JPH04114523U - 球状金属微粉末の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 噴霧ノズルから不活性ガスジェットを溶融金
属流に噴射衝突させることにより、溶融金属流を微粒子
化する金属粉末製造用ガスアトマイズ装置において、ノ
ズル閉塞等の問題を招来することなく、目標とする微粉
末を高収率で、かつ経時的に安定して製造する。 【構成】 金属粉末製造用ガスアトマイズ装置におい
て、環状ガスノズルヘッダーの下面に複数のペンシル型
ガス噴霧ノズルを、各ノズルの下向き延長軸線が溶融金
属流中の略一点を頂点とする逆円錐面上に位置し、かつ
各ノズル先端位置が交互に上記逆円錐面の頂点から所定
距離にある第１噴射位置又はこれより距離の短い第２噴
射位置になるように配列して取付ける。また、複数のペ
ンシル型ガス噴霧ノズルにノズル寸法の短い短尺ノズル
及びノズル寸法の長い長尺ノズルを用い、短尺ノズルの
口径Ｄ₁ と長尺ノズルの口径Ｄ₂ とがＤ₁ ≧Ｄ₂ の条件
を満足するのがよい。また、各噴霧ノズルが同心円上に
配置され、各噴霧ノズルの噴霧交差角度θが１６°≦θ
≦２８°の範囲にあるのが好ましい。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、球状金属微粉末の製造装置に関し、特に溶融金属の落下流に不活 性ガスジェットを噴射して溶融金属流を微粉化し、球状金属微粉末を得るガスア トマイズ装置において吹き上げによるトラブルを減少できるようにした製造装置 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

溶融金属流に高圧の噴霧媒体を噴射衝突させて溶融金属流を粉化させるアトマ イズ法は、生産性が良く、かつ広範囲の金属材料の粉化に適用できることから、 金属粉末の製造方法として広く使用されている。このアトマイズ法において、噴 霧媒体に水を用いる場合には水アトマイズ法と呼び、又不活性ガスや空気を用い る場合にはガスアトマイズ法と呼んでいる。

【０００３】 活性元素を多く含む金属粉末の製造においては、活性元素の酸化による損失や 含有酸素量の上昇を抑えるため、一般には不活性ガスアトマイズ法が用いられて いる。また、ガスアトマイズ法では、水アトマイズ法に比較して冷却速度が遅く 、噴霧中に表面張力によって球状化する時間的余裕があり、球状粉を容易に得る ことができることから、高清浄度球状粉末の製造法として広く用いられている。

【０００４】 最近、射出成形、溶射、塗布等の各種用途に、球状金属微粉末の需要が増加す る傾向にあるが、かかる球状金属微粉末の製造には上述の理由からガスアトマイ ズ法が適用されている。

【０００５】 この種のガスアトマイズ装置では、ガス噴霧ノズルを、噴射ガス膜が円錐形状 となる円環型、あるいは噴霧ガス平面がＶ字状に交差するＶ型に配列するのが一 般的である。さらに、噴霧ノズルのノズル孔には、スリットタイプと小孔を連線 させたタイプとがあり、又小孔タイプにも平面状に並べたものと、平面からそれ ぞれ独立して突出させたペンシル型、等がある。

【０００６】 上述の噴霧ノズルのうち、特にペンシル型の噴霧ノズルでは、口径の異なる噴 霧ノズルチップを取り替えることによって噴霧ジェットの調整が容易にでき、し かも最もよく使用される逆円錐形噴霧の場合には、噴霧ガスジェット膜の内部に 形成されてブロッキング現象の原因となる負圧状態が、ノズル間隙から吸い込ま れる雰囲気ガスによって緩和され、ブロッキング発生確率が低減する等、噴霧時 の経時的安定性が高いという利点がある。

【０００７】 また、射出成形等の金属微粉末利用分野においても、近年、アトマイズ粉の使 用が試みられているが、かかる射出成形等にアトマイズ粉を使用するためには、 粉末をさらに微細化することが要求される。しかし、ガスジェットの噴霧速度、 噴霧圧力及び噴霧角度を増大させて粉末の微細化を図るようにすると、噴霧ガス ジェットが形成する逆円錐形ジェット膜の頂点付近で、噴霧ガスの一部がガス膨 張や体積効果等によって吹き上がり、それに伴って溶湯が吹き上げられてノズル やノズルホルダー等に付着堆積し、いわゆるブロッキングが発生してノズル閉塞 現象が生じやすく、安定した粉末製造ができない。

【０００８】 従来、このようなノズル閉塞現象を防止するため、噴霧角度が異なる２種類以 上の噴霧ノズルチップを使用することにより、溶融金属流と噴霧ガスジェットの 噴霧交差領域を分散させる、という２重衝撃方式による噴霧方法が提案されてい る（例えば、特公昭６２−２４４８１号公報参照）。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、上記従来の２重衝撃式噴霧方法では、噴霧角度の異なる噴霧ノズルチ ップを使用して溶融金属流とガスジェットの衝突領域を分散させるようにしてい るので、溶融金属流とガスジェットとの衝突角度が噴霧ノズル毎に異なり、溶湯 に対する噴霧ガスの衝撃力も異なる結果、生成粉末の粒度分布が広くなって目標 とする粒度の粉末回収率が低いという問題があった。

【００１０】 また、噴霧状況が不安定になりやすく、フレーク状粉末等、不規則形状粉末が 多量に発生し、かつノズル閉塞等を起こしやすく、経時的に安定して粉末を製造 することができないという問題もあった。

【００１１】 この考案は、かかる問題点に鑑み、ノズル閉塞等の問題を招来することなく、 目標とする微粉末を高収率で、かつ経時的に安定して製造できる球状金属微粉末 の製造装置を提供することを課題とする。

【００１２】 そして本件考案者は上述の課題を解決すべく鋭意研究した結果、溶湯金属流を 取り囲む下向き環状ノズルヘッダーの下面、即ちノズル面に、複数のガス噴射ノ ズルをそのノズル中心軸線の下向き延長線が焦点を結びかつノズル先端が中心軸 線上で異なる位置になるように配列することによってブロッキング等に起因する ノズル閉塞現象が低減でき、しかも安定した噴霧が行え、かつ目標とする粉末粒 度の粉末が高収率で回収できることを知見し、本考案を完成したものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

そこで考案に係る球状金属微粉末の製造装置は、噴霧ノズルから不活性ガスジ ェットを溶融金属流に噴射衝突させることにより、溶融金属流を微粒子化する金 属粉末製造用ガスアトマイズ装置において、環状ガスノズルヘッダーの下面に複 数のペンシル型ガス噴霧ノズルを、各ノズルの下向き延長軸線が溶融金属流中の 略一点を頂点とする逆円錐面上に位置し、かつ各ノズル先端位置が交互に上記逆 円錐面の頂点から所定距離にある第１噴射位置又はこれより近い第２噴射位置に なるように配列して取付けるようにしたことを特徴とする。

【００１４】 ここで複数のペンシル型ガス噴霧ノズルは同一ノズルを交互にその下向き延長 軸線上をずらして配置してもよいが、取付け作業上、ノズル寸法の短い短尺ノズ ル及びノズル寸法の長い長尺ノズルを交互に同心円上に配置するのがよく、その 際、短尺ノズルの口径Ｄ₁ と長尺ノズルの口径Ｄ₂ とがＤ₁ ≧Ｄ₂ の条件を満足 するのが好ましい。これは、短尺ノズルの口径Ｄ₁ が長尺ノズルＤ₂ より小さい と、後述する一次霧化が十分に行われず、生成する金属粉末が粗粒側に移行し、 形状も異形化する傾向が強くなるとともに、噴霧状況も不安定になってノズル閉 塞を起こしやすく、噴霧状況を良好に保持して目標粒度分布の球状微粉末を製造 する上で上記の関係を満たすノズルを併用することが好ましいからである。

【００１５】 また、噴霧ノズルの噴霧角度θは１６°≦θ≦２８°の範囲に設定することが 好ましい。噴霧角度θを１６°未満に設定すると、溶湯に対する噴霧ガスジェッ トのエネルギーの集中効率が極めて低くなる、即ち噴霧効率が大幅に低下し、フ レーク状粉末等、異形粉末の生成量が急激に増加し、目標とする球状金属粉を得 ることができないからである。他方、噴霧角度θを２８°を越える値に設定する と、噴霧ガスジェットのエネルギー集中度が増大して噴霧効率が向上するが、噴 霧ガスジェットの吹き上がりがひどくなってブロッキングが発生し、ノズル閉塞 を起こす確率が高くなるからである。そのため、噴霧角度θを１６°〜２８°の 範囲に設定するのがよい。

【００１６】

【作用】

本考案において、溶融金属が流下され、各噴霧ノズルから噴霧ガスが噴射され ると、溶融金属流はまずノズル先端が逆円錐面の頂点から離れた第１噴射位置に ある噴霧ノズルからのガスジェット流と衝突して一次霧化され、さらに引き続い てノズル先端が逆円錐面の頂点に近い第２噴射位置にある噴霧ノズルからのガス ジェット流と衝突して二次霧化される。こうして一次霧化及び二次霧化が連続し て行われ、噴霧エネルギーが溶融金属流に対して効率よく集中し、溶湯の微粒子 化が促進される結果、粒度分布幅の狭い微粉末、即ち目標とする金属微粉末の高 収率での回収が可能となる。

【００１７】 また、逆円錐面の頂点から離れた噴霧ノズルと近い噴霧ノズルとが交互に配置 されていることから、噴霧ガスが形成する逆円錐形ジェット膜内の負圧状態が極 めて容易に緩和され、ノズル閉塞現象は発生せず、噴霧が安定に行われる。

【００１８】

【実施例】

以下、本考案を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１及び図２は 本考案の一実施例による球状金属微粉末の製造装置を示す。図において、１は不 活性ガスジェット２の衝突によって溶融金属流３の球状金属微粉末４への微粉化 が行われる噴霧チャンバーで、該噴霧チャンバー１には粉末４と不活性ガスとを 分離するサイクロン式微粉末回収装置１ａが接続され、又噴霧チャンバー１上に は不活性ガスを噴射する装置５が接続され、該不活性ガス噴射装置５上には金属 微粉末の原料である溶湯６を貯留するるつぼ７が配設され、該るつぼ７の底面に は溶融金属流量を調整する溶湯ノズル８が設けられており、こうして溶融金属流 ３を微粒子化する金属粉末製造用ガスアトマイズ装置９が構成されている。

【００１９】 また、上記不活性ガス噴射装置５において、環状ガスノズルヘッダー５０内に は不活性ガスの供給通路５１が形成され、又環状ガスノズルヘッダー５０の下面 には複数の内蔵ノズル５２及び外部ノズル５３が同心円上に交互に配列され、不 活性ガス供給通路５１に連通して取付けられ、該内蔵ノズル５２及び外部ノズル ５３はその下向き延長軸線ａが溶融金属流３中の略一点を頂点ｂとし、頂角、即 ち各噴霧ノズル５２、５３の噴霧交差角度θが１６°≦θ≦２８°の範囲にある 逆円錐面上に位置するように設定され、又内蔵ノズル５２にはノズル寸法の短い 口径Ｄ₁ の短尺ノズルが、外部ノズル５３にはノズル寸法の長い口径Ｄ₂ （Ｄ₁ ≧Ｄ₂ ）の長尺ノズルが用いられており、こうして内蔵ノズル５２のノズル先端 位置は逆円錐面の頂点ｂから所定距離にある第１噴射位置に、外部ノズル５３の ノズル先端位置は第１噴射位置より近い第２噴射位置に設定されている。なお、 外部ノズル５３及び内蔵ノズル５２に、通称、ラバーノズルと呼ばれる先細末広 型ノズルを使用してもなんら問題ない。

【００２０】 次に作用効果について説明する。

【００２１】 本実施例の金属粉末製造用ガスアトマイズ装置９においては、図２に示す噴霧 ノズル５２、５３を使用して金属微粉末を製造した。外部ノズル５３としてペン シル型噴霧ノズルを同心円上に配置し、又内蔵ノズル５２は外部ノズル５３を配 置した同心円上にあり、外部ノズル５３の中間になるよう配置した。即ち、外部 ノズル５３と内蔵ノズル５２とを同心円上に交互に配置した。各ノズルの本数は 任意に設定することができるが、外部ノズル５３及び内蔵ノズル５２を各々４本 づつ合計８本配置するのが最も噴霧バランスが良い。

【００２２】 また、実施例１〜６及び比較例１〜９について、各噴霧ノズルの本数、ノズル 口径及び噴霧角度を表１に示すように設定し、粉末原料としてＳＵＳ３１６Ｌを 使用して図１に示するつぼ７で粉末原料を高周波誘導溶解し、溶湯ノズル８から 溶融金属流を流下させ、その周囲から高圧窒素ガスをガス圧１Ｍｐａで溶融金属 流に対して噴射して球状微粉末を製造し、得られた粉末の平均粒径及び噴霧状況 を調査して表１に示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】 表１の結果より、噴霧角度θが大きくなると、噴霧効率が上がり平均粒径が小 さくなるが、一定角度を超えると、ノズル閉塞を起こして噴霧ができなくなる。 また、内蔵ノズル（短尺ノズル）と外部ノズル（長尺ノズル）を併用しないと安 定した噴霧ができず、目標とする粉末を製造できない。

【００２５】 また、図３は本実施例の装置で製造されたＳＵＳ３１６Ｌ粉末の外観形状を示 す走査型電子顕微鏡写真である。図３から分かるように、本実施例の製造装置に よって得られた粉末は不規則形状粉が非常に少なく、大部分が良好な球状粉末で ある。

【００２６】

【考案の効果】

以上のように、本考案に係る球状金属微粉末の製造装置によれば、噴霧ノズル から不活性ガスジェットを溶融金属流に噴射衝突させることにより、溶融金属流 を微粒子化する金属粉末製造用ガスアトマイズ装置において、環状ガスノズルヘ ッダーの下面に複数のペンシル型ガス噴霧ノズルを、各ノズルの下向き延長軸線 が溶融金属流中の略一点を頂点とする逆円錐面上に位置し、かつに各ノズル先端 位置が交互に上記逆円錐面の頂点から所定距離にある第１噴射位置又はこれより 近い第２噴射位置になるように配列して取付けるようにしたので、噴霧ガスジェ ット流のエネルギーを高効率で溶融金属流に噴射させて高収率で球状金属微粉末 を製造でき、しかも噴霧時の経時的変化がなく、安定度が高く、長時間の噴霧で も問題なく目標とする球状粉末を製造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の実施例による球状金属微粉末の製造
装置を示す全体構成図である。

【図２】 上記製造装置における噴霧ノズルの要部を示
す構成図である。

【図３】 上記製造装置で製造されたＳＵＳ３１６Ｌ粉
末の外観形状組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。

【符号の説明】

２ 不活性ガスジェット ３ 溶融金属流 ４ 球状金属微粉末 ５ 不活性ガス
噴射装置 ５０ 環状ガスノズルヘッダー ５２ 内蔵ノズル
（短尺ノズル） ５３ 外部ノズル（長尺ノズル） ａ 下向き延長軸線 ｂ 逆円錐形状
の頂点 θ 噴霧交差角度

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴霧ノズルから不活性ガスジェットを溶
   融金属流に噴射衝突させることにより、溶融金属流を微
   粒子化する金属粉末製造用ガスアトマイズ装置におい
   て、環状ガスノズルヘッダーの下面に複数のペンシル型
   ガス噴霧ノズルを、各ノズルの下向き延長軸線が溶融金
   属流中の略一点を頂点とする逆円錐面上に位置し、かつ
   各ノズル先端位置が交互に上記逆円錐面の頂点から所定
   距離にある第１噴射位置又はこれより距離の短い第２噴
   射位置になるように配列して取付けたことを特徴とする
   球状金属微粉末の製造装置。
2. 【請求項２】 複数のペンシル型ガス噴霧ノズルにノズ
   ル寸法の短い短尺ノズル及びノズル寸法の長い長尺ノズ
   ルを用い、短尺ノズルの口径Ｄ₁ と長尺ノズルの口径Ｄ
   ₂ とがＤ₁ ≧Ｄ₂ の条件を満足することを特徴とする請
   求項１記載の球状金属微粉末の製造装置。
3. 【請求項３】 各噴霧ノズルが同心円上に配置され、各
   噴霧ノズルの噴霧交差角度θが１６°≦θ≦２８°の範
   囲にあることを特徴とする請求項１記載の球状金属微粉
   末の製造装置。