JP7296998B2 - 金属粉末製造装置 - Google Patents
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Description
図2に示すように、るつぼ100の底部には2本の溶湯ノズル11A,11Bが取り付けられている。これら溶湯ノズル11A,11Bは、るつぼ100内の溶融金属7を噴霧槽4内にそれぞれ流下させるもので、るつぼ100の底面から鉛直下方に向かって突出して設けられている。2本の溶湯ノズル11A,11Bは、同一の形状とすることができ、それぞれの内部に溶湯8が流下する鉛直方向に延びた縦長の孔を有している。この縦長の孔は、るつぼ100の底部から鉛直下方に向かって溶融金属が流下する溶湯流路となる。るつぼ100に設ける溶湯ノズル11の本数は2本に限定されず、例えば3本以上設けても構わない。
略円柱状の外形を有するガス噴射器200は、図2に示すように、複数の溶湯ノズル11A,11Bがそれぞれ挿入される複数の溶湯ノズル挿入孔12A,12Bと、各溶湯ノズル11A,11Bから流下する溶融金属に対してガスを噴射して粉砕するガス噴射ノズル71(71A,71B)を備えている。ガス噴射器200は、不活性の高圧ガスで満たされる中空構造の円柱形状の外形を有しており、その内部は複数の溶湯ノズル挿入孔12A,12Bのそれぞれの周囲にガス流を形成するガス流路50となっている。ガス流路50は、ガス噴射器200の側面(円柱の側面)に設けられたガス吸入孔(図示せず)に接続される噴射ガス供給管3から高圧ガスの供給を受ける。なお、図示は省略するが、溶解槽1とガス噴射器200の間には、溶解槽1からの熱伝達を防止する観点から断熱材を挿入することが好ましい。
溶湯ノズル挿入孔12Aと溶湯ノズル挿入孔12Bは、図3に示すように、円柱状のガス噴射器200の中心軸(Cg0)に平行な軸(Cm1,Cm2)を有する2本の円柱状の貫通孔である。第1溶湯ノズル挿入孔12Aと第2溶湯ノズル挿入孔12Bの中心は円筒状のガス噴射器200の中心と同一直線上に配置することができ、ガス噴射器200の中心軸Cg0から第1溶湯ノズル挿入孔12Aと第2溶湯ノズル挿入孔12Bの中心軸Cm1,Cm2までの距離はそれぞれ同一になるように配置することができる。第1溶湯ノズル挿入孔12Aと第2溶湯ノズル挿入孔12Bには、第1溶湯ノズル11Aと第2溶湯ノズル11Bがそれぞれ挿入される。第1溶湯ノズル挿入孔12Aと第2溶湯ノズル挿入孔12Bの中心軸Cm1,Cm2は第1溶湯ノズル11Aと第2溶湯ノズル11Bの孔の中心軸に一致させることができる。以下では、2つの溶湯ノズル挿入孔12A,12Bの中心軸Cm1,Cm2がそれぞれの溶湯ノズル11A,11Bの孔の中心軸に一致しているものとして説明する。
ガス噴射ノズル71A,71Bは、複数の溶湯ノズル挿入孔12A,12Bのそれぞれの周囲に円(図4参照)90を描くように配置された複数の噴射孔(貫通孔)91からなる。ガス噴射ノズル71A,71Bは、溶湯ノズル12A,12Bから流下する溶融金属に対して複数の噴射孔91からガスを噴射する。ここでは2つのガス噴射ノズル71A,71Bのうち、溶湯ノズル挿入孔12Aの周囲に位置する複数の噴射孔91が形成するものをガス噴射ノズル(第1ガス噴射ノズル)71Aと称し、溶湯ノズル挿入孔12Bの周囲に位置する複数の噴射孔91が形成するものをガス噴射ノズル(第2ガス噴射ノズル)71Bと称している。
第1ガス噴射ノズル71Aと第1溶湯ノズル11Aは、噴霧槽4内に溶融金属を液体噴霧する第1噴霧ノズル20Aを構成し、第2ガス噴射ノズル71Bと第2溶湯ノズル11Bは、同様に、第2噴霧ノズル20Bを構成する。すなわち本実施形態のガスアトマイズ装置は第1噴霧ノズル20Aと第2噴霧ノズル20Bの2つの噴霧ノズルを備えている。
図1に戻り、噴霧槽4の円筒状の部分(円筒部)の横断面S1における噴霧槽4の断面積A1[mm2]が、噴霧槽4内の噴霧ノズル20の個数n(nは2以上の整数)に所定の面積値c1を乗じた値になるように噴霧槽4は形成されている。すなわち断面積A1は下記式(1)で表される。つまり噴霧ノズル20がn個の場合には噴霧槽4の断面積A1はn倍になる。なお、噴霧ノズル20の個数がnであれば、溶湯ノズル11とガス噴射ノズル71の個数もそれぞれnとなる。
61,250π[mm2]≦c1≦80,000π[mm2] …式(2)
700[mm]≦φ1≦800[mm] …式(3)
ガス配管6の横断面S2における断面積A2[mm2]が、噴霧槽4内の噴霧ノズル20の個数n(nは2以上の整数)に所定の面積値c2を乗じた値になるようにガス配管6は形成されている。すなわち断面積A2は下記式(4)で表される。つまり噴霧ノズル20がn個の場合にはガス配管6の断面積A2はn倍になる。
1,250π[mm2]≦c2≦2,812.5π[mm2] …式(5)
100[mm]≦φ2≦150[mm] …式(6)
噴霧槽の高さHは、噴霧槽4内の噴霧ノズル20の数に関わらず、2-4[m]の範囲に設定することが好ましい。これは高さHを2[m]より小さくすると噴霧槽4の底部に凝固前の金属が固着して金属粉末の収率が低下する可能性があり、高さHを4[m]より高くすると金属粉末製造装置の背が高くなり操作性や清掃性(清掃のし易さ)が低下したり設置場所が制限されたりする可能性が高くなるからである。
複数の噴霧ノズル20のうち隣接する2つの噴霧ノズル20間の距離Dは20-40[mm]とすることが好ましい。これは距離Dを20[mm]より小さくすると各噴霧ノズル20から噴霧される溶融金属同士が凝固する前に衝突して金属粉末の収率が低下する可能性があり、距離Dを40[mm]より大きくすると複数の溶湯ノズル11を1つのるつぼ100に取り付けることが困難になる可能性があるからである。
各ガス噴射ノズル71のガス圧は、装置のスペックにも依存するが、3-10[MPa]の範囲に設定することが好ましい。
1個の溶湯ノズル11に流下させる溶融金属の溶解量(溶解質量)は鉄換算で10-20[kg]とすることが好ましい。これは1個の溶湯ノズル11の溶解量が20[kg]を超えると当該溶湯ノズル11が溶融金属により摩耗して損傷する可能性が高くなり、溶解量が10[kg]より小さいと溶湯ノズル11の個数nに応じた初期出湯廃棄量(溶湯ノズル11の予熱に要する溶湯廃棄量)の抑制が困難になるからである。なお、溶湯ノズル11がるつぼ100と一体になっている場合には溶湯ノズル11の交換はるつぼ100ごと行われる。
上記の実施形態の金属粉末製造装置は、式(1)で示したように、噴霧槽4の断面積A1[mm2]が、噴霧ノズル20の個数n(nは2以上の整数)に所定の面積値c1を乗じた値になるように噴霧槽4の形状が規定されている。噴霧槽4の形状をこのように規定すると、噴霧槽4内の噴霧ノズル20の個数nを増加させることで1つの装置当たりの溶解量を増加させてもガスの排気速度を保持できるとともに、各噴霧ノズル20から噴霧された液体金属が噴霧槽4の内壁に衝突・固着することも防止できるので、噴霧ノズル20ごとの金属粉末の製造効率の低下を抑制できる。また、この場合、噴霧ノズル20の個数nの増加に応じて噴霧槽4の断面積を増加すれば、各噴霧ノズル20の噴霧条件(溶湯ノズル11のオリフィス径やガス噴射ノズル71のガス噴射圧力(ガス圧)等)を調整する必要は無いので金属粉末製造装置の設計・製造・運用が容易になる。また、噴霧槽4内の噴霧ノズル20の個数nを増加させても各噴射ノズル20における溶湯ノズル11の出湯量及び出湯速度や各ガス噴射ノズル71のガス圧は一定なので、各噴霧ノズル20から噴霧された液体金属が凝固するまでに要する飛行距離も一定である。すなわち噴霧ノズル20の個数nを増加させても噴霧槽4の高さ、つまり装置の全高を変更することなく同じ品質の粉末の製造量を容易に増加できる(一般には装置を大きくすると粉末の品質は変化または低下する傾向がある。)。
Claims (7)
- 噴霧槽と、
前記噴霧槽内に溶融金属を流下させる溶湯ノズル、及び、前記溶湯ノズルから流下する溶融金属に対して複数の噴射孔からガスを噴射するガス噴射ノズルをそれぞれ有する複数の噴霧ノズルとを備え、
前記噴霧槽は、上部及び中部に同一の径を有する円筒部を有し、
前記円筒部の横断面における断面積A1[mm2]は、前記噴霧ノズルの個数n(nは2以上の整数)に所定の面積値c1を乗じた値であり、
前記所定の面積値c1は、61,250π[mm2]≦c1≦80,000π[mm2]を満たす値である金属粉末製造装置。 - 請求項1の金属粉末製造装置において、
前記噴霧槽とガス流れの下流側で接続されたガス配管をさらに備え、
前記ガス配管の横断面における断面積A2[mm2]は、前記噴霧ノズルの個数nに所定の面積値c2を乗じた値であり、
前記所定の面積値c2は、1,250π[mm2]≦c2≦2,812.5π[mm2]を満たす値である金属粉末製造装置。 - 請求項1の金属粉末製造装置において、
前記複数の噴霧ノズルのうち隣接する2つの噴霧ノズル間の距離Dは20-40[mm]である金属粉末製造装置。 - 請求項1の金属粉末製造装置において、
前記溶湯ノズル1個につき溶融金属の溶解量は鉄換算で10-20[kg]である金属粉末製造装置。 - 請求項1の金属粉末製造装置において、
前記噴霧槽の高さHは2-4[m]である金属粉末製造装置。 - 請求項1の金属粉末製造装置において、
前記溶湯ノズルが取り付けられ溶解金属が蓄えられるるつぼをさらに備え、
前記るつぼの大きさは前記噴霧ノズルの個数nが増加しても一定である金属粉末製造装置。 - 請求項1の金属粉末製造装置において、
前記ガス噴射ノズルのガス圧は3-10[MPa]である金属粉末製造装置。
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