JPH0543920A - 金属粉末製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した品質の金属微粉末を連続的に製造す
る。 【構成】 冷却用筒体1 の内周面に沿って冷却液を噴出
供給して筒体内周面に沿って旋回しながら移動する冷却
液層9 を形成し、該冷却液層9 の内側の空間部23に溶融
金属25を供給し、該溶融金属25に冷却液層9 に指向する
液体ジェット26を吹き付けて分断すると共に分断された
溶融金属を冷却液層9 に供給して冷却液層9 によって再
分断し、冷却凝固させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属を旋回移動す
る冷却液層中に供給して金属粉末を製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】急冷凝固金属粉末は、結晶粒が微細で合
金元素も過飽和に含有させることができるので、例えば
アルミニウムやその合金の急冷凝固粉末によって形成さ
れた押出材は、溶製材では具備することのない優れた材
質特性を有し、機械部品等の素材として注目されてい
る。

【０００３】前記急冷凝固金属粉末の好適な製造方法と
して、回転ドラム法がある。この方法は、図６に示すよ
うに、回転する冷却ドラム61の内周面に冷却液層62を遠
心力の作用で形成し、該冷却液層62に溶融金属を噴出
し、微細に分断して急冷凝固した金属粉末を得る方法で
ある。同図において、63は溶融金属供給容器としてのる
つぼであり、その外周面には加熱用の高周波コイル64が
装着され、その下部側壁にはノズル65が開設されてい
る。前記るつぼ63内の溶融金属66は、該るつぼ63に不活
性ガス67を加圧注入することによって前記ノズル65から
噴出される。そして、冷却ドラム61内の金属粉末は、一
定量溜まると、冷却ドラム61の回転を止め、冷却液と共
に回収され、脱液後、乾燥される。かかる金属粉末の製
造方法は特公平１−49769 号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転ド
ラム法では、いわゆるバッチ式操業となり、生産性が劣
る。そのうえ、粉末回収時に溶融金属の噴出を止めなけ
ればならないため、ノズル65に孔詰りが生じ易いという
問題がある。また、冷却温度を一定にするためには、冷
却液層62の液面に給排用管の管口をセットし、冷却液を
供給、排出して温度制御しなければならないが、温度制
御が困難で、液面の乱れも激しく、粉末粒度や品質にば
らつきが生じ易いという問題がある。

【０００５】更に、微粉末を得るためには、冷却液層62
の流速を大きく、またノズル65からの溶融金属66の噴出
量を少なくすればよいが、前者は冷却ドラム61の回転数
に限度があるため限度があり、又後者もノズル65の孔詰
り防止の点からノズル孔の大きさが制限されるため限度
があり、微粉末が得難いという問題がある。本発明はか
かる問題点に鑑みなされたもので、品質一定の金属粉末
を連続的に製造することができ、しかも微粉末について
も容易に製造することができる金属粉末の製造方法およ
びその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】本発明の金属粉末製造方
法は、冷却用筒体の内周面に沿って冷却液を噴出供給し
て筒体内周面に沿って旋回しながら移動する冷却液層を
形成し、該冷却液層の内側の空間部に溶融金属を供給
し、該溶融金属に冷却液層に指向する液体ジェットを吹
き付けて分断すると共に分断された溶融金属を冷却液層
に供給して冷却液層によって再分断し、冷却凝固させ
る。

【０００７】また、本発明の金属粉末製造装置は、内周
面に沿って冷却液を噴出供給するための冷却液噴出管が
設けられた冷却用筒体と、前記冷却液噴出管より噴出さ
れた冷却液が前記筒体の内周面に沿って旋回しながら移
動するように形成された冷却液層の内側の空間部に溶融
金属を供給するための供給容器と、該溶融金属を分断す
ると共に分断された溶融金属を冷却液層に供給するため
の液体ジェットを噴出するジェットノズルと、前記冷却
液噴出管に冷却液を供給するための冷却液供給手段とを
備えている。

【０００８】

【作用】冷却用筒体の内周面に沿って冷却液噴出管から
噴出供給された冷却液は、筒体の内周面に沿って旋回し
ながら筒体の一端開口に向って移動する。この際、旋回
時の遠心力の作用でほぼ一定内径の冷却液層が筒体内周
面に形成される。この冷却液層は常に新たに供給される
冷却液によって形成されるために一定の温度が容易に維
持される。また、温度制御のために冷却液層の内表面よ
り冷却液を供給、排出する必要がないため、冷却液層は
乱れが生じにくく、安定状態が維持される。

【０００９】前記冷却液層の内側の空間部に溶融金属供
給容器から噴出供給された溶融金属は、ジェットノズル
から冷却液層に指向して噴出された液体ジェットが吹き
付けられて、分断される。一次分断された溶融金属は、
冷却液層に向って飛散し、冷却液層内に注入供給され、
冷却液層の旋回流によって再分断される。従って、液体
ジェットの流速、流量を制御することにより、一次分断
された溶滴の大きさを容易に調整することができ、冷却
液層による再分断と相まって、所期の急冷凝固微粉末を
容易に得ることができる。しかも、冷却液層の温度、表
面状態が均一で安定なため、粉末の品質も安定する。

【００１０】冷却液層は連続的に形成されるため、溶融
金属を連続的に供給し、液体ジェットを連続的に吹き付
けて分断し、冷却液層に供給することによって、粉末の
連続生産が可能となる。そして、冷却液層内で凝固した
金属粉末は、冷却液と共に筒体の一端開口より連続的に
排出され、均質な金属粉末が連続的に生産される。

【００１１】

【実施例】図１は実施例に係る金属粉末製造装置を示し
ており、内周面に冷却液層9 を形成するための冷却用筒
体1 と、冷却液層9 の内側の空間部23に溶融金属25を流
下供給するための供給容器であるるつぼ15と、前記筒体
1 に冷却液を供給するための手段であるポンプ7と、流
下した細流状の溶融金属25を溶滴に分断すると共に冷却
液層9 に供給するための液体ジェット26を噴出するジェ
ットノズル24とを備えている。

【００１２】前記筒体1 は円筒形状であり、筒体軸心が
鉛直方向に設置されており、その上端開口は蓋体2 によ
り閉塞され、該蓋体2 の中心部には溶融金属を筒体1 の
内部に供給するための開口部3 が形成されている。ま
た、筒体1 の上部には、冷却液噴出管4 が周方向等間隔
に複数個形成され、この噴出管4 の吐出口5 は筒体1 内
周面に沿って接線方向から冷却液を噴出供給できるよう
に開口されている。前記噴出管4 の管軸方向は、筒体軸
心に直交する平面に対して０〜20°程度斜め下方に設定
されている。そして、噴出管4 は、ポンプ7 を介してタ
ンク8 に配管接続されており、タンク8 内の冷却液をポ
ンプ7 によって吸い揚げて噴出管4 から筒体1 内周面側
に噴出供給することにより筒体1 の内周面に、該内周面
に沿って旋回しながら流下する冷却液層9 が形成され
る。タンク8 には、図示省略の補給用の冷却液供給管が
設けられ、またタンク8 内や循環流路の途中に冷却器を
適宜介在させてもよい。冷却液としては一般に水が使用
されるが、油が使用される場合もある。尚、水を用いる
場合、水中の溶存酸素を除去したものを使用するのが望
ましい。酸素の除去処理装置は市販されており、入手容
易である。

【００１３】筒体1 の内周面下部には、冷却液層9 の層
厚調整用リング10がボルトによって着脱、交換自在に取
付けられ、このリング10によって冷却液の流下速度が抑
えられて略一定内径の冷却液層9 が容易に形成される。
筒体1 の下端開口には円筒状の液切り用網体11が連設さ
れ、この網体11の下側には漏斗状の粉末回収容器12が取
付けられている。前記網体11の周囲には該網体11を覆う
ように冷却液回収カバー13が設けられ、この回収カバー
13の底部に形成された排水口14が配管を介してタンク8
に接続されている。

【００１４】筒体1 の上方には溶融金属供給容器である
るつぼ15が配置されており、このるつぼ15は黒鉛や窒化
珪素等の耐火物で形成され、有底円筒状のるつぼ本体16
と、該るつぼ本体16の上端開口を閉塞する蓋体17とを備
えて成る。るつぼ本体16の外周には加熱用の誘導コイル
18が設けられ、るつぼ本体16の底部19には、上下方向に
貫通状のノズル孔20が形成され、該ノズル孔20は蓋体2
の開口部3 に向いている。また、るつぼ15の蓋体17に
は、ＡｒやＮ₂ 等の不活性ガスの圧媒や圧送された溶融
金属を注入するための注入孔21が形成され、該注入孔21
から不活性ガスを加圧注入することにより、るつぼ15内
の溶融金属22がノズル孔20から開口部3 を介して冷却液
層9 内側の空間部23に噴出される。

【００１５】前記冷却液層9 の内側の空間部23には、
水、油等の液体のジェットを噴出させるジェットノズル
24が筒体1 の蓋体2 の開口部3 を介して挿入され、この
ノズル24の噴出口は、冷却液層9 及びるつぼ15のノズル
孔20から噴出される細流状の溶融金属25に指向されてい
る。尚、ジェットを形成する液体は冷却液層9 を形成す
る冷却液と同じものが好ましいが、必ずしもこれに限る
ものではない。

【００１６】前記冷却液噴出管4 の吐出口5 は冷却用筒
体1の上部側面に開口しているが、該噴出管4 と層厚調
整用リング10までの距離が長い場合、冷却液の流下速度
の増大により、冷却液層9 の層厚が中央部で凹状になり
易いので、吐出口5 は筒体1の上端と層厚調整用リング1
0の上面との中央位置から前記リング10の上面までの間
に開口させるのがよい。かかる位置に開口しても、吐出
口5 より上方は、遠心力の作用により冷却液が押し上げ
られ、下方とほぼ同様の一定厚さの冷却液層が形成され
る。

【００１７】前記構成において、金属粉末を製造するに
は、先ず、ポンプ7 を作動させて、筒体1 内周面に冷却
液層9 を形成し、次に、るつぼ15内の溶融金属22をノズ
ル孔20から下方に噴出する。このとき、ジェットノズル
24から液体のジェットを高速で噴出させておく。るつぼ
15から噴出された溶融金属25にジェットノズル24から噴
出されたジェット26が吹き付けられ、該溶融金属25が分
断されると共に分断された溶滴が冷却液層9 に向けて飛
散される。この飛散された溶滴は、旋回しながら流下す
る冷却液層9 内に注入され、これによって再分断される
と共に急冷凝固されて金属粉末が製造される。そして、
冷却液層9 中の金属粉末は、冷却液と共に旋回しながら
層厚調整用リング10を越えて流下し、筒体1 の下端開口
より液切り用網体11に入る。ここで、冷却液は遠心力の
作用で網体11から放射状に外方へ飛散し、一次的に脱液
された液分の少ない金属粉末が得られる。この一次脱液
された金属粉末は粉末回収容器12に入り、ここから排出
されて、遠心分離機等の脱液装置により脱液され、乾燥
装置により乾燥される。また、網体11から飛散された冷
却液は回収カバー13を介してタンク8 に戻されて循環使
用される。尚、液体ジェットはガスジェットに比べて冷
却能が大きいが、分断作用も大きいため吐出量はガスに
比べて少なくて済み、一次分断される溶滴の温度低下は
それほど問題にならない。

【００１８】図２は金属粉末製造装置の他の実施例を示
しており、前記実施例の製造装置と同部材は同符号で示
している。該実施例では、冷却用筒体1 の内周面に、冷
却液噴出管4 の吐出口5 が上下方向に複数段開口してい
る。冷却液噴出管4 の段数、間隔は、筒体内径、冷却液
の吐出量、噴出圧力、下側の層厚調整用リング10の設定
距離等により異なるが、ほぼ一定内径の冷却液層9 が得
られるように適宜の段数を略等間隔に設ければよい。こ
の実施例では、層厚調整用リング10の上部に冷却液噴出
管4 が複数段設けられているので、前記リング10の上部
で冷却液の流下速度の増大による冷却液層9の層厚の減
少を防止することができ、筒体1の内周面にほぼ一定内
径、一定旋回流速の冷却液層9 を長い範囲で容易に形成
することができ、冷却域を長範囲に設けることができ
る。尚、図２に示すように、冷却液噴出管4 の隣接する
段間に、各々層厚調整用リング10A を設けてもよい。こ
れによって、冷却液層9 の層厚、流速をより一層安定さ
せることができる。また、冷却液噴出管4 を一段とし、
層厚調整用リングを複数段設けるだけでも、冷却液層9
の層厚の減少を防止する効果がある。

【００１９】また、図２の実施例では、網体11の内周面
に流下緩衝用のフランジ28がボルト等によって着脱自在
に付設されている。該フランジ28により、冷却液の流下
スピードが遅くなり、より長時間の脱液が可能になると
共に、流下エネルギーを周方向の回転エネルギーとして
有効利用することによって遠心脱液を効果的に行うこと
ができる。

【００２０】図３は金属粉末製造装置の第三の実施例を
示しており、該実施例では、冷却用筒体1 は筒体軸心が
傾斜して配置されており、その内周面に形成された冷却
液層9 の内側の空間部23において液体ジェット26がＶ形
に交差するように２本のジェットノズル24,24 が設けら
れている。前記ジェットノズル24,24 のノズル開口はス
リット形であり、ジェット26も一定の幅を有する膜状と
なっており、その交差状態における断面が図のようにＶ
形となっている。そして、Ｖ形ジェットの交差域に溶融
金属25がるつぼ15のノズル孔20から流下し、一次的に分
断されている。かかるＶ形ジェットによれば、一次分断
効果に優れ、また溶融金属25の流下位置が少々ずれても
一次分断された溶滴を交差域から冷却液層9 の内周面の
特定範囲に飛散させて注入することができる。尚、線状
ジェットを噴出するジェットノズルを逆円錐形状に複数
個配置し、逆円錐形状の線状ジェットの集合体を形成
し、その交差域に溶融金属を供給するようにしても同様
の効果を得ることができる。

【００２１】なお、前記各実施例では、冷却用筒体とし
て円筒状のものを示したが、これに限らず、例えば内周
面が上方に向けてラッパ状に拡開した回転放物面で形成
された漏斗形状や切頭逆円錐形状としてもよい。この場
合、層厚調整用フランジを取付けなくても、一定内径の
冷却液層を形成することができる。また、冷却用筒体
は、図例では、その筒体軸心が鉛直ないし斜め方向とな
るように配置したものを示したが、これに限るものでは
なく、冷却水の噴出速度が十分で筒体内周面に遠心力の
作用で冷却液層9 が形成される限り、筒体軸心の方向は
問わない。

【００２２】また、図例では、層厚調整用リング10は断
面方形状であるが、これに限らず、例えばリング上面の
外周縁から下面の内周縁にかけて漸次縮径する流線形曲
面で形成してもよい。また、るつぼ15内の溶融金属22
は、圧媒を作用させて加圧することによりノズル孔20か
ら噴出したが、圧媒を作用させることなく、溶融金属22
自体に作用する重力（自重)によりるつぼ15内の下部の
溶融金属22を加圧状態とし、ノズル孔20から噴出（流
出) するようにしてもよい。

【００２３】また本発明は、Ａｌ合金やＭｇ合金等の軽
量金属粉末の製造に限らず、鉄やその合金等の金属粉末
の製造に適用できることは勿論である。以上説明した金
属粉末製造装置を備え、溶融金属の供給から金属粉末の
製造、脱液、乾燥を一貫して行うための金属粉末連続生
産設備の一例の全体構成図を図４および図５に示す。本
例によると、連続注湯装置31から圧送された溶融金属
は、既述の金属粉末製造装置32、連続脱液機33および連
続乾燥装置34を経て、製品金属粉末とされる。

【００２４】前記連続注湯装置31は、耐火性断熱材で形
成された本体容器36を備え、該容器36には蓋体37により
密閉自在とされた金属溶湯供給口38が開設され、不活性
ガス等の圧媒供給管39、容器内の溶融金属43の排出管40
が設けられており、底部には誘導加熱用コイル41を有す
る凹部42が設けられている。該コイル41によって、容器
36内の溶融金属43は温度制御が行われ、圧媒供給管39よ
り注入されるアルゴンガス等の不活性ガスにより排出管
40を介して金属粉末製造装置32のるつぼ15へ圧送され
る。排出管40は、断熱層の形成やインダクションヒータ
等の適宜の保温手段により保温される。

【００２５】前記金属粉末製造装置32によって製造され
た金属粉末は、液切り用網体11によって一次脱液された
後の残留冷却液と共に粉末回収容器12を介して連続脱液
機33に供給され、遠心力の作用で脱液される。連続脱液
機33は、上方に拡径した回転ドラム45を備え、該ドラム
45の中間部周壁は多数の細孔を有するスクリーンプレー
トで形成され、内周面には脱水後の粉末を上方へ送り出
すための凸状リブ46が多数形成されている。回転ドラム
45の外周面側には冷却液回収カバー47が設けられてお
り、脱液された冷却液は、その底部よりタンク8 に回収
される。また、回転ドラム45の上部には金属粉末回収カ
バー48が設けられ、排出シュート49が付設されている。

【００２６】連続脱液機33の排出シュート49より排出さ
れた湿潤金属粉末は引き続いて連続乾燥装置34に供給さ
れる。連続乾燥装置34は、多数の細孔を有する流動床51
を有する乾燥容器52と、該容器52の上部より湿潤原料を
供給するためのロータリーフィーダーを有する供給装置
53と、容器52の下部より熱風を供給するための熱風発生
装置54と、容器52上部より排出した排風より微粉を捕収
するためのサイクロン55とを備えており、容器52の上部
および下部側壁には排出管56が付設されている。

【００２７】乾燥容器52内では流動層57が形成されてお
り、湿潤金属粉末は、流動層57中で熱風と激しく混合さ
れ、熱交換され、速やかに乾燥されて、通常オーバーフ
ローにより排出管56を介して外部に取り出される。尚、
本発明を実施するに際しては、連続注湯装置、連続脱液
機、連続乾燥装置は既述のものに限らず、市場に供給さ
れている適宜のものを使用することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、冷却用筒体の内周面に
沿って冷却液を噴出供給して、筒体内周面に沿って旋回
しながら移動する冷却液層を形成するので、冷却液層の
温度を容易に一定に保持することができ、液面の乱れも
生じにくい。そして、この冷却液層中に溶融金属を供給
するので、溶融金属の連続供給が可能となり、品質一定
の急冷凝固粉末を連続的に製造することができ、バッチ
処理の際に問題となる溶融金属噴出用ノズルの孔詰りの
おそれもない。

【００２９】また、溶融金属を冷却液層に供給するに際
して、冷却液層の内側の空間部に溶融金属を供給し、こ
れに冷却液層に指向する液体ジェットを吹き付けて一次
分断し、分断された溶融金属を冷却液層に飛散供給して
二次分断するので、冷却速度が大きい微粉末を容易に製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る金属粉末製造装置の要部断面全体
配置図である。

【図２】他の実施例に係る同装置の要部断面全体配置図
である。

【図３】第三の実施例に係る同装置の要部断面図であ
る。

【図４】連続注湯装置の断面説明図である。

【図５】金属粉末連続生産設備の全体配置図である。

【図６】従来の金属粉末製造装置の要部断面図である。

【符号の説明】

１ 冷却用筒体 ４ 冷却液噴出管 ７ ポンプ（冷却液供給手段) ９ 冷却液層 15 るつぼ（供給容器) 23 空間部 24 ジェットノズル 25 溶融金属 26 液体ジェット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却用筒体の内周面に沿って冷却液を噴
   出供給して筒体内周面に沿って旋回しながら移動する冷
   却液層を形成し、該冷却液層の内側の空間部に溶融金属
   を供給し、該溶融金属に冷却液層に指向する液体ジェッ
   トを吹き付けて分断すると共に分断された溶融金属を冷
   却液層に供給して冷却液層によって再分断し、冷却凝固
   させることを特徴とする金属粉末製造方法。
2. 【請求項２】 内周面に沿って冷却液を噴出供給するた
   めの冷却液噴出管が設けられた冷却用筒体と、前記冷却
   液噴出管より噴出された冷却液が前記筒体の内周面に沿
   って旋回しながら移動するように形成された冷却液層の
   内側の空間部に溶融金属を供給するための供給容器と、
   該溶融金属を分断すると共に分断された溶融金属を冷却
   液層に供給するための液体ジェットを噴出するジェット
   ノズルと、前記冷却液噴出管に冷却液を供給するための
   冷却液供給手段とを備えていることを特徴とする金属粉
   末製造装置。