JPH04301009A - 溶湯流出ノズル及び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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アトマイズ法により金
属粉末を製造するときに使用される溶湯流出ノズル及び
平均粒径の小さい金属粉末を製造する方法に関する。

【０００２】

【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では、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。

【０００３】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。アトマイズ法では、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。（特開昭６１−２０７５０２号
公報、特開平２−４３３０６号公報等参照）

【０００４
】水アトマイズ法で金属粉末を製造するとき、溶湯と水
との間の反応が避けられず、得られた粉末粒子の表面に
酸化皮膜が形成される。この点、窒素等の不活性ガスを
使用したガスアトマイズ法にあっては、溶湯との間で反
応を生じず、金属質の表面をもった粉末粒子が得られる
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ガスアトマイズ法は、
溶湯との反応性が低い点で有利であるが、溶湯に与える
剪断力が小さい。そのため、水アトマイズ法と同様なサ
イズの液滴に溶湯を剪断させようとすると、ガス圧を極
端に大きくすることが必要となる。更に、ガスアトマイ
ズにおいては、一般にガス圧を有効活用するため、溶湯
ノズルの下端直近にガス噴出ノズルを配置することが多
く、ガス流は下向きの逆円錐状に噴出される。

【０００６】このとき、ガス流に起因する吸引力が溶湯
ノズル内の溶湯下降流に作用するため、このガス流が高
圧になるほど、すなわちガス流の速度が大きくなるほど
、大きな吸引力が働き、それだけ溶湯下降流の質量流量
が増大する。その結果、溶湯を液滴に分断する剪断力が
著しく小さくなる。

【０００７】本発明は、このような問題を解決するため
に案出されたもので、ガス流に起因した吸引力が溶湯下
降流に対して働くことを防止することにより、溶湯下降
流の流量を安定化させ、ガスアトマイズにおいて粒径の
小さな粉末を得ることを目的とするものである。

【０００８】

【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、溶湯下降流に高圧のガス
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、ノズル側壁部に外部空間と連通する
気体流入孔が穿設されていることを特徴とする。

【０００９】また、金属粉末の製造方法は、溶湯下降流
に高圧のガス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、溶湯容器底部の溶
湯ノズル側壁部に穿設された気体流入孔から流入する雰
囲気ガスにより前記溶湯ノズルの内部で一次アトマイズ
を行い、前記溶湯ノズルの下部に設けられたガス噴出部
から逆円錐状に噴出する高圧ガスによって二次アトマイ
ズを行うことを特徴とする。

【００１０】

【作用】溶湯ノズル側壁に外部空間と連通する気体流入
孔を設けることにより、ガス噴出孔から噴出されるガス
流に起因する吸引力は、溶湯下降流に働くことがなくな
る。そして、側壁に設けた気体流入孔は、外部雰囲気気
体をノズル内へ吸入する作用をもたらす。したがって、
溶湯下降流の質量流量を増加させることなく、ガス流の
圧力或いは速度を増大することが可能となる。

【００１１】更に、気体流入孔から流入した雰囲気気体
の流れにより、溶湯ノズル内で溶湯下降流をある程度ま
で分断すること、すなわち一次アトマイズが可能となる
。そのため、溶湯ノズル下端直近に設置されたガス噴出
ノズルからのガス流による二次アトマイズが効率良く行
われ、より小さな粒径の金属粉末を高い収率で得られる
。

【００１２】以下、本発明を具体的に説明する。アトマ
イズ装置としては、たとえば図１に概略を示した設備構
造をもつものが使用される。アトマイズされる溶湯１３
は、溶湯保持容器１１に収容され、高周波コイル１２に
よって液相線よりも１００℃高い過熱度に保持される。 溶湯保持容器１１の底壁には、溶湯流出ノズル１４が組
み込まれている。溶湯流出ノズル１４には溶湯保持容器
１１底壁直下の側壁に気体流入孔１６が穿設されており
、この気体流入孔１６を介して溶湯流出ノズル１４の内
部と外部空間が連通している。また、溶湯流出ノズル１
４の材質としては、溶湯１３に対する濡れ性が小さなセ
ラミックス等を用いることが好ましい。

【００１３】溶湯流出ノズル１４の下方には、溶湯流出
ノズル１４を取り囲んでガス噴出ノズル２０を配置して
いる。ガス噴出ノズル２０の内部には環状の分配室２１
が設けられており、ガス供給源（図示せず）に接続され
たガス導入管２２が分配室２１に開口している。また、
分配室２１から複数のガス噴出孔２３が同心円状にかつ
溶湯流出ノズル１４側に下向きに傾斜した角度で穿設さ
れており、噴出された高圧のガス流２６が溶湯流出ノズ
ル１４の下端直下に頂点をもつ逆円錐状の流れを形成す
るようになっている。また、ガス噴出孔２３の開口部２
４は、図２に示すように同一水平面上に位置している。

【００１４】ガス噴出孔２３は、図３図３（ａ）に示す
ように、溶湯流出ノズル１４を中心とする円周上に等間
隔で形成されている。或いは、図３（ｂ）に示すように
、円周状のガス噴出スリット２５をガス噴出ノズル２０
に形成しても良い。

【００１５】口径４ｍｍの溶湯流出ノズル１４を用い、
ガス流２６の流量を９０リットル／秒として、噴出圧力
を５０ｋｇｆ／ｃｍ２　から１３０ｋｇｆ／ｃｍ２　ま
で変えたときの溶湯下降流１５の質量流量の変化を図４
（ａ）に示す。また、比較として気体流入孔１６を穿設
しない同口径の溶湯流出ノズル（図示せず）を用いて同
様の試験を行った結果を図４（ｂ）に示す。なお、この
ときの溶湯流出ノズル１４の突出長さＬは共に８ｍｍと
した。

【００１６】図４の（ａ）及び（ｂ）から明らかなよう
に、気体流入口１６を穿設した溶湯流出ノズル１４を用
いた場合、ガス流２６の噴出圧力に拘らず溶湯下降流１
５の質量流量がほぼ一定になり、溶湯下降流１５に対す
る高圧ガス流２６の吸引作用を抑制する効果が顕著に認
められた。

【００１７】気体流入孔１６の大きさは、使用する溶湯
流出ノズル１４の口径にもよるが、開口面積にして２ｍ
ｍ２　〜２０ｍｍ２　程度が望ましい。開口面積が２ｍ
ｍ２　より小さいと、吸引力に見合う量の気体を流入さ
せることができず、溶湯下降流１５への吸引防止効果が
小さい。逆に２０ｍｍ２　を超える開口面積では、吸引
防止効果が変わらず、溶湯流出ノズル１４が構造強度的
に弱くなる。そのため、折損等のトラブルを惹起しやす
くなる。

【００１８】

【実施例】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ＳＫＨ５１相当の高速度工具鋼を使
用した。工具鋼１０ｋｇを溶湯保持容器１１に収容し、
高周波コイル１２で液相線よりも１００℃高い過熱度に
保持し、溶湯１３を用意した。溶湯保持容器１１の底壁
には、気体流入孔１６を有する溶湯流出ノズル１４を設
置した。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）でつくら
れ、口径が４ｍｍのものを使用した。

【００１９】溶湯流出ノズル１４から流出する溶湯下降
流１５に対して、ガス噴出ノズル２０から窒素ガスを吹
き付けてアトマイズを行った。このときのガス流２６の
流量は９０リットル／秒とした。また、ガス流２６が形
成する円錐の頂角が３０度となるように設定した。

【００２０】この条件下でガス流２６の噴出圧力を５０
ｋｇｆ／ｃｍ２から１３０ｋｇｆ／ｃｍ２　まで変えた
ときの噴出圧力と製品粉末の平均粒径との関係を、図５
（ａ）示した。圧力を高くするに従って製品粉末の平均
粒径が加速度的に小さくなっており、溶湯下降流１５へ
の吸引防止効果のみならず、溶湯流出ノズル１４へ流入
した雰囲気気体の流れによる一次アトマイズの効果が現
われていることが判る。

【００２１】これに対し、気体流入孔１６を有しない溶
湯流出ノズルを使用し同一条件下でアトマイズしたとき
、得られた金属粉末の平均粒径は、図５（ｂ）に比較例
として示したように、ガス流２６の噴出性を大きくして
も、さほど顕著には小さくならなかった。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、溶湯流出ノズルに気体流入孔を穿設することにより
アトマイズガス流による溶湯下降流への吸引を防止し、
ガス流の噴出圧力に拘らず一定の溶湯質量流量でのアト
マイズが可能である。また、気体流入孔から溶湯流出ノ
ズル内に流入した雰囲気気体の流れによりノズル内部で
一次アトマイズが行われ、製品粉末の平均粒径を更に小
さくする効果をも併せ持つ。そのため、効率良くガスア
トマイズ微粉末を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明実施例で使用したアトマイズ装置の
概略を示す。

【図２】　　同じく溶湯流出ノズル及びガス噴出ノズル
との関係を示す。

【図３】　　複数のガス噴出孔を同心円上に配置したガ
ス噴出ノズル及び円周状のガス噴出スリットを形成した
ガス噴出ノズルを、それぞれ（ａ）及び（ｂ）に示す。

【図４】　　ガス流の噴出圧力と溶湯下降流の質量流量
との関係を、比較例と対比してそれぞれ（ａ）及び（ｂ
）に示す。

【図５】　　ガス流の噴出圧力と製品粉末の平均粒径と
の関係を、比較例と対比してそれぞれ（ａ）及び（ｂ）
に示す。

【符号の説明】

１１　　溶湯保持容器　　　　　　１２　　高周波コイ
ル　　　　１３　　溶湯 １４　　溶湯流出ノズル　　　　１５　　溶湯下降流　
　　　　　１６　　気体流入孔 １７　　液滴　　　　　　　　　　　　　　２０　　ガ
ス噴出ノズル　　２１　　分配室 ２２　　ガス導入管　　　　　　　　２３　　ガス噴出
孔　　　　　　２４　　開口部 ２５　　ガス噴出スリット　　２６　　高圧のガス流Ｌ
　　開口面から溶湯流出ノズル１４が突出する長さθ　
　ガス流２６がなす円錐の頂角

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶湯下降流に高圧のガスを吹き付けて
   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、ノズル側壁部に外部空間と連通する気体流入孔が
   穿設されていることを特徴とする溶湯流出ノズル。
2. 【請求項２】　　溶湯下降流に高圧のガスを吹き付けて
   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、溶湯容器底部の溶湯ノズル側壁部に穿設され
   た気体流入孔から流入する雰囲気ガスにより前記溶湯ノ
   ズルの内部で一次アトマイズを行い、前記溶湯ノズルの
   下部に設けられたガス噴出ノズルから逆円錐状に噴出す
   る高圧ガスによって二次アトマイズを行うことを特徴と
   する金属粉末の製造方法。