JPH0483813A - 水アトマイズ鉄粉の製造方法 - 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〉 本発明は水アトマイズ条件から水アトマイズ鉄粉の平均
粒径、粒度分布の広がりおよび見掛密度を制御する水ア
トマイズ鉄粉の製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 水アトマイズ法は、粉末冶金用鉄粉の製造法として工業
的規模で広く採用されている。水アトマイズ法による粉
末冶金用鉄粉は、転炉、平炉、アーク炉、誘導溶解炉、
抵抗発熱炉などの溶解炉で精錬・溶解した溶鉄・溶鋼（
以下、「溶鉄」と記ず）を取鍋や樋を介して、また直接
にタンディッシュに注渇し、タンデイツシュの底部に設
けた孔径が２〜１００■φ程度の溶湯ノズルから鉛直下
方向に流下させ、その周囲に配置した水ノズルから〜２
０００ｋｇｆ／ｃＪ稈度の水圧のもとで、〜４０ｒｒｆ
／ｍ程度の水量の水ジェツトを噴きフけて溶鉄の落下流
を粉化し、引き続いて脱水、乾燥、篩分、還元焼鈍及び
解砕・篩分して製造される。

水ノズルには、溶鉄の鉛直落下流をとり囲んで設けた、
円環状のスリットをもつ水ノズル部材（以下「円環型水
ノズル」と記す）から、該溶融鉄の落下流の鉛直軸心の
１点に向けて頂点を形成する、逆円錐状の水膜ジェｙｔ
−を噴射する粉化効率の良い１点集中の円環型水ノズル
が用いられる。

ここで、水アトマイズ鉄粉とは、溶鉄を水アトマイズし
、脱水、乾燥した粉末状態の鉄粉及び銅粉である。また
、平均粒径とは、篩分は法、観察計数法、沈降法、慣性
衝突法、エレクトロゾーン法、光散乱法、光回折法など
公知の方法で測定した粒度のメジアン径（５０％相当径
）である。

また、粒度分布の広がり（対数標準偏差係数）とは、前
記の公知方法で測定した粒度を対数正規確率紙にプロッ
トしたときの８４．１％相当径１５０％相当径（メジア
ン径）で、４１ｇで表す。

また、見掛密度とは、ＪＩＳＺ２５０４に記載の測定法
で測った見掛密度をいい、鉄わ）が測定濾斗を自然落下
しないときは、細い針金等の治具を差し込んで、落下さ
・ピて測った場合も含むものとする。

水アトマイズ条件が鉄粉の平均粒径、粒度分布及び見掛
密度を決定づけ、水アトマイズ鉄粉のこれらの特性が、
還元焼鈍後に解砕した鉄粉（以下、「仕上げ鉄粉」と記
す）の平均粒径、粒度分布及び見掛密度といった粉体特
性を決める。

したがって、水アトマイズ条件から鉄わ）の平均粒径、
粒度分布の広がり及び見掛密度を制御することができれ
ば、仕上げ鉄粉の粉体特性も制御することができるので
ある。

従来、円環型水ノズルから噴射した円錐形の水ジェツト
で溶鉄落下流を水アトマイズする場合、その鉄粉の平均
粒径ｄ５゜（囮）を予測する方法として、電気製鋼第５
８巻第４号（１９８７年１１月）のｐ２４３〜２４５に
記載の、水圧をＰ　（ｋｇｆ／ｃｄｌ）　、水量をＱ、
　　（ｌ／ｌ１ｎ）　、水ジェツトの噴射口から粉化点
までの距離をＬ（ｃｍ）、及び溶湯流量（以下、「注湯
速度」と記す）をＧｍ　　（ｋｇ　／　ｍｍ　）として
噴霧パラメータに用いて、統計的に重回帰して求めた平
均粒径予測式 ％式％ この水アトマイズ鉄粉の平均粒径予測式の方法は、水圧
（Ｐ）、水量（Ｑ、）および注湯速度（Ｇｍ）の他に、
新たに水ジェツトの噴射口から粉化点までの距離（Ｌ）
という水ノズル仕様を噴霧パラメータに加えている。し
かし、水ジェントの噴射口から粉化点までの距！ｆｉｌ
（Ｌ）は、水ジェット径（Ｄお）と水ジェット頂角（α
）という２つの変数から成るにもかかわらず、この方法
では、平均粒径が水ジェツトの噴射口から粉化点までの
距１　（Ｌ）に依存するとしたために、水ジェット径（
ＤＪＮ）と水ジェ、］・頂角（α）とをそれぞれ変えた
場合、予測平均粒径と実測平均粒径との誤差が大きくな
って、適用できないという問題があった。

また、従来、水アトマイズ鉄粉の粒度分布の広がり（σ
、９）と見掛密度（ＡＤ、□）とは、それぞれ設定した
水アトマイズ条件によって決定づけられるにもかかわら
ず、その噴霧パラメータとの間ニ定説カなく、よって定
量的制御がなされていなかった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、円環型水ノズルで溶鉄落下流を水アト
マイズする際の水アトマイズ条件を詳細に検討し、水ア
トマイズ鉄粉の平均粒径（ｄｓｏ）、粒度分布の広がり
（σ、９）及び見掛密度（ΔＤ、、□）をより高い精度
で制御可能とした水アトマイズ鉄粉の製造方法を提案し
、水アトマイズ鉄粉製造における工程管理及び品質管理
のレベルを上げることにある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、溶融鉄の落下流をとり囲も、円環状のスリッ
トをもつ水ノズル部から、該溶融鉄の落下流の鉛直軸心
の１点に向けて頂点を形成する逆円錐状の水膜ジェント
を噴射する水アトマイズ鉄粉の製造方法において、水ノ
ズルの水ジェット径ＤＪ、（ｍｍ）、水ノスルの水ジェ
ット頂角α（°）、水ノズルのスリット幅Ｓ、（＋＋＋
ｍ）＝水圧Ｐ（ｋｇｆ／ｃｍｌ）、水１ｔＱ、　　（ｆ
ｌ　／＋ａｎ）　、溶鉄の注湯速度Ｃ。

（ｋｇ／ｍ）を制御因子として、下記式により鉄粉の平
均粒径（メジアン径）ｄ、。（μｍ）、鉄粉の粒度分布
の広がり（対数標準偏差係数）σ、９及び鉄粉の見掛密
度ＡＤ、、、（ｇ／ｃＪ）をそれぞれ制御することを特
徴とする水アトマイズ鉄粉の製造方法である。

ｄ、。　　−（１４００〜１９４０）　ＸＰ−’・６０
ＸＱ、−””ＸＧ＋ｈ””ＸＤＪ＋＋’・５１×α−０
，１９ ＱＷ−”。

］ 〈作　用〉 本発明者らは、円環型水ノズルで溶鉄落下流を水アトマ
イズする際の噴霧パラメータとして、溶鉄の注湯速度（
Ｇｍ）、水ノズルの水ジェット径（ＤＪＮ）、水ノズル
の水ジェット頂角（α）、水ノズルスリント幅（ＳＮ）
、水圧（Ｐ）および水！（Ｑ、）を因子として採用し、
これらの因子の水γ１艷をそれぞれ全部変えて水アトマ
イズし、水アトマイズ鉄粉の平均粒径（ｄＳ。）、粒度
分布の広がり（σ４．）及び見掛密度（ＡＤ、、、）と
の関係を、それぞれ統計的に重回帰し、影響指数の大き
い因子を選出した。

この選出因子と、水アトマイズ鉄む）の平均粒径、粒度
分布の広がり及び見掛密度との関係を再度、重回帰して
それぞれの関係式として導出した。

その結果、水アトマイズ鉄粉の平均粒径は、水圧（ｒ）
）、水量（Ｑユ）、注湯速度（Ｇｍ）　、水ノスルの水
ジェット径（ＤｔＮ）及び水ノズルの水ジェット頂角（
α）の５つの噴霧パラメータで次式のように精度よく表
現できることを見出した。

ｄ　ｓｏ＝　（１４００〜１９４０）　Ｘ　Ｐ−０−６
１１ｘＱ、１．　′７×ＧＩＩＯ・コ３ｘＤ、、’・Ｓ
ＩＸ　α−０，１９従って、これら５つの噴霧パラメー
タを自在に選択して、水アトマイズ鉄粉の平均粒径を精
度良く作り分けることができるようになった。また、水
アトマイズの水ジェット径（ＤｊＨ）を小さくし、水ノ
ズルの水ジェット頂角（α）を大きくずればするほどそ
の水ノズルの噴霧効率を向上でき、その際の水アトマイ
ズ鉄粉の平均粒径に及ぼす水ノズル仕様、すなわち水ジ
ェット径（ＤｊＨ）と水ジェット頂角（α）の影響を定
量評価できるようになった。

また、水アトマイズ鉄粉の粒度分布の広がりは、水ノズ
ルスリット幅（３，４）、水ノズルの水ジェット径（Ｄ
ｊ、）　、水！（Ｑ、）及び注湯速度（Ｇヨ）の４つの
噴霧パラメータで次式のように精度よく表現できること
を見出した。

従って、水ノズルスリット幅（Ｓ８）と水！（Ｑ、）　
　とを大きくし、水ノズルの水ジェット径（Ｄ、９）と
注湯速度（Ｇ６）とを小さくすればするほど、水アトマ
イズ鉄粉の粒度分布は狭くなり、鉄わ）製品の分級歩留
りを向上させることができる。

また、水アトマイズ鉄粉の見掛密度は、水ノズルスリッ
ト幅（ＳＮ）、水ノズルの水ジェット径（ＤＪ、）　、
水量（Ｑｗ）、注湯速度（Ｇｍ）、水圧（Ｐ）及び水ノ
ズルの水ジェット頂角（α）の５つの噴霧パラメータで
次式のように精度よ（表現できることを見出した。

従って、これら５つの噴霧パラメータの選定により水ア
トマイズ鉄粉の見掛密度を精度よく作り分けることがで
きるようになった。

なおここで、前記のそれぞれの関係式中の定数は、主に
溶鉄の物性によってそれぞれ決まる値である。

次に実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。

〈実施例〉 第１図に本発明を実施する水アトマ・イズ装置の概念図
を示す。溶鉄の落下流５をとり囲む水ジェット径Ｄ　ｊ
Ｎの円環状スリットをもつ円環型水ノズル部１から、該
溶鉄の落下流５の鉛直軸心の１点の噴霧点ｆに向けて水
ジェット頂角αを形成する逆円錐状の水ジェフト４を噴
射する。

鉄粉６を分散した水ジェツト４は水ノズルヘッダー２の
下部に設置された吐出管３の内壁に衝突して落下し、図
示していない噴霧槽内の水面７に拡がる。

ここで、水ジェント４自体及び溶鉄の落下流５の噴き上
げを防止するために、逆円錐状の水ジェフト４の側面積
と、水ＩＱ、　　（ｊ！／ｍ＋ｎ）と溶湯の注湯速度Ｃ
７（ｋｇ　／　ｕｒｎ　）との比、すなわち水溶調比Ｗ
ＭＩ？とに対応して吸込気圧を制御する。この吸込気圧
は、吐出管３の管内径を４０〜３００胴φの間で、竹製
を０．５〜３ｍの間で調整して制御され、水ジェツト４
と溶鉄の落下流５との噴き上げを生しない吸込臨界気圧
としてそれぞれ設定される。

この吸込臨界気圧は、吸込気圧が安定する水ノズルの水
ジェツトの噴射口位置Ｎ８での静圧で、逆円錐状の水ジ
ェツト４の側面積が小さいほど、また水溶調比ＷＭＲが
大きいほど、強く気流を吸い込むよう負圧を高くするよ
うに、−１０〜−２０００ｍｍ　ｌＩ□Ｏの範囲に設定
される。このとき、水ノズルへ、ダー２と吐出管３とは
、気密に接続したりあるいは開口を設けて接続して吸込
気圧をｔｍ　ｆｆｆＴできる。また、噴霧槽と水ノズル
ヘッダー２との間は循環孔を設けるなどして水アトマイ
ズ中の鉄わ）の酸化を抑制するＮ２、＾ｒ等の不活性雰
囲気とすることもできるし、大気開放とすることもでき
る。

水ノズルスリント幅Ｓ＋＋（ｍｍ）は、水ｆｔＱ。（ｅ
／１ｌｎ）、水ジ１　’７ト径Ｄｊｅ（ｍｍφ）及び水
圧Ｐ（ｋｇｒ／ｃ４）から、５Ｎ＝３９８．６７ＸＱｗ
　／ＤＪＪｘ１０１により求める。

ここで、流量係数として０，９５を用いた。

こうして、水アトマイズ条件のうち、Ｐ、Ｑｗ、ＤＪ、
、Ｓ、及びαが設定されると、水アトマイズ鉄粉の平均
粒径ｄ、。（ｐｍ）と粒度分布の広がりσ。、及び見掛
密度ＡＤｒ−（ｇ／ｒｌＩＩ）は、それぞれ、 ｄ、。　　　−（１４００〜１９４０）　　ｘ　Ｐ−’
・６８Ｘ　Ｑ、−０−４１ｘ　ＧｍＱ・ゴ’ｘＤ、ｌｌ
”’×α−Ｏ・−９ 平均粒径式、 粒度分布の広がり式、 見掛密度式、 の関係から、Ｇ６が定まればおのずと決まってくる。

第１表に水アｌマイズ条件と、それから求まる平均粒径
、粒度分布の広がり及び見掛密度の予測イ直を示した。

また第２表には、第１表の条件で水ア１マイスされたも
のを１μフイルターの加圧濾過器で脱水後、Ｎ２雰囲気
中で２００°Ｃで乾燥した鉄粉の平均粒径、粒度分布の
広がり及び見掛密度の実測値と化学成分及び鋼種別の記
号を示した。

第２図は、上記の平均粒径式と実測値の関係を、第３図
は、上記の粒度分布の広がり式と実測値の関係を、また
、第４図は、上記の見掛密度式と実測値の関係をそれぞ
れ示すグラフである。

以上の実施例に示すごとく、円環型水ノズルで水アトマ
イズした鉄粉の平均粒径ｄ、。、粒度分布の広がりσ、
９及び見掛密度ＡＤ、、、の実測値は、それぞれ ｄ、。　　−（１４００〜１９４０）　ＸＰ−”−”Ｘ
Ｑ。

０・”ｘＧｍ’・：ｌＩ　Ｘ　Ｄ　Ｊ、０．　Ｓｏ、２
　、±０．２ ｇ／ｃ−の範囲であり、 本発明方法に ×α よって精度よく予測できることが判る。

の関係で表現できる。

なおＭｎ−Ｃｒ−Ｍｏ系の鉄粉では、その平均粒径ｄ、
。、粒度分布の広がりσ０ｇ及び見掛密度ＡＤ、、。

は、これらの関係式中の定数が低い値のとき、それらの
特性の実測値とよく一致し、また、Ｍｎ系の鉄粉の見掛
密度ＡＤ、、、は定数が高い値のときその実測値とよく
一致する。よって、これらの関係式中の定数は、主に化
学成分による溶鉄の物性に依存するものであり、適宜補
正される。

このように第１表及び第２表から、平均粒径ｄ、。、粒
度分布の広がりσ、、及び見掛密度ＡＤ、、。

の予測値と実測値との差は、それぞれ±５μｍ、±〈発
明の効果〉 本発明方法は、水ノズルの水ジェット径（Ｄ□）、水ジ
ェント頂角（α）、スリット幅（Ｓ１１）、水圧（Ｐ）
、水Ｍ　（Ｑ、　）および溶鉄の注湯速度（Ｇｍ）とい
う６つの水アトマイズ条件をパラメータとして採用し、
噴霧した鉄粉の特性について、Ｐ、Ｑ、　、Ｇｍ　、Ｄ
Ｊ、及びαと平均粒径（ａＳ。）との関係式、Ｓ、、Ｄ
、、、Ｑ、およびＧｍと粒度分布との広がり（σ。９）
との関係式ならびにＳ８、Ｄｊ、、Ｑ、、、Ｇｍ、Ｐ及
びαと見掛密度（ＡＤ、、。

）との関係式を精度よく確立したから、装置規模の大小
にかかわらず、製造すべき鉄粉の仕様に基づき水アトマ
イズ条件の設定によって、平均粒径、粒度分布の広がり
及び見掛密度を精度よく制御でき、水アトマイズ鉄粉の
製造における工程管理及び品質管理に有効に利用できる
。

また、本発明方法は、実施例に記載以外の鋳鉄粉、構造
用低合金銅粉、ステンレス銅粉、高速度鋼粉などの他に
、ＡＩ、Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｃｒ、、Ａｕ、、Ｔ
ｉ等の合金野）の水アトマイズにも適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する水アトマイズ装置の概念図、
第２図は本発明の平均粒径式と実測の平均粒径との関係
を示すグラフ、第３図は本発明の粒度分布の広がり式と
実測の粒度分布の広がりとの関係を示すグラフ、第４図
は本発明の見掛密度式と実測の見掛密度との関係を示す
グラフである。 １　・・・円環型水ノズル部、 ２　・・・水ノズルヘンダー ３　・・・吐出管、 ４　・・・水ジェツト、 ５　・・・溶鉄の落下流、 ６　・・・鉄粉、 ７　・・・水面、 Ｐ　・・・水圧、 Ｑ、・・水量、 Ｇ１・・・注湯速度、 Ｄｊｌｌ・・・水ジェント径、 α　・・・水ジェット頂角、 Ｓ８・・・スリット幅、 ｆ　・・・噴霧点、 Ｎ、％・・・円環型水ノズルの水ジェットの噴射口位置
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶融鉄の落下流をとり囲む、円環状のスリットをもつ水
   ノズル部から、該溶融鉄の落下流の鉛直軸心の１点に向
   けて頂点を形成する逆円錐状の水膜ジェットを噴射する
   水アトマイズ鉄粉の製造方法において、水ノズルの水ジ
   ェット径Ｄ＿ｊ＿Ｎ（ｍｍ）、水ノズルの水ジェット頂
   角α（゜）、水ノズルのスリット幅Ｓ＿Ｎ（ｍｍ）、水
   圧Ｐ（ｋｇｆ／ｃｍ＾２）、水量Ｑ＿ｗ（ｌ／ｍｉｎ）
   、溶鉄の注湯速度Ｇ＿ｍ（ｋｇ／ｍｉｎ）を制御因子と
   して、下記式により鉄粉の平均粒径（メジアン径）ｄ＿
   ５＿０（μｍ）、鉄粉の粒度分布の広がり（対数標準偏
   差係数）σ＿＋＿９及び鉄粉の見掛密度ＡＤ＿ｒ＿ａ＿
   ｗ（ｇ／ｃｍ＾２）をそれぞれ制御することを特徴とす
   る水アトマイズ鉄粉の製造方法。 ｄ＿５＿０＝（１４００〜１９４０）×Ｐ＾−＾０＾．
   ＾６＾８×Ｑ＿ｗ＾−＾０＾．＾４＾７×Ｇ＿ｍ＾０＾
   ．＾３＾３×Ｄ＿ｊ＿Ｎ＾０＾．＾５＾１×α＾−＾０
   ＾．＾１＾９ σ＿＋＿９＝（１．２０〜１．５０）×〔Ｓ＿Ｎ／Ｄ＿
   ｊ＿Ｎ×Ｑ＿ｗ／Ｇ＿ｍ〕＾−＾０＾．＾２＾０ ＡＤ＿ｒ＿ａ＿ｗ＝（３．１０〜３．７０）×〔Ｓ＿Ｎ
   ／Ｄ＿ｊ＿Ｎ×Ｑ＿ｗ／Ｇ＿ｍ×Ｐ×ｓｉｎα／２〕＾
   −＾０＾．＾０＾９