JP7303239B2 - Burner for producing inorganic spherical particles, method for producing inorganic spherical particles, and inorganic spherical particles - Google Patents
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Description
本発明は、無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法、並びに無機質球状化粒子に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a burner for producing spherical inorganic particles, a method for producing spherical inorganic particles, and spherical inorganic particles.
従来、無機質球状化粒子を製造する方法として、例えば、無機質原料粉体を火炎中に通過させて表面を熔融し、球状化する、所謂火炎熔融法と呼ばれる方法が採用されている。
このような方法で無機質球状化粒子を製造する場合、製品粒子となる無機質球状化粒子の粒径は原料粉体の粒径に依存し、概ね原料粉体に近い粒径の製品粒子が製造される。
また、原料粉体を火炎中で球状化するためには、高温の火炎が必要になることから、火炎熔融法においては、通常、酸素・ガス燃料バーナが用いられている(例えば、特許文献1を参照)。
Conventionally, as a method for producing inorganic spherical particles, for example, a so-called flame melting method has been adopted, in which inorganic raw material powder is passed through a flame to melt the surface and form spherical particles.
When the inorganic spherical particles are produced by such a method, the particle size of the inorganic spherical particles to be the product particles depends on the particle size of the raw material powder, and the product particles having a particle size approximately close to that of the raw material powder are produced. be.
In addition, since a high-temperature flame is required to spheroidize the raw material powder in a flame, an oxygen/gas fuel burner is usually used in the flame fusion method (for example, Patent Document 1 ).
図1に、従来から一般に用いられている、無機質球状化粒子製造用バーナを備えた無機質球状化粒子製造装置100の系統図の一例を示す。
図1に示す系統図において、図視略の原料粉体は、粉体フィーダ102から切り出され、経路101から供給されるキャリアガスに同伴されて、酸素・ガス燃焼バーナ200へと搬送される。この酸素・ガス燃焼バーナ200には、酸素供給設備105から供給される酸素と、燃料供給設備104から供給される燃料ガスが導入されており、炉106内における火炎中で原料粉体が球状化され、無機質球状化粒子が生成される。その後、無機質球状化粒子は、経路107から炉106内に導入された空気によって搬送・温度希釈され、後段のサイクロン108及びバグフィルター109によって回収される。
FIG. 1 shows an example of a system diagram of an
In the system diagram shown in FIG. 1 , raw material powder (not shown) is cut out from a
また、図2の断面図には、上記の酸素・ガス燃焼バーナ200に用いられる拡散型バーナの概略構造を示している。
図2に示すように、酸素・ガス燃焼バーナ200の中心軸に沿った中心部には、原料粉体及びキャリアガスを供給する原料供給路201が設けられ、その外周側には燃料ガスを供給する燃料供給路202が、さらに外周側には支燃性ガスである酸素を供給する酸素ガス供給路203が設けられている。このような構成により、先端側の燃焼室204において燃料ガスと酸素が混合され、火炎が形成される。また、酸素ガス供給路203は、燃焼室204内に旋回流を形成させる第1酸素ガス供給路205と、軸方向に酸素ガスを噴出する第2酸素ガス供給路206とからなる、2系統の供給路を備える。
酸素・ガス燃焼バーナ200を備える無機質球状化粒子製造装置100は、上記構成により、火炎熔融法によって無機質原料粉体を球状化し、無機質球状化粒子を製造する。
The cross-sectional view of FIG. 2 shows a schematic structure of a diffusion burner used in the oxygen/
As shown in FIG. 2, a raw
The inorganic spherical
近年、球状化製品の市場においては、この球状化製品に対する品質向上の要求が益々高まっており、より高い球状化度が求められるようになっていた。 In recent years, in the market for spheroidized products, there has been an increasing demand for improved quality of these spheroidized products, and a higher degree of spheroidization has been demanded.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、製造設備の増設やそれに伴うコストアップを招くことなく、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造することが可能な無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法、並びに無機質球状化粒子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is possible to manufacture inorganic spheroidal particles having an excellent degree of spheroidization without increasing the number of production facilities and increasing the costs associated therewith. It is an object of the present invention to provide a burner for industrial use, a method for producing inorganic spherical particles, and inorganic spherical particles.
上記課題を解決するため、本発明は、以下の態様を包含する。
即ち、請求項1に係る発明は、火炎形成方向における先端側が拡径するように開口した有底円錐形状の燃焼室を有する無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記燃焼室内に向けて、酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして原料粉体を供給する原料粉体供給路と、前記原料粉体供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて酸素ガスを供給する酸素ガス供給路と、を備え、前記原料粉体供給路は、前記燃焼室の底部に配置された粉体分散板に備えられる複数の原料粉体供給口によって前記燃焼室内に開口しており、且つ、前記複数の原料粉体供給口は、前記無機質球状化粒子製造用バーナの中心軸を囲むように配置されており、前記燃料ガス供給路は、前記燃焼室の側壁に開口するとともに、平面視で前記原料粉体供給口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に沿った方向で前記燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出口を有しており、前記酸素ガス供給路は、前記燃焼室の側壁に開口するとともに、平面視で前記燃料ガス噴出口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に対する直交方向の面内で旋回流を形成させながら前記酸素ガスを噴出する第1酸素ガス噴出口と、前記燃焼室の側壁における前記第1酸素ガス噴出口よりも下流側の位置に開口するとともに、平面視で前記第1酸素ガス噴出口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に向けて前記酸素ガスを噴出する第2酸素ガス噴出口とを有しており、前記燃料ガス噴出口から噴出する前記燃料ガスの運動量をmfとし、前記第2酸素ガス噴出口から噴出する前記酸素ガスの運動量m0の、前記中心軸に対する接線方向の運動量をm0,θとしたとき、これらの関係が下記(1)式で表される関係を満たすことを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。
mf/m0,θ ≦ 1.0 ・・・・・(1)
In order to solve the above problems, the present invention includes the following aspects.
That is, the invention according to
m f /m 0 , θ ≤ 1.0 (1)
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記燃料ガス噴出口から噴出する前記燃料ガスの噴出速度が50m/s以下であることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。
Further, the invention according to
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記原料粉体供給口から噴出する前記原料粉体は、前記燃焼室の下流側に向かうに従って放射状に広がる角度で噴出されることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。
Further, the invention according to
また、請求項4に係る発明は、請求項3に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記原料粉体供給口から噴出する前記原料粉体の前記中心軸に対する噴出角度αが0~15°であることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a burner for producing spherical inorganic particles according to the third aspect, wherein the raw material powder ejected from the raw material powder supply port has an ejection angle α of 0 with respect to the central axis. A burner for producing inorganic spheroidized particles characterized in that the angle is ~15°.
また、請求項5に係る発明は、請求項1~請求項4の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記燃料ガスが炭素を含まないガスであることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。
Further, the invention according to
また、請求項6に係る発明は、請求項5に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記燃料ガスがアンモニア又は水素であることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。
The invention according to
また、請求項7に係る発明は、請求項1~請求項6の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記燃焼室の外側に、冷却水を流通させるための冷却水用管路を有することを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。
Further, the invention according to claim 7 is the inorganic spherical particle production burner according to any one of
また、請求項8に係る発明は、請求項1~請求項7の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナを用いることを特徴とする無機質球状化粒子の製造方法である。
The invention according to claim 8 is a method for producing spherical inorganic particles, characterized by using the burner for producing inorganic spherical particles according to any one of
また、請求項9に係る発明は、請求項1~請求項7の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ、又は、請求項8に記載の無機質球状化粒子の製造方法によって得られることを特徴とする無機質球状化粒子である。
Further, the invention according to claim 9 is obtained by the burner for producing inorganic spherical particles according to any one of
本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナによれば、上記のように、燃料ガス噴出口から噴出する燃料ガスの運動量をmfとし、第2酸素ガス噴出口から噴出する酸素ガスの運動量m0の、中心軸に対する接線方向の運動量をm0,θとしたとき、これらの関係が次式[mf/m0,θ≦1.0]を満たす構成を採用している。
このように、燃料ガス噴出口から噴出する燃料ガスの運動量[mf]と、第2酸素ガス噴出口から噴出する酸素ガスの運動量[m0]の中心軸に対する接線方向の運動量[m0,θ]との関係を最適範囲で規定することにより、燃料ガスと酸素ガスとの混合性が良好になり、形成される火炎の最高温度が高められる。これにより、原料粉体に対する伝熱量も高められることから、無機質球状化粒子のガラス化度が高められるとともに、原料粉体を効率的に熔融・球状化することができることから、無機質球状化粒子の球状化度も高められる。
従って、製造設備の増設やそれに伴うコストアップを招くことなく、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造することが可能となる。
According to the burner for producing spherical inorganic particles according to the present invention, as described above, the momentum of the fuel gas ejected from the fuel gas ejection port is mf , and the momentum of the oxygen gas ejected from the second oxygen gas ejection port is m When the momentum of 0 in the tangential direction to the central axis is m 0 , θ, the relationship between them satisfies the following equation [m f /m 0 , θ≦1.0].
In this way, the momentum [m f ] of the fuel gas ejected from the fuel gas ejection port and the momentum [m 0 ] of the oxygen gas ejected from the second oxygen gas ejection port in the tangential direction with respect to the central axis [m 0 , .theta.] in the optimum range, the mixing property of the fuel gas and the oxygen gas is improved, and the maximum temperature of the formed flame is increased. As a result, since the amount of heat transferred to the raw material powder is increased, the degree of vitrification of the inorganic spherical particles is increased, and the raw material powder can be efficiently melted and sphericalized. The degree of spheroidization is also enhanced.
Therefore, it is possible to produce inorganic spheroidized particles having an excellent degree of spheroidization without increasing the number of production facilities and increasing the costs associated therewith.
また、本発明に係る無機質球状化粒子の製造方法によれば、上記構成を有した本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナを用いて無機質球状化粒子を製造する方法なので、上記同様、形成される火炎の最高温度が高められるので、原料粉体に対する伝熱量も高められることから、無機質球状化粒子のガラス化度が高められるとともに、原料粉体を効率的に熔融・球状化することができることから、無機質球状化粒子の球状化度も高められる。
従って、球状化度に優れた無機質球状化粒子を、製造設備の増設やそれに伴うコストアップを招くことなく製造することが可能となる。
In addition, according to the method for producing spherical inorganic particles according to the present invention, since it is a method for producing spherical inorganic particles using the burner for producing spherical inorganic particles according to the present invention having the above configuration, the formation is similar to that described above. Since the maximum temperature of the flame is increased, the amount of heat transferred to the raw material powder is also increased, so that the degree of vitrification of the inorganic spherical particles is increased, and the raw material powder can be efficiently melted and spheroidized. As a result, the degree of spheroidization of the inorganic spheroidized particles is also increased.
Therefore, it is possible to produce inorganic spherical particles having an excellent degree of spheroidization without increasing the number of production facilities and increasing costs associated therewith.
また、本発明に係る無機質球状化粒子によれば、上記構成を有した本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナ、又は、無機質球状化粒子の製造方法を用いて得られる無機質球状化粒子なので、安価で球状化度に優れたものとなる。 Further, according to the inorganic spherical particles of the present invention, the inorganic spherical particles are obtained by using the burner for producing the inorganic spherical particles of the present invention having the above configuration or the method of producing the inorganic spherical particles. , which is inexpensive and excellent in the degree of spheroidization.
以下、本発明を適用した一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法、並びに、それによって得られる無機質球状化粒子について、図面を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, a burner for producing spherical inorganic particles, a method for producing spherical inorganic particles, and spherical inorganic particles obtained thereby, which are embodiments of the present invention, will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in the drawings used in the following explanation, in order to make the features easier to understand, the characteristic portions may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of each component may not necessarily be the same as the actual ones. do not have. Also, the materials and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the invention.
<無機質球状化粒子>
本実施形態の無機質球状化粒子は、詳細を後述する本実施形態の無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法によって製造されるものである。
本実施形態の無機質球状化粒子は、例えば、シリカ、アルミナ、マグネタイト、又はガラス原料粉末等からなる原料粉体を、本実施形態の無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法を用いた火炎熔融法によって球状化して得られるものである。
本実施形態の無機質球状化粒子は、例えば、球状化度が85~98%と、非常に高い球状化度を有するものである。なお、本実施形態で説明する球状化度とは、熔融処理後の粒子の短径を長径で除した値を意味する。このような球状化度は、例えば、走査型電子顕微鏡を用いて、1視野に含まれる無機質球状化粒子の数が100~200個程度となる測定倍率で測定し、個数基準の算術平均値を算出すればよい。
<Inorganic spherical particles>
The spherical inorganic particles of the present embodiment are produced by the burner for producing spherical inorganic particles and the method of producing spherical inorganic particles of the present embodiment, the details of which will be described later.
The inorganic spherical particles of the present embodiment can be obtained by using raw material powders such as silica, alumina, magnetite, or glass raw material powder, and using the burner for producing inorganic spherical particles and the method for producing inorganic spherical particles of the present embodiment. It is obtained by spheroidizing by the flame melting method used.
The inorganic spherical particles of this embodiment have a very high degree of spheroidization, for example, 85 to 98%. The degree of spheroidization described in the present embodiment means a value obtained by dividing the short diameter of the particles after the melting treatment by the long diameter. Such a degree of spheroidization is measured, for example, using a scanning electron microscope at a measurement magnification at which the number of inorganic spherical particles contained in one field of view is about 100 to 200, and the number-based arithmetic mean value is calculated. Just calculate.
<無機質球状化粒子製造用バーナ>
以下、本発明の一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナ1(以下、単にバーナ1と略称する場合がある)について、主に図3及び図4を参照しながら説明する。
図3は、本実施形態のバーナ1を、図示略の火炎の噴出側から中心軸Jに沿って見た平面図であり、図4は、図3中に示したA-A断面図である。なお、図4においては、所定の方向に延在するバーナ1全体を図示することは困難なので、バーナ1の先端部分のみを図示している。また、図4では、説明の都合上、バーナ1の先端部分のみを断面図として図示している。さらに、図3の平面図においては、A-A断面線の位置には第1酸素ガス噴出口51(第1酸素ガス供給路5A)が重なっていないが、説明の都合上、図4のA-A断面図においては、第1酸素ガス噴出口51、及び、第1酸素ガス供給路5Aも併せて表示している。
<Burner for producing inorganic spherical particles>
3 and 4, a
FIG. 3 is a plan view of the
本実施形態のバーナ1は、例えば、図1に示すような無機質球状化粒子製造装置100において、原料粉体を熔融・球状化して無機質球状化粒子を製造することを目的として備えられるものである。
The
図3及び図4に示すように、本実施形態のバーナ1は、火炎形成方向における先端1A側が拡径するように開口した有底円錐形状の燃焼室2を有するものである。本実施形態のバーナ1は、燃焼室2内において、原料流体G1に含まれる原料粉体が火炎による高温雰囲気中に曝され、原料流体G1中の水滴を蒸発させることで、球状度が高められた微粒子からなる無機質球状化粒子を製造するものである。
なお、本実施形態で説明する原料流体G1とは、酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとした原料粉体を含む流体全体のことを指す。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The raw material fluid G1 described in the present embodiment refers to the entire fluid containing raw material powder using oxygen or oxygen-enriched air as a carrier gas.
また、図4の断面図に示すように、バーナ1は、中心軸J上に、原料粉体を含む原料流体G1を供給するための原料粉体供給路3が配置され、その外周側に、原料粉体供給路3を取り囲むように、燃焼室2内に向けて燃料ガスG2を供給する燃料ガス供給路4が配置されている。さらに、その外周側には、燃料ガス供給路4を取り囲むように配置され、燃焼室2内に向けて酸素ガスを供給する酸素ガス供給路5が配置されおり、図示例においては、第1酸素ガス供給路5A及び第2酸素ガス供給路5Bの2系統の酸素ガス供給路が、中心軸J側から第1酸素ガス供給路5A、第2酸素ガス供給路5Bの順で、同心軸で配置されている。
As shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the
原料粉体供給路3は、燃焼室2の底部に配置された粉体分散板30に備えられる複数の原料粉体供給口31によって燃焼室2内に開口しており、且つ、複数の原料粉体供給口31は、無機質球状化粒子製造用バーナ1の中心軸Jを囲むように配置されている。
燃料ガス供給路4は、燃焼室2の側壁22に開口するとともに、平面視(図3参照)で原料粉体供給口31を取り囲むように複数で設けられ、中心軸Jに沿った方向で燃料ガスG2を噴出する燃料ガス噴出口41を有している。
The raw material
The fuel
また、図示例における第1酸素ガス供給路5Aは、燃焼室2の側壁22に開口するとともに、平面視(図3参照)で燃料ガス噴出口41を取り囲むように複数で設けられ、中心軸Jに対する直交方向の面内で旋回流を形成させながら酸素ガスG3を噴出する第1酸素ガス噴出口51を有している。さらに、図示例における第2酸素ガス供給路5Bは、燃焼室2の側壁22における第1酸素ガス噴出口51よりも下流側の位置に開口し、平面視で第1酸素ガス噴出口51を取り囲むように複数で設けられ、中心軸Jに向けて酸素ガスG4を噴出する第2酸素ガス噴出口52を有している。
Further, the first oxygen
そして、本実施形態のバーナ1は、燃料ガス噴出口41から噴出する燃料ガスG2の運動量をmfとし、第2酸素ガス噴出口52から噴出する酸素ガスG4の運動量m0の、中心軸Jに対する接線方向の運動量をm0,θとしたとき、これらの関係が次式[mf/m0,θ≦1.0]で表される関係を満たすものである。
In the
燃焼室2は、図3及び図4に示すように、先端1A側が拡径するように開口し、有底円錐形状に形成された凹部であり、図4中においては縦断面で略台形状(コーン形状)とされる。また、図示例の燃焼室2は、有底円錐形状に形成された凹部の底部として、上述した複数の原料粉体供給口31が設けられた粉体分散板30が配置されている。
本実施形態のバーナ1は、上述したように、この燃焼室2内において、原料流体G1中の水滴を火炎による高温雰囲気中で蒸発させることで、原料粉体から微粒子を合成させる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
As described above, the
なお、燃焼室2は、基端側の底部からバーナ1の先端1A側までの側壁22の勾配角度αを一定としても良いが、図4に示すように、バーナ1の先端1A側の一部が円筒形状とされていることが、安定した保炎確保の観点から、より好ましい。
The
原料粉体供給路3は、バーナ1の中心軸J上に配置される。
そして、原料粉体供給路3の開口部である原料粉体供給口31は、上述したように、燃焼室2の底部に配置された粉体分散板30に開口しており、図3に示す例では、中心軸Jを取り囲むように、計8箇所で、それぞれ円周上に均等間隔で配置するように設けられている。
原料粉体供給口31は、原料粉体供給路3から供給される原料粉体及び燃料を含む原料流体G1を、燃焼室2内に向けて噴出するように開口して複数設けられ、図4に示す例では、中心軸Jに対して傾斜角αで拡開するように設けられている。
The raw material
The raw material
The raw material
なお、本実施形態においては、図示例のように、原料粉体供給路3に対して複数の原料粉体供給口31が連通され、複数の原料粉体供給口31から原料流体G1が噴出される構成で説明しているが、これには限定されない。例えば、原料粉体供給口31を単孔の構成としても構わない。
In this embodiment, as shown in the drawing, a plurality of raw material
また、複数の原料粉体供給口31が形成される粉体分散板30の材質としては、特に限定されないが、摩耗が生じるのを抑制するため、耐摩耗性の材料で被覆した金属材料、あるいはアルミナや炭化ケイ素等のセラミック材料を採用することが好ましい。
The material of the
また、複数の原料粉体供給口31は、該原料粉体供給口31から噴出する原料粉体を含む原料流体G1が、燃焼室2の下流側に向かうに従って放射状に広がる角度で噴出されることが好ましい。より具体的には、原料粉体供給口31から噴出する原料流体G1の中心軸Jに対する噴出角度αは任意に設定可能であるが、例えば、0~15°であることが、原料粉体が燃焼室2内に均一に拡散され、加熱熔融効率が向上し、球状化度が高められた無機質球状化粒子が得られる観点からより好ましい。
Further, the raw material fluid G1 containing the raw material powder ejected from the raw material
燃料ガス供給路4は、中心軸J上に配置された原料粉体供給路3の外側に、この原料粉体供給路3を取り囲むように複数で平行に配置される。
そして、燃料ガス供給路4の開口部である燃料ガス噴出口41は、燃料ガス供給路4の配置位置に対応して、燃焼室2の側壁22に、平面視(図3参照)で原料粉体供給口31を取り囲むように複数で設けられ、図示例では計8箇所で、それぞれ円周上に均等間隔で配置するように設けられている。
A plurality of fuel
A
第1酸素ガス供給路5Aは、燃料ガス供給路4を外周側から取り囲むように、複数で平行に配置されている。
そして、第1酸素ガス供給路5Aの開口部である第1酸素ガス噴出口51は、第1酸素ガス供給路5Aの配置位置に対応して、燃焼室2の側壁22に、平面視(図3参照)で燃料ガス噴出口41を取り囲むように複数で設けられ、図示例では計8箇所で、それぞれ円周上に均等間隔で配置するように設けられている。また、第1酸素ガス噴出口51は、燃焼室2の側壁22において、中心軸Jに対する直交方向の面内で旋回流を形成させながら、一次酸素となる酸素ガスG3を噴出するように開口している。即ち、第1酸素ガス噴出口51は、図4中に示すように、燃焼室2の側壁22において、中心軸Jに対して直交する方向で開口するように設けられている。
A plurality of first oxygen
A first oxygen
なお、第1酸素ガス噴出口51は、燃焼室2の側壁22において、中心軸Jに対して酸素ガスG3の旋回流を形成させるような位置に開口していれば、原料粉体供給口31及び燃料ガス噴出口41からの距離や孔数、形状等は特に限定されず、所望する火炎の性状に応じて任意に設定可能である。
In addition, if the first oxygen
第2酸素ガス供給路5Bは、上記のように、複数の第1酸素ガス供給路5Aの外周側に、これら第1酸素ガス供給路5Aを取り囲むように複数で平行に配置される。
そして、第2酸素ガス供給路5Bの開口部である第2酸素ガス噴出口52は、第2酸素ガス供給路5Bの配置位置に対応して、燃焼室2の側壁22における第1酸素ガス噴出口51よりも先端1A側の位置で、平面視で原料粉体供給口31、燃料ガス噴出口41及び第1酸素ガス噴出口51を取り囲むように複数で設けられ、図示例では計24箇所で、それぞれ円周上に均等間隔で配置するように設けられている。また、第2酸素ガス噴出口52は、燃焼室2の側壁22において、中心軸Jに向けて、二次酸素となる酸素ガスG4を噴出するように開口している。
As described above, the second oxygen
The second oxygen
第2酸素ガス噴出口52についても、上述した第1酸素ガス噴出口51の場合と同様、燃焼室2の側壁22において、第1酸素ガス噴出口51よりも先端1A側であって、中心軸Jに向けて酸素ガスG4を噴出するような位置で開口していれば、原料粉体供給口31、燃料ガス噴出口41及び複数の第1酸素ガス噴出口51からの距離や孔数、形状等は特に限定されず、所望する火炎の性状に応じて任意に設定可能である。
Similarly to the first oxygen
なお、本実施形態においては、第1酸素ガス供給路5A及び第2酸素ガス供給路5Bの計2系統の酸素ガス供給路5を設け、各々に第1酸素ガス噴出口51又は第2酸素ガス噴出口52を設けた構成について説明しているが、これには限定されない。例えば、酸素ガス供給路5を1系統のみとし、この酸素ガス供給路5に分岐路を設けることで、1系統の酸素ガス供給路5から、第1酸素ガス噴出口51及び第2酸素ガス噴出口52の両方に酸素ガスを供給する構成を採用してもかまわない。
In this embodiment, a total of two oxygen
また、図4に示す例のバーナ1には、燃焼室2の外側に、冷却水Wを流通させるための冷却水用管路6が備えられている。この冷却水用管路6は、先端61が燃焼室2と隣接するように配置されている。また、図示例の冷却水用管路6は、2本の流路6a,6bが、先端61で折り返すように連通された構成とされており、バーナ1の後端側から2本の流路6a,6bの何れか一方に供給された冷却水Wが、先端61で折り返して他方の流路から後端側に還流されるように構成されている。
Further, the
冷却水用管路6の配置数及び位置としては、特に限定されず、第1酸素ガス供給路5Aや第2酸素ガス供給路5Bと同様、複数で配置されていても構わないが、例えば、バーナ1の平面視における全周に渡って円環状に形成されていても構わない。
The number and positions of the cooling
本実施形態においては、燃焼室2の外側に冷却水用管路6が備えられることで、火炎による高温雰囲気や輻射熱からバーナ1の各構成部品を保護するとともに、燃焼室2内における過渡な加熱が抑制され、燃焼場をより均一に制御しながら無機質球状化粒子を合成させることが可能になる。
In this embodiment, the cooling
上述したように、本実施形態のバーナ1は、燃料ガス噴出口41から噴出する燃料ガスG2の運動量をmfとし、第2酸素ガス噴出口52から噴出する酸素ガスG4の運動量m0の、中心軸Jに対する接線方向の運動量をm0,θとしたとき、これらの関係が下記(1)式で表される関係を満たすものである(図4も参照)。
mf/m0,θ ≦ 1.0 ・・・・・(1)
As described above, in the
m f /m 0 , θ ≤ 1.0 (1)
以下に、上記(1)式で表される各運動量の比率の定義について、詳しく説明する。
図4中には、燃料ガスG2の運動量mf、及び、二次酸素である酸素ガスG4の運動量m0を要素分解したときの、中心軸Jに対する接線方向の運動量m0,θを示している。
また、図5のグラフには、上記(1)式で表される燃料ガスG2と酸素ガスG4との混合性に係る指標(-)と、サイクロンで回収された無機質球状化粒子のガラス化度(%)との関係を示しており、燃料ガスG2としてアンモニアを用いた場合について示している。
上記の各運動量(kg・m/s)は、次式[ノズル噴出流速(m/s)×ガス噴出体積から導出されるガスの質量(kg)]で算出される。
また、上記の二次酸素の中心軸Jに対する接線方向の運動量m0,θは、次式[m0×sinθ]で算出される。ここで、上記式中におけるθは、中心軸Jとm0ベクトルとがなす角度である。
Below, the definition of the ratio of each momentum represented by the above formula (1) will be described in detail.
FIG. 4 shows the
In addition, the graph of FIG. 5 shows the index (-) related to the miscibility of the fuel gas G2 and the oxygen gas G4 represented by the above equation (1), and the degree of vitrification of the inorganic spherical particles recovered by the cyclone. (%), and shows the case where ammonia is used as the fuel gas G2.
Each momentum (kg·m/s) is calculated by the following formula [nozzle jet flow velocity (m/s)×mass of gas derived from gas jet volume (kg)].
Further, the momentum m 0 , θ of the secondary oxygen in the tangential direction with respect to the central axis J is calculated by the following formula [m 0 ×sin θ]. Here, θ in the above formula is the angle formed by the central axis J and the m0 vector.
図5のグラフに示すように、上記の[mf/m0,θ]の値が1.0以下になると、ガラス化度が急激に高くなる傾向がある。さらに、[mf/m0,θ]の値が0.48以下になると、ガラス化度は約90%程度となり、[mf/m0,θ]の値が0.29~048の範囲でさらに良好となることがわかる。
このことから、上記(1)式中における[mf/m0,θ]の値は、1.0以下が好ましく、0.50以下がより好ましく、0.29~048の範囲であることがさらに好ましい。
As shown in the graph of FIG. 5, when the value of [m f /m 0 , θ] is 1.0 or less, the degree of vitrification tends to increase rapidly. Furthermore, when the value of [m f /m 0 , θ] is 0.48 or less, the degree of vitrification is about 90%, and the value of [m f /m 0 , θ] is in the range of 0.29 to 048. It can be seen that it becomes even better with
Therefore, the value of [m f /m 0 , θ] in the above formula (1) is preferably 1.0 or less, more preferably 0.50 or less, and is in the range of 0.29 to 048. More preferred.
上述したように、上記(1)式中における[mf/m0,θ]の値は、燃料ガスG2と二次酸素である酸素ガスG4との混合性を示す指標であり、この値が小さいほど各ガスの間の混合性が良好となる一方、この値が大きくなるのに伴って混合性が低下してゆく。即ち、燃料ガスG2と酸素ガスG4とを適切に混合することにより、燃焼室2内で形成される火炎の最高温度が上昇し、原料粉体を含む原料流体G1に対する伝熱性が有利になるので、得られる無機質球状化粒子のガラス化度を向上させることが可能になる。つまり、本実施形態のバーナ1を用いて無機質球状化粒子を製造することで、球状化度に優れた無機質球状化粒子が効率よく得られる。
As described above, the value of [m f /m 0 , θ] in the above formula (1) is an index indicating the miscibility between the fuel gas G2 and the oxygen gas G4, which is secondary oxygen. The smaller the value, the better the miscibility between the gases, while the greater the value, the lower the miscibility. That is, by properly mixing the fuel gas G2 and the oxygen gas G4, the maximum temperature of the flame formed in the
さらに、本実施形態においては、アンモニア等のカーボンを含まず輝度の低いものを燃料ガスG2に用いた場合でも、原料流体G1中に含まれる原料粉体を効率的に熔融・球状化できるので、製品使用時のトラブルを招くおそれのあるカーボンの含有量が抑制され、且つ、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造することが可能となる。このような効果は、無機質材料からなる原料粉体としてシリカ以外のものを用いた場合、例えば、アルミナ、マグネタイト、ガラス等を用いた場合であっても、効率的な熔融・球状化が可能であることを示唆するものである。 Furthermore, in the present embodiment, even when a fuel gas such as ammonia that does not contain carbon and has a low brightness is used as the fuel gas G2, the raw material powder contained in the raw material fluid G1 can be efficiently melted and sphericalized. It is possible to produce inorganic spheroidized particles having an excellent degree of spheroidization while suppressing the carbon content, which may cause troubles during use of the product. Such effects can be achieved by efficient melting and spheroidization even when materials other than silica, such as alumina, magnetite, and glass, are used as raw material powders made of inorganic materials. It suggests that there is
燃料ガス噴出口41から噴出する燃料ガスG2の噴出速度は、特に限定されないが、例えば、50m/s以下であることが好ましい。燃料ガスG2の噴出速度が50m/s以下であることで、原料粉体が火炎中に滞在する時間が長くなり、原料粉体に対して十分に熱が伝わるので、熔融化度がさらに向上する。燃料ガスG2の噴出速度の下限も特に限定されないが、ノズル(噴出口)を製造する観点から、燃料ガス噴出口41の口径を適切な大きさで設計できるため、10m/s以上であることが好ましい。
The ejection speed of the fuel gas G2 ejected from the fuel
また、本発明者等が鋭意検討した結果、本実施形態のバーナ1のような拡散型バーナにおいて、特に、燃料ガスG2として液化プロパンガス(LPG)や天然ガス等の一般的なカーボン系燃料を用いた場合には、燃料ガスG2の噴出速度を50m/s以下に抑制することで、原料粉体をより効率的に球状化することが可能になることが明らかになっている。
Further, as a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that in a diffusion burner such as the
従って、燃料ガス噴出口41から噴出する燃料ガスG2の噴出速度は、そのガス種を問わず、10~50m/sの範囲であることが好ましい。
Therefore, the ejection speed of the fuel gas G2 ejected from the fuel
第2酸素ガス噴出口52から噴出する二次酸素である酸素ガスG4の噴出速度も、特に限定されないが、例えば、60~120m/sの範囲であることが好ましい。
酸素ガスG4の噴出速度が60m/s以上であることで、原料流体G1に含まれる原料粉体と燃料ガスG2とが十分に混合されるので、熔融化度がさらに向上する。
また、酸素ガスG4の噴出速度が120m/s以下であることで、形成される火炎のサイズが太くなるので、原料粉体が火炎中に滞在する時間が長くなり、原料粉体に対して十分に熱が伝わることから、熔融化度がさらに向上する。
The ejection speed of the oxygen gas G4, which is secondary oxygen, ejected from the second oxygen
When the ejection speed of the oxygen gas G4 is 60 m/s or more, the raw material powder contained in the raw material fluid G1 and the fuel gas G2 are sufficiently mixed, so that the degree of fusion is further improved.
In addition, since the jet speed of the oxygen gas G4 is 120 m/s or less, the size of the flame formed is increased, so that the raw material powder stays in the flame for a long time, and the raw material powder Since heat is transmitted to the , the degree of fusion is further improved.
第1酸素ガス噴出口51から噴出する一次酸素である酸素ガスG3の噴出速度も、特に限定されないが、熔融化度を向上させる観点から、例えば、50~100m/sの範囲であることが好ましい。
第1酸素ガス噴出口51から噴出する酸素ガスG3の噴出速度が50m/s以上であることで、燃料と酸素の混合が十分に行われ、未燃分が発生するのを抑制する効果が得られる。
また、第1酸素ガス噴出口51から噴出する酸素ガスG3の噴出速度が100m/s以下であることで、形成される火炎のサイズが太くなるので、原料粉体が火炎中に滞在する時間が長くなり、原料粉体に対して十分に熱が伝わることから、熔融化度がさらに向上する。
The ejection speed of the oxygen gas G3, which is the primary oxygen, ejected from the first oxygen
By setting the ejection speed of the oxygen gas G3 ejected from the first oxygen
Further, when the jet speed of the oxygen gas G3 jetted from the first oxygen
原料粉体のキャリアガスとして用いられる酸素又は酸素富化空気の、原料粉体供給口31からの噴出速度、即ち、原料流体G1の噴出速度も、特に限定されないが、原料粉体の熔融化度を向上させる観点から、例えば、20~60m/sの範囲であることが好ましい。
原料粉体供給口31から噴出される原料流体G1の噴出速度が20m/s以上であることで、ノズル近傍での原料の固着を防止する効果が得られる。
また、原料粉体供給口31から噴出される原料流体G1の噴出速度が60m/s以下であることで、原料粉体が火炎中に滞在する時間が長くなり、原料粉体に対して十分に熱が伝わることから、熔融化度がさらに向上する。
The ejection speed of the oxygen or oxygen-enriched air used as the carrier gas for the raw material powder from the raw material
When the ejection speed of the raw material fluid G1 ejected from the raw material
In addition, since the ejection speed of the raw material fluid G1 ejected from the raw material
本実施形態のバーナ1においては、燃料ガスG2として、炭素を含まないガスを用いることがより好ましい。具体的には、燃料ガスG2として、例えば、アンモニア又は水素のような、カーボンを含まない燃料を用いることがさらに好ましい。
このように、カーボンを含まない燃料を燃料ガスG2に用いることで、原料粉体が火炎中で熔融して球状化する過程において無機質球状化粒子中に取り込まれるカーボン量を抑制できる。
In the
By using a carbon-free fuel as the fuel gas G2 in this manner, the amount of carbon taken into the inorganic spherical particles during the process of melting and sphericalizing the raw material powder in the flame can be suppressed.
上述したように、球状化製品の市場においては、この球状化製品に対する品質向上の要求が年を追う毎に高まっている。一例として、半導体用の封止剤として用いられる球状シリカに対しては、上記のような球状化度の向上に加えて、半導体基板上で生じる電気的ショートによって動作の不具合が発生する場合の原因不純物である、カーボンの含有率を低減することが強く求められている。 As described above, in the spheroidized product market, the demand for improving the quality of this spheroidized product is increasing year by year. As an example, for spherical silica used as a sealant for semiconductors, in addition to improving the degree of spheroidization as described above, electrical shorts that occur on the semiconductor substrate may cause operational problems. It is strongly desired to reduce the content of carbon, which is an impurity.
球状シリカを火炎熔融法によって製造する際、例えば、燃料ガスとして液化プロパンガス(LPG)や天然ガス等のカーボン系燃料を用いると、燃料ガスの組成に由来するカーボンが製品中に微量で混入してしまうという問題がある。そのため、カーボン不純物をゼロにすることを目的として、アンモニアや水素等のカーボンを含有しない燃料ガスを用いて原料粉体を球状化することが考えられる。 When producing spherical silica by the flame fusion method, for example, if a carbon-based fuel such as liquefied propane gas (LPG) or natural gas is used as the fuel gas, a trace amount of carbon derived from the composition of the fuel gas is mixed into the product. There is a problem that Therefore, in order to eliminate carbon impurities, it is conceivable to spheroidize the raw material powder using a carbon-free fuel gas such as ammonia or hydrogen.
他方、アンモニアや水素等のカーボンを含まない燃料ガスは、従来から用いられているカーボン系燃料と比較して、火炎輝度が極端に小さいという特徴がある。この火炎輝度は、火炎熔融法を用いた球状化において、原料粉体に対する球状化度に大きく影響する。そのため、従来の製造装置においてアンモニアや水素を燃料ガスに用いる場合、従来のカーボン系燃料と同様の設計の拡散型バーナでは、原料粉体に対する球状化度が低下し、十分な品質の製品が得られ難いという側面もある。 On the other hand, carbon-free fuel gases, such as ammonia and hydrogen, are characterized by extremely low flame brightness compared to conventionally used carbon-based fuels. This flame brightness has a great influence on the degree of spheroidization of the raw material powder in spheroidization using the flame fusion method. Therefore, when ammonia or hydrogen is used as the fuel gas in conventional manufacturing equipment, the degree of spheroidization of the raw material powder is reduced with a diffusion burner designed similarly to the conventional carbon-based fuel, and sufficient quality products can be obtained. There is also the aspect of being hard to get.
しかしながら、本実施形態のバーナ1によれば、上記のように、燃料ガス噴出口41から噴出する燃料ガスG2の運動量をmfとし、第2酸素ガス噴出口52から噴出する酸素ガスG4の運動量m0の、中心軸Jに対する接線方向の運動量をm0,θとしたとき、これらの関係が次式[mf/m0,θ≦1.0]で表される関係を満たす構成を採用している。これにより、例え、火炎輝度が小さめであるカーボンを含まない燃料ガスを用いた場合であっても、原料粉体を効率的に加熱熔融しで球状化することが可能になる。
However, according to the
なお、本実施形態においては、一次酸素である酸素ガスG3、及び、二次酸素である酸素ガスG4として、同じ酸素ガスを用いてもよいし、それぞれ異なる種類の支燃性ガスを用いることも可能である。この場合には、酸素以外の支燃性ガスとして、例えば、酸素富化空気等を適宜採用できる。 In this embodiment, the same oxygen gas may be used as the oxygen gas G3, which is primary oxygen, and the oxygen gas G4, which is secondary oxygen, or different types of combustion-supporting gases may be used. It is possible. In this case, for example, oxygen-enriched air or the like can be appropriately employed as the combustion-supporting gas other than oxygen.
[無機質球状化粒子の製造方法]
本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法は、上記構成とされた本実施形態のバーナ1を用いて無機質球状化粒子を製造する方法である。
即ち、本実施形態の製造方法においては、まず、シリカ、アルミナ、マグネタイト又はガラス等からなる原料粉体をキャリアガスと混合することで原料流体G1を調整し、これ燃焼室2に噴出する。
そして、燃焼室2において、燃料ガスG2と酸素ガスG3,G4とを燃焼させて火炎を形成し、この火炎中に原料流体G1に含まれる原料粉体を滞在させることで、原料粉体を熔融・球状化して微粒子を形成し、無機質球状化粒子を製造する方法である。
[Method for Producing Inorganic Spherical Particles]
The method for producing spherical inorganic particles of the present embodiment is a method of producing spherical inorganic particles using the
That is, in the manufacturing method of the present embodiment, first, a raw material powder made of silica, alumina, magnetite, glass, or the like is mixed with a carrier gas to prepare a raw material fluid G1, which is jetted into the
In the
上記のような方法で無機質球状化粒子を製造する装置としては、例えば、本実施形態のバーナ1に加えて、図1に例示した、従来から一般に用いられている無機質球状化粒子製造装置100に備えられるような、原料粉体を供給して原料流体G1とするためのするための粉体フィーダ102、燃料ガスG2を供給するための燃料供給設備104、酸素ガスG3,G4を供給するための酸素供給設備105、炉106、サイクロン108及びバグフィルター109等を備え、さらに、キャリアガス供給手段や、各流体の流量を調整する流量制御部等を備えたものを用いることができる。
As an apparatus for producing inorganic spherical particles by the above-described method, for example, in addition to the
具体的には、本実施形態の製造方法においては、まず、粉体フィーダ102において、酸素又は酸素富化空気からなるキャリアガスに原料粉体を混合し、キャリアガス中に原料粉体が分散した原料流体G1を調整する。この際、経路101から供給されるキャリアガスに原料粉体が同伴されるように、原料流体G1を調整する。また、原料粉体としては、目的とする無機質球状化粒子の種類に応じたものを用い、例えば、シリカやアルミナの他、マグネタイトやガラス原料粉末等を用いることができる。
Specifically, in the production method of the present embodiment, first, in the
次いで、原料流体G1を、図3及び図4に示すバーナ1の原料粉体供給路3に供給するとともに、第1酸素ガス供給路5A及び第2酸素ガス供給路5Bに、それぞれ一次酸素となる酸素ガスG3又は二次酸素となる酸素ガスG4を供給する。この際、各流体の供給量は、例えば、マスフローメーターや自動弁等から構成された図示略の流量制御部によって調整することができる。
Next, the raw material fluid G1 is supplied to the raw material
一次酸素となる酸素ガスG3、及び、二次酸素となる酸素ガスG4としては、例えば、酸素(酸素ガス)の他、酸素富化空気等の支燃性ガスを用いることも可能である。また、酸素ガスG3及び酸素ガスG4は、同種の支燃性ガスを用いてもよいが、それぞれ異なる支燃性ガスを用いても構わない。本実施形態では、酸素ガスG3及び酸素ガスG4として、酸素ガスか、あるいは、酸素富化空気等の支燃性ガスを用いることで、良好で安定した火炎を形成できる。 As the oxygen gas G3 that becomes the primary oxygen and the oxygen gas G4 that becomes the secondary oxygen, for example, other than oxygen (oxygen gas), it is possible to use a combustion-supporting gas such as oxygen-enriched air. Further, the oxygen gas G3 and the oxygen gas G4 may be the same type of combustion-supporting gas, or may be different combustion-supporting gases. In this embodiment, by using oxygen gas or a combustion-supporting gas such as oxygen-enriched air as the oxygen gas G3 and the oxygen gas G4, a favorable and stable flame can be formed.
その後、燃焼室2内に向けて、原料粉体供給口31から原料流体G1が噴出されるとともに、各々が複数で設けられた、燃料ガス噴出口41、第1酸素ガス噴出口51及び第2酸素ガス噴出口52から、それぞれ、燃料ガスG2、一次酸素である酸素ガスG3又は二次酸素である酸素ガスG4が噴出される。これら燃料ガスG2と、酸素ガスG3及び酸素ガスG4とを燃焼させることで、燃焼室2内において図示略の火炎を形成する。
After that, the raw material fluid G1 is jetted from the raw material
この際、複数の第1酸素ガス噴出口51から噴出した酸素ガスG3は、中心軸Jに対して垂直な方向の面内に旋回流を形成しながら燃料ガスG2と混合し、燃焼に供される。このように、一次酸素である酸素ガスG3が旋回流を形成することで、燃料ガスG2と酸素ガスG3とが適切に混合されるので、良好な保炎状態を保持することが可能になる。
At this time, the oxygen gas G3 ejected from the plurality of first oxygen
さらに、複数の第2酸素ガス噴出口52から中心軸Jに向けて噴出した酸素ガスG4が、燃料ガスG2及び酸素ガスG3と混合し、燃焼に供されることで、より良好な保炎状態を保持することが可能になる。
Further, the oxygen gas G4 ejected from the plurality of second oxygen
そして、火炎中において原料流体G1に含まれる原料粉体の表面を熔融させ、球状化した粒子を生成させることで、無機質球状化粒子を製造することができる。その後、製造された無機質球状化粒子は、図1中に示す後段のサイクロン108及びバグフィルター109によって分級・回収される。
Then, the surface of the raw material powder contained in the raw material fluid G1 is melted in the flame to generate spherical particles, whereby inorganic spherical particles can be produced. After that, the produced inorganic spherical particles are classified and collected by the
本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法によれば、上記構成を有した本実施形態のバーナ1を用いて無機質球状化粒子を製造する方法なので、上記同様、形成される火炎の最高温度が高められ、原料粉体に対する伝熱量も高められることから、無機質球状化粒子のガラス化度が高められる。また、原料粉体を効率的に熔融・球状化することができることから、無機質球状化粒子の球状化度も高められるので、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造することが可能となる。
According to the method for producing spherical inorganic particles of the present embodiment, the
<作用効果>
以上説明したように、本実施形態の無機質球状化粒子製造用バーナ1によれば、燃焼室2の底部に配置される原料粉体供給口31と、燃焼室2の側壁22に開口し、原料粉体供給口31を取り囲むように設けられ、中心軸Jに沿った方向で燃料ガスG2を噴出する燃料ガス噴出口41と、燃焼室2の側壁22に開口し、燃料ガス噴出口41を取り囲むように設けられ、中心軸Jに対する直交方向の面内で旋回流を形成させながら酸素ガスG3を噴出する第1酸素ガス噴出口51と、燃焼室2の側壁22における第1酸素ガス噴出口51よりも下流側の位置に開口し、中心軸Jに向けて酸素ガスG4を噴出する複数の第2酸素ガス噴出口52と、を備え、燃料ガス噴出口41から噴出する燃料ガスG2の運動量をmfとし、第2酸素ガス噴出口52から噴出する酸素ガスG4の運動量m0の、中心軸Jに対する接線方向の運動量をm0,θとしたとき、これらの関係が次式[mf/m0,θ≦1.0]を満たす構成を採用している。
このように、燃料ガス噴出口41から噴出する燃料ガスG2の運動量[mf]と、第2酸素ガス噴出口52から噴出する酸素ガスG4の運動量[m0]の中心軸Jに対する接線方向の運動量[m0,θ]との関係を最適範囲で規定することにより、燃料ガスG2と酸素ガスG4との混合性が良好になり、形成される火炎の最高温度が高められる。これにより、原料粉体に対する伝熱量も高められることから、無機質球状化粒子のガラス化度が高められるとともに、原料粉体を効率的に熔融・球状化することができることから、無機質球状化粒子の球状化度も高められる。
従って、製造設備の増設やそれに伴うコストアップを招くことなく、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造することが可能となる。
<Effect>
As described above, according to the
In this way, the momentum [m f ] of the fuel gas G2 ejected from the fuel
Therefore, it is possible to produce inorganic spheroidized particles having an excellent degree of spheroidization without increasing the number of production facilities and increasing the costs associated therewith.
また、本発明に係る無機質球状化粒子の製造方法によれば、上記構成を有した本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナ1を用いて無機質球状化粒子を製造する方法なので、上記同様、形成される火炎の最高温度が高められるので、原料粉体に対する伝熱量も高められることから、無機質球状化粒子のガラス化度が高められるとともに、原料粉体を効率的に熔融・球状化することができることから、無機質球状化粒子の球状化度も高められる。
従って、球状化度に優れた無機質球状化粒子を、製造設備の増設やそれに伴うコストアップを招くことなく製造することが可能となる。
Further, according to the method for producing spherical inorganic particles according to the present invention, since it is a method for producing spherical inorganic particles using the
Therefore, it is possible to produce inorganic spherical particles having an excellent degree of spheroidization without increasing the number of production facilities and increasing costs associated therewith.
また、本発明に係る無機質球状化粒子によれば、上記構成を有した本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナ1、又は、無機質球状化粒子の製造方法を用いて得られる無機質球状化粒子なので、安価で球状化度に優れたものとなる。
Further, according to the inorganic spherical particles according to the present invention, the inorganic spherical particles obtained by using the
<本発明の他の形態>
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は上記のような特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
<Another form of the present invention>
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments as described above, and is within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Various modifications and changes are possible within.
以下、実施例により、本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法、並びに無機質球状化粒子についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The burner for producing inorganic spherical particles, the method for producing spherical inorganic particles, and the spherical inorganic particles according to the present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.
<無機質球状化粒子製造用バーナ>
本実施例においては、図3及び図4に示すような、燃焼室2、原料粉体供給路3、燃料ガス供給路4、酸素ガス供給路5、及び冷却水用管路6を備え、燃焼室2内に、原料粉体供給口31、燃料ガス噴出口41、第1酸素ガス噴出口51及び第2酸素ガス噴出口52が開口した構成のバーナ、即ち、上述した本発明に係る一実施形態として説明したバーナ1を用いて無機質球状化粒子を製造した。
<Burner for producing inorganic spherical particles>
In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, a
また、本実施例においては、上記のバーナ1を備えるとともに、図1に例示した無機質球状化粒子製造装置100に備えられているような、粉体フィーダ102、燃料供給設備104、酸素供給設備105、炉106、サイクロン108及びバグフィルター109等を備えた装置を準備し、無機質球状化粒子を製造した。
In this embodiment, the
<無機質球状化粒子の製造条件>
本実施例では、上記のバーナ1を用い、炉106内に火炎を形成しながら原料粉体を熔融させて球状化し、無機質球状化粒子を製造した。
具体的には、粉体フィーダ102から供給される原料粉体を含む原料流体G1を、バーナ1における燃焼室2内及び炉106内で火炎中に通過させた後、後段のサイクロン108及びバグフィルター109で分級しながら粒径毎に回収し、無機質球状化粒子を得た。
なお、原料粉体としては、湿式粒度計による平均粒径がD50=10μmとなる粒度を有する破砕シリカを用いた。
また、燃料ガスG2としてアンモニアを用いた。
本実施例におけるバーナ1の基本運転条件を下記表1に示す。
<Conditions for producing inorganic spherical particles>
In this example, the
Specifically, after the raw material fluid G1 containing the raw material powder supplied from the
As the raw material powder, crushed silica having an average particle size D50 of 10 μm as measured by a wet particle size meter was used.
Ammonia was used as the fuel gas G2.
Basic operating conditions of the
本実施例においては、バーナ1で得られた無機質球状化粒子のうち、粒度が大きい粒子をサイクロン108で回収し、サイクロン108で回収した粒子よりも粒度が小さな粒子をバグフィルター109で回収した。
ここで、本実施例における原料粉体の球状化処理においては、原料粉体のうち、粒度の大きい粒子ほど熱容量が大きいため、球状化しづらい傾向にあることを考慮し、サイクロン108側で回収された無機質球状化粒子を用いて評価を実施した。
In this example, among the inorganic spherical particles obtained by the
Here, in the spheroidizing treatment of the raw material powder in the present embodiment, since the larger the particle size of the raw material powder, the larger the heat capacity, the more difficult it is to spheroidize. The evaluation was carried out using inorganic spheroidized particles.
本実施例における無機質球状化粒子の球状化度の評価指標としては、上述したような、球状化物のガラス化度を用いた。ここで、原料粉体であるシリカは、SiO2由来の結晶成分を有しているが、一般に、このような原料粉体が熔融すると、結晶が非晶質へと遷移する。そこで、本実施例においては、原料粉体であるシリカ及び球状化後のシリカ(無機質球状化粒子)の両方の結晶性について、X線回折装置(XRD装置;Rigaku社製;商品名:SmartLabを用いて測定を行った後、下記(2)式及び(3)式に従い、ガラス化度を算出して評価した。なお、特性X線としては、CuKa;波長=1.5418Åを使用した。
η=(Isaw/Iraw)×100 ・・・・・(2)
λ=100-η ・・・・・(3)
なお、上記(2),(3)式中において、
η :結晶度
Isaw:球状化製品のSiO2結晶強度(2θ=26°に現れるX線のピーク強度)
Iraw:原料シリカのSiO2結晶強度(2θ=26°に現れるX線のピーク強度)
λ :ガラス化度
As an evaluation index for the degree of spheroidization of the inorganic spheroidized particles in this example, the degree of vitrification of the spheroidized material as described above was used. Here, silica, which is the raw material powder, has a crystalline component derived from SiO 2 , but in general, when such raw material powder is melted, the crystal transitions to an amorphous state. Therefore, in this example, the crystallinity of both the raw material powder silica and the silica after spheroidization (inorganic spheroidized particles) was evaluated using an X-ray diffraction device (XRD device; manufactured by Rigaku; trade name: SmartLab). After the measurement, the degree of vitrification was calculated and evaluated according to the following formulas (2) and (3).CuKa (wavelength=1.5418 Å) was used as the characteristic X-ray.
η=(Isaw/Iraw)×100 (2)
λ=100−η (3)
In the above formulas (2) and (3),
η: crystallinity Isaw: SiO2 crystal intensity of the spheroidized product (X-ray peak intensity appearing at 2θ=26°)
Iraw: SiO2 crystal intensity of raw silica (X-ray peak intensity appearing at 2θ = 26°)
λ : Vitrification degree
下記表2に、各実施例及び比較例における、バーナの燃焼条件(無機質球状化粒子の製造条件)及び試験結果の一覧を示す。また、図5のグラフに、各実施例及び比較例におけるガラス化度を示す。
なお、下記表2中には、各例におけるバーナからのアンモニア(燃料ガスG2)及び二次酸素(酸素ガスG4)の噴出速度を示しており、それぞれの噴出速度(m/s)は、複数で設けられる噴出口のうちの一つの噴出口におけるガス噴出量(体積流量;m3/s)を、噴出口の断面積(m2)で除することによって算出している。
Table 2 below shows a list of burner combustion conditions (conditions for producing spherical inorganic particles) and test results in each example and comparative example. Further, the graph of FIG. 5 shows the vitrification degree in each example and comparative example.
Table 2 below shows the injection speed of ammonia (fuel gas G2) and secondary oxygen (oxygen gas G4) from the burner in each example, and each injection speed (m/s) is calculated by dividing the gas jetting amount (volumetric flow rate; m 3 /s) at one of the jetting ports provided in (1) by the cross-sectional area (m 2 ) of the jetting port.
以下に、表2に示した実施例1,2,4~6及び比較例3,7のうち、実施例1について、燃料ガスG2であるアンモニアの噴出速度VNH3、二次酸素である酸素ガスG4の噴出速度VO2を示すとともに、上記(1)式に示した[mf/m0,θ]に関し、アンモニアの運動量mf、酸素ガスG4の運動量m0、θを含む各計算過程を示す。 Below, among Examples 1, 2, 4 to 6 and Comparative Examples 3 and 7 shown in Table 2, for Example 1, the injection speed V NH3 of ammonia, which is the fuel gas G2, and the oxygen gas, which is secondary oxygen, In addition to showing the ejection speed V O2 of G4, each calculation process including the momentum m f of ammonia and the momentum m 0 and θ of oxygen gas G4 is shown with respect to [mf/m0, θ] shown in the above equation (1).
本実施例で用いたバーナ1は、燃料ガス噴出口41の断面積が0.00036(m2)、第2酸素ガス噴出口52の断面積が0.00004(m2)であり、これらに基づくアンモニアの噴出速度VNH3、及び、二次酸素である酸素ガスG4の噴出速度VO2は、それぞれ、下記(4)式及び(5)式に示す値となる。
VNH3=0.009(Nm3/s)/0.00036(m2)=25(m/s) ・・・・・(4)
VO2=0.004(Nm3/s)/0.00004(m2)=90(m/s) ・・・・・(5)
In the
V NH3 = 0.009 (Nm 3 /s)/0.00036 (m 2 ) = 25 (m/s) (4)
VO2 = 0.004 (Nm 3 /s)/0.00004 (m 2 ) = 90 (m/s) (5)
また、θ:45°、アンモニアの噴出体積:0.009(Nm3/s)、酸素ガス噴出体積:0.004(Nm3/s)、アンモニアガスの密度:0.76(kg/Nm3)、酸素ガスの密度:1.43(kg/Nm3)であることにより、アンモニアの運動量mf、二次酸素である酸素ガスG4の運動量m0、及び、酸素ガスG4の運動量m0の中心軸Jに対する接線方向の運動量m0,θは、それぞれ、下記(6)~(8)式に示す値となる。
mf=25(m/s)×0.009(Nm3/s)×0.76(kg/m3)=0.17(kg・m/s2) ・・・・・(6)
m0=90(m/s)×0.004(Nm3/s)×1.43(kg/m3)=0.51(kg・m/s2) ・・・・・(7)
m0,θ=0.51(kg・m/s2)×sin45=0.36(kg・m/s2) ・・・・・(8)
In addition, θ: 45°, injection volume of ammonia: 0.009 (Nm 3 /s), injection volume of oxygen gas: 0.004 (Nm 3 /s), density of ammonia gas: 0.76 (kg/Nm 3 ), density of oxygen gas: 1.43 (kg/Nm 3 ), the momentum m f of ammonia, the momentum m 0 of oxygen gas G4 which is secondary oxygen, and the momentum m 0 of oxygen gas G4 The momentum m 0 , θ in the tangential direction with respect to the central axis J becomes the values shown in the following formulas (6) to (8).
mf = 25 (m/s) x 0.009 (Nm 3 /s) x 0.76 (kg/m 3 ) = 0.17 (kg·m/s 2 ) (6)
m0 = 90 (m/s) x 0.004 ( Nm3 /s) x 1.43 (kg/ m3 ) = 0.51 (kg·m/ s2 ) (7)
m0 , θ = 0.51 (kg·m/s 2 ) x sin45 = 0.36 (kg·m/s 2 ) (8)
上記(6)~(8)式での計算結果により、上記(1)式で表される[mf/m0,θ]は、下記(9)式で表される値となる。
mf/m0,θ=0.17(kg・m/s)/0.36(kg・m/s)=0.48(-) ・・・・・(9)
[m f /m 0 , θ] represented by the above formula (1) is a value represented by the following formula (9) according to the calculation results of the above formulas (6) to (8).
m f /m 0 , θ = 0.17 (kg·m/s) / 0.36 (kg·m/s) = 0.48 (-) (9)
また、本実施例においては、その他の実施例2,4~6及び比較例3,7においても、上記の実施例1の場合と同様に計算し、評価を行った。 Further, in the present example, calculations and evaluations were performed in the same manner as in Example 1 above for Examples 2, 4 to 6 and Comparative Examples 3 and 7.
<評価結果>
表2及び図5のグラフに示したように、燃料ガス噴出口41から噴出する燃料ガスG2の運動量mf、第2酸素ガス噴出口52から噴出する酸素ガスG4の運動量m0、中心軸Jに対する接線方向の運動量をm0,θの関係が、上記(1)で表される関係を満たす実施例1,2,4~6においては、ガラス化度が87~93%となった。これにより、上記(1)式で表される関係を満たすことで、原料粉体を効率的に熔融・球状化でき、ガラス化度及び球状化度に優れた無機質球状化粒子が得られることが確認できた。
<Evaluation results>
As shown in Table 2 and the graphs of FIG . In Examples 1, 2, 4 to 6 in which the relationship between m 0 and θ, which is the momentum in the tangential direction to the surface, satisfies the relationship represented by the above (1), the degree of vitrification was 87 to 93%. Thus, by satisfying the relationship represented by the above formula (1), the raw material powder can be efficiently melted and spheroidized, and inorganic spheroidized particles excellent in the degree of vitrification and the degree of spheroidization can be obtained. It could be confirmed.
一方、次式[mf/m0,θ]で表される値が1.44である比較例3、及び、当該値が1.08である比較例7は、ガラス化度が75%又は77%であり、実施例1,2,4~6に比べて劣っていることから、球状化度も劣っていると考えられる。 On the other hand, Comparative Example 3 in which the value represented by the following formula [m f /m 0 , θ] is 1.44 and Comparative Example 7 in which the value is 1.08 have a vitrification degree of 75% or It is 77%, which is inferior to Examples 1, 2, 4 to 6, so it is considered that the degree of spheroidization is also inferior.
なお、本実施例においては、無機質球状化粒子中における炭素含有量の測定データは得られなかったが、原理的には、燃料ガスに炭化水素燃料を用いた場合に比べ、アンモニアや水素ガスを用いた場合には、得られた無機質球状化粒子中における炭素含有量が少なくなることが知られている。 In this example, measurement data of the carbon content in the inorganic spheroidized particles was not obtained. It is known that when used, the carbon content in the resulting inorganic spheroidized particles is reduced.
以上説明した実施例の結果より、本発明の無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法を用いて無機質球状化粒子を製造することにより、原料粉体を効率的に熔融・球状化することができ、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造することが可能となることが明らかとなった。 From the results of the above-described examples, it can be concluded that raw material powder can be efficiently melted and spherically formed by producing inorganic spherical particles using the burner for producing inorganic spherical particles and the method for producing inorganic spherical particles according to the present invention. It has become clear that it is possible to produce inorganic spherical particles having an excellent degree of spheroidization.
本発明の無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法は、製造設備の増設やそれに伴うコストアップを招くことなく、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造可能なものなので、火炎中において無機質粉体原料を熔融させ、無機質球状化粒子を製造する用途において非常に好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The burner for producing spherical inorganic particles and the method for producing spherical inorganic particles of the present invention are capable of producing spherical inorganic particles having an excellent degree of spheroidization without increasing the production facilities and increasing the costs associated therewith. It is very suitable for use in the production of inorganic spherical particles by melting inorganic powder raw materials in flames.
1…無機質球状化粒子製造用バーナ(バーナ)
1A…先端
2…燃焼室
22…側壁
30…粉体分散板
3…原料粉体供給路
31…原料粉体供給口
4…燃料ガス供給路
41…燃料ガス噴出口
5A(5)…第1酸素ガス供給路
51…第1酸素ガス噴出口
5B(5)…第2酸素ガス供給路
52…第2酸素ガス噴出口
6…冷却水用管路
6a,6b…流路
61…先端(冷却水用管路)
J…中心軸
10…無機質球状化粒子製造装置
G1…原料流体
G2…燃料ガス
G3…酸素ガス(一次酸素)
G4…酸素ガス(二次酸素)
W…冷却水
1... Burner for producing spherical inorganic particles (burner)
DESCRIPTION OF
J... Central axis 10... Inorganic spherical particle manufacturing apparatus G1... Raw material fluid G2... Fuel gas G3... Oxygen gas (primary oxygen)
G4... Oxygen gas (secondary oxygen)
W...Cooling water
Claims (9)
前記燃焼室内に向けて、酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして原料粉体を供給する原料粉体供給路と、
前記原料粉体供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて支燃性ガスを供給する供給路と、を備え、
前記原料粉体供給路は、前記燃焼室の底部に配置された粉体分散板に備えられる複数の原料粉体供給口によって前記燃焼室内に開口しており、且つ、前記複数の原料粉体供給口は、前記無機質球状化粒子製造用バーナの中心軸を囲むように配置されており、
前記燃料ガス供給路は、前記燃焼室の側壁に開口するとともに、平面視で前記原料粉体供給口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に沿った方向で前記燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出口を有しており、
前記支燃性ガスを供給する供給路は、前記燃焼室の側壁に開口するとともに、平面視で前記燃料ガス噴出口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に対する直交方向の面内で旋回流を形成させながら前記支燃性ガスを噴出する第1噴出口と、前記燃焼室の側壁における前記第1噴出口よりも下流側の位置に開口するとともに、平面視で前記第1噴出口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に向けて前記支燃性ガスを噴出する第2噴出口とを有しており、
前記燃料ガス噴出口から噴出する前記燃料ガスの運動量をmfとし、前記第2噴出口から噴出する前記支燃性ガスの運動量m0の、前記バーナの軸方向に直交する方向の運動量をm0,θとしたとき、これらの関係が下記(1)式で表される関係を満たすことを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナ。
mf/m0,θ ≦ 1.0 ・・・・・(1) A burner for producing inorganic spheroidized particles, which has a bottomed cone-shaped combustion chamber that is open so that the tip side in the flame formation direction expands in diameter,
a raw material powder supply path for supplying raw material powder toward the combustion chamber using oxygen or oxygen-enriched air as a carrier gas;
a fuel gas supply path disposed so as to surround the raw material powder supply path from the outer peripheral side and supplying fuel gas toward the combustion chamber;
a supply path arranged to surround the fuel gas supply path from the outer peripheral side and supplying a combustion-supporting gas toward the combustion chamber;
The raw material powder supply path opens into the combustion chamber through a plurality of raw material powder supply ports provided in a powder distribution plate disposed at the bottom of the combustion chamber, and the plurality of raw material powder supply ports are provided. The mouth is arranged so as to surround the central axis of the inorganic spherical particle-producing burner,
A plurality of the fuel gas supply passages are provided so as to surround the raw material powder supply port in a plan view while opening in a side wall of the combustion chamber, and eject the fuel gas in a direction along the central axis. It has a gas outlet,
A plurality of supply passages for supplying the combustion-supporting gas are provided so as to open in a side wall of the combustion chamber and surround the fuel gas ejection port in plan view, and swivel in a plane perpendicular to the central axis. a first ejection port that ejects the combustion-supporting gas while forming a flow; and a second ejection port provided in a plurality so as to surround and ejecting the combustion-supporting gas toward the central axis,
Let mf be the momentum of the fuel gas ejected from the fuel gas ejection port, and m be the momentum of the combustion-supporting gas ejected from the second ejection port m0 in the direction orthogonal to the axial direction of the burner. A burner for producing spherical inorganic particles, characterized in that, when 0 and θ, these relationships satisfy the relationship represented by the following formula (1).
m f /m 0 , θ ≤ 1.0 (1)
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