JP7231159B2 - METAL POWDER MANUFACTURING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING METAL POWDER - Google Patents
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Description
本開示は、金属粉末を製造する金属粉末製造装置、及び金属粉末の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a metal powder production apparatus for producing metal powder and a method for producing metal powder.
金属粉末の製造方法として、溶融金属を垂下して溶滴に粉砕し、その溶滴を冷却して金属粉末を形成するアトマイズ法が知られている。また、アトマイズ法は、高圧ガスにより粉砕するガスアトマイズ法や、高圧水により粉砕する水アトマイズ法が知られている。 As a method for producing metal powder, an atomizing method is known, in which molten metal is dripped and pulverized into droplets, and the droplets are cooled to form metal powder. As the atomization method, a gas atomization method for pulverizing with high-pressure gas and a water atomization method for pulverizing with high-pressure water are known.
また、ガスアトマイズ法の一種として、溶融金属を超音速の燃焼炎により粉砕する、燃焼炎ガスアトマイズ法が知られている(例えば、特開2014-136807号公報、国際公開2012-157733号公報)。燃焼炎ガスアトマイズ法は、溶融金属を微細な溶滴に粉砕することができ、通常のガスアトマイズ法よりも微細な金属粉末を形成できることが知られている。 In addition, as a kind of gas atomization method, a combustion flame gas atomization method is known, in which molten metal is pulverized by a supersonic combustion flame (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-136807, International Publication No. 2012-157733). It is known that combustion flame gas atomization can break molten metal into fine droplets and form a finer metal powder than conventional gas atomization.
特許文献1、2に記載された燃焼炎ガスアトマイズ法では、集中噴射した燃焼炎が、超音速ガス流の噴出集束流となって集中点から直下に噴出される。その際、噴出集束流の上流部周りには、ガス流に倣った気流が形成されるが、噴出集束流が超音速であるために、噴出集束流の上流部周りに、負圧部分、すなわち、周囲よりも気圧の低い部分が発生しやすくなる。 In the combustion flame gas atomizing method described in Patent Literatures 1 and 2, the concentratedly injected combustion flame becomes an ejected convergent flow of supersonic gas flow and is ejected directly below from the concentration point. At that time, an air flow following the gas flow is formed around the upstream portion of the jet convergent flow, but since the jet convergent flow is supersonic, there is a negative pressure portion around the upstream portion of the jet convergent flow, i.e. , areas with lower atmospheric pressure than the surrounding area are more likely to occur.
特に、溶融金属を中空管の下端に垂下し、その下端の外周に沿って燃焼炎を噴射する「コンファインド型」の金属粉末製造装置では、噴出集束流の上方を、燃焼炎噴射手段が閉塞するので、噴出集束流の上流部周りに、負圧部分が発生しやすくなる。 In particular, in a "confined type" metal powder manufacturing apparatus in which molten metal is suspended from the lower end of a hollow tube and a combustion flame is injected along the outer periphery of the lower end, the combustion flame injection means is positioned above the jet convergent flow. Since it is clogged, a negative pressure portion is likely to occur around the upstream portion of the ejected converging flow.
このような負圧部分は、噴出集束流を引き寄せ、発生と消失を繰り返して、噴出集束流を揺動させてしまうことがある。すなわち、負圧部分の発生により、噴出集束流が揺動し、乱流を発生してしまうことがある。これにより、溶融金属の粉砕が不安定になり、形成された金属粉末の粒径分布が悪くなって、所望の粒度分布が得られなくなるおそれがある。 Such a negative pressure portion attracts the ejected convergent flow and repeats generation and disappearance, which may cause the ejected converged flow to fluctuate. In other words, the generation of the negative pressure portion may cause the jet convergent flow to oscillate and generate turbulence. As a result, the pulverization of the molten metal becomes unstable, and the particle size distribution of the formed metal powder deteriorates, making it impossible to obtain the desired particle size distribution.
そこで本開示では、噴出集束流の揺動を抑制して、安定した噴出集束流にすることができる、金属粉末製造装置、及び金属粉末製造方法の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a metal powder production apparatus and a metal powder production method that can suppress the fluctuation of the jet convergent flow and produce a stable jet convergent flow.
第1の態様に係る金属粉末製造装置は、溶融金属を垂下する供給手段と、前記供給手段から垂下した溶融金属に、燃焼炎噴射口から超音速の燃焼炎を集中噴射し、集中した前記燃焼炎を噴出集束流にして直下に噴出させる燃焼炎噴射手段と、前記噴出集束流の上流部周りの雰囲気を安定させる安定部材と、を有する。 A metal powder manufacturing apparatus according to a first aspect includes a supply means for dropping molten metal, and a supersonic combustion flame is intensively injected from a combustion flame injection port to the molten metal hanging from the supply means, and the concentrated combustion It has combustion flame injection means for making a flame into an ejecting convergent flow and ejecting it directly below, and a stabilizing member for stabilizing the atmosphere around the upstream portion of the ejecting convergent flow.
第1の態様に係る金属粉末製造装置によれば、噴出集束流の上流部周りにおいて、負圧の発生を抑制でき、噴出集束流の揺動を抑制して、安定した噴出集束流にすることができる。これにより、溶融金属を安定して粉砕可能な、すなわち、微細にしてかつ粒径分布が良好な金属粉末を形成することが可能な、金属粉末製造装置にすることができる。 According to the metal powder manufacturing apparatus according to the first aspect, it is possible to suppress the generation of negative pressure around the upstream portion of the focused jet flow, suppress the oscillation of the focused jet flow, and make it a stable focused jet flow. can be done. As a result, it is possible to provide a metal powder manufacturing apparatus capable of stably pulverizing molten metal, that is, capable of forming fine metal powder having a good particle size distribution.
なお、ここで言う「噴出集束流の上流部」とは、超音速の燃焼炎が集中して噴出集束流を形成する部分のことであり、集中する直前の超音速の燃焼炎部分を含む部分を意味している。また、雰囲気が安定するとは、具体的には、負圧部分の発生が抑制されること、雰囲気における圧力の変動が抑制されること等を意味している。 The "upstream part of the jet convergent flow" referred to here is the part where the supersonic combustion flame concentrates to form the jet convergent flow, and the part containing the supersonic combustion flame just before the concentration. means Further, stabilizing the atmosphere specifically means suppressing the generation of a negative pressure portion, suppressing fluctuations in pressure in the atmosphere, and the like.
第2の態様に係る金属粉末製造装置は、第1の態様に係る金属粉末製造装置において、前記安定部材は、前記噴出集束流を上端開口から下端開口に通過させる筒部を有するととともに、前記筒部の上端開口を前記燃焼炎噴射手段との間に隙間を設けて、前記噴出集束流の上流部周りに配する。 A metal powder production apparatus according to a second aspect is the metal powder production apparatus according to the first aspect, wherein the stabilizing member has a cylindrical portion that allows the jet convergent flow to pass from an upper end opening to a lower end opening, and A gap is provided between the upper end opening of the cylindrical portion and the combustion flame injection means, and is arranged around the upstream portion of the jet convergent flow.
第2の態様に係る金属粉末製造装置によれば、筒部の上端開口と燃焼炎噴射手段との間に隙間が設けられているため、筒部周囲の雰囲気ガスが噴出集束流に引き込まれ、噴出集束流の上流部周りから筒部の上端開口にかけて、噴出集束流周りに流入する気流を形成することができる。これにより、噴出集束流の上流部周りにおいて、負圧部分の発生を抑制でき、安定した噴出集束流にすることができる。 According to the metal powder manufacturing apparatus according to the second aspect, since the gap is provided between the upper end opening of the cylinder and the combustion flame injection means, the atmosphere gas around the cylinder is drawn into the ejected convergent flow, It is possible to form an airflow that flows into the surroundings of the jetted focused flow from the upstream portion of the jetted focused flow to the upper end opening of the cylindrical portion. As a result, it is possible to suppress the generation of a negative pressure portion around the upstream portion of the jet converging flow, and to obtain a stable jet converging flow.
第3の態様に係る金属粉末製造装置は、第1の態様に係る金属粉末製造装置において、前記安定部材は、前記噴出集束流の上流部周りにガスを噴射するガス噴射部を有する。 A metal powder production apparatus according to a third aspect is the metal powder production apparatus according to the first aspect, wherein the stabilizing member has a gas injection section for injecting gas around an upstream portion of the jet converging flow.
第3の態様に係る金属粉末製造装置によれば、ガス噴射部から噴出集束流の上流部周りにガスを噴射することで、噴出集束流の上流部周りに気流を流入させることができる。これにより、噴出集束流の上流部周りにおいて、負圧部分の発生を抑制でき、安定した噴出集束流にすることができる。 According to the metal powder manufacturing apparatus according to the third aspect, by injecting the gas from the gas injection part around the upstream portion of the jet convergent flow, it is possible to cause the airflow to flow into the upstream portion of the jet convergent flow. As a result, it is possible to suppress the generation of a negative pressure portion around the upstream portion of the jet converging flow, and to obtain a stable jet converging flow.
第4の態様に係る金属粉末製造装置は、第1の態様に係る金属粉末製造装置において、前記安定部材は、前記燃焼炎噴射手段との間に隙間を設けて配置された上端開口から前記噴出集束流を流入させる筒部を有するとともに、前記筒部の内側面に、流体を噴出して前記内側面に沿って下方に流す流体噴出口を有する。 A metal powder manufacturing apparatus according to a fourth aspect is the metal powder manufacturing apparatus according to the first aspect, wherein the stabilizing member ejects the stabilizing member from an upper end opening spaced apart from the combustion flame ejecting means. It has a tubular portion into which the converged flow flows, and has a fluid ejection port on the inner surface of the tubular portion that ejects fluid to flow downward along the inner surface.
第4の態様に係る金属粉末製造装置によれば、筒部の上端開口と燃焼炎噴射手段との間に隙間が設けられているため、筒部周囲の雰囲気ガスを、流体の流れにより上端開口から筒部内に引き込み、噴出集束流の上流部周りから筒部の上端開口にかけて、噴出集束流周りに気流を流入させることができる。これにより、噴出集束流の上流部周りにおいて、負圧部分の発生を抑制でき、安定した噴出集束流にすることができる。 According to the metal powder manufacturing apparatus according to the fourth aspect, since the gap is provided between the upper end opening of the cylindrical portion and the combustion flame injection means, the atmosphere gas around the cylindrical portion is released by the flow of the fluid into the upper end opening. The airflow can be drawn into the cylindrical portion from the upstream portion of the jetted converged flow to the upper end opening of the cylindrical portion to flow the airflow around the jetted converged flow. As a result, it is possible to suppress the generation of a negative pressure portion around the upstream portion of the jet converging flow, and to obtain a stable jet converging flow.
なお、第4の態様に係る金属粉末製造装置では、筒部周囲の雰囲気ガスを、流体の流れにより強く筒部内に引き込むことができるので、筒部の位置は、噴出集束流の上流部から下流側にずらした位置、すなわち、燃焼炎の集中点から下の噴出集束流周りに配置することもできる。 In addition, in the metal powder manufacturing apparatus according to the fourth aspect, since the atmosphere gas around the cylinder can be strongly drawn into the cylinder by the flow of the fluid, the position of the cylinder is changed from the upstream part to the downstream part of the ejected convergent flow. It can also be arranged in a staggered position, i.e. around the jetting focused stream below the focal point of the combustion flame.
第5の態様に係る金属粉末製造装置は、第4の態様に係る金属粉末製造装置において、前記流体噴出口を、前記内周面の周方向に複数開口する。 A metal powder production apparatus according to a fifth aspect is the metal powder production apparatus according to the fourth aspect, in which a plurality of fluid ejection ports are opened in the circumferential direction of the inner peripheral surface.
このような流体噴出口とすることで、筒部周囲の雰囲気ガスをスパイラルな気流にして筒部内に引き込み、噴出集束流の上流部周りから筒部の上端開口にかけて、スパイラルにして流入する気流を形成することができる。これにより、噴出集束流の上流部周りにおいて、負圧部分の発生をより抑制でき、スパイラルな気流により噴出集束流の位置を一定にし、より一層安定した噴出集束流にすることができる。 With such a fluid ejection port, the atmospheric gas around the cylinder is turned into a spiral airflow and drawn into the cylinder, and the airflow that flows in a spiral from around the upstream part of the jet convergent flow to the upper end opening of the cylinder is generated. can be formed. As a result, it is possible to further suppress the generation of a negative pressure portion around the upstream portion of the jet converging flow, and the position of the jet converging flow can be made constant by the spiral airflow, making it possible to make the jet converging flow more stable.
第6の態様に係る金属粉末製造装置は、第4の態様または第5の態様に係る金属粉末製造装置において、前記流体として液体を噴出可能にする。 A metal powder production apparatus according to a sixth aspect is the metal powder production apparatus according to the fourth aspect or the fifth aspect, in which a liquid can be ejected as the fluid.
第6の態様に係る金属粉末製造装置によれば、筒部内に引き込んだ雰囲気ガスの温度を容易に低くすることができる。これにより、安定した噴出集束流にして、粉砕した溶滴を急冷することが可能となり、粒径分布が良好にして、かつ、非晶質な金属粉末を容易に形成することが可能な、金属粉末製造装置にすることができる。 According to the metal powder manufacturing apparatus according to the sixth aspect, the temperature of the atmosphere gas drawn into the cylindrical portion can be easily lowered. As a result, it is possible to rapidly cool the pulverized droplets by making a stable ejected focused flow, improve the particle size distribution, and easily form an amorphous metal powder. It can be a powder production device.
ここで、第6の態様に係る金属粉末製造装置では、噴出集束流に対して、筒部を傾けて配置してもよく、噴出集束流が筒部内の液体に突入し、溶滴が液体により直接冷却できるようにしてもよい。この場合、液体の流れは、溶滴の冷却効率を高めるために、例えば旋回流にすることが好ましい。このようにすることで、粉砕した溶滴をより急冷することが可能となり、粒径分布が良好にして、かつ、より非晶質な金属粉末を容易に形成することが可能な、金属粉末製造装置にすることができる。
なお、筒部を傾け過ぎると噴出集束流が不安定になる場合がある。したがって、傾ける角度は小さく抑えることが好ましく、噴出集束流に対して30度以内の角度にすることが好ましい。Here, in the metal powder manufacturing apparatus according to the sixth aspect, the cylindrical portion may be inclined with respect to the jet convergent flow, and the jet convergent flow rushes into the liquid in the cylindrical portion, and the droplets are formed by the liquid. Direct cooling may also be possible. In this case, the liquid flow is preferably a swirling flow, for example, in order to increase the cooling efficiency of the droplets. By doing so, it is possible to more rapidly cool the pulverized droplets, improve the particle size distribution, and make it possible to easily form a more amorphous metal powder. can be a device.
In addition, if the cylindrical portion is tilted too much, the ejected convergent flow may become unstable. Therefore, it is preferable to keep the tilting angle small, preferably within 30 degrees with respect to the jet convergent flow.
第7の態様に係る金属粉末製造装置は、第2の態様または第4の態様に係る金属粉末製造装置において、前記安定部材は、前記筒部の上端開口から下端開口までの長さが、10mm以上であることを特徴とする。 A metal powder production apparatus according to a seventh aspect is the metal powder production apparatus according to the second aspect or the fourth aspect, wherein the stabilizing member has a length from the upper end opening to the lower end opening of the cylindrical portion of 10 mm. It is characterized by the above.
第7の態様に係る金属粉末製造装置では、筒部の上端開口から下端開口までの長さを10mm以上としたので、10mm未満とした場合に比較して、粒径分布の均一化を図ることができる。 In the metal powder production apparatus according to the seventh aspect, since the length from the upper end opening to the lower end opening of the cylindrical portion is set to 10 mm or more, the particle size distribution can be made uniform compared to the case where it is set to less than 10 mm. can be done.
第8の態様に係る金属粉末製造装置は、第2の態様または第4の態様に係る金属粉末製造装置において、前記隙間は、5mm以上であることを特徴とする。 A metal powder production apparatus according to an eighth aspect is the metal powder production apparatus according to the second aspect or the fourth aspect, wherein the gap is 5 mm or more.
第8の態様に係る金属粉末製造装置では、筒部の上端開口と燃焼炎噴射手段との間に設けた隙間を5mm以上としたので、5mm未満とした場合に比較して、所定の粒径を有する微細な金属粉末を安定かつ効率よく製造することができる。 In the metal powder manufacturing apparatus according to the eighth aspect, since the gap provided between the upper end opening of the cylindrical portion and the combustion flame injection means is set to 5 mm or more, the predetermined particle size is smaller than the case where the gap is set to less than 5 mm. can be stably and efficiently produced.
また、第9の態様に係る金属粉末の製造方法は、垂下した溶融金属に超音速の燃焼炎を集中噴射し、前記燃焼炎を噴出集束流にして直下に噴出するとともに、前記噴出集束流の上流部周りに雰囲気を流入させる。 In addition, in the method for producing metal powder according to the ninth aspect, a supersonic combustion flame is intensively injected into the drooping molten metal, the combustion flame is made into a jet convergent flow and jetted directly below, and the jet convergent flow is jetted. Atmosphere is allowed to flow in around the upstream section.
第9の態様に係る金属粉末の製造方法によれば、噴出集束流の上流部周りの雰囲気を安定させて、噴出集束流の上流部周りにおいて、負圧部分の発生を抑制し、噴出集束流の揺動を抑制して、安定した噴出集束流にすることができる。これにより、溶融金属を安定して粉砕可能な、すなわち、粒径分布が良好な金属粉末を形成することが可能な金属粉末の製造方法にすることができる。 According to the metal powder manufacturing method according to the ninth aspect, the atmosphere around the upstream portion of the jet converging flow is stabilized to suppress the occurrence of a negative pressure portion around the upstream portion of the jet converging flow. can be suppressed, and a stable jet convergent flow can be obtained. As a result, a metal powder production method capable of stably pulverizing a molten metal, that is, forming a metal powder having a good particle size distribution can be provided.
本開示に係る金属粉末製造装置、及び金属粉末の製造方法によれば、安定した噴出集束流にして、微細にしてかつ粒径分布が良好な金属粉末を形成することができる、という優れた効果を有する。 According to the metal powder production apparatus and the metal powder production method according to the present disclosure, it is possible to form a fine metal powder having a stable jet convergent flow and a good particle size distribution. have
[第1実施形態]
図1にしたがって、本発明の第1実施形態に係る金属粉末製造装置10について説明する。
図1に示すように、本実施形態の金属粉末製造装置10は、溶融金属Mを供給する供給手段12、溶融金属Mを粉砕して溶滴Mmpを生成する燃焼炎噴射手段14を含む構成としている。そして、金属粉末製造装置10は、供給手段12、及び燃焼炎噴射手段14を、開放空間中(一例として、大気中)に配置している。[First embodiment]
A metal
As shown in FIG. 1, the metal
供給手段12は、溶融金属Mを収納する容器16を備え、容器16の外周側には、金属材料を加熱溶融して溶融金属Mにする高周波コイル18を配置している。供給手段12は、容器16の底面下方の中央に、容器16の内部に連通する注湯ノズル20を有し、容器16の内部に収納した溶融金属Mを、注湯ノズル20から垂下できるようにしている。
The supply means 12 has a
燃焼炎噴射手段14の中央には、供給手段12の下側に位置し、溶融金属Mを垂下させる円錐状の中空管部22が下方に向けて延びている。また、燃焼炎噴射手段14は、円環状の燃焼室24と、燃焼炎26を噴射する燃焼炎噴射口28を備えていて、燃焼炎噴射口28が、円環状にして中空管部22の外周側を囲むようにしている。
At the center of the combustion flame injection means 14, a conical
本実施形態の燃焼炎噴射手段14は、燃焼室24の内部において、例えば、空気と炭化水素である灯油とを気体混合して燃焼し、燃焼炎噴射口28から下方内側に向かい、燃焼炎噴射口28の円周に沿って隙間なく燃焼炎26を噴射できるようにしている。なお、燃焼炎26は、溶融金属Mの融点より高温にして、かつ、超音速のガス流として噴射される。
The combustion flame injection means 14 of this embodiment mixes air and kerosene, which is a hydrocarbon, in the
また、燃焼炎噴射手段14は、コンファインド型の構成にして、供給手段12の下方にて、燃焼炎噴射口28から斜め下方に向かって、燃焼炎26を噴射できるものであり、燃焼炎26を、注湯ノズル20から供給した溶融金属Mの垂下流Maを取り囲んで、垂下流Maの一箇所(以後、垂下流Maに燃焼炎26が集中する集中位置SPとする)に集中して噴射できるようにしている。
The combustion flame injection means 14 is of a confined type, and can inject the
また、燃焼炎噴射手段14は、燃焼炎26を、注湯ノズル20から供給される溶融金属Mの垂下流Maの外周に沿って隙間なく、均等な噴射圧力にて集中噴射できるものであり、噴射した燃焼炎26が、垂下流Maの集中位置SPに集中して衝突できるようにしている。
In addition, the combustion flame injection means 14 can intensively inject the
さらに、燃焼炎噴射手段14は、燃焼炎26を、超音速にて集中噴射できるものであり、集中した燃焼炎26が、広がりが抑えられた略直線状の噴出集束流34となって、集中位置SPから鉛直直下に向けて、噴出できるようにしている。
Furthermore, the combustion flame injection means 14 can inject the
ここで、燃焼炎26が、垂下流Maの集中位置SPに衝突すると、溶融金属Mは粉砕され、霧状に微細化した溶融状態の金属粉末、即ち、溶滴Mmpが生成される。(以降、本粉砕を一次粉砕と称する。)そして、溶滴Mmpを含んだ噴出集束流34は、超音速あるいは超音速に近い高速を保って、燃焼炎噴射手段14の軸線CLcの延長線上を流下する。
Here, when the
なお、一次粉砕により生成した溶滴Mmpは、質量を有する液体なので、慣性力が働き、気体である噴出集束流34よりも流下速度が遅くなる。このため、流下する溶滴Mmpは、流下する過程において、相対速度の速い噴出集束流34により、引っ張られ、引きちぎられるような力を受け、再粉砕されて微細化される。(以降、本粉砕を二次粉砕と称する。)
Since the droplets Mmp generated by the primary pulverization are a liquid having mass, inertial force works and the flowing velocity is lower than that of the ejected
噴出集束流34の流速や形状は、例えば、燃焼室24内の圧力や中空管部22及び燃焼炎噴射口28の形状によって決定される。また、粉砕能力は、噴出収束流34の流れに対して中空管部22から吐出される溶融金属Mの単位時間当たりの吐出量との比率によって決定される。すなわち、噴出収束流34に対して吐出される溶融金属Mの量が多いほど溶融金属Mの単位体積当たりの粉砕エネルギーが小さくなり、粉砕が不十分になる。
一方、中空管部22からの溶融金属Mの吐出量は、溶融金属Mの液面高さによる自重と、容器16の溶融金属Mに作用する気圧(一例として容器16の置かれている環境の気圧。なお、容器16が圧力容器(図1では図示せず)の中に配置されている場合には、圧力容器内の気圧。)と、燃焼炎噴射口28の下側部分との差圧に加え、燃焼炎26の噴出によって発生する引き込む流れによって発生する圧力(負圧)によって決定される。
この燃焼炎26の噴出による圧力は、容器16を空にした常態で、注湯ノズル20に連通する容器16の孔部16aの入り口に圧力センサーを配置し、該入り口における、溶融金属Mを吐出しない状況での圧力を測定することで得られる。この圧力はトップ圧と呼ばれる。しかしながら、燃焼炎26の噴出によって発生するトップ圧は、燃焼条件に大きく依存するため、溶融金属Mの吐出量と粉砕エネルギーを完全に独立して制御することができず、噴出集束流34の制御を難しいものとしていた。特に燃焼炎26を集中噴射する本開示の製造方法では、長時間高い温度域での粉砕が続くため、二次粉砕に影響する噴出集束流34の制御が重要である。本実施形態におけるトップ圧は、筒部36が無い場合のトップ圧に比べて、1.2倍以上になるように、制御可能となる。
したがって、筒部36が無い場合に比較して、中空管部22から吐出される溶融金属Mの吐出量を増大させることができる。The flow velocity and shape of the
On the other hand, the discharge amount of the molten metal M from the
The pressure generated by the ejection of the
Therefore, it is possible to increase the discharge amount of the molten metal M discharged from the
(安定部材)
燃焼炎噴射手段14の下方には、噴出集束流34の上流部周りの雰囲気を安定させる安定部材として、一定径の筒部36が燃焼炎噴射手段14の軸線CLcと同軸的に配置されている。筒部36は、燃焼炎噴射手段14の下面から一定の距離で離間して配置されており、筒部36の上端と燃焼炎噴射手段14の下面との間に環状の隙間S1を設けている。また、筒部36は、燃焼炎26、及び噴出集束流34との間に環状の隙間S2を設けるように、その内径が決められている。
なお、筒部36は、燃焼炎噴射手段14と、溶滴Mmpを冷却するためのガスや液体が供給される部位との間に配置されることが好ましい。(Stabilizing member)
Below the combustion flame injection means 14, as a stabilizing member for stabilizing the atmosphere around the upstream portion of the ejected converging
It should be noted that the
筒部36の長さLは、図1に示すように、筒部36の上端開口から下端開口までの長さである。筒部36の長さLは、10mm以上であることが好ましい。長さLが10mm未満では、筒部36による粒径分布の均一化の効果が得られないことがある。長さLの下限は、15mmが好ましく、20mmがさらに好ましい。一方、長さLの上限は特に限定されないが、一定の長さに限定することで、筒部36の下端開口に溶滴Mmpが付着して凝固することを防止できる。
噴出集束流34は、広がりが抑えられた略直線状の流れではあるが、燃焼炎噴射手段14の下面から離れるにつれて若干ではあるが広がる傾向にある。そのため、筒部36が長すぎると、広がった噴出集束流34に含まれる溶滴Mmpが、筒部36の下側の内面に付着して凝固することがある。この場合、金属粉末製造装置10を長時間連続して稼動した場合、下端開口の流路面積が徐々に狭くなり、粒径分布の均一化の効果が得られないことがある。筒部36の長さLの上限は、300mmが好ましく、100mmがさらに好ましく、80mmがさらに好ましく、60mmがさらに好ましい。 The length L of the
The
筒部36の上端での内径(図1のR2)は、燃焼室24に連通し、燃焼炎噴射手段14の下側に形成される燃焼炎噴射口28の開口部の最小径(図1のR1)に対し、1.5倍以上とすることが好ましい。1.5倍未満だと飛散する溶滴Mmpが筒部36の内側に付着して凝固しやすい。2倍以上がさらに好ましい。なお、燃焼炎噴射手段14により形成される噴出集束流34の一般的な幅を考慮すると、筒部36の上端での内径R2は30mm以上とすることが好ましい。
筒部36の内径の上限は得に限定されないが、開口部の最小径R1に対して10倍を超えると、筒部36を配置することによる本開示の効果が薄れることがある。そのため、10倍以下とすることが好ましい。例えば、筒部36の内径R2は、500mm以下が好ましい。The inner diameter (R2 in FIG. 1) at the upper end of the
Although the upper limit of the inner diameter of the
(作用、効果)
次に、本実施形態の金属粉末製造装置10の、作動及び作用・効果について説明する。(action, effect)
Next, the operation, functions and effects of the metal
金属粉末製造装置10により金属粉末Mspを製造する手順は、まず、容器16内に金属材料を投入し、高周波コイル18により加熱溶融して溶融金属Mを作製する。その際、不図示の弁により、容器16内から燃焼炎噴射口28に通じる中空管部22を閉じ、溶融金属Mが中空管部22を垂下しないようにしておく。
The procedure for producing the metal powder Msp by the metal
次に、燃焼炎噴射手段14の燃焼炎噴射口28から超音速の燃焼炎26を噴射し、容器16の不図示の弁を開けて、容器16内の溶融金属Mを、注湯ノズル20から垂下流Maとして鉛直下方に流出させる。
これにより、超音速の燃焼炎26を、垂下流Maの集中位置SPに集中噴射し、超音速の燃焼炎26が、垂下流Maの集中位置SPに衝突し、垂下流Maが超音速の燃焼炎26の衝突エネルギーにより一次粉砕され、霧状の微細な溶滴Mmpが生成される。Next, the
As a result, the
本実施形態では、燃焼炎噴射手段14により、垂下流Maを、高温で超音速の燃焼炎26で加熱しながら、即ち、垂下流Maの粘度を低下させながら粉砕(一次粉砕)することができる。そして、超音速の燃焼炎26を集中噴射することにより、超音速の燃焼炎26の高い衝撃エネルギーで、垂下流Maを粉砕することができる。これにより、垂下流Maを容易に粉砕することができ、微細な粒径の溶滴Mmpを得ることができる。
In the present embodiment, the combustion flame injection means 14 can pulverize (primary pulverize) the downflow Ma while heating it with a high-temperature,
そして、垂下流Maの集中位置SPに集中噴射した燃焼炎26は、超音速のガス流の特性により、集中位置SPから広がりを抑制された噴出集束流34にして、直線状に流下する。その際、燃焼炎26の一次粉砕により霧状に生成された溶滴Mmpは、噴出集束流34と共に、超音速あるいはそれに近い高速を保って、鉛直下方に流下する。
Then, the
本実施形態の金属粉末製造装置10では、燃焼炎噴射手段14により、溶滴Mmpを、高温・高速の噴出集束流34と共に流下させることができる。即ち、噴出集束流34の加熱により、溶滴Mmpの粘度を低下させながら流下させると共に、超音速の噴出集束流34との間に相対速度差を生じさせて流下させることができる。これにより、溶滴Mmpを容易に二次粉砕することができ、より微細な溶滴Mmpを生成することができる。
二次粉砕により微細化した溶滴Mmpはその後冷却されて微細な金属粉末Mspとなる。In the metal
The droplets Mmp made fine by the secondary pulverization are then cooled to become fine metal powder Msp.
ところで、筒部36が設けられていない場合、噴出集束流34の上流部周りにおいて、気流が澱んで不安定な雰囲気となる負圧部分を発生する場合があり、噴出集束流34の上流部が不安定な負圧部分に引き寄せられ、負圧の発生と消失を繰り返しながら、噴出集束流34を揺動させてしまう場合がある。燃焼炎ガスアトマイズ法では、超音速の噴出集束流34により溶滴Mmpを二次粉砕して微細化することから、不安定な噴出集束流34となると、かかる二次粉砕にバラつきを生じ、粒径分布の悪い金属粉末Mspが生成される場合がある。
By the way, if the
一方、本実施形態の金属粉末製造装置10では、筒部36の上端と燃焼炎噴射手段14の下面との間に形成された環状の隙間S1から、噴出集束流34の上部周りに、噴出集束流34を引き込ませるように気流C(金属粉末製造装置10の置かれている周囲の空気)を流入させることで、噴出集束流34の上流部周りにおいて負圧部分の発生が抑制され、噴出集束流34の上流部周りの気流、すなわち雰囲気を安定させることができる。
また、筒部36の上端開口と燃焼炎噴射手段14の下面との間には隙間(図1に示す幅w)を形成することが好ましい。隙間の幅wは、5mm以上とすることが好ましい。後述するように、金属粉末Mspの粒径をコントロールすることができる。つまり、所定の粒径を有する微細な金属粉末Mspを安定かつ効率よく低コストで量産できる。隙間の幅wの下限は、7mmが好ましく、10mmがさらに好ましい。
また、隙間の幅wは、上記の範囲において、筒部36の上端での内径(図1に示すR2)に対して0.1倍以上とすることが好ましい。0.1倍未満であると、前記で説明したコンファインド型の金属粉末製造装置と同様に、負圧部分の発生により、噴出集束流34が揺動し、乱流を発生してしまうことがある。これにより、溶融金属Mの粉砕が不安定になり、形成された金属粉末Mspの粒径分布が悪くなって、所望の粒度分布が得られなくなるおそれがある。
一方、隙間の幅wの上限は、筒部36の内径R2に対して10倍を越えると、やはり同様に、不安定な雰囲気となる負圧部分を発生する場合がある。例えば、隙間の幅wの上限は、600mm、筒部36の内径R2は、600mm以下が好ましい。この上限は、500mm以下がさらに好ましく、300mm以下がさらに好ましく、200mm以下がさらに好ましく、100mm以下がさらに好ましい。On the other hand, in the metal
Moreover, it is preferable to form a gap (width w shown in FIG. 1) between the upper end opening of the
Further, the width w of the gap is preferably 0.1 times or more the inner diameter (R2 shown in FIG. 1) at the upper end of the
On the other hand, if the upper limit of the width w of the gap exceeds 10 times the inner diameter R2 of the
これにより、揺動を抑制して安定した噴出集束流34を形成することができ、溶滴Mmpの安定した2次粉砕が可能となり、微細で、かつ粒径分布が良好な金属粉末Mspを得ることが可能となる。
As a result, it is possible to form a stable ejecting
本実施形態の金属粉末製造装置10によれば、溶融金属Mを垂下させる中空管部22が燃焼炎噴射口28に向けて延びているため、中空管部22から溶融金属Mを垂下して燃焼炎26で一次粉砕するまでの距離が短くなり、安定した一次粉砕となる。したがって、安定した一次粉砕と安定した二次粉砕とにより、粒径分布がより良好な金属粉末Mspを得ることが可能となる。
According to the metal
なお、本実施形態の金属粉末製造装置10では、筒部36の下方において、噴出集束流34に向けて水を噴霧して、二次粉砕により微細化した溶滴Mmpを急冷したり、二次粉砕により微細化した溶滴Mmpを水流に突入させて急冷してもよい。これにより、非晶質化したMspを得ることが可能となる。
In addition, in the metal
また、本実施形態では、筒部36の断面は円形であることが望ましいが、それに限られるものではない。なお、非円形の場合の筒部36の内径は、噴出集束流34が噴出される方向に見て、噴出集束流34の中心部と同軸の円で、かつ、筒部36の内径に接する最小円の径を内径とする。さらに、筒部36は、軸方向に一定径であったが、軸の一方向に向けて徐々に拡径した形状としてもよい。
In addition, in the present embodiment, it is desirable that the
[第2実施形態]
図2にしたがって、本発明の第2実施形態に係る金属粉末製造装置10を説明する。なお、第1実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。[Second embodiment]
A metal
図2に示すように、本実施形態の金属粉末製造装置10では、噴出集束流34の上流部周りの雰囲気を安定せる安定部材として、燃焼炎噴射手段14の下側にガス噴射部38が配置されている。
ガス噴射部38は、先端のガス噴射口40からガスを噴射するノズル42を備えている。本実施形態のノズル42は、噴出集束流34の上流部周り囲むように環状に形成されており、噴出集束流34の軸線に対して径方向に延びている。なお、ガス噴射口40は、周方向に連続して形成されている。ガス噴射口40からは、噴出集束流34の中心に向けて、噴出集束流34の軸線に対して直交方向にガスGを噴出する。なお、ガス噴射口40から噴出させるガスGは、空気であってもよく、酸素を含まないアルゴンガス、窒素ガス、水素ガス等の不活性ガスや還元ガス等であってもよい。As shown in FIG. 2, in the metal
The
本実施形態では、噴出集束流34の上流部周りに、ガス噴射口40からガスGを噴出させることで、噴出集束流34の上流部周りの気流を安定させることができ、負圧部分の発生をより確実に抑制することができる。
In this embodiment, by ejecting the gas G from the
これにより、本実施形態の金属粉末製造装置10も第1実施形態と同様に、噴出集束流34の揺動を抑制して、安定した噴出集束流34を形成することができ、溶滴Mmpの安定した2次粉砕が可能となって、微細で、かつ粒径分布が良好な金属粉末Mspを得ることが可能となる。
As a result, in the metal
[第3実施形態]
図3にしたがって、本発明の第3実施形態に係る金属粉末製造装置10を説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。[Third embodiment]
A metal
図3に示すように、本実施形態の金属粉末製造装置10では、噴出集束流34の上流部周りの雰囲気を安定させる安定部材として、筒部36とガス噴射部38とが設けられている。
As shown in FIG. 3, in the metal
ノズル42は、筒部36の上部側に設けられており、先端部分が筒部36の内部へ突出している。ノズル42の先端部分は下方に向けられており、垂下する噴出集束流34に沿うように、ガス噴射口40からガスGを噴射させることができる。
The
本実施形態では、垂下する噴出集束流34に沿って流れる気流の外周側を、筒部36で覆っているため、より一層安定した噴出集束流34を形成することができる。
In this embodiment, since the outer peripheral side of the airflow flowing along the suspended
[第4実施形態]
図4にしたがって、本発明の第4実施形態に係る金属粉末製造装置10を説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。[Fourth Embodiment]
A metal
図4に示すように、本実施形態の金属粉末製造装置10では、筒部36の接線方向に沿って延びる複数(本実施形態では4本)のノズル44が、筒部36の周方向に等間隔に配置されている。
As shown in FIG. 4 , in the metal
ノズル44からは、筒部36の内周面に沿ってガスGが噴射できるようにしている。これにより、筒部36の内部において、噴出集束流34を囲むようにガスGの旋回流を形成することで、垂下する噴出集束流34を旋回流の中心に安定して配置せることができる。
Gas G can be jetted from the
[実験結果1]
以下に、筒部36の長さLと、得られる金属粉末Mspの粒度分布との関係について示す。
本実施形態では、図1の金属粉末製造装置10を用いた。
供給手段12の溶融金属Mは、合金組成がFeSiCrC系となるものを用いた。
燃焼炎噴射口28の開口部の最小径R1は、25mmとした。
安定部材として図1に示す筒部36を用いた。この筒部36は、SUS304材からなり、内径が46mm、外径が50mmの円筒形のものを用いた。また、上端開口から下端開口までの長さLは、20mm、40mm、60mm(試料No.1,2,3)とした。
なお、筒部36の上端開口と燃焼炎噴射手段14の下面との隙間の幅wは、No.1,2では、10mm、No.3では、20mmとした。
得られた金属粉末Mspの粒度の体積分布(メジアン径:D10、D50、D90)をマイクロトラック社製のレーザー回折・散乱式 粒子径分布測定装置(機種名MT3300)を用いて測定した。
測定結果を表1に示す。また、粒径のバラツキを表す、(D90-D10)/D50の数値を併記する。この数値は、小さいほどバラツキが少ないことを示す。
筒部36の長さが長くなるにつれ、得られる金属粉末Mspの粒径が大きくなる。また、(D90-D10)/D50の数値は、No.1の数値(2.3)が小さい。
本実施形態の金属粉末製造装置10は、溶融金属Mに燃焼炎噴射口28から超音速の燃焼炎26を集中噴射するため、装置が大掛かりになりやすく、噴射速度の調整や燃焼温度の調整が難しくなることがある。しかし、このような金属粉末製造装置10であっても、筒部36の形状を変えることで金属粉末Mspの粒径をコントロールすることができる。つまり、所定の粒径を有する微細な金属粉末Mspを安定かつ効率よく低コストで量産できる。
The relationship between the length L of the
In this embodiment, the metal
The molten metal M of the supply means 12 has an alloy composition of FeSiCrC system.
The minimum diameter R1 of the opening of the combustion
The
The width w of the gap between the upper end opening of the
The volume distribution (median diameter: D10, D50, D90) of the particle size of the obtained metal powder Msp was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (model MT3300) manufactured by Microtrack.
Table 1 shows the measurement results. In addition, the numerical value of (D90-D10)/D50, which represents the variation in particle size, is also shown. The smaller the numerical value, the smaller the variation.
As the length of the
Since the metal
[実験結果2]
以下に、筒部36の上端開口と燃焼炎噴射手段14の下面との隙間の幅wを変えた場合の金属粉末Mspの粒度分布との関係について示す。
本実施形態では、図1の金属粉末製造装置10を用いた。
供給手段Mspの溶融金属Mは、合金組成がFeSiCrC系となるものを用いた。
燃焼炎噴射口28の開口部の最小径R1は、25mmとした。
安定部材として図1に示す筒部36を用いた。この筒部36は、SUS304材からなり、図面横方向での断面が円形であり、上端開口の内径が60mm、下端開口の内径が80mmのものを用いた。また、上端開口から下端開口までの長さLは、230mmとした。
なお、本実施形態では、筒部36の下端側を、筒部36と同方向に伸びる円筒形の冷却筐体(図示せず)に挿入し、噴出集束流34に水を噴霧することで、溶滴Mmpの冷却を行うことができる構造とした。
得られた金属粉末Mspの粒度の体積分布(メジアン径:D10、D50、D90)をマイクロトラック社製のレーザー回折・散乱式 粒子径分布測定装置(機種名MT3300)を用いて測定した。
測定結果を表2に示す。また、粒径のバラツキを表す、(D90-D10)/D50の数値を併記する。
隙間の幅wが20mmから60mmの範囲では、長くなるにつれ、(D90-D10)/D50の数値が小さくなる傾向がある。つまり、この隙間の幅wを変えることで、金属粉末Mspの粒径をコントロールすることができ、所定の粒径を有する微細な金属粉末Mspを安定かつ効率よく低コストで量産できる。
The relationship between the particle size distribution of the metal powder Msp and the width w of the gap between the upper end opening of the
In this embodiment, the metal
As the molten metal M of the supply means Msp, one having an alloy composition of FeSiCrC system was used.
The minimum diameter R1 of the opening of the combustion
The
In the present embodiment, the lower end side of the
The volume distribution (median diameter: D10, D50, D90) of the particle size of the obtained metal powder Msp was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (model MT3300) manufactured by Microtrack.
Table 2 shows the measurement results. In addition, the numerical value of (D90-D10)/D50, which represents the variation in particle size, is also shown.
When the gap width w is in the range of 20 mm to 60 mm, the numerical value of (D90-D10)/D50 tends to decrease as the gap width increases. That is, by changing the width w of the gap, the particle size of the metal powder Msp can be controlled, and fine metal powder Msp having a predetermined particle size can be mass-produced stably, efficiently, and at low cost.
[その他の実施形態]
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。[Other embodiments]
An embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above, and can of course be implemented in various modifications without departing from the gist of the present invention. is.
上記第3実施形態では、ノズル42からガスを噴射したが、ノズル42から水等の液体を噴射してもよい。これにより、筒部36の内部に引き込んだ雰囲気ガスの温度を容易に低くすることができ、安定した噴出集束流34にして、粉砕した溶滴Mmpを急冷することが可能となり、粒径分布が良好にして、かつ、非晶質な金属粉末Mspを容易に形成することが可能となる。
In the third embodiment, gas is injected from the
また、筒部36を噴出集束流34に対して傾けて配置し、噴出集束流34を筒部36内の液体に突入させ、溶滴Mmpを液体により直接冷却できるようにしてもよい。この場合、液体の流れは、溶滴Mmpの冷却効率を高めるために、例えば、第4実施形態にて示したノズル42のようにして、旋回流にすることが好ましい。このようにすることで、粉砕した溶滴Mmpをより急冷することが可能となり、粒径分布を良好にして、かつ、より非晶質な金属粉末Mspを容易に形成することが可能となる。なお、筒部36を傾け過ぎると噴出集束流34が不安定になる場合がある。したがって、傾ける角度は小さく抑えることが好ましく、噴出集束流34に対して30度以内の角度にすることが好ましい。
Alternatively, the
なお、金属粉末製造装置10の下方に、金属粉末Mspを吸引して回収するチャンバー、吸引装置等を配置してもよい。
A chamber for sucking and recovering the metal powder Msp, a suction device, or the like may be arranged below the metal
2018年2月19日に出願された日本国特許出願2018-026916号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。The disclosure of Japanese Patent Application No. 2018-026916 filed on February 19, 2018 is incorporated herein by reference in its entirety.
All publications, patent applications and technical standards mentioned herein are to the same extent as if each individual publication, patent application and technical standard were specifically and individually noted to be incorporated by reference. incorporated herein by reference.
Claims (10)
前記供給手段から垂下した溶融金属に、燃焼炎噴射口から超音速の燃焼炎を集中噴射し、集中した前記燃焼炎を噴出集束流にして直下に噴出させる燃焼炎噴射手段と、
前記噴出集束流の上流部周りの雰囲気を安定させる安定部材と、
を有する、金属粉末製造装置。supply means for dripping molten metal;
Combustion flame injection means for intensively injecting supersonic combustion flame from a combustion flame injection port into the molten metal hanging down from the supply means, and for ejecting the concentrated combustion flame as an ejection convergence flow directly below;
a stabilizing member for stabilizing the atmosphere around the upstream portion of the ejected focused flow;
A metal powder manufacturing device having a
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