JPH04168208A - 溶湯流出ノズル - 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、金属粉末をアトマイズ法により製造するとき
に使用される溶湯流出ノズルに関する。

［従来の技術］ 圧粉成形した金属粉末を焼結し、所定形状の製品とする
粉末冶金においては、金属酸化物や塩化物等から金属状
態に還元した還元粉が従来から使用されている。この還
元粉は、一般に見掛は密度が低く、冷間での成形性に優
れている。しかし、還元工程が必要とされるため、金属
粉末を得るまでに、多数の工程や時間が必要とされ、生
産性に劣る。

そこで、比較的容易にしかも多量の金属粉末を製造する
ことができる方法として、アトマイズ法が採用されるよ
うになってきた。この方法においては、水、ガス等の高
圧流体を溶融金属の下降流に吹き付け、溶融金属を微細
な液滴に分断し、急冷・凝固することにより金属粉末が
製造される。

アトマイズ法で得られた金属粉末は、比較的球状化が進
んだものであり、比表面積が小さくなっている。そのた
め、見掛は密度が高（、冷間成形性に劣る。

この欠点を解消するため、たとえば特開昭５８−８１９
０３号公報では、水アトマイズ法で得られた金属粉末に
還元焼鈍を施し、粉末相互を付着結合させた複雑形状に
することによって冷間成形性を改善することが提案され
ている。また、特開昭５９−５９８１０号公報では、還
元焼鈍時に凝集した生銅粉を解砕した後、フルイ上部分
を更に軽度に解砕している。

また、本発明者等も、アトマイズ条件を制御することに
よって冷間成形性に優れた金属粉末を製造することを開
発し、特願平２−３７３号、特願平２−３７４号等とし
て提案した。更に、特願平２−４２３号では、溶湯下降
流の流量に関連して高圧流体の質量流量、圧力及び噴出
速度を規制することによって、粒径が制御された金属粉
末を製造することを提案した。

アトマイズ法によって得られた金属粉末は、粉末冶金用
の原料に限らず、導電性塗料、シールド材等の成分とし
ても使用される。

［発明が解決しようとする課題］ 溶湯下降流をアトマイズするとき、所定の粒度分布をも
つ粉末粒子を得るため、溶湯下降流に対する高圧流体の
接触状態を一定にすることが重要である。ところが、ノ
ズルと溶湯との間の界面張力や、ノズルに加えられる振
動、衝撃等が原因して、ノズル表面から溶湯が離脱する
ときの状態が微妙に変化し、溶湯下降流に水平方向の力
が作用する。この力のため、溶湯下降流に前後方向或い
は左右方向のブレが生じ、流下軌跡が常に変わり易い状
態になっている。

他方、高圧流体噴射管は、吹き出された高圧流体で形成
される円錐の頂点が標準的な溶湯下降流の中心に一致す
るように配置されている。ところが、溶湯下降流のブレ
によって、円錐の頂点と溶湯下降流の中心との間にズレ
が生じると、高圧流体によるアトマイズ状態が変動する
。その結果、得られた金属粉末の粒度は、所期設定の粒
度分布を超えて広範囲にわたるものとなる。

このように、粒径の小さな粒子から大きな粒子まで含み
、しかもコントロールされていない粒度分布をもつ金属
粉末では、所定の形状に圧粉成形するとき、圧延条件の
調整が面倒なものとなる。

また、塗料等に分散させるときの分散性等にも、問題を
生じる。

本発明は、このような問題を解消するために案出された
ものであり、溶湯流出ノズルから流下する溶湯下降流に
直進性を付与することによって、高圧流体との接触状態
を安定化させ、所期の粒度分布をもった金属粉末を製造
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の溶湯流出ノズルは、その目的を達成するため、
溶湯下降流に高圧流体を吹き付けて溶湯を微細な液滴に
分断し、該液滴を冷却して金属粉末とする際、溶湯容器
の底部に設けられた溶湯ノズルであって、流出する直前
の溶湯を細流して直進性を付与する平板状のフィンを、
ノズル孔の出口側内周面に設けていることを特徴とする
。

［作　用］ 本発明の溶湯流出ノズルは、第１図に示すようにノズル
孔１の出口側内周面に平板状のフィン２を設けている。

フィン２は、たとえばセラミックスを焼成してノズル本
体３を成形するときに、同時に形成することができる。

或いは、ノズル本体３を成形した後で、ノズル孔１の内
周面を切削加工することによってフィン２とすることも
可能である。

ノズル孔１の出口側内周面に平板状のフィン２が形成さ
れているため、ノズル孔１を通過する溶湯は、出口側で
細流される。そのため、溶湯下降流は、ノズル孔１から
流出した後でも、広がることなく流下する。その結果、
溶湯下降流の直進性が向上し、一定の軌跡に沿った流れ
となる。この溶湯下降流に対して高圧流体が吹き付けら
れるのため、溶湯下降流の中心と高圧流体の吹付は中心
とが定常的に一致し、同一条件下でのアトマイズが行わ
れる。

平板状のフィン２は、その設置個数を４〜２４とするこ
とが好ましい。フィン２の個数が４未満であると、溶湯
下降流を十分に細流することができない。逆に、２４個
を超えるフィン２では、溶湯の円滑な流下を妨げるため
、ノズル内での溶湯の凝固閉塞を惹起し易い。

また、フィン２の長さしは、ノズル穴１の口径Ａにもよ
るが、出口側から１−１．５ｍｍの範囲にすることが好
ましい。フィン２の長さしが１ｍｍ未満であると、溶湯
下降流を十分に細流する作用が得られない。逆に、長さ
Ｌが１５ｍｍを超えるとき、やはり溶湯の円滑な流下が
妨げられ、ノズル内での溶湯の凝固閉塞を惹起し易（な
る。

更に、フィン２の厚さＴは、同様の理由により０．２〜
２ｍｍ程度が好ましい。フィン２相互の間隔Ｓは、１〜
５ｍｍ程度とするのが良い。フィン２の幅Ｗは、ノズル
孔１の口径Ａとの関係で、（Ａ／１０）　〜（Ａ／３）
（単位：ｍｍ）が最適である。

［実施例］ 以下、水アトマイズ法で金属粉末を製造し、この金属粉
末に粉末圧延、焼鈍、冷間圧延を施して帯状金属体を製
造することに本発明を適用した実施例を説明する。

本実施例においては、第２図に概略を示したアトマイズ
装置を使用した。また、水アトマイズにより金属粉末に
製造される材料として、ＪＩＳ規格５ＫＨ５１相当の高
速度工具鋼を使用した。

工具鋼１０ｋｇを溶湯容器１１に収容し、高周波コイル
１２によって液相線よりも１００℃高い過熱温度に保持
して、溶湯１３を用意した。

溶湯容器１１の底壁に、溶湯流出ノズル１４を組み込ん
だ。溶湯流出ノズル１４としては、溶湯１３に対する濡
れ性が小さなボロンナイトライドＢＮ製のノズルを使用
した。この溶湯流出ノズル１４は、口径５ｍｍのノズル
孔１をもち、その出口側内周面に長さＬｌｏｍｍ、幅Ｗ
１ｍｍ、厚さＴｏ、５ｍｍの平板状フィン２を８枚形成
した。

なお、隣接するフィン２相互の間隙Ｓを約１．５ｍｍと
した。

溶湯流出ノズル１４の下端から８０ｍｍ離れた位置に、
環状の高圧水噴射管１５を配置した。高圧水噴射管１５
には、その内周側に若干下向きに傾斜した複数の高圧水
噴射管（図示省略）が同心円状に穿設されている。高圧
水噴射孔から吹き出された高圧水は、下向きになった円
錐状水腹１６を形成する。この円錐状水１１１１６の頂
点が溶湯流出ノズル１４から流下した溶湯下降流１７の
中心に一致するように、高圧水噴射管１５を位置決めし
た。

溶湯下降流１７は、平板状のフィン２によって細流しな
がら、溶湯流出ノズル１４から質量流量１ｓｏｇ／秒で
流下した。この溶湯下降流１７の流下軌跡を調べた。そ
の結果を、第３図に示す。

なお、第３図には、通常の平滑な内周壁のノズル孔を有
する溶湯流出ノズルを同一条件下で使用した場合の流下
軌跡を比較例として示している。

第３図は、溶湯流出ノズル１４の中心から下方に降ろし
た垂線を基準とし、この垂線から２０ｍｍだけ溶湯下降
流１７が変位して流れることが検出される位置を、溶湯
流出ノズル１４の下端からの距離として表したものであ
る。

第３図から明らかなように、平板状のフィン２を形成し
た溶湯流出ノズル１４から流下した溶湯下降流１７は、
ノズル下端から平均して２００ｍｍの距離まで前後或い
は左右にぶれることなく、一定した流下軌跡を保ってい
た。また、この距離は、２００±１０ｍｍの範囲で変動
するに留まった。

これに対し、ストレートな内周壁のノズル孔が形成され
た溶湯流出ノズルを使用した場合には、前後左右にぶれ
ることな（溶湯下降流が流下する距離は、平均１１０ｍ
ｍであった。また、距離の変動も、５０ｍｍから１６０
ｍｍと大きなものであった。

この溶湯下降流１７に対して、質量流量３，３００ｇ／
秒、噴出圧力２２０ｋｇｆ／ｃｍ２及び噴出速度１２０
ｍ／秒で温度２０℃の高圧水を吹き付けた。溶湯下降流
１７は、この高圧水によって微細な液滴１８に分断され
、凝固して金属粉末となった。得られた金属粉末は、高
圧水によって機械的に分断された後で急冷効果を受けた
ことから、凹凸の大きな異型粒子で、比表面積が大きな
ものであった。

得られた金属粉末をフルイに掛け、その粒度分布を調べ
た。結果を、第４図に示す。

本実施例の溶湯流出ノズル１４を使用して製造された金
属粉末Ａの粒度分布は、第４図に示すように、粒径４５
μｍを中心とする正規分布であった。この粒度分布は、
次のチャージにおいても同様であった。

これに対し、平滑な内周壁をもつノズルを使用して得ら
れた金属粉末Ｂは、正規分布からほど遠く、粒径１５μ
ｍから６ＯＬＬｍにわたって分布率が不規則に変化して
いた。

次いで、これら金属粉末Ａ、Ｂを粉末圧延し、圧粉体の
密度を調査した。

粉末圧延機としては、４００ｍｍのロール径をもつ圧延
ロールを一対とし、ロールギャップ１゜０ｍｍの間隔で
互いに平行に配置したものを使用した。これら圧延ロー
ルの間に幅１８０ｍｍの粉末溜りを設け、粉末溜りに供
給された金属粉末を加圧力３　ｘ　１０”　ｋ　ｇ　ｆ
／ｃｍ”で圧粉し、幅１８０ｍｍ、板厚２．０ｍｍの帯
状圧粉体を製造した。

金属粉末Ａから得られた圧粉体は、理論密度を１００％
とするとき、平均８３％の密度をもっていた。また、こ
の平均値からのズレも、±２％の範囲に留まっていた。

他方、金属粉末Ｂから得られた圧粉体は、金属粉末Ａの
圧粉体よりも密度が大きな場合も散見されるが、チャー
ジごとに密度が７６〜８５％と大きく異なっていた。

これら圧粉体を温度１２００℃で焼結した後、板厚１．
２ｍｍに冷間圧延したところ、得られた帯状金属体は、
圧粉体密度に応じてクラックの発生率が大きく異なって
いた。すなわち、金属粉末Ｂを出発材料とする帯状金属
体では、表層部及び内部共に多数のクラックが検出され
るものがあった。また、冷間圧延中に大きなりラックが
発生して、冷間圧延を継続させることができない事態も
生じた。そのために、引張り強さ３０　ｋ　ｇ　ｆ　／
　ｍｍ２以上の要求特性を満足する製品が得られる割合
は、６５％であった。

他方、金属粉末Ａから得られた帯状金属体においては、
ごく僅かのクラックが発生しているだけであり、要求特
性を満足する製品を８５％の高い歩留りで製造すること
ができた。また、チャージごとの変動が少なく、同じ特
性をもつ製品を一定の粉末圧延条件下で製造することが
できた。

なお、以上の例においては、得られた金属粉末に粉末圧
延、焼鈍及び冷間圧延を施して帯状金属体を製造する場
合を説明した。しかし、本発明はこれに拘束されるもの
ではなく、得られた金属粉末が制御された粒度分布をも
つことを活用し、通常の粉末冶金法や塗料に混合される
導電性付与剤等として使用することもできる。この場合
、粒度分布に不規則さがないために、得られる焼結体や
導電ペイント等の特性を目標値に高い信頼性で一致させ
ることができ、工程管理が容易なものとなる。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、溶湯ノズル
から流出する溶湯下降流の直進性を改善し、高圧流体で
形成されろ水膜等の頂点が溶湯下降流の中心に指向する
ように、高圧流体を吹き付けている。そのため、高圧流
体によって溶湯に与えられる分断力が均一化し、得られ
る金属粉末の粒度にバラツキが少なくなる。このようし
て得られた金属粉末は、粒度分布に関する信頼性が高い
ため、後続する工程における操業条件の制御が容易にな
ると共に、高い歩留りで安定した品質をもつ製品に製造
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶湯流出ノズルを示し、第２図は本発
明実施例で使用したアトマイズ装置の概略を示し、第３
図は溶湯流出ノズルのノズル孔の出口側内周壁に形成し
た平板状のフィンが溶湯下降流の直進性に与える影響を
表したグラフ、第４図は同じく得られた金属粉末の粒度
分布に与える影響を表したグラフである。 ０　フィン間隔（Ｓ） １３：溶湯 、　４　＾　＾’、　１８　：液滴 有　　　　　　　無 螺旋状溝の有無 第４図 粒　　　　径（μｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶湯下降流に高圧流体を吹き付けて溶湯を微細な
   液滴に分断し、該液滴を冷却して金属粉末とする際、溶
   湯容器の底部に設けられた溶湯ノズルであって、流出す
   る直前の溶湯を細流して直進性を付与する平板状のフィ
   ンを、ノズル孔の出口側内周面に設けていることを特徴
   とする溶湯流出ノズル。