JP7062108B2 - Injection nozzle and metal powder manufacturing equipment including it - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、金属粉末を製造するための装置にて、金属粉末を冷却するために冷却水を噴射する噴射ノズル、および金属粉末を製造する装置に関する。 One aspect of the present invention relates to an apparatus for producing a metal powder, an injection nozzle for injecting cooling water for cooling the metal powder, and an apparatus for producing the metal powder.

最近、電子産業の飛躍的な発展、電子機器の普及拡大および処理速度の向上のための高密度電子回路素子の微小化、高機能化、多様化および精密化を導き出すためには、化学的に安定し、伝導性に優れた微粒金属粉末の製造技術が優先的に確立される必要がある。 Recently, in order to derive the miniaturization, high functionality, diversification and refinement of high-density electronic circuit elements for the dramatic development of the electronic industry, the spread of electronic devices and the improvement of processing speed, chemically It is necessary to prioritize the establishment of a technique for producing fine metal powder that is stable and has excellent conductivity.

このような金属粉末製造技術として代表的な方法は、急速凝固法(rapid solidification process)が使用される。すなわち、急速凝固法は、硬質磁性材料や軟質磁性材料、水素貯蔵合金材料、熱電素材などの機能性合金素材だけでなく、アルミニウム系合金や銅系合金、ステンレス鋼などの構造用に使用される様々な機械部品のための球状粉末を製造するための方法である。 As a typical method as such a metal powder manufacturing technique, a rapid solidification process is used. That is, the rapid solidification method is used not only for functional alloy materials such as hard magnetic materials, soft magnetic materials, hydrogen storage alloy materials, and thermoelectric materials, but also for structures such as aluminum alloys, copper alloys, and stainless steel. A method for producing spherical powders for various mechanical parts.

一般に、急速凝固法には、金属溶湯で金属粉末を製造する際に出湯される金属溶湯に高速で流体または気体を吹き込み、そのせん断力で金属溶湯を微粒化する技術である水噴霧法(water atomization)、ガス噴霧法(gas atomization)、および高速回転するカップまたはディスクの遠心力によって微粒化する遠心噴霧法(centrifugal atomization)が主に使用されている。 In general, the rapid coagulation method is a water spray method (water), which is a technique in which a fluid or gas is blown at high speed into a molten metal that is discharged when a metal powder is produced by the molten metal, and the molten metal is atomized by the shearing force. Atomization, gas atomization, and centrifugal atomization, which atomizes by the centrifugal force of a cup or disk rotating at high speed, are mainly used.

従来の粉末製造のための冷却システムの場合は、単にガス噴射または遠心噴霧による一次的な冷却作用に止まるので、金属粉末の冷却速度(≦103℃)に限界があって急冷効果が不十分である。これを改善し且つ高い冷却速度を得るために提案された方式であるSWAP(Spinning water atomization process)が、流体による粉末の噴霧と、水による冷却とを同時に実現することができるように開発された。 In the case of a conventional cooling system for powder production, the cooling rate (≤103 ° C) of the metal powder is limited and the quenching effect is insufficient because it is merely a primary cooling action by gas injection or centrifugal spraying. be. SWAP (Spinning water atomization process), which is a method proposed to improve this and obtain a high cooling rate, has been developed so that powder spraying with a fluid and cooling with water can be realized at the same time. ..

しかし、溶融金属粉末の冷却の際に、粉末の表面に、気化された冷却水が気泡を発生させたり水蒸気層が形成されたりして、一定レベル以上の冷却速度を実現するのに困難を伴うという限界がある。 However, when the molten metal powder is cooled, it is difficult to achieve a cooling rate above a certain level because the vaporized cooling water generates bubbles or a water vapor layer is formed on the surface of the powder. There is a limit.

特に、アモルファス金属粉末を製造するためには、従来の金属粉末の製造装置で得ることができる冷却速度よりも高い冷却速度が必須である。 In particular, in order to produce an amorphous metal powder, a cooling rate higher than the cooling rate that can be obtained with a conventional metal powder manufacturing apparatus is indispensable.

アモルファスとは、結晶を成さない、無秩序で不規則な原子配列状態を有する物質の状態を示す用語であって、代表的なアモルファス物質の例として、ガラスがある。アモルファス金属は、結晶の方向性がないため高い強度および優れた延性を有し、自己異方性がなく、電気抵抗が低くなるなどの特性があり、様々な目的で使用できるので、最近、需要が増加している。 Amorphous is a term that indicates the state of a substance that does not form crystals and has a disordered and irregular atomic arrangement state, and glass is a typical example of an amorphous substance. Amorphous metals have high strength and excellent ductility due to the lack of crystal orientation, have no self-anisotropic properties, have low electrical resistance, and can be used for various purposes. Is increasing.

このようなアモルファス金属粉末の製造には、冷却速度が重要な要因として作用するが、これは、金属溶融液が冷却される速度が十分に高くなければ、溶融金属内で金属原子が冷える際に安定した結晶を形成して、結晶質の金属粉末を形成するためである。 Cooling rate acts as an important factor in the production of such amorphous metal powder, which is due to the cooling of metal atoms in the molten metal unless the rate at which the metal melt is cooled is high enough. This is to form stable crystals and form crystalline metal powders.

SWAPを含む従来の金属粉末製造装置は、溶融金属のアトマイズ化(微粒化)後に、冷却剤を用いた冷却を試みたが、アモルファスの金属粉末を形成するのに冷却速度が低すぎるか、または、冷却速度が十分であってアモルファスの粉末を得ても、粒子サイズが不規則であり、粉末が球状から外れた形状に生産されるなどの問題があった。溶融金属を分裂させて冷却させるのにガスまたは冷却水が多く使用されて高い生産コストがかかるという問題点があり、効率よく、高いアモルファス比率を有する金属粉末を製造する装置に関する研究が行われている。 Conventional metal powder production equipment containing SWAP has attempted to cool with a coolant after atomizing (atomizing) the molten metal, but the cooling rate is too low to form an amorphous metal powder, or Even if an amorphous powder is obtained with a sufficient cooling rate, there are problems that the particle size is irregular and the powder is produced in a shape deviating from the spherical shape. There is a problem that a large amount of gas or cooling water is used to split and cool the molten metal, resulting in high production costs, and research has been conducted on equipment for efficiently producing metal powder with a high amorphous ratio. There is.

韓国登録特許第10-1334156号公報Korean Registered Patent No. 10-134156

本発明の目的は、アトマイズされた溶融金属の液滴を、高い冷却速度で冷却して、アモルファス相の比率が高い金属粉末を製造することができ、様々な冷却条件の下でアモルファス金属粉末を製造するのに適した噴射ノズルを提供することにある。 An object of the present invention is to cool atomized molten metal droplets at a high cooling rate to produce a metal powder having a high proportion of amorphous phases, and to produce amorphous metal powder under various cooling conditions. The purpose is to provide an injection nozzle suitable for manufacturing.

本発明の一態様は、
粉末化された溶融金属の液滴を冷却するチャンバーの内部に、固定手段によって固定されて、冷却水を噴射する噴射ノズルであって、
前記固定手段に連結されるベース部(根本側の部分)、前記チャンバーの内部に向かって第1方向に突出する先端部、および、前記ベース部および前記先端部の内部を貫通して形成され、前記冷却水が前記第1方向に流れる中空の流路を含む噴射ノズルホルダーと;
前記先端部に結合される締結部、および前記先端部から前記冷却水の供給を受けて前記チャンバーの内部に噴射するノズル孔付きの噴射部を含む噴射ノズルチップと;を含み、
前記噴射ノズルチップは前記第1方向よりも下方を向く第2方向に前記冷却水を噴射する、噴射ノズルを提供する。
One aspect of the present invention is
An injection nozzle that is fixed by a fixing means and injects cooling water inside a chamber that cools droplets of powdered molten metal.
It is formed by penetrating the base portion (the portion on the root side) connected to the fixing means, the tip portion protruding in the first direction toward the inside of the chamber, and the inside of the base portion and the tip portion. With an injection nozzle holder containing a hollow flow path through which the cooling water flows in the first direction;
A fastening portion coupled to the tip portion, and an injection nozzle tip including an injection portion having a nozzle hole to receive the cooling water supply from the tip portion and inject into the inside of the chamber;
The injection nozzle tip provides an injection nozzle that injects the cooling water in a second direction that faces downward from the first direction.

前記流路は、
前記ベース部から前記第1方向に向かって形成され、
前記先端部から前記第1方向よりも下方の方向に向かって形成されることが好ましい。
The flow path is
Formed from the base portion toward the first direction,
It is preferable that the tip portion is formed in a direction lower than the first direction.

前記噴射ノズルチップは、前記ノズル孔から噴射される冷却水流が広がって行く角度である噴射カバレージ角を、一定の範囲内に誘導するガイド部材を含むことが好ましい。 The injection nozzle tip preferably includes a guide member that guides the injection coverage angle, which is the angle at which the cooling water flow injected from the nozzle hole spreads, within a certain range.

また、前記噴射ノズルチップは、前記噴射ノズルホルダーの先端部にて回転して噴射方向が調節できる。 Further, the injection nozzle tip can be rotated at the tip of the injection nozzle holder to adjust the injection direction.

前記噴射ノズルホルダーの長さは、前記チャンバーの内径の0.1倍~0.7倍であることが好ましい。 The length of the injection nozzle holder is preferably 0.1 to 0.7 times the inner diameter of the chamber.

前記噴射ノズルチップの噴射方向と前記第1方向との差は、35~50°の範囲であることが好ましい。 The difference between the injection direction of the injection nozzle tip and the first direction is preferably in the range of 35 to 50 °.

ここで、前記流路の直径は、前記ノズル孔の直径の10倍~50倍であることが好ましい。 Here, the diameter of the flow path is preferably 10 to 50 times the diameter of the nozzle hole.

前記固定手段の中心軸と噴射方向とがなす角のうちの小さい角である垂直方向噴射角、および、前記噴射方向を前記中心軸に沿った方向から観察するときに、前記噴射方向が前記中心軸方向から外れた角度である円周方向噴射角について制御するための、垂直方向噴射角制御器および円周方向噴射角制御器を含むことができる。 When observing the vertical injection angle, which is the smaller angle between the central axis of the fixing means and the injection direction, and the injection direction from the direction along the central axis, the injection direction is the center. A vertical injection angle controller and a circumferential injection angle controller for controlling the circumferential injection angle, which is an angle deviated from the axial direction, can be included.

前記垂直方向噴射角は10~70°であることが好ましい。 The vertical injection angle is preferably 10 to 70 °.

また、前記円周方向噴射角は0~90°であり、前記噴射カバレージ角は15~150°であることが好ましい。 Further, it is preferable that the circumferential injection angle is 0 to 90 ° and the injection coverage angle is 15 to 150 °.

前記ガイド部材は、ノズル孔の両側から噴射方向に突出してスリットを形成する形状または中空筒体の形状であることが好ましい。 The guide member is preferably in the shape of a hollow cylinder or a shape that protrudes from both sides of the nozzle hole in the injection direction to form a slit.

また、前記スリットの幅、または、スリットを形成する一対の互いに平行な板状のガイド部材の間隔は、前記ノズル孔の直径の3倍~4倍であることが好ましく、前記スリットの幅、または、一対のガイド部材の間隔は、0.3~5.0mmであることが好ましい。なお、ここで、スリットは、両端が開いたものでも、両端が閉じてスロットをなすものでも良く、このスロットは、必ずしも全体にわたって等幅に延びるのでなくてもよく、例えば、長円状または楕円形などでもあっても良い。 Further, the width of the slit or the distance between the pair of plate-shaped guide members parallel to each other forming the slit is preferably 3 to 4 times the diameter of the nozzle hole, and the width of the slit or the distance between the guide members is preferably 3 to 4 times the diameter of the nozzle hole. The distance between the pair of guide members is preferably 0.3 to 5.0 mm. Here, the slit may be one in which both ends are open or one in which both ends are closed to form a slot, and the slit does not necessarily extend to the same width over the whole, for example, an oval shape or an ellipse. It may be a shape or the like.

前記冷却水は、前記ベース部から前記第1方向に流動して前記先端部に流れ、前記先端部から第2方向に形成された前記噴射ノズルチップを介して前記ノズル孔から前記チャンバーの内部に噴射されることが好ましい。 The cooling water flows from the base portion in the first direction and flows to the tip portion, and flows from the tip portion to the inside of the chamber through the injection nozzle tip formed in the second direction from the nozzle hole. It is preferable to be sprayed.

本発明の他の態様は、
溶融金属を粉末化した後、冷却する金属粉末製造装置であって、
溶融金属が内部で冷却されるチャンバーと;
前記チャンバーの内部に溶融金属を供給する溶融金属供給部と;
前記溶融金属供給部から噴射される溶融金属液に流体を噴射して分裂させるアトマイザーと;
前記チャンバーの内部で固定手段によって固定されて冷却水を噴射する噴射ノズルと;を含み、
前記噴射ノズルは、
前記固定手段に連結されるベース部、前記チャンバーの内部に向かって第1方向に突出する先端部、および前記ベース部および先端部の内部を貫通する中空の流路を含む噴射ノズルホルダーと;
前記先端部に結合される締結部、および冷却水を前記チャンバーの内部に噴射するノズル孔付き噴射部を含む噴射ノズルチップと;を含み、
前記噴射ノズルホルダーは、前記第1方向に突出して連結され、前記噴射ノズルチップは、噴射方向が前記第1方向よりも下方を向くように備えられる、金属粉末製造装置を提供する。
Another aspect of the present invention is
A metal powder manufacturing device that cools molten metal after it is pulverized.
With a chamber where the molten metal is cooled internally;
With a molten metal supply unit that supplies molten metal inside the chamber;
With an atomizer that injects a fluid into the molten metal liquid ejected from the molten metal supply unit and splits it;
Including an injection nozzle fixed by fixing means inside the chamber to inject cooling water;
The injection nozzle is
With an injection nozzle holder including a base portion connected to the fixing means, a tip portion protruding in a first direction toward the inside of the chamber, and a hollow flow path penetrating the inside of the base portion and the tip portion;
A fastening portion coupled to the tip portion and an injection nozzle tip including an injection portion with a nozzle hole for injecting cooling water into the chamber;
The injection nozzle holder is connected so as to project in the first direction, and the injection nozzle tip is provided so that the injection direction is downward from the first direction.

前記噴射ノズルは2~16個の範囲で備えられることが好ましく、前記冷却水の噴射圧力は30~500barであることが好ましい。 The injection nozzles are preferably provided in the range of 2 to 16, and the injection pressure of the cooling water is preferably 30 to 500 bar.

前記冷却水の流量は20~200L/minであることが好ましい。 The flow rate of the cooling water is preferably 20 to 200 L / min.

本発明の一態様による噴射ノズルは、ガスアトマイザーによって飛散する溶融金属液滴に冷却水を噴射して、飛散する溶融金属液滴の表面に形成される水蒸気層を破壊することができ、粉末がより速い速度で冷却されて高いアモルファス相の比率を有する金属粉末が製造できる。 The injection nozzle according to one aspect of the present invention can inject cooling water onto the molten metal droplets scattered by the gas atomizer to destroy the water vapor layer formed on the surface of the scattered molten metal droplets, and the powder can be produced. It can be cooled at a higher rate to produce a metal powder with a high proportion of amorphous phases.

噴射ノズルは、噴射ノズルホルダーがチャンバーの内部を向く第1方向に突出することで、冷却水の噴射位置から見て、溶融金属液滴の衝突地点が近くに形成されるので、冷却水の噴射圧力が効果的に伝達でき、噴射ノズルチップは、第1方向よりも下方を向く方向に噴射方向が形成されて、噴射角度の調節が容易であり、広い噴射角度を形成することが有利である。 In the injection nozzle, the injection nozzle holder projects in the first direction toward the inside of the chamber, so that the collision point of the molten metal droplets is formed near the injection position of the cooling water, so that the cooling water is injected. It is advantageous that the pressure can be effectively transmitted, the injection nozzle tip has an injection direction formed in a direction facing downward from the first direction, the injection angle can be easily adjusted, and a wide injection angle is formed. ..

また、噴射ノズルのノズル孔の両側面に形成されたガイド部材が噴射カバレージ角を所望の範囲に誘導することができるので、冷却水による冷却環境が安定的に提供できる。 Further, since the guide members formed on both side surfaces of the nozzle holes of the injection nozzle can guide the injection coverage angle to a desired range, a cooling environment with cooling water can be stably provided.

本発明の一実施例による噴射ノズルが結合された状態を概略的に示す正面図および断面図である。It is a front view and the cross-sectional view schematically showing the state which the injection nozzle by one Embodiment of this invention is connected. 噴射ノズルチップの一例示を示す図である。It is a figure which shows an example of an injection nozzle tip. 実験例1~4における粉末粒度による結晶化エンタルピーの値を示す図である。It is a figure which shows the value of the crystallization enthalpy by the powder particle size in Experimental Examples 1 to 4. 実験例1~4で製造された金属粉末をX線回折(XRD)分析装置で分析した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having analyzed the metal powder produced in Experimental Examples 1 to 4 by an X-ray diffraction (XRD) analyzer.

以下に本発明を詳細に説明する前に、本明細書で使用された用語は、特定の実施例を記述するためのものに過ぎず、添付する特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲を限定しようとするものではないのを理解すべきである。本明細書に使用されるすべての技術用語および科学用語は、他の記載がない限りは、技術的に通常の技術を有する者に一般的に理解されるのと同じ意味を持つ。 Prior to describing the invention in detail below, the terms used herein are for the purposes of describing specific embodiments only and are limited only by the appended claims. It should be understood that it does not attempt to limit the scope. All technical and scientific terms used herein have the same meaning as generally understood by those of ordinary skill in the art, unless otherwise stated.

ここで、1)添付図面に示された形状、大きさ、比率、角度、数などは、概略的なものであって、多少変更できる。2)添付図面は、観察者の視線で図示されるため、図面を説明する方向や位置は、観察者の位置に応じて多様に変更できる。3)図面番号が異なっても、同じ部分については同じ図面符号が使用できる。 Here, 1) the shape, size, ratio, angle, number, etc. shown in the attached drawings are schematic and can be changed to some extent. 2) Since the attached drawing is illustrated by the line of sight of the observer, the direction and position for explaining the drawing can be variously changed according to the position of the observer. 3) Even if the drawing numbers are different, the same drawing code can be used for the same part.

4)「含む(comprise、comprises、comprising)」、「有する」、「からなる」などが使用される場合、「~のみ」が使用されない限り、他の部分が追加できる。5)単数で説明される場合、多数とも解釈できる。6)形状、大きさの比較、位置関係などが「約」、「実質的」などと説明されなくても、通常の誤差範囲が含まれるように解釈される。 4) When "comprise, comprises, composing", "have", "consisting of", etc. are used, other parts can be added unless "only" is used. 5) When explained in the singular, it can be interpreted as a large number. 6) Even if the shape, size comparison, positional relationship, etc. are not explained as "about", "substantial", etc., they are interpreted so as to include a normal error range.

7)「~後」、「~前」、「続いて」、「後続して」、「この時」などの用語が使用されても、時間的位置を限定する意味では使用されない。8)「第1」、「第2」、「第3」などの用語は、単に区分の便宜のために、選択的、交換的または反復的に使用され、限定的な意味で解釈されない。 7) Even if terms such as "-after", "-before", "following", "following", and "at this time" are used, they are not used in the sense of limiting the temporal position. 8) Terms such as "first," "second," and "third" are used selectively, interchangeably, or repeatedly for convenience of classification and are not construed in a limited sense.

9)「~の上に」、「~上部に」、「~下部に」、「~の隣に」、「~の側面に」、「~の間に」などで2つの部分の位置関係が説明される場合、「すぐ」や「直」が使用されない限り、2つの部分の間に一つ以上の他の部分が位置することもできる。10)部分が「~または」で電気的に接続される場合、各部分が単独でも、組み合わせでも含まれるように解釈されるが、「~または」、「~のいずれか」で電気的に接続される場合、各部分単独でのみ解釈される。 9) The positional relationship between the two parts is "on the top", "on the top", "on the bottom", "next to", "on the side of", "between", etc. As described, one or more other parts may be located between the two parts, unless "immediate" or "straight" is used. 10) When the parts are electrically connected by "-or", it is interpreted that each part is included alone or in combination, but it is electrically connected by "-or" or "either". If so, each part is interpreted alone.

以下、図面に基づいて、本発明の構成要素について詳細に説明する。 Hereinafter, the components of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の一態様による金属粉末製造用噴射ノズルの断面を概略的に示す図である。金属粉末製造用噴射ノズルは、噴射ノズルホルダー32、及び噴射ノズルチップ34を含んでなり、固定手段31によって、金属粉末製造装置のチャンバー10の内壁に備え付けられ得る。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of an injection nozzle for producing a metal powder according to one aspect of the present invention. The injection nozzle for metal powder production includes an injection nozzle holder 32 and an injection nozzle tip 34, and may be provided on the inner wall of the chamber 10 of the metal powder production apparatus by the fixing means 31.

固定手段31は、金属粉末を製造する反応器の内部に噴射ノズルを固定する手段であって、噴射ノズルホルダー32が固定手段31に結合でき、大きさや形状が特に限定されないが、中心軸を有する円筒体の形状に構成されることが好ましい。 The fixing means 31 is a means for fixing the injection nozzle inside the reactor for producing the metal powder, and the injection nozzle holder 32 can be coupled to the fixing means 31, and the size and shape are not particularly limited, but the fixing means 31 has a central axis. It is preferably configured in the shape of a cylinder.

固定手段31は、噴射ノズルをチャンバー10に固定するために設置でき、上部の近くに設置されることが好ましい。 The fixing means 31 can be installed to fix the injection nozzle to the chamber 10, and is preferably installed near the upper part.

溶融金属溶解炉は、チャンバー10の上部に配置でき、溶解炉が固定されて安定的に溶融金属を噴射することができるようにするために、溶融金属溶解炉が、据え付けられるか、或いは結合されて固定される上部板が、チャンバー10の上部と、溶解炉との間にさらに含まれ得る。 The molten metal melting furnace can be placed in the upper part of the chamber 10, and the molten metal melting furnace is installed or combined so that the melting furnace can be fixed and stably inject the molten metal. An upper plate to be fixed may be further included between the upper part of the chamber 10 and the melting furnace.

上部板は、溶解炉を支えることができ、溶解炉が固定されるように外部にねじが結合できる締結孔を含む。上部板は、中央部に同心円状の上部ホールを含んで構成され、溶融金属は、上部ホールを貫通してチャンバー10の内部に噴射できる。上部ホールの内径はチャンバー10の内径よりも小さく形成されるのがよい。 The top plate contains fastening holes that can support the melting furnace and allow screws to be attached to the outside so that the melting furnace is fixed. The upper plate is configured to include concentric upper holes in the central portion, and the molten metal can be injected into the chamber 10 through the upper holes. The inner diameter of the upper hole should be formed smaller than the inner diameter of the chamber 10.

固定手段31の形状が例えば円筒形である場合には、円周面に沿って一つ以上の噴射ノズルが設置できる。噴射ノズルは、固定された位置に設置でき、設置された後に位置が移動するか、或いは噴射ノズル同士の間の間隔が変化しうる。 When the shape of the fixing means 31 is, for example, a cylinder, one or more injection nozzles can be installed along the circumferential surface. The injection nozzles can be installed in a fixed position, the position may move after installation, or the spacing between the injection nozzles may change.

固定手段31に結合される噴射ノズルの数および位置を異ならせて設置することができるように、噴射ノズルホルダー32が結合できる結合部の位置が変わり得る。固定手段31が円筒体である場合、内部の円周面に沿って、噴射ノズルホルダー32が結合されうる固定手段の結合部が形成されうるのであり、結合部は、レールまたは溝の形状を含んで構成されうる。 The position of the coupling portion to which the injection nozzle holder 32 can be coupled can be changed so that the number and position of the injection nozzles coupled to the fixing means 31 can be different. When the fixing means 31 is a cylinder, a connecting portion of the fixing means to which the injection nozzle holder 32 can be connected can be formed along the inner circumferential surface, and the connecting portion includes the shape of a rail or a groove. Can be composed of.

噴射ノズルホルダー32は、固定手段31に連結されて噴射ノズルをチャンバー10に固定させ、外部から供給される冷却水を噴射ノズルへと一定に提供する役割を果たす。 The injection nozzle holder 32 is connected to the fixing means 31 to fix the injection nozzle to the chamber 10 and serves to constantly provide the cooling water supplied from the outside to the injection nozzle.

噴射ノズルホルダー32は、内部に中空を含む中空管体の形状に構成され、内部の中空を流路33にして冷却水を流動させるのであり、固定手段31に固定されるベース部、および噴射ノズルチップ34が結合される先端部を含み、該先端部は、端部に行くほど外径が減少する形状を有することができる。 The injection nozzle holder 32 is configured in the shape of a hollow tube body including a hollow inside, and the cooling water flows through the hollow inside as a flow path 33, and the base portion fixed to the fixing means 31 and the injection. The tip portion includes a tip portion to which the nozzle tip 34 is bonded, and the tip portion can have a shape in which the outer diameter decreases toward the end portion.

噴射ノズルホルダー32は、100mm~120mm程度の長さを持つように形成され、噴射ノズルホルダー32の長さは、チャンバー10の内径に比べて0.1~0.7倍、好ましくは0.15倍~0.5倍である。 The injection nozzle holder 32 is formed so as to have a length of about 100 mm to 120 mm, and the length of the injection nozzle holder 32 is 0.1 to 0.7 times, preferably 0.15 times the inner diameter of the chamber 10. It is double to 0.5 times.

噴射ノズルホルダー32が当該範囲よりも短い場合には、冷却水の噴射位置が、溶融金属の液滴の飛散地点より遠くなり、圧力の伝達効率および冷却速度が減少しうるのであり、粒度の大きい粉末の分布が増加しうるのであり、噴射ノズルホルダーが当該範囲よりも長い場合には、噴射ノズルホルダー32同士の間の間隔が狭くなるので、溶融金属液滴のアトマイズの際に、溶融金属液滴が直接ノズルに衝突するおそれがあるため、球状の粉末を製造する上で問題がある。 When the injection nozzle holder 32 is shorter than this range, the injection position of the cooling water is farther than the scattering point of the droplets of the molten metal, and the pressure transmission efficiency and the cooling rate can be reduced, so that the particle size is large. The distribution of the powder can be increased, and if the injection nozzle holder is longer than the range, the distance between the injection nozzle holders 32 becomes narrower, so that the molten metal liquid is used when atomizing the molten metal droplets. There is a problem in producing a spherical powder because the drops may collide directly with the nozzle.

噴射ノズルホルダー32がチャンバー10の内壁から内側へと突出して形成されるので、加圧されて噴射される冷却水は、飛散する溶融金属の液滴と衝突するまでの距離および所要時間が減少する。このとき、溶融金属と冷却水との衝突時に圧力が効率よく伝達されるため、金属液滴の表面に形成される水蒸気層が容易に破壊されて冷却速度が非常に高くなる。 Since the injection nozzle holder 32 is formed so as to project inward from the inner wall of the chamber 10, the cooling water to be injected under pressure reduces the distance and required time to collide with the scattered molten metal droplets. .. At this time, since the pressure is efficiently transmitted when the molten metal collides with the cooling water, the water vapor layer formed on the surface of the metal droplets is easily destroyed and the cooling rate becomes very high.

噴射ノズルホルダー32のベース部は、固定手段31の結合部に固定されており、中心軸に対して垂直方向である横方向のまわりに回動自在にする回動軸が、固定手段31と噴射ノズルホルダー32との間の結合部により備えられ得る。噴射ノズルホルダー32は、ベース部の回動軸のまわりに回動して、噴射ノズルホルダー32の方向を調節することができる。 The base portion of the injection nozzle holder 32 is fixed to the joint portion of the fixing means 31, and the rotating shaft that makes it rotatable around the lateral direction perpendicular to the central axis is the fixing means 31 and the injection. It may be provided by a joint with the nozzle holder 32. The injection nozzle holder 32 can rotate around the rotation axis of the base portion to adjust the direction of the injection nozzle holder 32.

本発明の他の実施例においては、固定手段31に、突出高さが等しい直線状または螺旋状のレールの形態の結合部が形成されており、噴射ノズルホルダー32は、固定手段31の結合部に備え付けられて、レールに沿って移動可能に結合される。このようにして、ベース部が固定手段31の円筒状の内周面の結合部に沿って移動可能となっており、所望の位置で固定されて駆動できる噴射ノズルホルダー32が使用できる。 In another embodiment of the present invention, the fixing means 31 is formed with a joint portion in the form of a linear or spiral rail having the same protrusion height, and the injection nozzle holder 32 is a joint portion of the fixing means 31. It is equipped with and is movablely connected along the rail. In this way, the base portion can be moved along the joint portion of the cylindrical inner peripheral surface of the fixing means 31, and the injection nozzle holder 32 that can be fixed and driven at a desired position can be used.

噴射ノズルホルダー32は、ベース部から第1方向に向かって延びるように備えられる。第1方向は、チャンバー10の内部、好ましくはチャンバー10の中心軸を向く方向であり、噴射ノズルホルダー32の内部に形成された流路33は、ベース部から第1方向に形成される。 The injection nozzle holder 32 is provided so as to extend from the base portion in the first direction. The first direction is the direction toward the inside of the chamber 10, preferably the central axis of the chamber 10, and the flow path 33 formed inside the injection nozzle holder 32 is formed in the first direction from the base portion.

噴射ノズルホルダー32の先端部から、流路33は、第1方向よりも下方を向いた第2方向に形成されうる。流路33は、噴射ノズルホルダー32の内部にて曲線に曲がった形状または一つ以上の地点で折れ曲がった形状に形成されうる。 From the tip of the injection nozzle holder 32, the flow path 33 may be formed in a second direction facing downward from the first direction. The flow path 33 may be formed in a curved shape or a curved shape at one or more points inside the injection nozzle holder 32.

このように形成されるとき、噴射ノズルホルダー32にて第1方向に形成された流路の長さが、第2方向に形成された流路の長さよりも長いのが良い。 When formed in this way, it is preferable that the length of the flow path formed in the first direction by the injection nozzle holder 32 is longer than the length of the flow path formed in the second direction.

図2は噴射ノズルチップ34の構造を概略的に示す図である。噴射ノズルチップ34は、噴射ノズルホルダー32の流路33に供給された冷却水を、金属粉末製造装置の内部に噴射して溶融金属の液滴を冷却する。噴射ノズルチップ34は、内部に中空が形成される中空体の形状であって、流体の噴射方向を基準に吐出口が前方に形成され、流入口が後方に形成される。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of the injection nozzle tip 34. The injection nozzle tip 34 injects the cooling water supplied to the flow path 33 of the injection nozzle holder 32 into the inside of the metal powder manufacturing apparatus to cool the molten metal droplets. The injection nozzle tip 34 has a hollow body shape in which a hollow is formed inside, and the discharge port is formed in the front and the inflow port is formed in the rear with respect to the injection direction of the fluid.

噴射ノズルチップ34は、噴射ノズルホルダー32に締結され、後方には締結部が形成され、前方には冷却水を噴射する噴射部が形成される。締結部は、噴射ノズルホルダー32の流路に連結されて冷却水が流入する流入口を含み、周面に噴射ノズルホルダー32に締結するための手段を含み、例えば、ねじ山を含むことができる。 The injection nozzle tip 34 is fastened to the injection nozzle holder 32, a fastening portion is formed at the rear, and an injection portion for injecting cooling water is formed at the front. The fastening portion includes an inflow port connected to the flow path of the injection nozzle holder 32 and into which cooling water flows, and includes means for fastening to the injection nozzle holder 32 on the peripheral surface, and may include, for example, a screw thread. ..

噴射ノズルチップ34の締結部の外面にねじが締結される場合、噴射ノズルチップ34は、噴射ノズルホルダー32の先端部の流路の内面に形成されたねじ山と締結される。噴射ノズルホルダー32の内部流路は、先端部の末端から曲げられた形状を有するので、噴射方向は、第1方向よりも下方を向いた方向である第2方向を向くように形成できる。 When a screw is fastened to the outer surface of the fastening portion of the injection nozzle tip 34, the injection nozzle tip 34 is fastened to a screw thread formed on the inner surface of the flow path at the tip of the injection nozzle holder 32. Since the internal flow path of the injection nozzle holder 32 has a shape bent from the end of the tip portion, the injection direction can be formed so as to face the second direction, which is a direction facing downward from the first direction.

噴射ノズルホルダー32と噴射ノズルチップ34との締結部は、次のようでありうる。すなわち、噴射ノズルホルダー32の先端部における第1方向へと向かう流路の先端部にて噴射ノズルチップ34とねじ山によって締結されうるのであり、また、第2方向に形成された流路にて噴射ノズルチップ34と締結されうる。 The fastening portion between the injection nozzle holder 32 and the injection nozzle tip 34 may be as follows. That is, it can be fastened to the injection nozzle tip 34 by a thread at the tip of the flow path toward the first direction at the tip of the injection nozzle holder 32, and at the flow path formed in the second direction. It can be fastened to the injection nozzle tip 34.

第1方向は、特に限定されないが、チャンバー10の中心軸に垂直な方向またはチャンバー10の内壁に垂直に形成されるのがよく、好ましくは、チャンバー10の中心軸またはチャンバー10の内壁となす角度が80~100°であることが良い。 The first direction is not particularly limited, but is preferably formed in a direction perpendicular to the central axis of the chamber 10 or perpendicular to the inner wall of the chamber 10, preferably an angle formed with the central axis of the chamber 10 or the inner wall of the chamber 10. Is preferably 80 to 100 °.

噴射ノズルホルダー32の先端部から流路が向かう第2方向は、ベース部から流路が形成される第1方向とは異なり、第1方向と第2方向との差(角度)は、35~50°、好ましくは35~45°の範囲である。 The second direction in which the flow path is directed from the tip of the injection nozzle holder 32 is different from the first direction in which the flow path is formed from the base portion, and the difference (angle) between the first direction and the second direction is 35 to. It is in the range of 50 °, preferably 35 to 45 °.

流路が直線的に構成された場合、噴射方向を調節するために噴射ノズルホルダー32が直接回転するようにすることができる。しかし、この場合、噴射ノズルホルダー32の突出構造により回転半径が大きいため、アトマイズされた溶融金属の液滴との衝突を回避しながら噴射方向を変化させるのが難しい。また、噴射方向を調節するために噴射ノズルチップ34の噴射方向を変化させる場合、一般的に、冷却水の噴射は下側の方向へと向かって行われるので、第1方向の噴射方向を下方へと変化させるためには、一方向にのみ大きい角度が変位すべきである。 When the flow path is linearly configured, the injection nozzle holder 32 can be made to rotate directly in order to adjust the injection direction. However, in this case, since the radius of gyration is large due to the protruding structure of the injection nozzle holder 32, it is difficult to change the injection direction while avoiding collision with the atomized molten metal droplets. Further, when the injection direction of the injection nozzle tip 34 is changed in order to adjust the injection direction, the cooling water is generally injected downward, so that the injection direction in the first direction is downward. In order to change to, a large angle should be displaced in only one direction.

噴射ノズルホルダー32が前述のように第1方向よりも下方を向いた方向に備えられる条件では、噴射角の調整が上下にすべて行われ得るので、小さい角度範囲の変位でも、上部および下部に広い領域の噴射角度を実現することができるため、装備の実現および操作に有利であるという点がある。 Under the condition that the injection nozzle holder 32 is provided in the direction facing downward from the first direction as described above, the injection angle can be all adjusted up and down, so that even a displacement in a small angle range is wide in the upper part and the lower part. Since the injection angle of the region can be realized, there is a point that it is advantageous for the realization and operation of the equipment.

結合された噴射ノズルチップ34は、噴射角制御器によって噴射方向が調節される。噴射角制御器は、噴射ノズルホルダー32の先端部に結合された噴射ノズルチップ34の噴射方向を、垂直方向および円周方向に制御することができる。 The injection direction of the combined injection nozzle tip 34 is adjusted by the injection angle controller. The injection angle controller can control the injection direction of the injection nozzle tip 34 coupled to the tip of the injection nozzle holder 32 in the vertical direction and the circumferential direction.

噴射ノズルの噴射方向は、垂直方向の噴射角と、円周方向の噴射角とに分けて表現することができ、当該噴射角を図1に示す。垂直方向噴射角αは、固定手段31またはチャンバー10の中心軸に対して噴射方向がなす角度のうちの小さい角度を意味する。垂直方向噴射角は、10~70°、好ましくは30~60°、さらに好ましくは35~45°であることがよい。 The injection direction of the injection nozzle can be expressed separately as an injection angle in the vertical direction and an injection angle in the circumferential direction, and the injection angle is shown in FIG. The vertical injection angle α means the smaller angle of the injection direction with respect to the central axis of the fixing means 31 or the chamber 10. The vertical injection angle is preferably 10 to 70 °, preferably 30 to 60 °, and more preferably 35 to 45 °.

円周方向噴射角γは、中心軸に沿って噴射方向を観察したとき、噴射方向が中心軸を向く方向から外れた角度を意味し、冷却水の噴射方向を中心軸に垂直な横断面に投影した正射影が、中心軸とノズルの噴射口を通る仮想の平面となす角度として表現できる。円周方向噴射角は、0~90°、好ましくは0~65°、さらに好ましくは15~45°の範囲である。 The circumferential injection angle γ means an angle at which the injection direction deviates from the direction in which the central axis is directed when the injection direction is observed along the central axis, and the injection direction of the cooling water is formed in a cross section perpendicular to the central axis. The projected normal projection can be expressed as an angle between the central axis and a virtual plane passing through the injection port of the nozzle. The circumferential injection angle is in the range of 0 to 90 °, preferably 0 to 65 °, and more preferably 15 to 45 °.

噴射ノズルチップ34には、噴射部と締結部が互いに独立して回転可能な構造のノズルチップが使用できる。噴射ノズルホルダー32の先端部に結合された締結部は、ねじ山によって噴射ノズルホルダー32に固定されており、噴射ノズルチップ34の噴射部は、ユニバーサルジョイント等により締結部に対して垂直方向および円周方向に回転可能であって、噴射角制御器によって所望の噴射方向に調節されることにより冷却水の噴射方向を制御することができる。 As the injection nozzle tip 34, a nozzle tip having a structure in which the injection portion and the fastening portion can rotate independently of each other can be used. The fastening portion coupled to the tip of the injection nozzle holder 32 is fixed to the injection nozzle holder 32 by a screw thread, and the injection portion of the injection nozzle tip 34 is perpendicular to the fastening portion and a circle by a universal joint or the like. It is rotatable in the circumferential direction, and the injection direction of the cooling water can be controlled by adjusting the injection angle controller to a desired injection direction.

噴射ノズルチップ34の噴射方向の制御は、噴射ノズルチップ34の噴射方向が中心軸を向くように整列された状態で、中心軸に沿って垂直方向の噴射角が調節された後、横方向に噴射方向を回転させて円周方向噴射角を調節するという方式で行われ得る。 The injection direction of the injection nozzle tip 34 is controlled in the lateral direction after the injection angle in the vertical direction is adjusted along the central axis in a state where the injection direction of the injection nozzle tip 34 is aligned so as to face the central axis. This can be done by rotating the injection direction to adjust the circumferential injection angle.

噴射ノズルチップ34の吐出口に形成されるノズル孔35は、0.1~5.0mm、好ましくは0.3~3.0mmの直径を有するように形成できる。噴射ノズルチップ34のノズル孔35の直径に応じて噴射断面積が変化するので、噴射される冷却水の流速が変わり得る。 The nozzle hole 35 formed in the ejection port of the injection nozzle tip 34 can be formed so as to have a diameter of 0.1 to 5.0 mm, preferably 0.3 to 3.0 mm. Since the injection cross-sectional area changes according to the diameter of the nozzle hole 35 of the injection nozzle tip 34, the flow velocity of the injected cooling water can change.

当該範囲よりもノズル孔35の直径が小さい場合、流速が増加して溶融金属がさらに分裂されるか或いは球状粉末の形成が難しいおそれがあり、ノズル孔35の直径が大きい場合、流速が減少して冷却効果が低下するため、製造された金属粉末のアモルファス相の比率が低く形成されるという問題がある。 If the diameter of the nozzle hole 35 is smaller than this range, the flow velocity may increase and the molten metal may be further split or it may be difficult to form spherical powder. If the diameter of the nozzle hole 35 is large, the flow velocity decreases. Therefore, there is a problem that the ratio of the amorphous phase of the produced metal powder is low because the cooling effect is lowered.

噴射ノズルチップ34の中空の直径は、ノズル孔35と同じ直径であり、噴射ノズルホルダー32の流路の直径よりも小さく、噴射ノズルチップ34の中空の直径に対する噴射ノズルホルダー32の流路の直径の比率は10倍~50倍、好ましくは15倍~30倍である。直径の比率が当該範囲から外れる場合には、噴射される冷却水の流速と供給される冷却水の流速との比率が減少するので、冷却水の噴射速度が減少するか、或いは供給される冷却水を高圧で加圧しなければならないという困難があり、直径の差による抵抗が大きくなって非効率的であるという問題がある。 The hollow diameter of the injection nozzle tip 34 is the same diameter as the nozzle hole 35, smaller than the diameter of the flow path of the injection nozzle holder 32, and the diameter of the flow path of the injection nozzle holder 32 with respect to the hollow diameter of the injection nozzle tip 34. The ratio is 10 to 50 times, preferably 15 to 30 times. When the ratio of the diameter is out of the range, the ratio of the flow rate of the injected cooling water to the flow rate of the supplied cooling water decreases, so that the injection rate of the cooling water decreases or the cooling supplied. There is a difficulty that water must be pressurized at a high pressure, and there is a problem that resistance due to a difference in diameter increases and it is inefficient.

噴射カバレージ角βは、噴射方向に対して噴射される冷却水が広がる角度を意味し、これを図1に示した。噴射カバレージ角は、円錐形あるいは扇形をなす噴射状の中心角を意味する。噴射カバレージ角βは、ノズル孔35の直径とスリットの幅などによって調節できる。 The injection coverage angle β means an angle at which the cooling water injected is spread with respect to the injection direction, and this is shown in FIG. The jet coverage angle means a cone-shaped or fan-shaped jet-shaped central angle. The injection coverage angle β can be adjusted by adjusting the diameter of the nozzle hole 35, the width of the slit, and the like.

噴射ノズルチップ34においてスリットを挟むか囲むガイド部材36の突出面(先端面)から内部の吐出口であるノズル孔35までの深さをdとし、スリットまたは長穴などの幅をD2とし、ノズル孔35の直径をD1としたとき、カバレージ角βに対して、次の不等式が成立する。 In the injection nozzle tip 34, the depth from the protruding surface (tip surface) of the guide member 36 that sandwiches or surrounds the slit to the nozzle hole 35, which is the internal discharge port, is d, and the width of the slit or slotted hole is D2. When the diameter of the hole 35 is D1, the following inequality holds for the coverage angle β.

Figure 0007062108000001
Figure 0007062108000001

噴射カバレージ角βは、15°~150°の範囲に制御されうるが、好ましくは25~90°、さらに好ましくは25°~65°の範囲で形成されうる。 The injection coverage angle β can be controlled in the range of 15 ° to 150 °, but is preferably formed in the range of 25 ° to 90 °, more preferably 25 ° to 65 °.

噴射ノズルチップ34が位置する噴射部は、噴射ノズルチップ34から噴射される冷却水の流れを一定の角度範囲内に制限して誘導または制御することができるガイド部材36を含む。 The injection unit where the injection nozzle tip 34 is located includes a guide member 36 capable of limiting the flow of cooling water injected from the injection nozzle tip 34 within a certain angle range to guide or control it.

ガイド部材36は、噴射ノズルチップ34から、円錐(cone)状または扇状に噴射される冷却水の噴射角または噴射カバレージ角について、一定の範囲内に形成されるようにする。 The guide member 36 is formed so as to be formed within a certain range with respect to the injection angle or the injection coverage angle of the cooling water injected from the injection nozzle tip 34 in a conical shape or a fan shape.

本発明の一実施例は、噴射ノズルチップ34の吐出口の両側面に突出してスリット形状を有する構造を含む。噴射ノズルチップ34は、吐出口の両側面に突出したスリットを含むことにより、噴射される冷却水の噴射の形状およびカバレージ角を調節することができる。噴射ノズルチップ34の吐出口から噴射される冷却水は、円形のノズル孔35の中心軸に対して回転対称である円錐状に噴射でき、冷却水の圧力および流速条件によって、噴射される形状の角度、すなわちカバレージ角の大きさが異なるように得られる。 One embodiment of the present invention includes a structure having a slit shape protruding from both side surfaces of the ejection port of the injection nozzle tip 34. The injection nozzle tip 34 includes slits protruding on both side surfaces of the discharge port, so that the shape and coverage angle of the injection of the injected cooling water can be adjusted. The cooling water injected from the discharge port of the injection nozzle tip 34 can be injected in a conical shape that is rotationally symmetric with respect to the central axis of the circular nozzle hole 35, and is injected depending on the pressure and flow velocity conditions of the cooling water. It is obtained so that the angle, that is, the size of the coverage angle is different.

噴射カバレージ角の大きさを所望の角度に設定および維持するために、本発明の一実施例に含まれている噴射ノズルチップ34における突出した、スリット形成構造が使用できる。噴射ノズルチップ34のスリット形成構造(一対のガイド部材36)は、ノズル孔35の両側に突出するので、スリットの間隔に応じて広がることで、噴射される冷却水の噴射形状が決められる。 In order to set and maintain the size of the injection coverage angle at a desired angle, the protruding slit-forming structure in the injection nozzle tip 34 included in one embodiment of the present invention can be used. Since the slit forming structure (pair of guide members 36) of the injection nozzle tip 34 projects on both sides of the nozzle hole 35, the injection shape of the cooling water to be injected is determined by expanding according to the distance between the slits.

ノズル孔35から噴射される冷却水の角度がノズル孔35とスリットの端部との角度よりも小さい場合には、噴射される冷却水は、スリット幅(ガイド部材同士の間隔)の内側に噴射され、ノズル孔35から噴射される冷却水の角度が、ノズル孔35とスリットの端部との角度よりも大きい場合には、噴射される冷却水は、スリットの内側面に衝突し、スリット幅(ガイド部材同士の間隔)によって決められる角度範囲内に噴射されて均一なカバレージ角が得られ得る。 When the angle of the cooling water ejected from the nozzle hole 35 is smaller than the angle between the nozzle hole 35 and the end of the slit, the injected cooling water is ejected inside the slit width (distance between the guide members). When the angle of the cooling water ejected from the nozzle hole 35 is larger than the angle between the nozzle hole 35 and the end of the slit, the injected cooling water collides with the inner surface of the slit and the slit width. A uniform coverage angle can be obtained by spraying within the angle range determined by (the distance between the guide members).

また、スリットの存在により、円錐状の噴射形状と、平らな扇形形状の噴射形状に冷却水が噴射されうるため、冷却面積および集中冷却の要求事項に応じて、適正な噴射形状が使用できるといいう利点がある。 In addition, because the presence of the slit allows cooling water to be injected into a conical injection shape and a flat fan-shaped injection shape, an appropriate injection shape can be used according to the cooling area and centralized cooling requirements. There is an advantage.

噴射ノズルチップ34のスリット間隔は、0.3~5.0mmの範囲が使用でき、好ましくは0.8~4.5mmの範囲、さらに好ましくは1~2.5mmであり、ノズル孔35の直径に比べて2倍~6倍、好ましくは3倍~4倍であることがよい。 The slit spacing of the injection nozzle tip 34 can be in the range of 0.3 to 5.0 mm, preferably in the range of 0.8 to 4.5 mm, more preferably in the range of 1 to 2.5 mm, and the diameter of the nozzle hole 35. It is preferable that the amount is 2 to 6 times, preferably 3 to 4 times.

ガイド部材36の形状は、特に限定されず、前述したように、ノズル孔35の両側から突出した、スリットをなす平行板の形状であるか、または、ノズル孔35の周辺部から突出して周囲を取り囲む中空円筒体の形状であり得る。 The shape of the guide member 36 is not particularly limited, and as described above, it is the shape of a parallel plate forming a slit protruding from both sides of the nozzle hole 35, or protruding from the peripheral portion of the nozzle hole 35 and surrounding the periphery. It can be in the form of a hollow cylinder that surrounds it.

金属粉末製造用噴射ノズルが金属粉末製造装置に使用される場合、ノズルの数および配置は、特に限定されないが、ノズルの数が2~16個の範囲であることがよく、各ノズル間の間隔は10~100mmの範囲であることが好ましい。 When the injection nozzle for metal powder production is used in a metal powder production apparatus, the number and arrangement of the nozzles are not particularly limited, but the number of nozzles is often in the range of 2 to 16, and the spacing between the nozzles is good. Is preferably in the range of 10 to 100 mm.

ノズルの数が1つである場合、冷却水が落下する溶融金属液滴の一面にのみ噴射されるので、全般的な溶融金属液滴を均一に冷却することが難しく、ノズルの数が17個以上である場合、大きい直径を有するチャンバー10が使用されるべきであり、ノズルの数が増加するにつれて上方に跳ねる水を防止するために、噴射されるそれぞれのノズルの噴射角を異ならせる必要があり、噴射される冷却水の流量が増加して生産コストが増加するという問題点がある。 When the number of nozzles is one, it is difficult to uniformly cool the general molten metal droplets because the cooling water is sprayed only on one surface of the molten metal droplets on which the cooling water falls, and the number of nozzles is 17. In the above case, a chamber 10 having a large diameter should be used, and it is necessary to make the injection angle of each nozzle to be injected different in order to prevent water splashing upward as the number of nozzles increases. There is a problem that the flow rate of the injected cooling water increases and the production cost increases.

ノズル同士の間の間隔が当該範囲から外れる場合には、速い冷却速度で結晶構造を制御しなければならない金属粉末の製造に問題点があり、また、液滴で飛散する際に十分に冷却できないため、内部チャンバー10にぶつかることで、球状粉末ではなく、板状の不健全な粉末の形状が製造できるという問題点がある。 If the distance between the nozzles is out of this range, there is a problem in the production of metal powder that must control the crystal structure at a high cooling rate, and it cannot be sufficiently cooled when it is scattered by droplets. Therefore, there is a problem that a plate-shaped unhealthy powder can be produced instead of a spherical powder by hitting the internal chamber 10.

金属粉末製造用噴射ノズルが2つ以上備えられる場合、金属粉末製造用噴射ノズルは、中心軸に対して対称の形に配置でき、好ましくは、回転対称の形を持つように正多角形の頂点に対応する位置に、それぞれの噴射ノズルが備えられることが良い。 When two or more injection nozzles for producing metal powder are provided, the injection nozzles for producing metal powder can be arranged symmetrically with respect to the central axis, preferably the apex of a regular polygon so as to have a rotationally symmetric shape. It is preferable that each injection nozzle is provided at a position corresponding to.

供給される冷却水は、加圧装置によって供給されて噴射ノズルホルダー32の流路に沿って複数の冷却水噴射ノズルから供給され、供給される冷却水の流量は20~200L/minの範囲であり、加圧された冷却水の水圧は30~500barであることが好ましい。 The supplied cooling water is supplied by a pressurizing device and is supplied from a plurality of cooling water injection nozzles along the flow path of the injection nozzle holder 32, and the flow rate of the supplied cooling water is in the range of 20 to 200 L / min. The pressure of the pressurized cooling water is preferably 30 to 500 bar.

本発明の他の実施例は、前述した金属粉末製造用噴射ノズルを含む金属粉末製造装置である。 Another embodiment of the present invention is a metal powder manufacturing apparatus including the above-mentioned injection nozzle for metal powder manufacturing.

金属粉末製造装置は、金属粉末製造用噴射ノズル、固定手段31が結合されるチャンバー10、チャンバー10の上部から溶融金属を噴射する溶融金属供給部、および溶融金属に流体を噴射して液滴に分裂させるアトマイザー20または流体噴射ノズルを含む。本明細書において、流体噴射ノズルは、アトマイザー20と同じ意味で使用され、前述した噴射ノズルとは区別される概念であって、溶湯流に直接流体を噴射して液滴化する手段であるが、冷却効果が不十分であるため、球状の金属粉末を製造することは難しい。 The metal powder manufacturing apparatus includes an injection nozzle for producing metal powder, a chamber 10 to which the fixing means 31 is coupled, a molten metal supply unit that injects molten metal from the upper part of the chamber 10, and a molten metal supply unit that injects fluid into the molten metal into droplets. Includes atomizer 20 or fluid injection nozzle to split. In the present specification, the fluid injection nozzle is used in the same meaning as the atomizer 20, and is a concept distinguished from the above-mentioned injection nozzle, and is a means for injecting a fluid directly into a molten metal stream to form droplets. Since the cooling effect is insufficient, it is difficult to produce a spherical metal powder.

金属粉末製造用噴射ノズルは、前述した特徴を含むノズルが使用でき、噴射ノズルの構成についての説明は、前述した内容と同じなので省略した。 As the injection nozzle for metal powder production, a nozzle including the above-mentioned features can be used, and the description of the configuration of the injection nozzle is the same as the above-mentioned contents, so it is omitted.

チャンバー10は、アトマイズされた溶融金属液滴が冷却される空間を含む筒体であって、その形状は特に限定されないが、円筒形、または直径が変化する筒体であることが好ましい。チャンバー10は、外部と内部を分けて外部の空気がチャンバー10の内部に流入しないように密閉した構造を持ち、内壁には金属粉末製造用噴射ノズルが結合されるための固定手段31が備えられる。 The chamber 10 is a cylinder including a space in which atomized molten metal droplets are cooled, and the shape thereof is not particularly limited, but it is preferably a cylinder or a cylinder having a variable diameter. The chamber 10 has a structure in which the outside and the inside are separated and sealed so that the outside air does not flow into the inside of the chamber 10, and the inner wall is provided with a fixing means 31 for connecting the injection nozzle for producing metal powder. ..

チャンバー10は、上部チャンバーと下部チャンバーからなり、上部チャンバーと下部チャンバーとは互いに連結されて使用できる。チャンバー10の下部には、冷却された金属粉末と噴射された冷却水が存在し、金属粉末と冷却水を分離するための分離部が存在することができ、分離された金属粉末は乾燥され、分離された冷却水は処理された後に再び加圧され、金属粉末製造用噴射ノズルを介してチャンバー10の内部に循環して使用できる。 The chamber 10 is composed of an upper chamber and a lower chamber, and the upper chamber and the lower chamber can be used by being connected to each other. At the bottom of the chamber 10, there is a cooled metal powder and the jetted cooling water, there can be a separator for separating the metal powder and the cooling water, and the separated metal powder is dried. The separated cooling water is processed and then pressurized again, and can be circulated and used inside the chamber 10 via the injection nozzle for producing metal powder.

チャンバー10は、内径と長さの比率が3~10倍、好ましくは6~7倍であることがよい。 The ratio of the inner diameter to the length of the chamber 10 is preferably 3 to 10 times, preferably 6 to 7 times.

当該内径と長さの比率から外れる場合、ノズルから高圧で噴霧される水の流れに沿って発生するチャンバー10内の気流が十分に抜け出さないため、気流が上方に逆流して溶融し、オリフィスを通過して流下した金属液状を冷やすことにより詰まってしまうという問題があり得る。 If it deviates from the ratio of the inner diameter to the length, the airflow in the chamber 10 generated along the flow of water sprayed from the nozzle at high pressure does not sufficiently escape, so that the airflow flows backward upward and melts to form an orifice. There may be a problem that the metal liquid that has passed and flowed down is clogged by cooling.

溶融金属供給部は、チャンバーの上部に位置してチャンバー10の内部に溶融金属を注入することができ、外部の空気が内部に流入しないようにチャンバー10の上部に結合できる。 The molten metal supply unit is located at the upper part of the chamber and can inject the molten metal into the inside of the chamber 10, and can be coupled to the upper part of the chamber 10 so that the outside air does not flow into the inside.

溶融金属液は、溶融金属供給部を介して噴射されるか或いは重力によって流下することができる。溶融金属の組成は限定されないが、製造しようとする金属粉末の組成に応じて予め決定されて備えられ、粉末の冷却時にアモルファス相の比率が高く形成されるように組成が調節できる。 The molten metal liquid can be ejected through the molten metal supply unit or flow down by gravity. The composition of the molten metal is not limited, but is predetermined and provided according to the composition of the metal powder to be produced, and the composition can be adjusted so that a high proportion of the amorphous phase is formed when the powder is cooled.

溶融金属の温度は、特に限定されないが、溶融金属の組成に応じて合金の溶融温度よりも高く形成され、好ましい冷却速度を得て、アモルファス相の比率が高い金属粉末を製造するために調節できる。 The temperature of the molten metal is not particularly limited, but is formed higher than the melting temperature of the alloy depending on the composition of the molten metal, and can be adjusted to obtain a preferable cooling rate and produce a metal powder having a high proportion of amorphous phases. ..

金属の溶融および加熱は、溶解炉(melting furnace)で行われ、溶解炉の方式は、特に限定されず、反射炉、坩堝炉、溶銑炉または電気炉などが使用できる。 The melting and heating of the metal is carried out in a melting furnace, and the method of the melting furnace is not particularly limited, and a reflection furnace, a stove furnace, a hot metal furnace, an electric furnace and the like can be used.

アトマイザー20は、溶融金属供給部から噴射されるか或いは流下する溶融金属液の噴射流または溶湯流に流体を噴射して微細な液滴状に分裂させる。噴射される流体は、特に限定されず、液体を噴射する液体アトマイズ方式と、気体を噴射するガスアトマイズ方式が使用でき、これらの中でも、ガスアトマイズ方式を使用することが好ましい。 The atomizer 20 injects a fluid into a jet stream or a molten metal stream of a molten metal liquid that is jetted or flows down from a molten metal supply unit to split it into fine droplets. The fluid to be injected is not particularly limited, and a liquid atomizing method for injecting a liquid and a gas atomizing method for injecting a gas can be used, and among these, the gas atomizing method is preferably used.

ガスアトマイズの際に使用される気体の種類は特に限定されないが、高温の溶融金属を酸化させるか或いは反応を起こさない気体が使用でき、ヘリウムやネオン、アルゴンなどの不活性ガスまたは窒素などの反応性が低い気体が使用されるのがよい。 The type of gas used for gas atomization is not particularly limited, but a gas that oxidizes high-temperature molten metal or does not cause a reaction can be used, and an inert gas such as helium, neon, or argon, or reactivity such as nitrogen can be used. A low gas should be used.

アトマイザー20は、溶融金属を噴射する溶解炉の下部に位置し、固定手段31の上部板の上部ホールに結合されて、チャンバー10の内部に噴射される溶融金属液を分裂させることができる。 The atomizer 20 is located in the lower part of the melting furnace for injecting the molten metal, and can be coupled to the upper hole of the upper plate of the fixing means 31 to split the molten metal liquid injected into the chamber 10.

アトマイズに使用される流体噴射ノズルは、様々な形状と数のノズルが使用でき、製造しようとする金属粉末の粒径範囲の溶融金属液滴で溶融金属液の噴射流を分裂させることができる形状および数のノズルであれば、いずれのものでも使用可能である。 The fluid injection nozzle used for atomization can use various shapes and numbers of nozzles, and a shape that can split the jet flow of the molten metal liquid with molten metal droplets in the particle size range of the metal powder to be manufactured. And any number of nozzles can be used.

アトマイザー20の流体噴射ノズルの位置および噴射角度は多様に調節できる。流体噴射ノズルの噴射角度によって、下方に噴射される溶融金属液滴の冷却面積が変わり、備えられる位置、高さによって、冷却速度および冷却面積が変わり得る。 The position and injection angle of the fluid injection nozzle of the atomizer 20 can be adjusted in various ways. The cooling area of the molten metal droplets ejected downward changes depending on the injection angle of the fluid injection nozzle, and the cooling rate and the cooling area may change depending on the position and height provided.

本発明の他の実施例は、上部板の上部ホールに流体噴射ノズルが結合できる。流体噴射ノズルは、上部ホールに結合され、内部に溶融金属が貫通して噴射できる貫通孔を含み、貫通孔の周辺を取り囲む環状のスリット形状のノズルまたは噴射口を含むことができる。 In another embodiment of the present invention, a fluid injection nozzle can be coupled to the upper hole of the upper plate. The fluid injection nozzle may include a through hole coupled to the upper hole through which the molten metal can penetrate and inject, and may include an annular slit-shaped nozzle or injection port that surrounds the perimeter of the through hole.

外部から供給される流体は、気体または冷却水であってもよく、流体噴射ノズルの周辺に形成された供給管に充填された後、環状の流体噴射ノズルを介して噴射される。噴射形状は、円錐状(cone)であり、溶解炉から噴射される溶融金属液を直接分裂させると同時に急冷させてアモルファスの金属粉末を形成するようにすることができる。 The fluid supplied from the outside may be gas or cooling water, is filled in a supply pipe formed around the fluid injection nozzle, and then is injected through the annular fluid injection nozzle. The injection shape is conical, and the molten metal liquid injected from the melting furnace can be directly split and at the same time rapidly cooled to form an amorphous metal powder.

噴射される溶融金属液滴を高速で冷却し、均一な冷却条件を形成するために、アトマイザー20の流体噴射ノズルの噴射方向が、溶融金属液の噴射流(図示の例でチャンバー10の中心軸)となす角度を、流体噴射角度aとするとき、金属粉末製造用の溶湯流噴射ノズルと、アトマイザー20の流体噴射ノズルとの距離、または高さの差h、流体噴射角度aおよびチャンバー10の内径Dに対して、
h*tana/Dの値は0.1~0.5の範囲の値を持つことが好ましい。
In order to cool the molten metal droplets to be injected at high speed and form uniform cooling conditions, the injection direction of the fluid injection nozzle of the atomizer 20 is set to the injection flow of the molten metal liquid (the central axis of the chamber 10 in the illustrated example). ) Is the fluid injection angle a, the distance between the molten metal flow injection nozzle for producing metal powder and the fluid injection nozzle of the atomizer 20, or the difference in height h, the fluid injection angle a and the chamber 10. For inner diameter D
The value of h * tana / D preferably has a value in the range of 0.1 to 0.5.

当該範囲から外れる場合、溶融金属液滴の飛散角度があまりにも大きくなるので、金属粉末製造用噴射ノズルによる冷却面積から外れる領域に溶融金属液滴が落下して製造される金属粉末の性質が不均一であるか、或いはアモルファス相の比率が低いおそれがある。 If it deviates from this range, the scattering angle of the molten metal droplet becomes too large, and the properties of the metal powder produced by dropping the molten metal droplet into a region outside the cooling area of the injection nozzle for producing metal powder are impaired. It may be uniform or the proportion of amorphous phase may be low.

実施例1
アトマイズのために、環状の流体噴射ノズルの噴射方向(流液体噴射角度a)が5°の方向であるガスアトマイザーを使用し、液滴の冷却で垂直方向噴射角αを30°、円周方向噴射角γを20°に設定し、噴射カバレージ角βを65°、噴射ノズルチップ34のホール(ノズル孔35)の直径D1を1.0mmとする噴射ノズルを4つ配置した。
Example 1
For atomization, a gas atomizer is used in which the injection direction (flow liquid injection angle a) of the annular fluid injection nozzle is 5 °, and the vertical injection angle α is 30 ° in the circumferential direction by cooling the droplets. Four injection nozzles were arranged in which the injection angle γ was set to 20 °, the injection coverage angle β was 65 °, and the diameter D1 of the hole (nozzle hole 35) of the injection nozzle tip 34 was 1.0 mm.

比較例1
噴射ノズルを含まず、ガスアトマイザーと静的な状態の冷却水で構成された金属粉末製造装置を準備した。
Comparative Example 1
A metal powder production device was prepared, which did not include an injection nozzle and consisted of a gas atomizer and cooling water in a static state.

実験例
実験例1~4:金属粉末の製造
実施例1~3、比較例1に対してアトマイズ気体の圧力をそれぞれ65、75、75、60barにし、冷却水の流量はそれぞれ35、40、40、0L/minにし、水圧はそれぞれ110、180、180、0barにした後、噴射される溶融金属の温度はそれぞれ1500、1420、1400、1550℃にして、金属粉末を製造した。
Experimental Examples Experimental Examples 1 to 4: Production of Metal Powder Compared to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the pressure of the atomized gas is set to 65, 75, 75, 60 bar, respectively, and the flow rate of the cooling water is 35, 40, 40, respectively. , 0 L / min, the water pressure was 110, 180, 180, 0 bar, respectively, and then the temperature of the molten metal to be injected was 1500, 1420, 1400, 1550 ° C., respectively, to produce a metal powder.

下記表1に実験例1~実験例3、比較例1の結果をまとめる。 The results of Experimental Example 1 to Experimental Example 3 and Comparative Example 1 are summarized in Table 1 below.

Figure 0007062108000002
Figure 0007062108000002

実験例5~8
実験例1~4で粉末粒度による結晶化エンタルピーの値を、DSC測定装備を用いて測定した。その結果を下記表2にまとめ、測定グラフを図3に示す。
Experimental Examples 5-8
In Experimental Examples 1 to 4, the value of crystallization enthalpy according to the powder particle size was measured using a DSC measuring device. The results are summarized in Table 2 below, and the measurement graph is shown in FIG.

Figure 0007062108000003
Figure 0007062108000003

実験例9~12
実験例1~4で製造された金属粉末をX線回折(XRD)分析装備で分析した。その結果を図4(a)乃至図4(d)に示す。
Experimental Examples 9-12
The metal powders produced in Experimental Examples 1 to 4 were analyzed by X-ray diffraction (XRD) analysis equipment. The results are shown in FIGS. 4 (a) to 4 (d).

前述した各実施例で例示された特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野における通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み合わせまたは変形が加えられて実施可能である。よって、それらの組み合わせおよび変形に係る内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。 The features, structures, effects, etc. exemplified in each of the above-described embodiments can be combined or modified with respect to other embodiments by a person having ordinary knowledge in the field to which the embodiment belongs. Therefore, the content relating to their combination and modification should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 チャンバー
20 アトマイザー
31 固定手段
32 噴射ノズルホルダー
33 流路
34 噴射ノズルチップ
35 ノズル孔
36 ガイド部材
10 Chamber 20 Atomizer 31 Fixing means 32 Injection nozzle holder 33 Flow path 34 Injection nozzle tip 35 Nozzle hole 36 Guide member

Claims (13)

粉末化された溶融金属の液滴を冷却するチャンバーの内部に固定手段によって固定されて冷却水を噴射する噴射ノズルであって、
前記固定手段に連結されるベース部、前記チャンバーの内部に向かって第1方向に突出する先端部、および前記ベース部および前記先端部の内部を貫通して形成され、前記冷却水が前記第1方向に流れる中空の流路を含む噴射ノズルホルダーと;
前記先端部に結合される締結部、および前記先端部から前記冷却水の供給を受けて前記チャンバーの内部に噴射するノズル孔付き噴射部を含む噴射ノズルチップと;を含み、
前記噴射ノズルチップは前記第1方向よりも下方を向く第2方向に前記冷却水を噴射し、
前記噴射ノズルチップは、前記ノズル孔から噴射される冷却水流が広がる角度である噴射カバレージ角を、一定の範囲内に誘導するガイド部材を含み、
前記ガイド部材は、前記ノズル孔の両側から噴射方向に突出してスリットを形成する形状である、噴射ノズル。
An injection nozzle that is fixed by a fixing means inside a chamber that cools droplets of powdered molten metal and injects cooling water.
The cooling water is formed through the base portion connected to the fixing means, the tip portion protruding in the first direction toward the inside of the chamber, and the inside of the base portion and the tip portion, and the cooling water is the first. With an injection nozzle holder containing a hollow flow path flowing in the direction;
A fastening portion coupled to the tip portion, and an injection nozzle tip including an injection portion with a nozzle hole that receives the cooling water supply from the tip portion and injects into the inside of the chamber;
The injection nozzle tip injects the cooling water in the second direction facing downward from the first direction.
The injection nozzle tip includes a guide member that guides an injection coverage angle, which is an angle at which the cooling water flow injected from the nozzle hole spreads, within a certain range.
The guide member is an injection nozzle having a shape that protrudes from both sides of the nozzle hole in the injection direction to form a slit .
前記流路は、
前記ベース部から前記第1方向に向かって形成され、
前記先端部から前記第1方向よりも下方の方向に向かって形成される、請求項1に記載の噴射ノズル。
The flow path is
Formed from the base portion toward the first direction,
The injection nozzle according to claim 1, which is formed from the tip portion toward a direction lower than the first direction.
前記噴射ノズルチップは、前記噴射ノズルホルダーの先端部にて回転して噴射方向が調節できる、請求項1に記載の噴射ノズル。 The injection nozzle according to claim 1, wherein the injection nozzle tip can be rotated at the tip of the injection nozzle holder to adjust the injection direction. 前記噴射ノズルホルダーの長さが前記チャンバーの内径の0.1倍~0.7倍である、請求項1に記載の噴射ノズル。 The injection nozzle according to claim 1, wherein the length of the injection nozzle holder is 0.1 to 0.7 times the inner diameter of the chamber. 前記噴射ノズルチップの噴射方向と前記第1方向との差が35~50°の範囲である、請求項1に記載の噴射ノズル。 The injection nozzle according to claim 1, wherein the difference between the injection direction of the injection nozzle tip and the first direction is in the range of 35 to 50 °. 前記流路の直径が前記ノズル孔の直径の10倍~50倍である、請求項1に記載の噴射ノズル。 The injection nozzle according to claim 1, wherein the diameter of the flow path is 10 to 50 times the diameter of the nozzle hole. 前記固定手段の中心軸と噴射方向とがなす角のうちの小さい角である垂直方向噴射角;および
前記噴射方向を前記中心軸に沿った方向から観察するとき、前記噴射方向が前記中心軸方向から外れた角度である円周方向噴射角;にについて制御するための、
垂直方向噴射角制御器および円周方向噴射角制御器を含む、請求項1に記載の噴射ノズル。
The vertical injection angle, which is the smaller angle between the central axis of the fixing means and the injection direction; and when the injection direction is observed from the direction along the central axis, the injection direction is the central axis direction. Circumferential injection angle, which is an angle deviated from;
The injection nozzle according to claim 1, further comprising a vertical injection angle controller and a circumferential injection angle controller.
前記垂直方向噴射角が10~70°である、請求項に記載の噴射ノズル。 The injection nozzle according to claim 7 , wherein the vertical injection angle is 10 to 70 °. 前記円周方向噴射角が0~90°である、請求項に記載の噴射ノズル。 The injection nozzle according to claim 7 , wherein the injection angle in the circumferential direction is 0 to 90 °. 前記冷却水は、前記ベース部から前記第1方向に流動して前記先端部に流れ、前記先端部から第2方向に形成された前記噴射ノズルチップを介して前記ノズル孔から前記チャンバーの内部に噴射される、請求項1に記載の噴射ノズル。 The cooling water flows from the base portion in the first direction and flows to the tip portion, and flows from the tip portion to the inside of the chamber through the injection nozzle tip formed in the second direction from the nozzle hole. The injection nozzle according to claim 1, wherein the injection nozzle is injected. 溶融金属を粉末化した後、冷却する金属粉末製造装置であって、
溶融金属が内部で冷却されるチャンバーと;
前記チャンバーの内部に溶融金属を供給する溶融金属供給部と;
前記溶融金属供給部から噴射される溶融金属液に流体を噴射して分裂させるアトマイザーと;
前記チャンバーの内部にて固定手段によって固定されて冷却水を噴射する噴射ノズルと;を含み、
前記噴射ノズルは、請求項1~10のいずれか一項の噴射ノズルである、金属粉末製造装置。
A metal powder manufacturing device that cools molten metal after it is pulverized.
With a chamber where the molten metal is cooled internally;
With a molten metal supply unit that supplies molten metal inside the chamber;
With an atomizer that injects a fluid into the molten metal liquid ejected from the molten metal supply unit and splits it;
Including an injection nozzle fixed by fixing means inside the chamber to inject cooling water;
The injection nozzle is a metal powder manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 10 .
前記冷却水の噴射圧力が30~500barである、請求項11に記載の金属粉末製造装置。 The metal powder manufacturing apparatus according to claim 11 , wherein the injection pressure of the cooling water is 30 to 500 bar. 前記冷却水の流量が20~200L/minである、請求項11に記載の金属粉末製造装置。 The metal powder manufacturing apparatus according to claim 11 , wherein the flow rate of the cooling water is 20 to 200 L / min.
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