも高速で前記高温流体を噴射して行われる、請求項2または3のいずれか一項に記載の金属粉末の製造方法。   4. The metal according to claim 2, wherein the supply of the molten metal particles is performed by ejecting the high-temperature fluid at a speed higher than a falling speed of the molten metal while dropping the molten metal. Powder manufacturing method. 前記水アトマイズ工程は、前記溶融金属粒に、水圧90〜160MPa、水量100L/min以上の高圧水を吹き付けて行われる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の金属粉末の製造方法。   The said water atomization process is a manufacturing method of the metal powder as described in any one of Claims 1-4 performed by spraying the high pressure water with a water pressure of 90-160 MPa and the amount of water of 100 L / min or more to the said molten metal particle. 水アトマイズ法を用いて、溶融金属粒から金属粉末を製造する装置であって、
溶融金属粒を供給する供給手段と、前記供給手段により供給される前記溶融金属粒に高圧水を吹き付ける高圧水噴射機構とを有する、金属粉末の製造装置。
An apparatus for producing metal powder from molten metal particles using a water atomization method,
An apparatus for producing metal powder, comprising: a supply unit that supplies molten metal particles; and a high-pressure water injection mechanism that blows high-pressure water onto the molten metal particles supplied by the supply unit.
前記供給手段が、溶融金属を供給する溶融金属供給手段と、前記溶融金属供給手段により供給される前記溶融金属に対して、前記溶融金属の融点以上の高温流体を噴射する高温流体噴射機構とを有する、請求項6に記載の金属粉末の製造装置。   The supply means includes a molten metal supply means for supplying a molten metal, and a high-temperature fluid injection mechanism for injecting a high-temperature fluid having a melting point of the molten metal or higher with respect to the molten metal supplied by the molten metal supply means. The apparatus for producing metal powder according to claim 6. 前記高温流体噴射機構がフレームジェット噴射機構である、請求項7に記載の金属粉末の製造装置。   The metal powder manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the high-temperature fluid injection mechanism is a frame jet injection mechanism.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102249422B1 (en) * 2020-08-31 2021-05-06 강종구 Porous silver powders and method for preparing the same.

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