JPH05179314A - 微粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アトマイズ装置に加熱装置を付加することな
く、アトマイズの初期段階における溶湯管の閉塞を防止
して、安定的かつ高歩留りで微粉末を製造する。 【構成】 シート状溶湯を溶湯管１内で閉塞させないた
めに、溶湯をアトマイズを行う直前に溶湯管１内に一時
的に滞留させて溶融材料の顕熱で加熱する。溶湯を滞留
させるには、アトマイズノズル２の設置位置をアトマイ
ズを行う正規位置より下方に移動させて、溶湯管１の出
口端で噴射ガスによる正圧域を発生して溶湯のヘッド圧
と平衡させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば金属や合金等の
溶融材料から微粉末を製造する方法に関する。さらに詳
しくは、本発明は、溶融材料をアトマイズ装置に供給す
る溶湯管における溶融材料の閉塞、特にアトマイズの初
期における溶融材料の閉塞を解消しながら微粉末を製造
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アトマイズ法は、溶湯管から供給される
溶融材料流に、アトマイズノズルの噴射孔から流体を噴
射して前記溶融材料流を粉砕・冷却することにより当該
溶融材料の微粉末を製造する方法であり、広く利用され
ている方法である。特に、近年では合金の微粉末に対す
る需要が高まっていると言われている。これに対応する
ため、アトマイズ法でも噴射流体の高圧化や高流量化が
実施され始めている。

【０００３】ところで、噴射流体の高圧化を図ると、噴
射流体の適正な流れ状態が生成し難くなるため、溶融材
料を供給する溶湯管の内径を減少させて、溶融材料を細
径の円柱状あるいは薄いシート状として、流下する方法
が検討されている。ところが、大量のガスによる対流伝
熱によって溶湯管は冷却され易く、溶湯管内の溶融材料
が低温になって流動性を失い、溶湯管を閉塞させること
が問題である。このように、アトマイズ法において一旦
溶湯管が閉塞してしまうと、閉塞物は高融点固形物であ
るため、例えば溶融材料を閉塞した溶湯管に供給しても
除去できず、結局アトマイズ操作を中断して溶湯管を交
換しなければならなかった。したがって、アトマイズ法
を実施するには、アトマイズ初期における溶湯管の閉塞
を防止することが重要である。

【０００４】従来、一般的な溶湯管の閉塞対策として、
例えば下記または等の手段により、溶湯管を予備加
熱する対策が知られていた。 溶湯管への発熱装置設置 溶湯管の外面に電熱ヒータ等の発熱装置を配置して溶湯
管を加熱する対策である。 溶融材料の流し出し アトマイズを開始する前に溶融材料を流下させて溶融材
料により溶湯管を加熱しておく対策である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来の溶湯管の閉塞対策では、何れも安定性や有効性が
不十分であり、さらに、それぞれ次のような問題があっ
た。

【０００６】溶湯管への発熱装置設置対策 可及的少スペースで設置すると、加熱能力が不足し十分
な効果を得難くなってしまう。また、発熱装置の寸法等
の制約のため、アトマイズ法で用いる溶融材料容器の下
部に収納することが極めて困難な場合が多い。

【０００７】溶融材料の流し出し対策 アトマイズを開始する前に溶融材料を流下させて溶湯管
を加熱する方法であるために、アトマイズタンクの内壁
に高温の材料が直接的に融着して、アトマイズタンクの
損傷ならびに融着物へのアトマイズ粉末の付着による歩
留まり損失が大きくなってしまう。

【０００８】ここに、本発明の目的は、アトマイズ装置
に加熱装置を付加することなく、アトマイズの初期段階
における溶湯管の閉塞を防止して、安定的かつ高歩留り
で微粉末を製造する方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため種々検討を重ねた結果、溶湯管の閉塞防
止には、溶融材料の顕熱を利用することが有効であり、
そのためには、アトマイズを開始する直前に、溶湯管内
に溶融材料を一時的に滞留させて溶湯管を加熱すること
が有効であると考えた。

【００１０】そこで、本発明者らはさらに検討を重ねた
結果、これを実現するためには、溶湯管とアトマイズノ
ズルに設置された噴射孔との相対位置を適宜調整するこ
とにより、溶湯管の出口端部に正圧域を発生させ、この
圧力により溶湯管から溶融材料が流下しないようにすれ
ば良く、このようにして、溶湯管の予熱を十分に行った
時点で、溶湯管と噴射孔との相対的位置をアトマイズ処
理に適するように元に戻して、アトマイズ操作を開始す
ればよいことを知見して、本発明を完成した。

【００１１】ここに、本発明の要旨とするところは、溶
湯管から供給される溶融材料流に、アトマイズノズルの
噴射孔から流体を噴射して前記溶融材料流を粉砕・冷却
することにより当該溶融材料の微粉末を製造するアトマ
イズ法において、アトマイズ開始前に、前記溶湯管およ
び／またはアトマイズノズルの設置位置を変更すること
により前記溶湯管の出口端部に正圧域を発生させた後、
溶融材料を前記溶湯管に供給して前記溶湯管を所定温度
に加熱し、その後に、前記溶湯管および／またはアトマ
イズノズルノズルの設置位置を元に戻してからアトマイ
ズを開始することを特徴とする微粉末の製造方法であ
る。

【００１２】本発明における「溶融材料流」の形状は特
に限定を要するものではなく、例えば円柱状またはシー
ト状のものを包含する。本発明において、正圧域を溶湯
管の出口端部に生成するには、噴射された流体の交点が
溶湯管の中心に一致していることが好ましく、特に溶融
材料流がシート状である場合には、噴射された流体の交
線とシートの短辺側の中心を通り長辺に沿った線とが一
致することが望ましい。

【００１３】なお、上記の本発明では、(i) 溶融材料が
鉛直な溶湯管を通って円柱状に供給されるとともに噴射
された流体は逆円錐状に噴射され、この逆円錐状噴射流
体の中心軸と前記溶融材料流の中心軸とが一致するよう
に、溶湯管および／またはアトマイズノズルの設置位置
を変更すること、または(ii)溶融材料が、水平断面が矩
形であって鉛直な溶湯管を通ってシート状に供給される
とともに噴射された流体は溶湯管の両長辺側からシート
状に噴射され、かつシート状噴霧流体の交差線は溶湯管
の長辺に沿う中心線に一致するように、溶湯管および／
またはアトマイズノズルの設置位置を変更することが、
溶湯管の閉塞を解消しつつ円滑かつ均一に溶融材料を流
体噴射場に供給するためには望ましい。

【００１４】このような本発明を実施するには、例え
ば、アトマイズタンクと、該アトマイズタンク内に設置
された溶融材料受容容器 (以下、単に「容器」という)
と、該容器の下部に固定・接続されて溶融材料をアトマ
イズタンク内に供給する溶湯管と、該溶湯管の周囲に可
動自在に設置されたアトマイズノズルとを有する微粉末
の製造装置を用いればよい。

【００１５】

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。本
発明は、例えば細径の円柱状あるいは薄いシート状とな
って流下する溶融材料を溶湯管からアトマイズタンク内
に流下させて、これに流体を噴射して粉砕することによ
り微粉末を製造するアトマイズ法を実施するに際して、
アトマイズ開始直後に溶融材料が溶湯管の内部で冷却・
低温化されて流動性を失い閉塞してしまうことを防ぐた
めに、溶湯管をアトマイズに先だって予め予備加熱する
技術の一つである。本発明は、この予備加熱を、加熱装
置に依らずに、溶融材料の顕熱を利用して行うものであ
る。

【００１６】本発明では、アトマイズ操作を開始する直
前に溶湯管内に溶融材料を一時的に滞留させて溶湯管を
加熱する。溶湯管を構成する材料の熱容量は、溶湯管内
に保持される溶融材料の顕熱に比べて比較的小さいた
め、溶融材料が低温化して流動性を失って閉塞すること
なく、溶湯管を予熱できる。

【００１７】アトマイズ操作を開始する前に溶融材料を
溶湯管内に一時的に滞留させるには、溶湯管および／ま
たはアトマイズノズルの設置位置を変更することにより
前記溶湯管の出口端部に正圧域を生成し、溶融材料の流
下を阻止すればよい。

【００１８】すなわち、アトマイズ処理を行う際の正規
位置に溶湯管およびアトマイズノズルが設置されている
ときには、噴霧された流体により囲まれる領域は負圧域
となり、溶融材料を引き込むため溶湯管内の溶融材料の
流下は阻止されない。しかし、 溶湯管の先端が正規位置よりも上方に位置するように
溶湯管の設置位置を変更すること、および／または アトマイズノズルの設置位置を、噴射された流体の交
線位置が正規位置よりも下方となるように、変更するこ
と、すなわちアトマイズノズルを下方または左右方向に
位置変更することにより、突き出し長さ（溶湯管先端位
置〜アトマイズノズル下端位置の間の距離）が小さくな
るように、溶湯管および／またはアトマイズノズルの設
置位置を変更すると、溶湯管の影響を受けて、噴射流体
が加速されエゼクター効果によって溶湯管出口に発生す
る負圧が小さくなるために、溶湯管の端部に位置するこ
の領域が負圧域から正圧域に変化する。したがって、こ
の領域に接続する溶湯管内の溶融材料の流下が阻止さ
れ、溶融材料の溶湯管内滞留時間が増加し、溶湯管は溶
融材料の有する顕熱により、閉塞を生じない程度に加熱
されることになる。

【００１９】以上説明してきた本発明を実施するための
微粉末の製造装置は特に限定を要するものでない。例え
ば、図１にその構成の一部を抽出して示すアトマイズ装
置を用いて行ってもよい。図１は、アトマイズタンク３
と、該アトマイズタンク３内に設置された溶融材料収容
容器 (以下、単に「容器」という) ４と、容器４の下部
に固定・接続されて溶融材料をアトマイズタンク３内に
供給する溶湯管１と、噴射孔６を有し、溶湯管１の周囲
に上下方向に可動自在に設置されたアトマイズノズル２
とを有する微粉末の製造装置を示す。なお、同図におい
て、符号７はアトマイズノズル２を上下方向に微動させ
ることができる微動装置を示し、符号８は溶融材料のス
トッパを示す。

【００２０】すなわち、この装置を用いて、アトマイズ
ノズル２から所定の圧力でガスを噴射して溶湯管１の端
部に正圧域を発生させ、その正圧の大きさを個々の装置
の特性によって決定される溶融材料のヘッド圧よりも大
きくすることにより、溶融材料が暫くの間、溶湯管から
流下しないように制御でき、溶湯管１を溶融材料により
所望の温度に加熱することが可能となる。

【００２１】さらに、本発明を実施例を参照しながら詳
述するが、これは本発明の例示であり、これにより本発
明が限定されるものではない。

【００２２】

【実施例１】図２は、本発明にかかる微粉末の製造方法
を実施する微粉末の製造装置の一例の概略構成図であ
る。同図において、符号３はアトマイズタンクであって
アトマイズタンク３の上部に位置する密閉容器５内には
溶融材料を収容する容器４が設置されており、容器４の
底部には溶融材料をアトマイズタンク３内に供給するた
めの溶湯管１が設置されている。なお、容器４には溶解
装置（図示せず）から溶融金属／合金材料が供給され
る。溶湯管１の近傍には、アトマイズノズル２が設置さ
れている。アトマイズノズル２の構造は図１に示す通り
である。

【００２３】溶融材料は、容器４の底部から溶湯管１を
通ってアトマイズノズル２に送給される。アトマイズノ
ズル２には高圧の不活性ガスが供給され、アトマイズノ
ズル２の噴射孔６から高流速のガス噴流となって流下す
る溶融材料 (円柱状) に衝突し、これを粉砕・粉化する
とともに冷却して微粉末を生成することができるように
構成されている。なお、アトマイズノズル２は上下方向
に微動装置７によって位置調整自在に構成されている。

【００２４】本実施例では、図１に示すように溶湯管１
は固定しておき、アトマイズノズル２の設置位置をアト
マイズを行う正規位置に比較して下方向に所定の距離だ
け移動させ、突き出し長さを小さくしておく。

【００２５】アトマイズ開始前に、この状態でアトマイ
ズノズル２から所定の圧力でガスを噴射すると、溶湯管
の端部に正圧域が発生する。そこで、ストッパ８を離脱
させて溶融材料を溶湯管１内に流下させると、溶湯管１
の端部に発生した正圧によって溶融材料は溶湯管１内に
一時的に滞留し、溶湯管１は溶融材料の顕熱により加熱
される。

【００２６】所定時間だけ、溶融材料を溶湯管１内に保
持した後、アトマイズノズル２を上方の正規位置へ移動
させて溶融材料のアトマイズを開始する。なお、生成し
た微粉末は、通常と同様に、アトマイズタンク３の底部
並びにこれに接続されたサイクロン９により回収され
る。この図２に示す装置を用いて以上説明した操作手順
により、錫、銅あるいは表１に化学成分を示すステンレ
ス鋼を予熱した容器４に供給した。

【００２７】

【表１】

【００２８】そして、アトマイズノズル２を微動装置７
によって下方に2.2 mm移動した後、アトマイズノズル２
の噴射孔６から3.1MPaの圧力で窒素ガスを噴射して溶湯
管１の端部に＋16kPa の正圧域を発生させた。

【００２９】そして、ストッパ８を離脱させて溶融材料
を溶湯管１内に流下させ、溶融材料を溶湯管１内に約5s
ec保持して溶湯管１を予備加熱した後、アトマイズノズ
ル２を上方へ2.2 mm移動させて正規位置に戻して、溶融
材料のアトマイズを開始した。アトマイズ開始後の溶湯
管１での溶湯の閉塞有無を表２に示す。

【００３０】次に、従来の方法と比較するため、当該ア
トマイズノズル２をアトマイズに適した位置に固定した
まま、ガスを噴射して、ストッパ８を離脱させ、溶融材
料を溶湯管１内に流下した場合について、アトマイズ開
始後の溶湯管１での溶湯の閉塞の有無を表２に併せて示
す。この比較のために挙げる従来法では、溶湯管内で閉
塞することが多かった。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２から明らかなように、本発明によれ
ば、溶湯管内の閉塞を確実に防止することができる。

【００３３】

【実施例２】図３は、本発明にかかる微粉末の製造方法
について、前述の図１とは別の実施態様を示すものであ
る。図１では、アトマイズノズル２からは逆円錐状を形
成するように流体を噴射されているが、本実施例では、
溶融材料が、図３に示すような断面が矩形の溶湯管１を
通ってシート状に供給されるとともに、噴射流体も矩形
断面の溶湯管１の二つの長辺側からシート状に噴射され
ており、左右のシート状噴射流体の交線は、溶湯管１の
長辺に沿う中心線に一致している。

【００３４】このような構成の溶湯管１およびアトマイ
ズノズル２を前述の図２に示すアトマイズ装置に適用し
て、錫、銅あるいは表１に化学成分を示すステンレス鋼
を予熱した容器４に供給した。

【００３５】そして、アトマイズノズル２を微動装置７
によって下方に1.1 mm移動した後、アトマイズノズル２
の噴射孔６から2.6MPaの圧力で窒素ガスを噴射して溶湯
管１の端部に＋12kPa の正圧域を発生させた。

【００３６】そして、ストッパ８を離脱させて溶融材料
を溶湯管１内に流下させ、溶融材料を溶湯管１内に約5s
ec保持して溶湯管１を予備加熱した後、アトマイズノズ
ル２を上方へ1.1 mm移動させて正規位置に戻して、溶融
材料のアトマイズを開始した。アトマイズ開始後の溶湯
管１での溶湯の閉塞有無を表３に示す。

【００３７】次に、従来の方法と比較するため、当該ア
トマイズノズル２をアトマイズに適した位置に固定した
まま、ガスを噴射して、ストッパ８を離脱させ、溶融材
料を溶湯管１内に流下した場合について、アトマイズ開
始後の溶湯管１での溶湯の閉塞の有無を表３に併せて示
す。この比較のために挙げる従来法は、全てが溶湯管で
の閉塞を発生した。

【００３８】

【表３】

【００３９】表３から明らかなように、本発明によれ
ば、溶湯管内の閉塞を確実に防止することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
アトマイズ法によって微粉末を生成する際に、細径の円
柱状あるいは薄いシート状に溶融材料を噴霧する場合に
おいても溶湯管での低温化・閉塞を防止でき、溶融材料
の微粉末を高い生産性と安価な製造費により、確実に製
造することができる。かかる効果を有する本発明の意義
は極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる微粉末の製造方法を実施するた
めの装置の一例を一部抽出して示す説明図である。

【図２】本発明にかかる微粉末の製造方法を実施するた
めの装置の一例を示す説明図である。

【図３】本発明にかかる微粉末の製造方法を実施するた
めの装置の他の一例を一部抽出して示す説明図である。

【符号の説明】

1 : 溶湯管 2 : アトマイ
ズノズル 3 : アトマイズタンク 4 : 容器 5 : 密閉容器 6 : 噴射孔 7 : 微動装置 8 : ストッパ 9 : サイクロン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶湯管から供給される溶融材料流に、ア
   トマイズノズルの噴射孔から流体を噴射して前記溶融材
   料流を粉砕・冷却することにより当該溶融材料の微粉末
   を製造するアトマイズ法において、アトマイズ開始前
   に、前記溶湯管および／またはアトマイズノズルの設置
   位置を変更することにより前記溶湯管の出口端部に正圧
   域を発生させた後、溶融材料を前記溶湯管に供給して前
   記溶湯管を所定温度に加熱し、その後に、前記溶湯管お
   よび／またはアトマイズノズルノズルの設置位置を元に
   戻してからアトマイズを開始することを特徴とする微粉
   末の製造方法。