JPH02115307A - 金属溶湯の噴霧方法及びそのための注湯装置 - 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、球状金属粉末を製造するための金属溶湯の噴
霧方法、及びそのための注湯装置に関する。

従来の技術 金属及び合金粉末（以下、金属粉末という）は、近年、
非常に広い分野で用いられており、特に、粉末加工時の
充填性や、塗布或いは印刷用など、流動性を必要とする
分野には、球状金属粉末の使用が不可欠な場合が多い。

一般に、球状金属粉末を製造する工業的な方法としては
、ガス噴霧法が採用されている。この方法は、金属溶湯
を噴霧ノズルの注湯口から流下させると共に、その溶湯
流に対してその周囲に配したガス噴射口より１０ｋｇ／
（ｄのガスジェットを噴出・投射し、その剪断力により
、金属溶湯を霧化・凝固させるものである０通常、霧化
ガスとしては、アルゴンや窒素等の不活性ガスが使用さ
れているが、水を使用する水噴霧法が適用されることも
ある。

第４図は、従来用いられているガス噴霧装置を示すもの
であって、この装置においては、溶解炉１の底部に設け
られた注湯口８から流下する金属溶湯に、噴霧ノズル３
からガスジェットを投射して金属溶湯を粉化し、噴霧チ
ャンバー４の底に設けられた回収器５に回収させる。

発明が解決しようとする課題 上記ガス噴霧法によって粒状金属粉末を製造する場合、
その粒径はガスの剪断力に反比例し、ガス圧が高いほど
、又ガス投射角度がある程度大きくなるほど霧化効率は
高くなり、得られる金属粉末はより微細化するが、金属
粉末の粒度は、ある範囲に広がったものになることは避
けがたい、この金属粉末の粒度を決定する要因としては
、溶湯温度以外に注湯口径、噴霧ノズルの孔径や広かり
、角度、ガスの種類、圧力などがあり、当然ながら、粒
度分布の広がりもそれ等の影響を受ける。

更にまた、従来のガス噴霧法おいては、溶解炉内の金属
溶湯の量が減少するにしたがって、注湯口から流下する
金属溶湯の注湯量が少なくなり、金属粉末は、粒径の大
きいものから次第に小さいものに変化し、したがって、
粒度分布の広いものが形成されるという問題があった。

ところで、近年、金属粉末は、エレクトロニックス関連
分野で、例えば、配線用、接合用ペーストの原料として
使用される場合など、特定の粒度範囲を有するものが要
求される様になってきており、粒度分布が広い場合には
歩留まりが悪くなるという問題もあった。

本発明は、従来の技術における上記のような問題点に鴛
みてなされたものである。

したがって、本発明の目的は、狭い範囲の粒度分布を有
する金属粉末を容易に得るための金属溶湯の噴霧方法を
提供することにある。

本発明の他の目的は、狭い範囲の粒度分布を有する金属
粉末を容易に得るための注湯装置を提供することにある
。

本発明者等は、実験の結果、注湯量、したがって、注湯
圧力と口径が粒度分布を大きく左右すること、注湯量は
、溶湯高さ、すなわちヘッド高さに依存し、そして注湯
量を一定にすれば、狭い粒度分布の金属粉末が得られる
ことを見出だし、本発明を完成するに至った。

課題を解決するための手段 本発明の金属溶湯の噴霧方法は、金属溶湯を流下させ、
その周囲から高圧のガスジェットを噴霧ノズルから溶湯
流に投射してｏｉ霧、凝固することからなるものであっ
て、溶解炉の金属溶湯を連通管によってタンデッシュに
流下させ、流下した金属溶湯をタンデッシュ底部の注湯
口から流下させ、噴霧、凝固させることからなり、該溶
解炉の雰囲気圧力を、タンデッシュの雰囲気圧力よりも
低圧に維持することを特徴とする。

また、本発明の金属溶湯を噴霧するための注湯装置につ
いて実施例に対応する第２図を参酌して説明すると、本
発明の注湯装置は、底部に連通管６を有する溶解炉１、
底部に注湯口８を備え、溶解炉の底部に配設されたタン
デッシュ２とよりなり、その連通管は、下端がタンデッ
シュ内で開口してタンデッシュ内の溶湯高さを規制する
よう配設されてなることを特徴とする。

本発明において、噴霧時の単位時間当りの注湯量は、タ
ンデッシュ内の溶湯高さ、即ちヘッド高さに依存し、全
噴霧時間にわたって一定であることが必要である。もし
も、噴霧時に溶融高さが変動すると、注湯量、したがっ
て比ガス！（単位重量当りの金属溶湯を粉化するのに必
要なガス消費量）が変化するために、得られる金属粉末
の最頻出粒径は時々刻々変化する。即ち、粒度分布は広
がる傾向にある。

また、本発明において、注湯装置の注湯口の口径は、粒
度分布の狭巾化の立場からは小さい方が好ましい０本来
ガス噴霧法は、ガス自体が圧縮性流体であるため、ノズ
ルから噴射時に速度分布をもち、金属溶湯の剪断エネル
ギーが広い分布になりやすいため、注湯流はできるだけ
均一なエネルギーで剪断されるよう細流化する必要があ
るが、細流化すると単位時間当りの粉化量は当然減少し
、長時間の噴霧操作が必要となる。したがって、その間
一定の溶湯高さを保持することが必要になってくる。

作用 本発明においては、溶解炉と噴霧ノズルとの間に、溶湯
高さＨを規制するタンデッシュ、即ち調整炉を設けたか
ら、タンデッシュ内の溶湯高さ、即ちヘッド高さが全噴
霧時間にわたって、一定に保持される。

即ち、本発明においては、溶解炉１内の金属溶湯は、連
通管６を通ってタンデッシュ２内に流下するが、タンデ
ッシュ内の金属溶湯の液面が連通管の開口部に達すると
、溶解炉１の雰囲気圧力は、タンデッシュ２の雰囲気圧
力よりも低圧に維持されているから、溶解炉内の金属溶
湯とタンデッシュ内の金属溶湯との間に均衡が保たれ、
連通管を流下する金属溶湯の流れが停止する。一方タン
デッシュ２内の金属溶湯は、注湯口８から流下するので
、タンデッシュ内の液面は下って、溶湯高さは次第に低
くなるが、液面が連通管の開口部よりも下になると、連
通管の開口部からタンデッシュ内の雰囲気ガスが連通管
を上昇して溶解炉内に流入し、溶解炉内の圧力を流入ガ
スの分だけ高める結果、それに相当する量の金属溶湯が
溶解炉からタンデッシュ内に流下する。そして、タンデ
ッシュ内の金属溶湯の液面が、連通管の開口部に達する
と、溶解炉とタンデッシュ内の圧力の差によって、金属
溶湯の流下は停止する。

尚、タンデッシュ内の雰囲気ガスが連通管を通って溶解
炉内に流入する場合、そのガスは、溶解炉内で急激な熱
ｗＢ脹のため、突沸現象を起こしながら浮上する。その
ため、金属溶湯を撹拌する作用を行なう。

本発明においては、以上のように、タンデッシュ内の溶
湯高さは、連通管の開口部の位置を基準にして、常にほ
ぼ一定に保たれるから、タンデッシュの注湯口から流下
する溶湯量は、全噴霧時間にわたって常に一定に保たれ
る。

実施例 本発明の実施例を図面を参酌して説明する。

第１図は、本発明を実施するためのガス噴霧装置の概略
の構成を説明するための断面図であり、第２図は、本発
明の注湯装置の概略の断面図である４図中、１は溶解炉
、２はタンデッシュ、３は噴霧ノズル、４は噴霧チャン
バー、５は回収器、６は連通管、７は排気口、８は注湯
口、９及び１０は圧力調整弁、１１は弁、１２はヒータ
ーである４溶解炉１で溶解された金属溶湯は、連通管６
を通ってタンデッシュ２に移送され、その注湯口８から
注湯される。噴霧チャンバー４内では、注湯流に対して
噴霧ノズル３から噴射されたガスジェットが投射され、
それによって金Ｒ溶湯は霧化、凝固して粉末となり、噴
霧チャンバー４の底に落下する。この金属粉末は回収器
５によって補集される。

上記の場合、溶解炉１内の雰囲気圧力は、タンデッシュ
内の雰囲気圧力よりも充分に低くなっていることが必要
である。実際には、溶解炉の排気ロアから、例えば真空
ポンプによって排気した後、弁１１を閉じることによっ
て、溶解炉内の雰囲気圧力をタンデッシュ内の雰囲気圧
力よりも充分に低くすることができる。なお、金属の蒸
気圧が低い場合には、噴霧操作の途中で溶解炉内の雰囲
気ガスを排気する必要がある場合が生じる。

溶解炉１の底部に設けられた連通管６からタンデッシュ
２内に流下する金属溶湯は、その液面が連通管６下端の
開口部に達すると、溶解炉内の雰囲気圧力とタンデッシ
ュ内の雰囲気圧力の差によって均衡が保たれ、流下が停
止する。

一方、タンデッシュの底部に設けられた注湯口８からは
金属溶湯が流出するので、タンデッシュ内の溶湯高さＨ
は徐々に低くなるが、液面が連通管の開口部よりも下に
なると、連通管の開口部からタンデッシュ内の雰囲気ガ
スが連通管を上昇して溶解炉内に流入する。この場合、
流入ガスは、溶解炉内で急激な熱膨張のため、突沸現象
を起こしながら浮上して、金属溶湯を撹拌する。そして
充分に撹拌された金属溶湯か浮上するガスと入れ代わっ
て連通管内を流下し、タンデッシュ内に移送されること
になる。上記の撹拌作用は、特に、半田合金等、液相分
離が起こりやすい共晶合金系の粉末を得る場合に、粉末
組成の時間的ずれを解消するという効果を生じるので、
極めて望ましい現象である。

タンデッシュ内の金属溶湯の液面が、連通管の開口部に
達すると、溶解炉とタンデッシュ内の圧力の差によって
、金属溶湯の流下は停止する。

したがって、タンデッシュ内の金属溶湯のヘッド高さは
連通管の開口部の位置を基準に、はぼ−定に維持される
ので、注湯口から流下する金属溶湯の量は、全噴霧時間
にわたって一定に維持される。

尚、圧力調整弁９及び１０は、雰囲気圧力を調整するな
めのものであって、凝固による注湯口の閉塞の防止や、
異常時における注湯の停止のために設けられたものであ
る。

なお、タンデッシュ内の金属溶湯の溶湯高さは、連通管
６の下端開口部とタンデッシュの底との間の距離によっ
て決定されるので、本発明においては、連通管の長さを
変化させることによって、溶湯高さ、したがって単位時
間当りの注湯量を調整することが可能である。

次に、本発明の金属溶湯の噴霧方法の具体的な実施例を
示す。

半田溶湯を窒素ガス噴霧により粉化し、半田粉末を作製
した。注湯装置としては、第２図に示されるものを用い
、タンデッシュの底部に設けられた注湯口の口径は２．
５　ｃｍとし、窒素ガスの噴射圧は２０ｋｌｒ／−に設
定して一定に維持しな。また、溶解炉からの連通管の長
さを１５ａｍ、１０（至）及び５■の３段階に変化させ
た。比較のために、溶湯高さを一定に維持する機構を有
しない場合、即ち、溶解炉とタンデッシュを直結した場
合についても噴霧試験を行なった。

得られた４種類の半田粉末について、粒度分布を測定し
、第３図に示される結果を得な。第３図は対数正規分布
関数の形でグラフ化したもので、縦軸は累積百分率であ
り、横軸は粒径である。また、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、そ
れぞれ連通管の長さが１５ｃｍ、１０■、５ｃｍ及び０
■の場合を示す。この図において、直線の傾斜が急にな
るほど、粒度分布が狭くなることを示している。

第３図から、半田粉末の粒径範囲が２００〜４００メツ
シユの収率は、Ａでは３０％、Ｂでは２９％、Ｃでは２
７％であるのに対し、連通管を設けないＤでは２０％弱
であることが分かる。

また、タンデッシュ内の溶湯高さが最も低いＡの場合は
、比ガス量の関係で、粒径は最も細粒側にあり、溶湯高
さが高くなるに従って粗粒化する傾向が見られるが、直
線の傾き、即ち特定粒度域の収率は、Ａ、Ｂ、Ｃの間に
大差がないこと分かる。また、連通管を設けないＤの場
合は、噴霧開始時の単位時間当りの注湯量が極めて大き
いため、即ち、比ガス量が小さいために、粗粒化し、噴
霧時間の経過と共に粉末は細粒化し、直線の頷きは緩や
かで、粒度分布は広がっていることが分かる。

発明の効果 本発明は、上記の構成を有するから、金属溶湯を噴霧し
て球状金属粉末を製造する場合、注湯口から流下する金
属溶湯の注湯量を全噴霧時間にわたって一定に保つこと
が可能であり、したがって狭い範囲の粒度分布を有する
球状金属粉末を良好な収率で容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するためのカス噴霧装置の概略断
面図、第２図は本発明の注湯装置の概略断面図、第３図
は球状粉末の粒径とその累積百分率との関係を示すグラ
フ、第４図は、従来用いられているガス噴霧装置の概略
断面図である。 １・・・溶解炉、２・・・タンデッシュ、３・・・噴霧
ノズル、４・・・ＯＸ霧チャンバー、５・・・回収器、
６・・・連通管、７・・・排気口、８・・・注湯口、９
及び１０・・・圧力調整弁、１１・・・弁、１２・・・
ヒーター、Ｈ・・・溶湯高さ。 特許出願人　　大同特殊鋼株式会社 代理人　　　　弁理士　液部　剛 第３図 炒 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属溶湯を流下させ、その周囲から高圧のガスジ
   ェットを噴霧ノズルから溶湯流に投射して霧化、凝固す
   ることからなる金属溶湯の噴霧方法において、溶解炉の
   金属溶湯を連通管によってタンデッシュに流下させ、流
   下した金属溶湯をタンディシュ底部の注湯口から流下さ
   せ、霧化、凝固させることからなり、該溶解炉の雰囲気
   圧力を、タンデッシュの雰囲気圧力よりも低圧に維持す
   ることを特徴とする金属溶湯の噴霧方法。
2. （２）底部に連通管を有する溶解炉と、底部に注湯口を
   備え、該溶解炉の底部に配設されたタンデッシュとより
   なり、該連通管は、下端がタンデッシュ内で開口してタ
   ンデッシュ内の溶湯高さを規制するよう配設されてなる
   ことを特徴とする金属溶湯を噴霧するための注湯装置。