JPH11501610A - 溶融材料の急冷 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 溶融セラミックの流れを乱流状態の流体の流れに入れて溶融セラミックの流れが粒子に分散され、次にその粒子がサイクロンに入って通過するときに凝固し、最終的に流体の流れから分離されて乾燥した粒子セラミック材料として収集されことによって、溶融セラミックの急冷を可能にする方法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 溶融材料を急冷する方法 発明の背景 本発明は微細に分かれた形態に製造される溶融材料に関する。本発明は、特に 、詳細には事実上はセラミックであるところの、このような微細に分かれた溶融 材料を作る方法に関する。 溶融状態に製造された材料が最も好適には急冷作業によってより処理しやすい 温度まで下げられることが従来技術において知られている。これがメルトを水に 流し込むことによってなされてもよいが、メルトを水に流し込むことは非常に多 量の水蒸気を発生させ、非常に多量の水を必要とする。加えて、水が不純物や望 まない反応の源になることがある。この問題に対抗するために、鋼球のような冷 却手段の上又は厚い鋼板の間の空洞の中へ溶融材料を滴下することが提案されて いる。鋼球の滴下された材料の場合、冷却手段からの生成物の分離という引き続 く問題がある。溶融材料が鋼板の間に滴下されたときには、鋼板は劣化し、頻繁 な間隔で交換される必要がある。空気急冷法又は水急冷法は、これらの問題両方 を解決するが、粉砕されて、研磨産業で必要とされる全範囲の研磨粒子サイズを 提供するような大きさにされることができる粗製材料を提供することはできない という制限を有する。 しかしながら、セラミック材料及び耐火材料に好適な方法は溶融材料を空気冷 却することである。この方法においては、溶融物の流れが高速な冷たい空気の流 れの中に噴射される。乱れが溶融物の流れを小滴に分断し、次にこの小滴が空気 によって冷却され、最初は外殻が小滴の周りに形成されその厚さが小滴全体が凝 固するまで増 加していく。しかしながら、外殻を破って、接触している小滴／粒子の間の融合 を引き起こすことがある粒子間接触に耐えるのに十分なほどに強くなるまでに、 小滴／粒子は４．５７２メートル（１５フィート）ほど進む必要があると見積も られているので、この方法もまた問題を有していないわけではない。加えて、こ の方法は堆積及び汚染の問題を提起する多量の埃を生じる。 ここで発明された新規の方法においては、溶融セラミックが最小の埃の発生し か伴わずに急速に凝固され、相対的に均一な球状粒子を得ることができる。この 方法は、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、アルミナ、アルミナ／ジル コニア、マグネシア及び同種のものを含む幅広い種類のセラミックの製造に適用 されることができる。 発明の概要説明 本発明は、溶融物の流れが分散されて小滴の流れにされ、この小滴が流体の流 れに同伴されて冷たくなるような、温度及び流速で、溶融セラミックの流れを乱 流状態の流体の流れの中に送ることを含む、溶融セラミック材料を急冷する方法 を提供する。冷却された小滴が次に流体から分離される。この分離が都合良くは サイクロン分離器で行われる。 好適な方法においては、流体の流れは水滴又は空気に同伴された水滴からなる けれども、空気のみからなる流体の流れを用いることも可能である。しかしなが ら、水は溶融セラミック小滴の効果的な冷却に大いに寄与するので、水が存在す ることは非常に好ましいことである。窒素及び二酸化酸素のような他の気体が空 気の代わりに代用されるとができることがさらに予想される。しかしながら、費 用及び入手可能性の点での空気の明らかな利点が、通常は、空気を 好適な選択としている。 本発明の好適な実施例においては、空気又は空気と水の混合体が、円弧の凹面 側が上方を向いた状態の円弧状スリットを通して噴射される。流体の流れの速度 は、同伴される溶融材料が、そこに沿って溶融材料が搬送される一種の通路を形 成している流体の流れを通り抜けることができないような速度である。 サイクロン分離器は鉛直方向に向いた漏斗形状の管を備え、接線方向の流入口 が漏斗の上部部分に配置され且つ出口が漏斗の下端部に配置されている。流れが 流入口を通って導入され、出口を通って出るまで螺旋状にサイクロン分離器の内 壁の周りを下方に流れる。この方法では、空気及び水蒸気（流れが水を含んでい る場合に、溶融セラミックの冷却の間に発生される）がサイクロン分離器の上端 部を通して逃がされる。凝固した小滴と、水が流体の流れ中に含まれている場合 には、蒸発していない水とが、サイクロン分離器の底部で外に出て、分離される 。次にその粒子が乾燥させられる。 装置の構造的な統一性を時間に関して損ないうる振動作用を引き起こすことが ある渦巻き型の流れを乱すために、サイクロン分離器の内側にじゃま板を設ける ことがしばしば望まれる。 サイクロン分離器の上部に通気装置を備えることができるが、多くの場合には 射出口の上に長さを与えることで十分であり、深刻な問題がなければ、上部が開 いたままであってもよい。 サイクロン分離器で起こる熱伝導のために、サイクロンの少なくとも一部分が 回収した熱を吸収するための冷却ジャケットを具備されることを提供することが しばしば望まれる。本方法の噴射段階において水が使用される場合には、生成物 が湿った状態で得られ、生成物が袋に入れられて輸送されことができるようにな る前に、生成物は乾燥作業を必要とする。しかしながら、このような環境では、 独立した乾燥段階の必要なしで乾燥するに十分な熱を回収された粒子に維持させ ることが可能となるであろう。このような場合には、乾燥が、単に物理的に水気 を切って粒子をコンベア輸送装置上に薄い層にして風乾させることによって、行 われることができる。 本発明は、出来る限り微細な結晶状態になることが求められる溶融材料の製造 に特にうまく適用される。本発明は、酸化雰囲気における急冷が最終生成物中の 窒化物及び炭素化合物の量を減らす、ジルコニア耐火材料の製造と関連する特定 の効用を有する。十分に酸化された生成物が耐火産業においては有利であると考 えられている。本発明はさらにアルミナ／ジルコニア研磨材料の急冷に適用され ることができ、アルミナ／ジルコニア研磨材料においては、急速な凝固がジルコ ニアの正方晶形態を安定化する傾向があり、このことは研磨特性に有利に作用す ると考えられている。加えて、流れの乱れを制御することによって、直接又はさ らに粉砕又は大きさを合わせることで研磨材料として使用され得る種々の大きさ の分布の粒子を得ることが可能となる。 図面の説明 図１は本発明による装置の線図的な垂直方向断面図を示す。 図２は図１に示される装置のサイクロン部分の上方からの図を示す。 図３は水筒（ウォターキャノン）を使用した本発明の代替実施例を示す。 好適な実施例の説明 次に本発明が添付の図面で説明される装置を特に参照して説明される。 図１において、炉１が溶融セラミック材料を作るために使用されている。溶融 材料は炉から噴出口２を通ってサイクロン６の入口４へと通過する。溶融物の流 れが噴流噴射口３を通る空気、水、又は空気と水の混合体の流れに同伴される。 特別な冷却水が入口４の口部分の円環５を通してサイクロン分離器６へ加えられ てもよい。噴流噴射口は高圧で作動して、噴出口とサイクロンへの入口の口部分 との間で溶融物の流れを効果的に微細な小滴に分散させる乱流帯を作りだし、こ の微細な小滴がサイクロンに入ると凝固されて冷却される。溶融材料がサイクロ ンに入る地点の上方の拡張部分７は作動中にサイクロンから粒子が漏れ出ること を防止している。 より均一な冷却を確実にするため且つ起こり得る振動を減らすために、サイク ロンがじゃま板（図示されていない）を具備されてもよい。流れはサイクロンを 出ると、固形粒子を収集するように設計された分離装置９に堆積されて、セラミ ック材料が分離装置からコンベア収集装置１０に置かれる。 サイクロンの手前にさらなる冷却装置を配置することが可能であり、これは多 くの場合有利であるが、冷却装置を配置することにより、サイクロンへ入る前に 全ての溶融物が凝固させられて、サイクロンが次にさらに冷却して最終的にセラ ミック生成物から水分を分離するようになる。このようなさらなる冷却装置の一 つの例は「水筒（ウォーターキャノン）」であり、このような装置を備える装置 の例が図３に示されている。溶融物が、炉１から噴出口２を通って、複数の水リ ング１５を備える水筒管１４の長さの方向に向けられた噴霧ノズル３からの流体 の流れの中へ注がれており、水リング１５の環状噴射口が水筒管の中へ向けられ 且つ水筒管の長さに沿って角度をつけられている。蒸気爆発につながることがあ る水リングに当たった溶融物の分散を防止するために、各水リングが水リングの 先にじゃま板を設けられている。水筒の出口がサイクロンへの入口に配置されて いる。 この装置の利点は必要であればより大量の冷却水を使用することができること である。さらに、それぞれが遮断器を有する多数の冷却用リングを有する水筒を 設計することによって、使用される水の量を注意深く制御することができる。水 筒がサイクロンから外される又はサイクロンに取り付けられることができる。 本装置が、もっぱら水によって、もっぱら空気によって、あるいは二つの混合 体によって流体の流れが提供されるように、作動され得る。一つの特定の好適な 実施例においては、空気と水の混合体が、６２０．５５ｋＰａ（９０ｐｓｉ）の 空気に半分開口している一インチパイプを通して約２７５．８ｋＰａ（約４０ｐ ｓｉ）で水を添加することで供給される。この構成で得られる生成物は、イット リア安定化ジルコニア（イットリアの重量の約５％まで）であるが、１００メッ シュより微細なものはなく、大部分は６．３５ミリ粗粒からなっていた。 概ね、水による霧化（空気使用なし）は、４０メッシュのふるいより小さいも のがわずかにある大きな粒子を生成した。空気だけの使用はもっと微細な分布を 生成し、水と空気との組み合わせは中間的な大きさの粒子分布を生成した。しか しながら、一般的には、噴流噴射口３を通る霧化用流体の流れの速度が高いほど 、より霧化され、より小さな粒子が得られる。期待された通り、溶融セラミック の流れもまた粒子の粗さに影響を与え、任意の所定の霧化用流体の流速において 、より高い流速がより粗い生成物と関連していた。 前記装置の有効性が酸化マグネシウム５％とアルミナ９５％とからなるスピネ ル材料を使用して評価された。６８９．５ｋＰａ（１００ｐｓｉ）で空気が噴流 噴射口を通して噴射され、水を３１０． ２７５ｋＰａ（４５ｐｓｉ）で環状噴射口を通すことによって水膜が作りだされ た。こうして、４０メッシュのふるいを通り抜けるのは重量で３％以下である粗 い生成物が生成された。 空気が噴流噴射口を通り同じ水膜を通って５５１．６ｋＰａ（８０ｐｓｉ）で 送られると、もっと微細な粒子の大きさの生成物が得られた。 アルミナ１０％とシリカ５％とジルコニア８５％からなるセラミックを使用し 、環状噴射口を通して水を噴射し噴流噴射口を通して空気だけを噴射すると、生 成物の重量の９９．７８％が７０メッシュのふるい上に残り、重量の９０．６％ が３０メッシュのふるい上に残った。重量の４２．２８％だけが１２メッシュの ふるいよりも粗かった。 同じセラミック原料を使用するが、水の環状噴射口が閉じられ、空気と水の混 合体が噴流ジェットを通して供給されると、類似の型式が観察され、重量の９９ ．７９％が７０メッシュのふるいに残り、約４０．４７％が１２メッシュよりも 粗かった。 噴流噴射口において空気だけを使用し、水の環状噴射口を使用しないと、粒子 の大きさの分布は多少微細になり、重量の９１．２％だけが７０メッシュのふる いに残り、５９．７５％が３０メッシュのふるいに残り、重量の１９．１７％だ けが１２メッシュのふるいよりも粗かった。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１０月３１日 【補正内容】 明細書 溶融材料の急冷 発明の背景 本発明は微細に分かれた形態に製造される溶融材料に関する。本発明は、特に 、詳細には事実上はセラミックであるところの、このような微細に分かれた溶融 材料を作る方法に関する。 溶融状態に製造された材料が最も好適には急冷作業によってより処理しやすい 温度まで下げられることが従来技術において知られている。これがメルトを水に 流し込むことによってなされてもよいが、メルトを水に流し込むことは非常に多 量の水蒸気を生じさせ、非常に多量の水を必要とする。加えて、水が不純物や望 まない反応の源になることがある。この問題に対抗するために、鋼球のような冷 却手段の上又は厚い鋼板の間の空洞の中へ溶融材料を滴下することが提案されて いる。鋼球の滴下された材料の場合、冷却手段からの生成物の分離という引き続 く問題がある。溶融材料が鋼板の間に滴下されたときには、鋼板は劣化し、頻繁 な間隔で交換される必要がある。空気急冷法又は水急冷法は、これらの問題両方 を解決するが、粉砕されて、研磨工業で必要とされる全範囲の研磨粒子サイズを 提供するような大きさにされることができる粗製材料を提供することはできない という制限を有する。 しかしながら、セラミック材料及び耐火材料に好適な方法は溶融材料を空気冷 却することである。この方法においては、溶融物の流れが高速な冷たい空気の流 れの中に噴射される。乱れが溶融物の流れを小滴に分断し、次にこの小滴が空気 によって冷却され、最初は外殻が小滴の周りに形成されその厚さが小滴全体が凝 固するまで増 加していく。この機構に頼っている方法が米国特許第３８３１８５７号明細書、 同第４８９７１１１号明細書（空気の代わりに乱流中に液化した気体を使用して いる）、英国特許第１４７８０８７号明細書（不活性気体空気を使用している） に開示されている。 外殻を破って、接触している小滴／粒子の間の融合を引き起こすことがある粒 子間接触に耐えるのに十分なほどに強くなるまでに、小滴／粒子は４．５７２メ ートル（１５フィート）ほど進む必要があると見積もられているので、このタイ プの方法もまた問題を有していないわけではない。加えて、この方法は堆積及び 汚染の問題を提起する多量の埃を生じる。 ここで発明された新規の方法においては、溶融セラミックが最小の埃の発生し か伴わずに急速に凝固され、相対的に均一な球状粒子を得ることができる。この 方法は、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、アルミナ、アルミナ／ジル コニア、マグネシア及び同種のものを含む幅広い種類のセラミックの製造に適用 されることができる。 発明の概要説明 本発明は、溶融物の流れが分散されて小滴の流れにされ、この小滴が流体の流 れに同伴されて冷たくなるような、温度及び流速で、溶融セラミックの流れを乱 流状態の流体の流れの中に送ることを含む、溶融セラミック材料を急冷する方法 を提供する。冷却された小滴が次に流体から分離される。この分離が都合良くは サイクロン分離器で行われる。 好適な方法においては、流体の流れは水滴又は空気に同伴された水滴からなる けれども、空気のみからなる流体の流れを用いることも可能である。しかしなが ら、水は溶融セラミック小滴の効果的な 冷却に大いに寄与するので、水が存在することは非常に好ましいことである。窒 素及び二酸化酸素のような他の気体が空気の代わりに代用されるとができること がさらに予想される。しかしながら、費用及び入手可能性の点での空気の明らか な利点が、通常は、空気を好適な選択としている。 本発明の好適な実施例においては、空気又は空気と水の混合体が、円弧の凹面 側が上方を向いた状態の円弧状スリットを通して噴射される。流体の流れの速度 は、同伴される溶融材料が、そこに沿って溶融材料が搬送される一種の通路を形 成している流体の流れを通り抜けることができないような速度である。 請求の範囲 １．溶融セラミックの流れを少なくとも一つの流体から構成される乱流状態の 流体の流れの中に送って、溶融セラミックの流れが分散されて小滴の流れにされ 、この小滴が流体の流れに同伴されて凝固した粒子になって、この凝固粒子がサ イクロンへサイクロンの側部に対して接線方向になっている流れの状態で搬送さ れるようにすることを含む、溶融セラミック材料を急冷する方法。 ２．前記セラミック材料が、マグネシア、アルミナ、ジルコニア、アルミナ／ ジルコニア混合物、及び、少ない比率のイットリア、シリカ、マグネシア及びそ の混合物で変更されたアルミナ又はジルコニアから構成されるグループから選択 される、請求項１に記載の方法。 ３．前記乱流状態の流体の流れが、空気、水、及び、空気と水の混合物から構 成されるグループから選択される、請求項１に記載の方法。 ４．前記乱流状態の流体の流れが水膜を通って溶融セラミックを同伴する、請 求項１に記載の方法。 ５．前記乱流状態の流体の流れが水筒の口部分へ噴射される、請求項１に記載 の方法。 ６．流体とセラミック粒子の混合体の流れを乱すために、前記サイクロンが内 側にじゃま板を備える、請求項１に記載の方法。 ７．前記セラミック粒子がサイクロンを出る際、前記セラミック粒子を実質的 に乾燥状態にするために別な熱の適用が不要となるほど十分な熱を保持している ように、前記サイクロンの温度が制御されている、請求項１に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒル，ラリー カナダ国，オンタリオ エル２ジー ７ジ ェイ６，ナイアガラ フォールズ，ジュビ リー ドライブ 7652 (72)発明者 ナップ，クリストファー イー. カナダ国，オンタリオ エル３エム ２ダ ブリュ７，グリムジー，ベイカー ロード ２ (72)発明者 デマーズ，レーン ジー. カナダ国，オンタリオ エル２エイチ １ ゼット５，ナイアガラ フォールズ，ダレ ナ プレイス 6498 (72)発明者 バッチェラー，ディー．シー. アメリカ合衆国，アラバマ 35754，レイ シーズ スプリング，ボックス 310，ル ート １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶融セラミックの流れを乱流状態の流れの中に送って、溶融セラミックの 流れが分散されて小滴の流れにされ、この小滴が流体の流れに同伴されて凝固状 態になるようにすることを含む、溶融セラミック材料を急冷する方法。 ２．前記セラミック材料が、マグネシア、アルミナ、ジルコニア、アルミナ／ ジルコニア混合物、及び、少ない比率のイットリア、シリカ、マグネシア及びそ の混合物で変更されたアルミナ又はジルコニアから構成されるグループから選択 される、請求項１に記載の方法。 ３．前記乱流状態の流体の流れが、空気、水、及び、空気と水の混合物から構 成されるグループから選択される、請求項２に記載の方法。 ４．前記乱流状態の流体の流れが水膜を通って溶融セラミックを同伴する、請 求項１に記載の方法。 ５．前記乱流状態の流体の流れが水筒の口部分へ噴射される、請求項１に記載 の方法。 ６．セラミックの同伴粒子を有する前記乱流状態の流体の流れがサイクロン管 へサイクロンの側部に対して接線方向になっている流れの状態で入っている、請 求項１に記載の方法。 ７．流体とセラミック粒子の混合体の流れを乱すために、前記サイクロンが内 側にじゃま板を備える、請求項６に記載の方法。 ８．前記セラミック粒子がサイクロンを出る際、前記セラミック粒子を実質的 に乾燥状態にするために別な熱の適用が不要となるほど十分な熱を保持している ように、前記サイクロンの温度が制御されている、請求項１に記載の方法。