JP2672038B2

JP2672038B2 - 金属粉末製造装置

Info

Publication number: JP2672038B2
Application number: JP3107570A
Authority: JP
Inventors: 正規吉野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH04337013A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属を、旋回移動
する冷却液層中に供給して金属粉末を製造する製造装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】急冷凝固金属粉末は、結晶粒が微細で合
金元素も過飽和に含有させることができるので、例えば
アルミニウムやその合金の急冷凝固粉末によって形成さ
れた押出材は、溶製材では具備することのない優れた材
質特性を有し、機械部品等の素材として注目されてい
る。

【０００３】前記急冷凝固金属粉末の製造装置として、
特公平１−49769 号公報に開示されたものがある。この
装置は、図２に示すように、回転する冷却ドラム61の内
周面に冷却液層62を遠心力の作用で形成し、該冷却液層
62に溶融金属供給手段としての噴射るつぼ63から溶融金
属を噴射し、微細に分断して急冷凝固した金属粉末を得
るものである。前記噴射るつぼ63の外周面には加熱用の
高周波コイル64が装着され、該るつぼ63の下部側壁には
噴射ノズル65が開設されている。前記るつぼ63内の溶融
金属66は、該るつぼ63に不活性ガス67を加圧注入するこ
とによって前記ノズル65から噴出される。そして、冷却
ドラム61内の金属粉末は、一定量溜まると、冷却ドラム
61の回転を止め、冷却液と共に回収され、脱液後、乾燥
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のものにあっ
ては、いわゆるバッチ式操業となり、生産性が劣る。そ
のうえ、粉末回収時に溶融金属の噴射を止めなければな
らないため、噴射ノズル65に孔詰りが生じ易いという問
題がある。また、冷却温度を一定にするためには、冷却
液層62の液面より冷却液を供給、排出して温度制御しな
ければならないが、この際、液面が乱れ、粉末粒度や品
質にばらつきが生じ易いという問題がある。

【０００５】さらに、噴射ノズル65の大きさは、孔詰り
の観点からあまり小さくすることができず、従って、溶
融金属66の噴出量を少なくするにも限度があり、そのた
め、比較的多量の溶融金属66が直接冷却液層62の同じ位
置に連続状に供給され、より微細な粒子の金属粉末が得
難いと共に、冷却効果の低下を来たして十分な冷却速度
が得難いという問題がある。

【０００６】さらに、また、溶融金属が噴射された後、
冷却液層62に至るまでにその表面が酸化し、酸化膜が形
成されるため、冷却液層62による分断が困難となり、又
金属粉末の酸素や水素含有量が増加し、品質劣化を招来
する。そこで、本発明は前記問題点に鑑み、安定した品
質の金属粉末を連続的に製造することができ、しかも、
金属粉末の微粉化の向上及び十分な冷却速度の確保を企
図し、且つ酸化膜の生成を抑制することができる金属粉
末製造装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が前記目的を達成
するために講じた技術的手段は、溶融金属供給容器8か
ら供給される溶融金属を冷却用筒体1 内の冷却液により
冷却凝固させて金属粉末を製造する金属粉末製造装置に
おいて、前記筒体1 の内周面に沿って冷却液を噴出供給
して該筒体1 内周面に沿って旋回しながら流下する冷却
液層20を形成するための冷却液噴出管16を設けると共
に、この冷却液噴出管16の下方側に冷却液を排出する排
出部22を設け、筒体1 に、前記冷却液層20を所要厚さに
形成する層厚調整手段21を備え、前記冷却液層20の内周
面側の空間部34に、溶融金属供給容器8 から供給される
溶融金属を衝当させる受台30を設け、この受台30を、該
受台30に衝当させた溶融金属を遠心力の作用によって冷
却液層20に向けて飛散させるべく回転駆動し、さらに、
前記冷却液層20の内周面側の空間部34に不活性ガスを充
填或いは該空間部34内の空気を抜出し可能とすべく筒体
1 の筒軸方向両端部側を閉塞して成る点にある。

【０００８】

【作用】冷却用筒体1 の内周面に沿って噴出供給された
冷却液は、筒体内周面に沿って旋回しながら流下し、旋
回時の遠心力及び層厚調整手段21の作用で所要厚さの、
ほぼ一定内径の冷却液層20を形成する。そして、溶融金
属供給容器8 から供給される溶融金属は、一旦、回転駆
動される受台30に衝当し、該衝当した溶融金属は遠心力
の作用で受台30から冷却液層20へ向って放射状に飛散し
て冷却液層20に供給され、冷却液層20の旋回流によって
分断されると共に冷却凝固され、金属粉末が製造され
る。

【０００９】前記冷却液層20は常に新たに供給される冷
却液によって形成されるために一定の温度が容易に維持
される。このため、温度制御のために液面より冷却液を
排出、供給する必要がなく、液面に乱れは生じず、安定
した状態が維持される。それ故、冷却液層20に供給され
る溶融金属は常に一定状態の下で冷却液層20中に供給、
分断され、一定温度の下で冷却凝固されるため、金属粉
末の品質が安定する。

【００１０】冷却液層20中の金属粉末は冷却液と共に旋
回しながら流下し、筒体1 の下部より排出することで、
金属粉末の連続生産が可能となる。また、溶融金属は、
受台30によって飛散された後、さらに、冷却液層20の旋
回流によって分断されて、より微細な金属粉末が形成さ
れると共に、該微粉化、溶融金属が受台30によって分散
されること及び冷却液層20が常に新たに供給される冷却
液によって形成されることから十分な冷却速度の確保が
可能である。

【００１１】さらに、冷却液層20の内周面側の閉塞され
た空間部34に不活性ガスを充填し、或いは該空間部34内
の空気を抜出すことで、溶融金属は真空或いは不活性ガ
ス雰囲気中で冷却液層20に供給され、冷却液層20に至る
までの間において溶融金属の表面酸化が抑制され、冷却
液層20による分断が速やかに行われ、又酸化膜の薄い高
品質の粉末が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、１は冷却用筒体で、上方に開口す
る有底円筒状に形成されており、この筒体1 の上端開口
は蓋体2 により閉塞され、該蓋体2 の中心部には開口部
3 が形成されている。この開口部3 は取付凹部4 を有す
る断熱部材5 で閉塞され、この断熱部材5 の中央部には
開孔6 が上下方向に貫通形成されていると共に、前記取
付凹部4 には、噴射るつぼ8 が気密に嵌合固定されてい
る。この噴射るつぼ8 は黒鉛や窒化珪素等の耐火物から
成り、有底円筒状のるつぼ本体9 と、該るつぼ本体9 の
上端開口を閉塞する蓋体10とを備えて成る。るつぼ本体
9 の外周には加熱用の誘導コイル11が設けられ、るつぼ
本体9 の底部12には、上下方向に貫通状で且つ断熱部材
5 の開孔6 に連通するノズル孔3 が形成されている。ま
た、噴射るつぼ8 の蓋体10には、ＡｒやＮ₂等の不活性
ガスの圧媒や圧送された溶融金属を注入するための注入
孔14が形成され、該注入孔14から不活性ガスを加圧注入
することで、噴射るつぼ8 内の溶融金属15がノズル孔13
から開孔6 を介して筒体1 内に噴射される。

【００１３】また、筒体1 の上部には、冷却液噴出管16
が周方向等間隔に複数個形成され、この噴出管16の吐出
口17は筒体内周面に沿って接線方向から冷却液を噴出供
給できるように開口されている。また、噴出管16の管軸
方向は、筒体内周面の水平方向の接線に対して０〜20°
程度斜め下方に設定されている。そして、噴出管16は、
ポンプ18を介してタンク19に配管接続されていて、タン
ク19内の冷却液をポンプ18によって吸い揚げて噴出管16
から筒体1 内周面側に噴出供給することで、筒体1 の内
周面に、蓋体2 から筒体1 底壁1aに亘って該内周面に沿
って旋回しながら流下する冷却液層20が形成される。タ
ンク19には、図示省略の補給用の冷却液供給管が設けら
れ、またタンク19内や循環流路の途中に冷却器を適宜介
在させてもよい。冷却液としては一般に水が使用される
が、油が使用される場合もある。尚、水を用いる場合、
水中の溶存酸素を除去したものを使用するのが望まし
い。酸素の除去処理装置は市販されており、入手容易で
ある。

【００１４】筒体1 の内周面下部には、冷却液層20の層
厚調整用リング（層厚調整手段）21がボルトによって着
脱、交換自在に取付けられ、このリング21によって冷却
液の流下速度が抑えられて略一定内径の冷却液層20が容
易に形成される。また、筒体1 の下端外周部には、下方
に向けて開口する排水管部（排出部）22が複数個所（或
いは１個所) に設けられている。また、筒体1 の下部に
は、該下部を覆うように回収容器23が配置され、この回
収容器23の底部24一側には排出口25が形成され、この排
出口25の下方には、冷却液は下方に通過可能であるが金
属粉末は通過不能なメッシュ部材26が傾斜状に配設され
た分離容器27が設けられている。この分離容器27の側壁
のメッシュ部材26傾斜方向下方側には粉末排出口28が形
成されると共に、底部には排水口29が形成され、該排水
口29はタンク19に配管されている。

【００１５】筒体1 内には、冷却液層20の内周面側の閉
塞された空間部34内に位置すると共に噴射るつぼ8 の下
方に位置する円盤状の受台30が配置され、この受台30は
回収容器23の底部24及び筒体1 の底壁1aを貫通する回転
駆動軸31の上端に固定されている。この回転駆動軸31は
下方において軸受等によって回転自在に支持されている
と共に、中間部において筒体1 の底壁1aに気密に取付固
定されたスタフィングボックス及びパッキン等から構成
される軸封部32によって回転自在に支持されている。そ
して、この回転駆動軸31はモータ等の駆動装置によって
上下方向の軸心廻りに回転駆動され、受台30が該駆動軸
31と一体回転されるように構成されていて、噴射るつぼ
8 のノズル孔13から噴射された溶融金属が、受台30に衝
当すると共に遠心力の作用で受台30から冷却液層20に向
けて放射状に飛散して該冷却液層20に供給される。ま
た、受台30の上部33はセラミック、石綿等の断熱性に優
れた耐火材により形成されている。なお、受台30の回転
方向は、冷却液層20の旋回流の進行方向と同方向又は逆
方向のどちらでも良いが、旋回流と逆方向である方が、
受台30から飛散する溶滴の旋回流による分断効果が良好
である。また、受台30の回転速度を変えることによって
粉末粒子の大きさを容易にコントロールできる。35は冷
却液層20内周面側の空間部34に連通する連通管で、筒体
1 の底壁1a及び回収容器23の底部24を貫通すると共に前
記底壁1aに気密に固着されており、該連通管35の上部は
冷却液が入らないように逆Ｕ字形に屈曲形成されてい
る。

【００１６】前記構成において、金属粉末を製造するに
は、まず、ポンプ18を作動させて、筒体1 内周面に冷却
液層20を形成し、次に、冷却液層20内周面側の空間部34
に連通管35を介してＡｒガス、Ｎ₂ガス等の不活性ガス
を圧送する。すると、空間部34内の空気が冷却液と共に
外部に排出されて該空間部34内に不活性ガスが充填され
る。不活性ガスが空間部34に充填された後は、ガスの送
給を常時行う必要はなく、連通管35とガス源との間に設
けられた開閉弁を遮断すればよい。なお、不活性ガスに
よる置換を容易に行うには、空気排出用の他の連通管を
併設しておけばよい。また、空間部34内の空気を不活性
ガスと置換することなく連通管35から真空ポンプ等によ
り抜出して空間部34内を真空状態としてもよい。その後
噴射るつぼ8 内の溶融金属15をノズル孔13から下方に噴
射する。ノズル孔13から噴射された溶融金属15は受台30
に衝当すると共に、受台30から冷却液層20に向けて放射
状に飛散して、旋回しながら流下する冷却液層20によっ
て分断されると共に急冷凝固されて金属粉末が製造され
る。そして、冷却液層20中の金属粉末は、冷却液と共に
旋回しながら層厚調整用リング21を越えて流下し、筒体
1 の下端の排水管部22から回収容器23に入り、該回収容
器23から分離容器27に入る。ここで、メッシュ部材26に
より金属粉末と冷却液とに分離され、一次的に脱液され
た液分の少ない金属粉末が得られる。この一次脱液され
た金属粉末は粉末排出口28から排出されて、遠心分離機
等の脱液装置により脱液され、乾燥装置により乾燥され
る。また、冷却液は排水口29からタンク19に戻されて循
環使用される。

【００１７】なお、前記実施例では、冷却用筒体として
円筒状のものを示したが、これに限らず、例えば内周面
が上方に向けて拡開状の回転放物面で形成された漏斗形
状（層厚調整手段）や切頭逆円錐形状（層厚調整手段）
としてもよい。この場合、層厚調整用リング21を取付け
なくても、一定内径の冷却液層を形成することができ
る。

【００１８】また、筒体1 の底壁1aは、排水が容易なよ
うに、中心部から排水管部22に向けて下方傾斜状（排水
管部22が１個所である場合は底壁1a全体を排水管部22に
向けて下方傾斜状) に形成するようにするのが好まし
い。また、受台30は円錐状、漏斗状等に形成されても良
く、さらに、回転軸心に対して傾斜状に設けても良く、
種々変形自在である。

【００１９】また、図例では、層厚調整用リング21は断
面方形状であるが、これに限らず、例えばリング上面の
外周縁から下面の内周縁にかけて漸次縮径する曲面で形
成してもよく、噴射るつぼ8 内の溶融金属15は、圧媒を
作用させて加圧することによりノズル孔13から噴射する
ようにしたが、圧媒を作用させることなく、溶融金属15
自体に作用する重力（自重) により噴射るつぼ8 内の下
部の溶融金属を加圧状態とし、ノズル孔13から噴射（噴
出) するようにしてもよい。

【００２０】また本発明は、Ａｌ合金やＭｇ合金等の軽
量金属粉末の製造に限らず、鉄やその合金等の金属粉末
の製造に適用できることは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、筒体1 の内周面に沿っ
て冷却液を噴出供給して、筒体内周面に沿って旋回しな
がら流下する冷却液層20を形成するので、溶融金属を供
給する冷却液層20の内周面を安定させることができ、温
度も均一に保持できる。そして、該冷却液層20中に溶融
金属を供給するので、品質の安定した急冷凝固粉末が連
続的に生産され、噴射ノズルに孔詰りも生じない。

【００２２】また、冷却液層20に溶融金属を供給するの
に、溶融金属供給容器8 から供給される溶融金属を、一
旦受台30に衝当させると共に、遠心力の作用によって受
台30から冷却液層20に向けて放射状に飛散させ、その飛
散させた溶融金属の溶滴をさらに冷却液層20の旋回流に
よって分断するようにしているので、より微細な金属粉
末を製造できると共に、該微粉化、冷却液が旋回しなが
ら流下すること及び溶融金属が分散されて冷却液層20に
供給されること等によって、十分な冷却速度が確保でき
る。

【００２３】また、前記受台30により飛散される溶融金
属は空気中において非常に酸化され易いのであるが、冷
却液層20の内周面側は閉塞された空間部34とされてい
て、この空間部34内に不活性ガスを充填し、或いは空間
部34内の空気を抜出して真空状態とすることで、溶融金
属供給容器8 から供給されて受台30によって飛散される
溶融金属の冷却液層20に至るまでの間の表面酸化が抑制
され、冷却液層による分断が速やかに行われ、又酸素や
水素含有量の少ない高品質の金属粉末が得られる。

【００２４】一方、高品質の金属粉末を得るには、冷却
液層20に供給した溶融金属を急速に冷却しなければなら
ないが、それには安定した所要厚さの冷却液層20を形成
する必要がある。すなわち、冷却液は筒体1 の内面に沿
って周方向に移動し、冷却液層20に入った溶融金属の粒
子は遠心力を受けて筒体1 の径方向外方へと移動する。
この冷却液と溶融金属の粒子との運動方向の違いによ
り、冷却液中で溶融金属の粒子の冷却を阻害する粒子表
面の蒸気膜が剥離し、熱伝達率がより大きくなって、冷
却効率の向上が図れることとなり、冷却液の冷却効果を
最大限に利用できるのであるが、この作用効果を奏する
ためには、安定した所要厚さの冷却液層20が必要とされ
るのである。また、生産性をも考慮して冷却効率の向上
を図るには溶融金属の供給に対して充分な液量の冷却液
を確保する必要もあり、この観点からも所要厚さの冷却
液層20が必要とされる。

【００２５】したがって、本発明では、特に、層厚調整
手段21により安定した所要厚さの冷却液層20を確保する
ことができ、これにより高品質の金属粉末を得ることが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属粉末製造装置の要部断面全体配置
図である。

【図２】従来の金属粉末製造装置の要部断面図である。

【符号の説明】

１冷却用筒体８噴射るつぼ（溶融金属供給容器） 20 冷却液層 30 受台 34 空間部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属供給容器(8) から供給される溶
融金属を冷却用筒体(1) 内の冷却液により冷却凝固させ
て金属粉末を製造する金属粉末製造装置において、前記筒体(1) の内周面に沿って冷却液を噴出供給して該
筒体(1) 内周面に沿って旋回しながら流下する冷却液層
(20)を形成するための冷却液噴出管(16)を設けると共
に、この冷却液噴出管(16)の下方側に冷却液を排出する
排出部(22)を設け、筒体(1) に、前記冷却液層(20)を所
要厚さに形成する層厚調整手段(21)を備え、前記冷却液
層(20)の内周面側の空間部(34)に、溶融金属供給容器
(8) から供給される溶融金属を衝当させる受台(30)を設
け、この受台(30)を、該受台(30)に衝当させた溶融金属
を遠心力の作用によって冷却液層(20)に向けて飛散させ
るべく回転駆動し、さらに、前記冷却液層(20)の内周面
側の空間部(34)に不活性ガスを充填或いは該空間部(34)
内の空気を抜出し可能とすべく筒体(1) の筒軸方向両端
部側を閉塞して成ることを特徴とする金属粉末製造装
置。