JPH05247506A

JPH05247506A - 金属磁性粉の製造装置

Info

Publication number: JPH05247506A
Application number: JP4834592A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Maeda; 友夫前田; Hideaki Sato; 秀明佐藤; Yoshiki Shibuya; 佳樹渋谷; Keiichi Okuyama; 契一奥山
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1993-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】金属ハロゲン化物蒸気の気相還元により、特性
のばらつきが極めて少ない金属磁性粉を安定にかつ連続
的に大量生産することができる金属磁性粉の製造装置を
提供することを目的とする。【構成】反応容器１内にその上部から金属ハロゲン化蒸
気ガスと還元ガスとを供給して気相還元反応を生じさ
せ、金属磁性粉を製造する。製品の金属磁性粉は反応ガ
スから分離されて二基の粉体捕集機１３、１３´の一方
に導かれ、他方は反応器１の付着粉のみを捕集する。こ
の際の金属磁性粉含有反応ガスの切替えはバルブ１４、
１４´の開閉により行う。反応器１の内壁に付着した粉
は、ノズル孔１７から高圧不活性ガスを吹き付けると共
に、ハンマリング装置２０により反応器１に衝撃を与え
ることにより、反応器を開放することなく除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば高密度磁気記
録媒体に用いられる金属磁性粉を、金属ハロゲン化物蒸
気の気相化学反応により製造する金属磁性粉の製造装置
に関する。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの内少なくとも一種を含む金属ハ
ロゲン化物蒸気を還元ガスにより気相還元して、高密度
磁気記録媒体に使用し得る金属磁性粉を製造することが
試みられている。

【０００３】例えば、特公昭６１−６０１２３には、金
属ハロゲン化物蒸気と還元ガスに流速差をつけ、かつ反
応部を磁場中に置き、この蒸気を急冷する方法が開示さ
れている。また、特開昭６３−３１２６０３には還元ガ
スに微量の活性ガスを混合して反応を促進させる方法
が、特開平１−３６７０６には反応を減圧下で行なわせ
る方法が夫々開示されている。このように、この方法で
は多数の改良技術が公知である。しかし、これらの改良
技術をもってしても、この方法によって作られた金属磁
性粉は磁気記録媒体用として未だ実用に供されていな
い。

【０００４】この方法を実用に供する上での大きな問題
点は、気相化学反応により連続的に大量の金属磁性粉を
製造しようとした時、製品の磁気特性、特に飽和磁化の
値の経時的なばらつきが大きく、一定の特性の粉を安定
的に製造するのが困難なことである。

【０００５】この発明は、かかる事情に鑑みてなされた
ものであって、金属ハロゲン化物蒸気の気相還元によ
り、高密度磁気記録媒体に使用可能であって、特性のば
らつきが極めて少ない金属磁性粉を安定にかつ連続的に
大量生産することができる金属磁性粉の製造装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、上
記課題を解決するために、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの内少なく
とも一種を含む金属ハロゲン化物蒸気を還元ガスにより
気相還元して金属磁性粉を製造する装置であって、その
上部から前記金属ハロゲン化物蒸気及び還元ガスが供給
され、その中で気相還元反応を生じさせるための反応器
と、この反応器の下端部から連続して設けられ、前記反
応容器内で生成された金属磁性粉を反応ガスから分離し
て捕集するための少なくとも二基の粉体捕集装置と、こ
れら粉体捕集装置各々単独に金属磁性粉を含む反応ガス
を流せるように設けられたガス流路の切替手段と、前記
粉体捕集装置に至るまでの反応器壁に付着した金属磁性
粉を反応器を開放することなく除去するための除去手段
とを備えたことを特徴とする金属磁性粉の製造装置を提
供する。本発明者等は、従来技術における磁気特性の経
時的なばらつきの原因を詳細に検討した結果、それが下
記の機構によって生じることを見出した。ハロゲン化物
として塩化物を例にとると、気相還元による粉生成反応
は（１）式で表わされる。ＭＣｌ₂(Gas）＋Ｈ₂(Gas）→Ｍ（solid ）＋２ＨＣｌ(Gas）…（１）ここでＭは二価の金属を表わし、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの内
の一種又は二種以上の混合物である。

【０００７】（１）式の反応はＭの種類により若干異な
るが、金属磁性粉の作成を目的とした成分系では、通常
９００℃以上では右へ進む反応となるが、９００℃以下
になると右から左へ進む反応が優勢になる。すなわち、
９００℃以上で還元反応により生成した金属磁性粉を、
その反応ガス中に懸濁したままガスと共に冷却し粉体捕
集装置で捕集しようとした時、金属磁性粉は、反応で副
生した塩化水素により元の金属塩化物に戻ろうとする傾
向を持つ。ただ、通常は、原料金属ハロゲン化物蒸気を
希釈した不活性ガスや過剰の還元ガスにより副生塩化水
素の分圧が非常に低いこと、及び冷却されて低温になる
と（１）式の左へ進む反応の反応速度が非常に遅くなる
ことから、金属磁性粉が塩化物に戻る前に回収できるわ
けである。

【０００８】従来より公知の装置で金属磁性粉を製造す
る場合、生成金属磁性粉はガス中に懸濁したまま、ガス
と共に水冷壁又は空冷壁により冷却されつつ粉体捕集装
置へ流出するが、その際、粉の一部が反応炉壁に付着す
る。炉壁への付着粉は徐々にその層厚を増してゆくが、
壁面の温度は冷却により低温に保たれているため、付着
粉は焼結や融着を起こして強固に付着することはなく、
単に粉体の付着力や凝集力により弱く付着しているのみ
であることから、時々付着壁面から脱離して再度ガス中
に懸濁し、製品金属磁性粉に混入する。

【０００９】ここで、壁面に付着しなかった粉は反応部
から粉体捕集装置までの装置の長さにもよるが通常数秒
から１０数秒で９００℃以上から２００〜３００℃以下
（粉体捕集装置の熱損傷を避けるため、通常反応ガスは
２００〜３００℃以下まで冷却される）まで冷却される
のに対し、壁面へ付着した粉は数１０秒から場合によっ
ては数１０分の間、副生塩化水素を含有した高温の反応
ガスにさらされるため、（１）式の右から左へ進む反応
により一部再塩化され、Ｃｌの含有量が多くなる。この
Ｃｌの含有量が多い粉が製品に混入すると、以降の工程
の間に金属磁性粉は腐蝕され易くなり、磁気特性、特に
飽和磁化の劣化をひき起こすのである。

【００１０】従って、反応炉の壁面に付着した粉を定期
的に清掃・除去して付着粉が脱離して製品に混入する確
率を減らすことにより、磁気特性の経時的なばらつきの
問題が解決される。

【００１１】反応炉内の清掃を行なう方法は各種考えら
れ、最も簡便な方法は反応炉の適当な部位にフランジ口
を設け、清掃時はそこを開放してブラシ等の機械的掻取
り手段により付着粉を除去する方法である。しかし、反
応炉内は粉製造時には可燃性の水素ガスが充満してお
り、清掃のために反応炉を開放する前にこれを不活性ガ
スでパージしておかないと爆発等の危険が生じる。すな
わち、この方法は１回の清掃作業当り、原料ガス供給停
止、水素ガス停止、不活性ガスによる炉内水素ガスのパ
ージ、反応炉開放、反応炉内清掃、反応炉閉鎖、不活性
ガスによる炉内酸素のパージ、水素ガス送出再開、原料
ガス送出再開という多くの工程を必要とし、著しく生産
能率を阻害する。

【００１２】それ故、生産能率をあまり阻害しないため
には反応炉を開放することなく、反応炉内の清掃を行な
う方法をとることが必須となる。しかし、このような方
法をとっても、更に以下に示すようなことが問題とな
る。すなわち、清掃・除去した付着粉はＣｌの含有量が
多いこと以外は製品粉と何ら変わる所がないため、一度
製品に混入してしまうと、その後付着粉を製品から分離
することは不可能であり、その製品が全て不良品となっ
てしまう。従って、付着粉が絶対に製品に混入しないよ
うな装置構成にしておく必要が有る。

【００１３】本発明では、これらのことを考慮して、反
応器の上部から金属ハロゲン化物蒸気及び還元ガスを供
給するようにし、さらに反応部の下流に少なくとも二基
の粉体捕集装置を設け、それら各々単独に反応炉からの
流出ガスを流せるようなガス流路の切替手段を設けた。
これにより、反応器の内壁から除去された付着粉が重力
とガス流との相乗効果によって速やかに反応器内より運
び去られ、反応器内に付着粉が堆積・残留し難くするこ
とができ、また、製品製造時と付着粉清掃時とで異なる
粉体捕集装置を用いることが可能となるので、製品と付
着粉との混合を防止することができる。

【００１４】また、反応炉を開放することなく付着粉を
除去する手段を設けることにより、炉内清掃に伴うロス
タイムをを極小とすることができるので、高能率・大量
生産が実現される。従って、この発明の装置により、特
性のばらつきが極めて少ない金属磁性粉を安定にかつ連
続的に大量生産することができる。

【００１５】なお、反応炉を開放することなく付着粉を
除去する手段は特に限定されるものではないが、反応器
にノズル先が装着され、不活性ガスを吹きつけて付着粉
を吹き払うスートブロー型装置、反応器にノズル先が装
着され、不活性ガスと共に金属又はセラミックの粒子を
吹きつけて反応器の付着粉を払い落とすショットブラス
ト型装置、及び反応器に外部から衝撃を加えるハンマリ
ング型装置の中の何れか一つ又は二つ以上の組合わせが
好適である。

【００１６】なお、一基の捕集装置を用いて製品粉捕集
→捕集装置より製品を系外に回収→反応炉内の清掃→捕
集装置で捕集した付着粉の系外への抜出・廃棄→製品粉
捕集→……と、時系列で分けて運用することにより付着
粉の混入を防止することも理論的には不可能ではない
が、気相還元法で製造される金属磁性粉は粒径３００〜
４００オングストロ−ム以下の超微粉であって付着性が
強いため、実際には同一装置を用いると付着粉の製品粉
への若干の混入は避けられず、製品の品質確保上好まし
いものではない。従って、上述したように、少なくとも
二基の粉体捕集装置を設け、それら各々単独に反応炉か
らの流出ガスを流せるようなガス流路の切替手段を設け
ることが必須となるのである。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面を参照してこの発明の実施例
について説明する。

【００１８】（実施例１）図１はこの発明の実施例１に
係る金属磁性粉の製造装置を模式的に示す図である。反
応器１の内には上方から原料ガス供給管２が挿入されて
いる。この原料ガス供給管には２つの原料蒸発器３が接
続され、これら原料蒸発器３にはキャリヤガス供給管４
が接続されている。原料蒸発器３内には、金属ハロゲン
化物５が収容され、ヒーター６により加熱溶融され、そ
こから発生した金属ハロゲン化物蒸気は、供給管４から
供給されるキャリヤガスとしての予熱されたＮ₂，Ａｒ
等の不活性ガスにより希釈され、このキャリヤガスによ
り反応器１にキャリアされる。

【００１９】反応器１の上部には水素ガス供給管７が取
り付けられており、還元ガスとしての予熱された水素ガ
スがそこから反応器１に供給される。すなわち、金属ハ
ロゲン化蒸気及び水素ガスは反応器１の上部から下方に
向けて供給されることとなり、これらが反応部８で混合
され還元反応が生じる。

【００２０】反応で生成した金属磁性粉を懸濁したガス
は、反応器１の壁に設けられた水冷ジャケット１０によ
り冷却され、排気管１３又は１３´を通り、粉体捕集装
置１５又は１５´に至る。そして粉体捕集装置１５，１
５´でガスと金属粉とが分離される。この場合に、粉体
捕集装置１５又は１５´の一方（例えば１５）が製品粉
回収専用の粉体捕集装置として使用され、他方（例えば
１５´）が炉内付着粉清掃・除去専用の粉体捕集装置と
して使用される。排気管１３及び１３´には、夫々ガス
流路切替バルブ１４及び１４´が設けられている。流路
切替バルブ１４，１４´は、反応ガスが製品製造時は製
品回収用粉体捕集装置のみに流れ、又は付着粉清掃・除
去時は付着粉回収用粉体捕集装置のみに流れるようにす
るためのものである。なお、参照符号１１，１２は水冷
ジャケット１０への冷却水の供給管と排出管である。

【００２１】反応器１の周囲には磁場発生手段としての
ソレノイドコイル９が設けられている。ソレノイドコイ
ル９に電流を供給することにより反応器１内に磁場を印
加することができる。

【００２２】反応器１の内壁には、ヘッダー１６が取り
付けられており、ヘッダー１６にはスートブロー用高圧
不活性ガスを吹きつけるための複数のノズル孔１７が形
成されている。ノズル孔１７は高圧不活性ガス導入管１
９に連続しており、導入管１９には締切バルブ１８が設
けられている。さらに、反応器１の外側には、反応器１
に衝撃を与えるためのハンマリング装置２０が装着され
ている。

【００２３】次に、図１の構成を有し、反応器の径が５
３．５ｍｍの装置を用いて金属磁性粉を実際に製造した
結果について説明する。キャリアガスとしてＮ₂ガスを
７ｍｏｌ／分、還元ガスとしてＨ₂Ｓを０．０２％含ん
だＨ₂ガスを７ｍｏｌ／分流し、ソレノイドコイル９に
よって反応器１内に磁場を５００Ｏe 印加しつつ、反応
器１の反応部８にて原料蒸気とＨ₂ガスとを反応させて
Ｆｅ６０％−Ｃｏ４０％の合金粉を製造した。その際、
流路切替バルブ１４を開け１４´を閉め、製品金属磁性
粉は粉体捕集装置１５のみで捕集されるようにした。

【００２４】３０分間の運転後、キャリアＮ₂ガスを停
止し、バルブ１４を閉、バルブ１４´を開とした後、バ
ルブ１８のバルブを開け、５ｋｇ／ｃｍ² の高圧Ｎ₂ガ
スをノズル１７から反応器内壁面に吹付け、同時にハン
マリング装置２０を作動させ反応炉に衝撃を与え、反応
器１内の清掃作業を行った。この作業を２分間続けた
後、再度バルブ１４，１４´を切替え、キャリアＮ₂ガ
スを再び流して金属磁性粉の製造を継続した。

【００２５】上記サイクルを８回繰返し、最後にスート
ブロー及びハンマリングを行なった。その後、反応器１
を冷却し、開放して内部の観察を行なった。その結果、
反応器１の内壁面には金属粉が極く薄く付着しているの
みであり、スートブローとハンマリングとの組合わせに
より十分付着粉の除去が行なえることが確認された。

【００２６】なお、清掃・除去した付着粉は製品粉と同
じように、粒径３００〜４００オングストロ−ム以下の
超微粉であるため、殆んど全てガス流に乗って付着粉用
粉体捕集装置へ移送されたが、排気管１３´が水平に設
けられていたため、若干排気管１３´の底部へ堆積して
いた。このことを考慮すると、製品粉と付着粉との分離
をより確実に行なうためには排気管１３´もやや下向き
とすることが好ましいと言える。製品用の粉体捕集装置
１５で捕集された製品粉は２サイクル毎に回収し、回収
した製品粉の磁気特性を経時的に測定した。その測定結
果を表１に示す。

【００２７】表１から明らかなように、製品の保磁力・
飽和磁化のばらつきは各々±２０Ｏe 、±５ｅｍｕ／ｇ
以下と極めて少なく、高密度磁気記録媒体用として十分
なものであることが確認された。

【００２８】また、８サイクル合計の所要時間は４時間
２８分であり、稼動率（製品粉を製造していた時間÷全
所要時間）は８９．６％で高能率化も十分達成している
ことが確認された。

【００２９】（実施例２）図２はこの発明の実施例２に
係る金属磁性粉の製造装置を模式的に示す図である。こ
こでは反応器１内の清掃をショットブラストで行なう。
参照符号１〜１５は図１と同様であるので説明を省略す
る。

【００３０】参照符号２１はショットブラスト用のノズ
ルであり、このノズル２１は原料ガス供給管２の上方か
ら同心的に挿入されている。参照符号２２はストップバ
ルブで、金属磁性粉製造中はこのバルブを閉にしてお
き、運転を中断して反応炉内清掃をする時には開とす
る。

【００３１】次に、図２の構成を有し、反応器の径が５
３．５ｍｍの装置を用いて金属磁性粉を実際に製造した
結果について説明する。ここでは実施例１と同一の条件
で合金粉を製造した。製品粉は粉体捕集装置１５で捕集
した。

【００３２】３０分間の運転後、キャリアＮ₂ガスを停
止し、バルブ１４を閉、バルブ１４´を開とした後、バ
ルブ２２のバルブを開け粒径０．５ｍｍ以下の鉄製のシ
ョット玉を用いて５秒間、反応器１の内部にショットブ
ラストを施した。その後、再度バルブ１４，１４´を切
替え、キャリアＮ₂ガスを再び流して金属磁性粉の製造
を継続した。

【００３３】上記サイクルを８回繰返し、最後に反応器
１内をショットブラストで清掃した。その後、反応器１
を冷却し、開放して内部の観察を行なった。その結果、
反応器１の内壁面には金属粉の付着・堆積は全く見られ
なかった。除去された付着粉は実施例１と同様、殆んど
全てガス流に乗って付着粉用粉体捕集装置１５´へ移送
されていたが、ショット玉は重いため、大部分が反応器
底部から排気管１３´の底部に堆積していた。従って、
さらに長時間の運転を行なう場合には、反応器又は排気
管の底部にショット玉を収容するポケットを設けておく
ことが好ましいと言える。製品粉は実施例１と同様にし
て回収し、その磁気特性を経時的に測定した。その測定
結果を表１に示す。

【００３４】表１から明らかなように、製品の保磁力・
飽和磁化のばらつきは各々±１５Ｏe 、±４ｅｍｕ／ｇ
以下と極めて少ないことが確認された。また、８サイク
ル合計の所要時間は４時間１８分であり稼動率は９３％
であった。

【００３５】（比較例１）図３は比較例１に係る金属磁
性粉の製造装置を模式的に示す図であり、反応器の清掃
を、反応器下部に設けたフランジを開放し、機械的掻取
り手段によって行うようにしたものである。参照符号１
〜１２は図１と同様であるので説明を省略する。参照符
号２３は反応器１の清掃時にその下部を開放するための
フランジ、２４は排気管、２５は粉体捕集装置である。

【００３６】次に、図３の構成を有し、反応器の径が５
３．５ｍｍの装置を用いて金属磁性粉を実際に製造した
結果について説明する。ここでは実施例１と同一の条件
で合金粉を製造した。

【００３７】３０分間の運転後、キャリアＮ₂ガス停
止、水素ガスの反応器内パージ用Ｎ₂ガスへの切替、反
応器内パージ、反応器１下部のフランジ２３の開放、ブ
ラシによる反応器１内壁の付着粉の清掃、フランジ２３
の閉鎖、反応器内残留Ｏ₂パージ、パージＮ₂ガスのＨ
₂への切替、キャリアＮ₂ガス送出再開の手順で炉内清
掃を実施した。なお、粉体捕集装置で捕集されていた製
品粉は、上記作業を行なっている間に回収し、２ロット
分毎に混合して磁気特性測定用に供した。

【００３８】清掃作業を行なうためにフランジ２３を開
放した際、反応器内を観察した結果、３０分間の運転に
より反応器内壁に５ｍｍ程度の厚さで付着粉が堆積して
いるのが見られた。

【００３９】上記サイクルを８回繰返した後の磁気特性
を表１に示す。磁気特性のばらつきは保磁力が±２８Ｏ
e 、飽和磁化が±８ｅｍｕ／ｇと問題にならない程度で
あったが、８サイクルの所要時間は８時間４０分であり
稼動率は４６．２％と著しく能率が低下することが確認
された。（比較例２）

【００４０】図３の反応炉を用い、反応器内の清掃を行
なわず４時間運転した。製品粉は１時間運転毎に粉体捕
集装置より回収して磁気特性を測定した。運転終了後、
反応器冷却、開放を行ない内部を観察した結果、反応器
の内壁には２０ｍｍ以上厚く付着粉が堆積し、開口部は
殆んど見られないほどであった。

【００４１】その際の磁気特性を表１に示す。磁気特性
のばらつきは保磁力が±７８Ｏe 、飽和磁化が±２８ｅ
ｍｎ／ｇとばらつきが大きく、かつ飽和磁化が１００ｅ
ｍｕ／ｇ以下と極端に低下したものが見られる。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【発明の効果】この発明によれば、金属ハロゲン化物蒸
気の気相還元により、特性のばらつきが極めて少ない金
属磁性粉を安定にかつ連続的に大量生産することができ
る金属磁性粉の製造装置が提供される。この装置により
高密度磁気記録媒体に適した安定した磁気特性の金属磁
性粉を低価格で製造することができ、この発明の工業的
価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る金属磁性粉の製造装
置を模式的に示す図。

【図２】この発明の他の実施例に係る金属磁性粉の製造
装置を模式的に示す図。

【図３】比較例に係る金属磁性粉の製造装置を模式的に
示す図。

【符号の説明】

１……反応器、２……原料ガス供給管、３……原料蒸発
器、７……水素ガス供給管、８……反応部、１３，１３
´……排気管、１４，１４´……ガス流路切り替え手
段、１５，１５´……粉体捕集装置、１６……ヘッダ、
１７……ノズル孔、１９……高圧不活性ガス導入管、２
０……ハンマリング装置、２１……ショットブラスト用
ノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥山契一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの内少なくとも一種を
含む金属ハロゲン化物蒸気を還元ガスにより気相還元し
て金属磁性粉を製造する装置であって、その上部から前
記金属ハロゲン化物蒸気及び還元ガスが供給され、その
中で気相還元反応を生じさせるための反応器と、この反
応器の下端部から連続して設けられ、前記反応容器内で
生成された金属磁性粉を反応ガスから分離して捕集する
ための少なくとも二基の粉体捕集装置と、これら粉体捕
集装置各々単独に金属磁性粉を含む反応ガスを流せるよ
うに設けられたガス流路の切替手段と、前記粉体捕集装
置に至るまでの反応器壁に付着した金属磁性粉を反応器
を開放することなく除去するための除去手段とを備えた
ことを特徴とする金属磁性粉の製造装置。
【請求項２】前記付着金属磁性粉の除去手段が、反応
器にノズル先が装着され、不活性ガスを吹きつけて付着
粉を吹き払うスートブロー型装置、反応器にノズル先が
装着され、不活性ガスと共に金属又はセラミックの粒子
を吹きつけて反応器の付着粉を払い落とすショットブラ
スト型装置、及び反応器に外部から衝撃を加えるハンマ
リング型装置の中の何れか一つ又は二つ以上の組合わせ
であることを特徴とする請求項１に記載の金属磁性粉の
製造装置。