JP2639669B2 - 溶融材料の顆粒化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融材料から、特に溶融金属浴からの顆粒
化、換言すれば球状粒子または固形顆粒の形成の分野に
関し、前記顆粒は前記材料の固化後に形成される。

本発明はさらに特定すれば、金属もしくは合金を溶融
状態にあるこれらの材料から顆粒化する方法に関する。
本明細書中、金属とは２種以上の金属の合金、そして金
属を含有する鉱物もしくは有機化合物をも意味する。し
かしながら、本発明はその顆粒化が金属と実質同じ問題
を発生するある種の非金属材料にも適用し得ることが認
められるであろう。

さらに特定てすれば、本発明は溶融材料がスプレーの
形で排出され、次に顆粒の形に固化する顆粒化方法に関
する。

既に金属の顆粒化を実施するための種々の解決法が提
案されている。

溶融金属がそれを遠心力を発生する回転運動へかける
ことによってスプレー形で排出される、ドイツ特許第1,
268,792号およびフランス特許第2,391,799号に記載の方
法が参照される。これら方法においては、液状金属の回
転は、その中で液状金属が循環するチューブを囲む固定
子によってつくられる回転する磁場の影響のもとに得ら
れる。固定子はそれを通って金属が円錐形スプレーシー
トで排出される較正されたオリフィスが貫通する底を有
する。顆粒は従って適当な雰囲気中で冷却によって形成
される。

これら装置および方法は高価の設備を必要とし、そし
て含まれるプロセス開発は必ずしも容易でないことが明
らかである。これらの困難は、可能性ある故障源を構成
し、そして電力消費コストに関してだけでも余計なコス
トを代表する回転磁場発生機の存在に特に関係してい
る。また、最良の成績を得るために回転磁場の速度を決
定することが必要であるが、この予備調整はしばしば困
難な操作である。

加えて、金属の顆粒化は酸化への著しい傾向からしば
しば発生する、不純物の存在に関係した特別の問題を提
供する。今日まで適用されたすべての技術は、回転磁場
を持つか持たないに拘らず、この問題を解決し得なかっ
た。たとえ金属の極めて高い精製が設備をさらに複雑化
するスプレー粒化装置のすぐ上流で達成されたとして
も、不規則に分布した不純物粒子が液滴中に存在するこ
とが再び発見される。これらの粒子はその形状および表
面が非常に不規則な種々の寸法および組成の顆粒の生成
を発生する。

より良い顆粒化を達成するため、本発明はスプレー粒
化を、溶融材料がスプレー排出オリフィスへ向かって流
れる時それをらせん流の形の機械的拘束へかけるための
装置によって実施することを提案する。このタイプの装
置自体は圧力下（通常６バール）水のスプレー放出の目
的のために既に知られているが、それらは不純物を含有
し易い材料からの液滴の固化を含む適切な応用における
前述した問題に対する解決法として考えられたことを決
してなかったとこが強調されなければならない。

従って本発明の目的は、液滴が顆粒の形でその中で固
化する冷却囲いの入口において液滴の形で材料をスプレ
ー放出するためのオリフィスで終わっている容器へ材料
を供給する手段を備える顆粒化装置であって、該容器が
その内壁の少なくとも一部に溶融した材料がらせん流の
形で流れるようにする隆起らせん形エレメントを備える
ことを特徴とする前記装置を提供することである。

本発明の好ましい具体例においては、前記らせん形エ
レメントは容器のチューブ状部分を占める円筒部分に形
成されたみぞからなることができる。

2,3またはそれ以上の数のみぞを設けることができる
が、好ましくは５までに制限される。一般に、３本のみ
ぞが最も適当な数にみえる。

容器はそれ故このレベルにおいて円筒形チューブによ
って構成することができ、そしてみぞはやはり一般に円
筒形で前記容器中へ隙間ゼロで嵌入される除去自在な部
分中にカットされる。しかしながら、異なる形状を有
し、そして例えばある角度の円錐形を持つことができる
容器を備えることも可能である。

容器は有利には30ないし90度の範囲を変化する頂角を
有する内部円錐で終わることができる。前記内部円錐の
下方部は、顆粒もしくは固体ビーズへ変えるべき溶融材
料をそれを通ってスプレー排出シートに流そうとする容
器のオリフィス中へ開いている。この排出オリフィスは
実質上円錐の頂点を構成する。

本発明の実施化のための、そして特に金属材料、特に
カルシウムおよびマグネシウムのような反応性で酸化さ
れ易い金属の顆粒化のための好ましい条件では、スプレ
ー排出オリフィスの直径は１ないし5mmの範囲で、長さ
は0.5ないし5mmとすることができ、みぞのピッチは10な
いし50mmの範囲とすることができる。みぞの数および断
面積は、好ましくは溶融材料の流れのための断面積の合
計がオリフィスの断面積の2.5倍に少なくとも等しくな
ることが確実になるように選定される。

さらに、本発明に従った装置は、有利には容器へ供給
される材料へ調節し得る圧力を加えるための手段を備
え、この圧力は最適条件の下では１ないし３バールの範
囲内である。

本発明の装置の前記手段への適用において、この圧力
の調節はらせん形流路によって材料の流れへ与えられる
回転速度を、従って固化後得らえるビーズの粒径を決定
することを可能にする。このため粒径分布を、例えばカ
ルシウムまたはマグネシウムの場合、200ないし1000ミ
クロン、500ないし1800ミクロン、100ないし2500ミクロ
ンの間に変えることができる。しかしながら、これら反
応性金属の場合高度に危険であるから、同時に非常に細
かい粒子（50ミクロン以下の寸法）は決して生産されな
い。

本発明によって提案される技術は、カルシウムまたは
マグネシウムを溶融鉱物塩で洗浄することよりなるいか
なる作業の必要性を省くことが認められるであろう。高
い回転スピード、フィルターの不存在、溶融金属の循環
に死点の不存在、これらすべての条件は懸濁液中に酸化
物が沈降できない結果へ導く。懸濁液は固化した顆粒内
部の最終点まで均一であり続ける。さらに、単一オリフ
ィスで終わっている円錐から排出される材料は外へひろ
がりそして液滴へ分れる截頭円錐形のフィルムを形成
し、これは冷却用囲いの場合満足な充填比を確実にし、
そして速い均一な固化へ導く。

しばしば考慮に入れることが有用であると判明した追
加の要素は、少なくとも顆粒化すべき溶融材料と接触す
る表面に関し、スプレー排出ノズル従ってオリフィス、
みぞつき内部部材および容器に使用すべき材質に関す
る。それぞれの表面張力は製造した顆粒の最終寸法に影
響する流体フィルムの厚みを支配する。反応性金属の場
合、スプレー粒化はヘリウムもしくはアルゴンのような
希ガスよりなる不活性媒体中で行われる。従って、モリ
ブデンは経時的に摩耗に感受性でないので、スプレー操
作に使用する機械部品の最も適した材料のように見え
る。

これから、必須の特徴および得られる利益のもっと完
全な理解を得るために役立つであろう本発明の特定の具
体例を詳細に記載する。しかしながらこの具体例は例示
として選ばれ、限定する趣旨で与えたものでないことを
理解すべきである。以下の説明は添付図面に図示されて
いる。

第１図は、顆粒化装置全体を図示する。

第２図は、スプレー粒化装置の断面図である。

第３図は、第２図の頂面図である。

第１図によれば、顆粒化装置はスプレー粒化装置13の
出口で形成された溶融金属の液滴の固化がその中で実施
される冷却用囲い12を備える。囲い12は垂直な塔の形で
あり、そしてスプレー粒化渦巻装置13はこの塔の頂部に
配置される。前記囲いは、カルシウムおよびマグネシウ
ムのような反応性金属の顆粒化を許容するために、アル
ゴンのような中性ガスで満たされる。下端にはそれから
得られた顆粒もしくは粒子が取出されるロックチャンバ
ー11が配置される。溶融金属は炉17からパイプ14を通っ
て粒化装置13へ供給される。前記炉は耐漏洩槽20内に溶
融金属16の塊を収容する。金属は槽からフィルター15を
通ってパイプ14によって引出され、該パイプが前記溶融
金属を滴下する。

耐漏洩槽20はそこから固体金属が供給されるロックチ
ャンバー19へ接続される。槽はガスの供給のためのパイ
プ18へも接続される。入って来るガスは中性ガス、特に
アルゴンである。前記ガスは溶融金属塊16の上部の槽20
をみたし、その上に最終製品の望む粒径に応じて１ない
し３バールの間の値に調節できる圧力を加える。

渦巻効果によって溶融金属のスプレー排出の機能を有
する装置は第１および２図に図示されている。

第２図には、一般に円筒形状を有する、換言すれば少
なくとも上方内部は円筒形である容器１が示されてい
る。溶融金属は容器１へ溶接されたチューブ３を経由し
て矢印２の方向に容器へ入れられる。前記チューブは第
１図のパイプ14の垂直延長部を形成する。

円筒形横断面を有する部材４が容器１の底部分内にぴ
ったり嵌合され、その内壁にカットされそして各自長四
角形断面を有する３本のらせん形みぞ5,6,7が設けられ
る。この部材は容器１内に除去自在に取付けられる。該
部材はその引抜きを容易にする軸棒21を備えている。

容器１は底端において円錐８で終わっており、円錐の
下向きの頂点は容器１の下部に設けた較正したオリフィ
ス９中にその開口を有する。前記円錐の頂角は通常30な
いし90度の範囲にあり、好ましくは45度のオーダーであ
る。

圧力下にある溶融金属が部材４のレベルに到着する
時、それは、溶融金属を部材４と容器の内壁との間に前
記みぞによって形成された通路内のみをらせん流で流す
らせん形みぞ5,6,7によって加えられる機械的作用の結
果、回転運動に流れ始める。

円錐８のレベルにおいて、そしてこの円錐の形状のお
かげで、回転流運動（渦巻）が加速され、そして液体材
料はオリフィス９を通って通常中空であるシート10の形
で逃げる前に截頭円錐形フィルムを形成する。截頭円錐
形であるこのシートの中で、流れている流体は液滴に分
かれ、冷却用囲いの中にひろがる。これは液体が遠心力
の作用下に円錐８に当てられそしてその内に部分真空が
発生する中空截頭円錐形フィルムを形成するという事実
から発生する、オリフィス９のレベルにおける収れん一
分砕効果によるものである。

本発明の実地適用の特定例において、約15mmのみぞピ
ッチを採用し、これらみぞ５ないし6mm²の長四角形断面
を持つようにすることにより、反応性金属（カルシウム
およびマグネシウム）について満足な結果が得られた。
オリフィス９の出口直径は２ないし4mmのオーダー、換
言すれば液滴および液滴の固化によって得られるビーズ
の両方に関して粒径要求を満たすのに十分に大きいもの
であった。これは装置のつまりの可能性ある危険を完全
ではなくても著しく除去する効果があった。これは溶融
金属を較正されたオリフィスを通過させることよりな
り、後者の小さい直径のためこれら装置は詰る強い傾向
を発揮するから、先行技術で提案された解決法を上廻る
非常に評価できる利益を構成する。

以上に与えられたパラメータを採用することにより、
満足な均一性を達成する0.5ないし1.5mmの範囲を直径を
持つ金属ビーズもしくは顆粒を得ることが可能である。

さらに特定の例において、このプロセスは870℃の溶
融カルシウムについて、工場の環境温度へ冷却すること
によって固化して実施された。スプレー粒化装置は45度
の内角を有する円錐８と、2.6mmの直径と4mmの高さを有
するオリフィス９と、そして2.45×2.50mmの断面の３本
のみぞを有する中央部材４を備えていた。この条件の下
で、オリフィスの断面積に対するみぞの断面積の合計の
比Ｒは3.66に等しい。中央部材および容器はモリブデン
で製作した。

２バールの液体カルシウムの供給圧力をもって、直径
0.2ないし1mmのビーズ85重量％で、直径１ないし1.3mm
のビーズが15重量％に相当する粒径分布を有する直径0.
75mmのビーズの165kg/時生産が得られた。

マグネシウムについて、そして中央部材を2.93×3mm
の断面の２本のみぞを待った部材（比Ｒは3.41になる）
で置換して同じ態様で作業することにより、得られたビ
ーズは、0.2ないし1mが92重量％で、0.2ないし0.1mmが
８重量％の平均粒径0.42mmを持っていた。

当然に、以上の説明は限定を意味しない。液体材料へ
回転流運動を与え、そして渦巻効果を発生するために容
器内に設けられる隆起したらせん形エレメントは容器内
に、または前に指示した態様で容器内に付加された部材
に形成されたみぞ以外の形状を取ることができる。容器
内にみぞのような中空輪郭を形成する代わりに、らせん
形ではあるが容器内へ突起を形成する輪郭を設けること
も実現性ある解決法を構成するであろう。これも渦巻効
果によって処理された溶融金属へ回転流動運動を与える
効果を有する。等しい顆粒形成へ導くけれども、しかし
この解決法はあまり満足的でないことが明らかになっ
た。

さらに以上の実施例に使用した幾何学的構造および寸
法は、その下部部分が円錐８のベースを占領する円筒形
部材を有し、この円筒形部材の直径が18mmであり、その
長さが15mmである第２図に図示したものである。この点
に関し、このタイプであり、そして本発明に従って有利
に使用するための設計された部材は10ないし30mmの範囲
の直径と、そして10ないし40mmの長さを持っているとも
っと一般的にいうことができる。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応性金属の微粒化のための顆粒化装置で
   あって、金属材料を溶融した形に加熱するための手段
   （17）と、その中で濾過した溶融金属材料が液滴の形で
   重力により落下しそして顆粒の形で固化する冷却塔12の
   頂部へ液滴の形で溶融金属材料を排出するためのスプレ
   ー排出オリフィス（９）で終わっているノズルを備えた
   移換容器（１）中へ前記加熱手段（17）から濾過した溶
   融金属材料を圧力下に供給する手段（14）を備えてお
   り、 前記移換容器（１）は、次第に減少する断面の前記容器
   の円錐形表面への下向きのらせん形平坦循環のための少
   なくとも一つのらせん形誘導エレメント（5,6,7）を備
   え、 前記容器（１）は円筒形部分と前記オリフィス（９）で
   終わっている円錐形部分（８）とを有し、そして該円錐
   形部分（８）まで延びることなく前記容器（１）の円筒
   形部分内に隙間ゼロで嵌合し、かつ前記容器（１）の円
   筒形部分の内表面との間に前記らせん形誘導エレメント
   （5,6,7）によって区画される長辺が円筒形部分の接線
   方向に平行なほぼ長四辺形断面の外側みぞを形成する非
   回転インサート部材（４）を備えていることを特徴とす
   る前記装置。
2. 【請求項２】前記インサート部材（４）は除去および交
   換自在であり、そのための把持フィンガー（21）を備え
   ていることを特徴とする第１項の装置。
3. 【請求項３】前記容器（１）の前記円錐形部分（８）は
   30ないし90度のオーダの角度を有し、前記オリフィス
   （９）が該円錐形部分の頂点にあり、前記スプレー排出
   オリフィス（９）は直径１ないし5mmおよび長さ0.5ない
   し5mmを有し、そして前記インサート部材（４）のらせ
   ん形誘導エレメント（5,6,7）のピッチは10ないし50mm
   の範囲であることを特徴とする第１項または第２項の装
   置。
4. 【請求項４】らせん形エレメント（5,6,7）によって区
   画される前記みぞの数および断面積は、前記みぞの合計
   断面積が前記オリフィス（９）の断面積の少なくとも2.
   5倍に等しいようなものであり、この比は有利には2.5な
   いし10、好ましくは３ないし５の範囲であることを特徴
   とする第３項の装置。
5. 【請求項５】前記インサート部材（４）と前記容器
   （１）の円筒形部分の内表面とに形成されたみぞおよび
   前記オリフィス（９）を通って冷却塔（12）へ供給され
   る溶融金属材料のための濾過手段（15）と、あらかじめ
   定められた寸法の顆粒を製造するため１ないし３バール
   の調節自在な不活性ガス圧力を溶融金属材料へ加えるた
   めの手段（18）を備えていることを特徴とする第１項な
   いし第５項のいずれかの装置。
6. 【請求項６】反応性金属がカルシウムまたはマグネシウ
   ムであり、前記容器（１）およびインサート部材（４）
   がモリブデン製であることを特徴とする第１項ないし第
   ５項のいずれかの装置。