JPH01136907A - 金属粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、超音速・超音波振動を有するアトマイズガス
を使用する、いわゆる超音波ガスアトマイズ法による金
属粉末の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、金属微粉末の好適な製造方法として超音波ガスア
トマイズ法（以下、ＵＧＡ法という。）が注目されてい
る。この方法は、第３図および第４図に示すように、タ
ンディツシュ２１に貯えられた金属溶湯２７を溶湯ノズ
ル２２からチャンバー２４内に流下させ、溶湯ノズル２
２の先端部に近接した位置で溶湯流にＵＧＡノズル２３
から超音速・超音波振動を有する高圧のアトマイズガス
を対向状にかつ斜め下向きに噴射して、溶湯流を分裂粉
化させると共に急冷を行って金属粉末を製造する方法で
ある。同図において、２５は製造された金属粉末２８を
集積し回収する回収溶器である。

ＵＧＡ法においても、一般のガスアトマイズ法と同様、
Ｐｏｗｄｅｒ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ　ｖｏｌ。

１Ｂ　（１９８６）　Ｐ３３Ｂ〜３４０．Ｐ４２２〜４
２４において明らかにされた通り、得られた金属粉末の
粒度は、単位時間の溶湯流の流量とアトマイズガス流量
の比に依存することが知られている。勿論、粉末粒度は
、装置構成、アトマイズガスの種類、ガス圧、アトマイ
ズノズル等の他の因子によっても変化するが、これらは
操業に当って一定であるため、一定精度の粉末を得るに
は、上記溶湯とアトマイズガスの流量比を一定とする方
策が採られる。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に、ガスアトマイズ法においては、溶湯流の粉化が
行われる、アトマイズガス流の交点近傍では、 ■ガス流の衝突による上方向へのガスの流れ■ガス流の
流速や流れの形態による圧力の変動が生じることが知ら
れている。

前記■項は、溶湯流出口からの距離に大きく依存し、あ
る程度以上離れると無視することができる。従って、従
来、ガスアトマイズ法で使用されている自由落下型アト
マイズノズル３３では、第５図に示すように、タンディ
ツシュ３１底部に開設された溶湯流下口３２とガス流交
点とが離れているので、■項によるノズル閉塞の問題は
あるものの、■項による影響はほとんどなく無視するこ
とができた。

これに対して、ＵＧＡ法では、第４図に示すように、溶
湯ノズル２２の先端部とＵＧＡノズル（所謂、拘束型ノ
ズルと呼ばれている。）２３から噴射されたガス流交点
とが近接しているため、■項による圧力変動が溶湯ノズ
ルから流下する溶湯流量ひいては粉末粒度に大きな影響
を及ぼす。

前記圧力変動は、ガス流の交点と溶湯ノズルの先端との
位置関係や溶湯ノズルの先端部形状によって定まる。先
端部形状は設備仕様により一定であるから、現実には、
圧力変動ΔＰは溶湯ノズルの位置によって定まると考え
てもよく、先端位置が上下方向にわずか数ｍ変化すると
、溶湯ノズル先端部のΔＰは数＋ｋ　Ｐａの正圧（吹き
上げ）から数十ｋ　Ｐａの負圧（吸引）まで変化するこ
とが先の技術文献によって明らかにされている。

この圧力変動は、単位時間の溶湯流量を変化させ、ガス
流量と溶湯流量との比を変え、粉末の粒度を変化させる
。このため、ＵＧＡ法は、溶湯ノズル２２をＵＧＡノズ
ル２３に対して上下方向に位置調整することによって、
溶湯ノズル２３の先端部に作用するΔＰを調整すること
ができ、これによって粉末粒度を容易に変更できるとい
う、従来のガスアトマイズ法にない特長を有している。

その反面、ＵＧＡ法は、所定の粉末粒度（目標値±１０
％の粉末粒径を意味する。）を得るためには、溶湯ノズ
ルとアトマイズガスノズルとの上下方向位置関係を厳密
に調整する必要があった。−般に、ガス噴射口の内径は
１圓程度であり、ガス流速の変化は１／１００　ｎｍ程
度の位置の違いでも生じるため、溶湯ノズルには１／１
００　ｍ＋ａ単位の加工、位置決め精度が必要とされる
。このため、所定粒度の粉末の製造が非常に困難な状況
にあった。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、ＵＧＡ法
において、溶湯ノズルの加工精度や位置決め精度に高精
度を要せず、容易に所定粒度の金属粉末を製造すること
ができる方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために採られた本発明の金属粉末の
製造方法は、タンディツシュに貯えられた金属溶湯を溶
湯ノズルからチャンバー内に流下させ、溶湯ノズルの先
端部に近接した位置で溶湯流にアトマイズノズルから超
音速・超音波振動を有するアトマイズガスを噴射して、
溶湯流を粉化すると共に急冷する金属粉末の製造方法に
おいて、タンディツシュに貯えられた金属溶湯の自由表
面にががる背圧を調整して所定粒度の金属粉末が得られ
るように溶湯流の流量を調整することを発明の構成とす
るものである。

（作　用） 溶湯流の流量Ｑは、装置構成、金属溶湯成分、金属溶解
温度が決まれば、溶湯ノズルからの溶湯流出速度■で代
表することができ、この■については、下記式の関係が
成り立つ。

＋ ＶＯＣ（（Ｐｓ十ρｇｈ−Ｐｃ−ΔＰ）／　９　）　　
　−−−−−（１）ここで Ｐｓ：タンディッシュ内溶湯自由表面の背圧ρ：溶湯の
密度 ｇ：重力加速度 ｈ：溶湯ノズル先端部と溶湯自由表面との高度差 Ｐｃ：チャンバー内圧 ΔＰ：アトマイズガスによって生じる溶湯ノズル先端部
の圧力変動 従って、（］）式の右辺を一定の値に保てば、溶湯流量
は一定となり、所定粉末粒度が得られる。

（１）式において、ρは金属成分によって定まり一定と
考えてよいから、結局、粉末粒度は下記式で表されるＨ
によって決まるものと考えられる。

Ｈ−Ｐｓ＋　ｆ）　ｇｈ−Ｐｃ−ΔＰ　−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−（２）今、所定粒度の粉末製
造条件をＨｏとすると、Ｈｏは下記式で表される。

Ｈｏ−ＰＳｏ＋　ｐ　ｇｈｏ　　Ｐｃ、−ΔＰ０　°−
−−−−−−（３）一方、前記所定粒度を目標として製
造した場合の製造条件をＨｌとすると、Ｈｌは下記式で
表される。

Ｈ、＝Ｐｓ、　＋　ｐ　ｇｈ、−Ｐｃ、−ΔＰＩ　　−
−−（４）従来、Ｐｓ＋　＝ＰＳ６　、ｈ＋−ｈａ　、
Ｐｃ０＝ＰＣ１として操業されており、結局、製造条件
において、ａＨ＝Ｈ，−Ｈ，−−（ΔＰ１−Δｐ、）　
　・・−（５）が顕著に溶湯流量に影響したわけである
。即ち、ｄＨは溶湯ノズルの加工誤差や位置誤差によっ
て生じたものであり、このｄＨを０にするために、厳し
い加工精度や位置決め精度が求められていたのである。

本発明においては、Ｐｓを調整することにより、（ΔＰ
１−ΔＰ０）をそのまま存在させた状態で、ｄ　Ｈ＝　
（Ｐｓ　＋　　Ｐｓｏ）　　（ΔＰ１−ΔＰ、）　＝　
Ｏ−・（６）とするものである。

ここで、Ｐｓ、　＝Ｐｓ、＋ΔＰｓとおくと、（６）式
は、ΔＰｓ＝ΔＰ、−ΔＰ０ となる。即ち、本発明は、ＰｓｏにΔＰｓを与えること
によって、溶湯ノズルの加工誤差や位置誤差によって生
じたΔＰの変動（ΔＰ＋−ΔＰｏ）を解消し、ＨＩ＝Ｈ
０として所定の溶湯流量を確保し、ひいては所定の粉末
粒度を得るものである。

例えば、　（Δｐ、−ΔＰＪ　＝　　１０　ｋ　Ｐａ　
とすると、ΔＰｓは−１０ｋ　Ｐａとなり、タンディツ
シュに貯えられた金属溶湯の背圧を１０　ｋ　Ｐａ　減
圧すれば、所定の粉末粒度が得られる。また、（ΔＰ、
−Δｐｏ）＝１０　ｋ　Ｐａであれば、ΔＰｓ＝１０　
ｋ　Ｐａとなり、背圧を１０　ｋ　Ｐａ増圧すればよい
。

尚、ΔＰの値は、溶湯ノズルをセットした後、溶湯流を
流下させることなく、所定のアトマイズガスを噴出させ
ることにより、容易に測定される。

（実施例） まず、本発明を実施するためのＵＧＡ装置の概略を第１
図に基づいて説明する。

第１図に示したＵＧＡ装置は、金属溶湯１３を貯えるた
めのタンディツシュ１と、該タンディツシュ１の底部よ
り下方へ延設された溶湯ノズル２の先端部下方近傍位置
でノズルから噴射した超音波アトマイズガスを交叉させ
るようにしたＵＧＡノズル３と、該ＵＧＡノズル３の下
部に連設されたチャンバー４とで構成されており、チャ
ンバー４にはサイクロン６が接続され、該サイクロン６
に製造された金属粉末１４を集積し回収するための回収
容器５が備えられている。かかる基本構成は従来と同様
である。

前記タンディツシュ１には、その上部にカバー７が設け
られており、内部を密閉状態としている。

カバー７には、タンディツシュ１に貯えられた金属溶湯
１３の背圧測定用の圧力計８および給排気管９が設けら
れている。１０は増圧手段としての不活性ガス高圧ボン
ベであり、１１は減圧手段としての排気装置であり、流
量調整バルブ１２．１２を介して前記給排気管９に接続
されている。

タンディツシュ１内の金属溶湯１３の背圧を減圧する場
合は排気装置１１を作動させ、背圧を増圧する場合は高
圧ボンベ１０から不活性ガスをカバー内部へ導入する。

背圧の増・減圧手段としては、前記のものに限らず、排
風機やコンプレッサー等を用いることができる。これら
は、背圧調整範囲を広くとることができる利点がある。

上記の装置を用いて、平均粉末粒度７０μｌを目標とし
た操業実施例を以下に示す。

本装置の過去の操業データでは溶湯ノズル先端部の圧力
変動ΔＰ０が−１９ｋ　Ｐａの時に平均粒径７０μｍの
粉末が得られていた。そこで、その隙の溶湯ノズルの取
付位置を目安にして、溶湯ノズルを取り付け、圧力変動
ΔＰ１を測定した。　（ΔＰ、−Δｐｏ）の差圧を排気
装置又は高圧ボンベによって発生させ、ΔＰｓ＝ΔＰ、
−ΔＰ０をカバー内部の金属溶湯背圧に付加し、ｄＨ＝
ΔＰｓ　−（ΔＰ＋−Δｐｏ）　＝０となるように調整
してアトマイズを実施した。

尚、アトマイズガスとしては、窒素ガスを用いた。

ガス圧は従来と同様６０　ｋ　Ｐａとした。タンディツ
シュ内の溶湯レベル、溶湯ノズル口径、チャンバー内圧
等の他の製造条件は従来と同様とした。

その結果を第１表に示す。

第１表 注　　ΔＰｏ＝　　　１９　ｋ　Ｐａ 同表より、何れも目標値７０μｍに対して±１０％の誤
差内に収まっていることが確認された。

尚、背圧を調整しない場合、溶湯ノズルの位置誤差１／
１０ｍｍに対して、ＩΔＰ１−ΔＰｏ　ｌ　＝５　ｋ　
Ｐａ。

溶湯流量の変化−０，３ｊ！／ｍｉｎ、粒度変化−１０
〜３０μｍ程度であった。

ところで、実施例で使用したＵＧＡ装置を使用して、溶
湯ノズルの上下方向位置と溶湯背圧調整後の粉末平均粒
径との関係を調べたところ、第２図に示す結果が得られ
た。同図において、ａはＵＧＡノズル上面から溶湯ノズ
ル先端までの距離、Ｄａはａのときに得られた粉末平均
粒度である。

第２図より、背圧調整によって、溶湯流量を一定に保っ
ても、溶湯ノズルの位置誤差が３／１０ｍｍ以上あると
所定粒度の粉末が得られないことが判明した。これは、
アトマイズガス流の状態自体がノズル等の位置関係に伴
って変化し、ガス流の有するエネルギーを溶湯流の粉化
に転化する効率が変化するためと考えられる。従って、
本発明を実施するに当っては、溶湯ノズルの加工、位置
決め精度は、共に１／１０ｍｍ程度として、圧力変動Δ
Ｐに寄与する誤差の累積を２／１０ｍｍ程度とし、背圧
の最大調整範囲として±１０　ｋ　Ｐａ程度とすること
が望ましいと考えられる。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の製造方法によれば、溶湯ノ
ズルの加工精度や位置決め精度を従来のように、１／１
００１ＩＩＩ単位で調整する必要がない。従って、所定
粒度の粉末の製造に当り、溶湯ノズルの加工や操業時の
設置を極めて容易に行なうことができ、所定粒度の金属
粉末を容易に、かつ再現性良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で使用したＵＧＡ装置の説明図、第２図
は溶湯ノズル上下方向位置と粉末平均粒径との関係を示
すグラフ図、第３図は従来のＵＧＡ装置の説明図、第４
図はＵＧＡノズルの断面説明図、第５図は従来の自由落
下型アトマイズノズルの断面説明図である。 １−タンディツシュ、２−溶湯ノズル、３−ＵＧＡノズ
ル、４・−・チャンバー、１３・−金属溶湯。 特許出願人　　株式会社　神戸製鋼所 化　　理　　人　　弁理士　安田敏雄・、−′−１１’
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）タンディッシュに貯えられた金属溶湯を溶湯ノズ
   ルからチャンバー内に流下させ、溶湯ノズルの先端部に
   近接した位置で溶湯流にアトマイズノズルから超音速・
   超音波振動を有するアトマイズガスを噴射して、溶湯流
   を粉化すると共に急冷する金属粉末の製造方法において
   、タンディッシュに貯えられた金属溶湯の自由表面にか
   かる背圧を調整して所定粒度の金属粉末が得られるよう
   に溶湯流の流量を調整することを特徴とする金属粉末の
   製造方法。