JPS60135505A - 球形金属粒子の製造方法と装置 - 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、中でもプラスチング材として使用される球形
金属粒子を製造するだめの方法と装置とに関する。

従来の技術 中でもプラスチング材として使用するだめの金属粒子を
、溶融鉄の鋳出し噴流に対して横断方向に噴射される水
流によって微粒化することにより製造することが知られ
ている。この場合に生ずる液滴状に形成された粒子は次
に水浴、またはすでにその際発生する水蒸気または霧秋
水蒸気中で凝固する。この公知の製造方法においては形
状が球形からはずれた種々の凝固製品がもたらされる。

それらは尾がついた細長い粒にむしろ似ている。このよ
うなプラスト材は球形のものに比べて粉体流動挙動が劣
っており、そしてそれをプラスト装置において使用する
際により劣った結果をもたらす。中でも非球形のプラス
チング材粒子は高い磨滅を受け、そしてそのために比較
的多量の粉塵を発生する。水浴中で凝固する粒子はまた
しばしば亀裂を有している。

この公知の製造技術のもう一つの欠点は、これが融解炉
を必要とし、そして従って金属精錬工場や鋳造工場にお
いてのみ経済的な運転が可能であるということである。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、中でもプラスチング材として使用するだめの
球形金属粒子を製造するに当り、単純で且つ経済的であ
ってしかも高い均一性を有する、亀裂の々い、実際に球
形のプラスチング材粒子を製造するための方法と装置と
を提供することを課題とするものである。そのだめの装
置は小さな所要床面積と共に金属精錬工場や鋳造工場以
外において危険なく運転出来るものである必要がある。

その上にこの装置は比較的低い設備費用で製作すること
ができ、且つその金属粒子製造において例えば充分な熱
回収等により経済的に運転できるものでなければなら々
Ｉ／’ｉ。

発明の構成 問題点を解決するだめの手段 上述の課題は本発明に従う方法によれば、スクラップ、
切削屑等のような金属材を重力に抗する方向へ向はられ
たエネルギーに富む高温ガ　９　一 ス流中に計量された割合で供給し、そして好寸しくは溶
融流動床の形の溶融帯域中で浮遊状態に保って溶融させ
ることによって解決される。

この方法によれば連続的な方式で、その生じたま＼の形
のプラスチング材粒子を製造できる程に多量に溶融金属
材の驚くほど簡単かつ経済的な製造が達成される。この
場合にその経済性に対して、スクラップ、および切削屑
等のような廉価な出発金属材を使用することが著しく重
要な意味を有している。

その際、この方法においてはその金属材を溶融の後にガ
ス流中で微細な粒子に微粒化し、そしてこれをそのガス
の流れの曳引風力によってその流動層及びそのガス流か
ら搬出するという技術手段が採用されている。この場合
にその融解過程とその微粒化過程とは有利には平衡状態
にあるのがよい。すなわちその溶融物が対応的に低粘度
液状に到達したならばたソちにこれは高温ガス流中でそ
のエネルギー含量と乱流とによって微細な粒子に細分割
される。この場合に１０ー その高温ガス流は存在する風力に比１．て充分に小さｈ
粒子だけを排出するよう々分級作用をもたらす。これに
よってこのガス流の動力学系を通してそれら粒子の驚く
べき均一性が達成される。

本発明に従う方法においては、それら粒イは凝固させる
のに好ましくはゆっくりと、従って亀裂を生ずるとと々
く、幾つかのより低い温度の蒸気層またはガス層中に導
入され、そして凝固が終了した後に捕集されるようにす
ることができる。この場合にそれら粒子は、公知の方法
において用いられるような大き々遠心力を受けないよう
にしてそのガス流により弾道曲線に相当する飛翔軌道で
その流動床から排出され、その際中でもその最高位点の
ところで理想的な球形に凝固する。

本発明のもう一つの提案に従い、その出発金属材が好ま
１．＜は金属加工切削屑または細か々切断屑と、および
分級選別残粒子とから構成されており、そ１〜てこのも
のから好ましくは成形プレスによってタブレット状の成
形物を作るのが均一々流動層の形成に好ましい効果をも
たらす。これによってはソ等しいサイズおよび／まだは
等しい重量の成形片を出発金属材として使用することが
有利に達成される。場合によってはその際、成形物が重
さと形状とにおいてドイツ通貨のペニツヒ硬貨にはソ相
当するものであることができる。このよう々成形物はガ
ス流中での単動に関してよく知られており、そして簡単
に小型プレスで作り出すことができる。

簡単々手段によって且つ有利に達成することのできるそ
の高温ガス流の形成方法の一つは、燃料ガスと空気とが
供給されるバーナを用いるものである。

また火炎が特に高温であって且つそのガス流が特別に速
いプラズマジェットバーナも高温ガス流の形成に有利に
用いることができる。

本発明に従う方法のもう一つの好都合な態様においては
その高温ガス流中に還元性のガス雰囲気を形成させる。

これは作り出された粒子の周縁脱炭を避けるのに有利で
ある。

高温ガス流を、好ましくは部分的に流動床炉として構成
されているよう々次第に拡大している流路を通して下側
から導くようにするのが流動床内での種々の力の安定な
平衡を形成させるのに好都合である。

この場合にその断面が次第に拡大していることによって
中でも上方部分においてその全断面にわたる流速の好ま
しい分布が与えられる。更に、溶融流状の粒子が炉壁と
接触することが避けられる。それにも拘らず、それら液
状体粒子の外部への案内が達成され、これが好ましい自
動的な搬出をもたらす。

高温ガス流を案内するだめにベンチュリ管として構成さ
れた流路を用いるのが上記のような流れの形成に好まし
い効果をもたらす。

出発金属材の各バッチ量を装入する際にそれら細片の落
下に起因する運動エネルギーを相殺しなければならない
。従って流動層の範囲内またはその帯域の上方において
外部より磁場がか＝１３＝ けられているのが有利である。これによって或落下速度
で到着する強磁性体はその磁場によって確実に制動され
、従ってこれはいかなる場合にも下方へ落下してしまう
ことはできんい。このよう方磁場を用いると言う可能性
はこの場合に、或粒子が溶融温度に達してしまう前にそ
の強磁性特性を失い、それによってその溶した粒子の排
出に際して磁場が何等遅延的な影響をもたらすことがな
いと言う知識を利用するものである。

本発明に従う方法の更にもう一つの本質的な態様におい
て、その高温ガス流は冷却性の外周ガス流によって取囲
まれている。この場合にこの外周ガス流の運動エネルギ
ーは少なくとも高温ガス流のそれに相当していることが
できる。

他方にお−て、この外周ガス流の運動エネルギーが高温
ガス流のそれよりも本質的に大きければ有利なことがあ
る。この場合に、その外周ガスの流れがその溶融金属材
を微細粒子に細分割してそれら粒子を排出する役目を分
担し、一方１４− 高温ガス流は本質的に熱エネルギーをこの溶融過程のた
めに調達する。このように１．て本発明に従う方法は特
に有利に構成される。この場合に外周ガスの温度は高温
ガス流のそれよりも本質的により低温であることができ
る。

本発明に従う方法の更に別々態様においては、それ等粒
子の予め定められた算術平均粒度を得るために高温ガス
流の温度を調節するのが有利である。

この場合に一定の装入割合において高温ガス流の温度は
その与えられる算術平均粒度によって制御されることが
できる。

更に々お、粒子の球形形状に影響をもたらすために下記
の各パラメータ： ○供給された外周ガスの量 ○外周ガスの温度 ○外周ガスのエネルギー含量 ○外周ガスのエネルギー の一つまたは多数を追加的に調節することができる。

本発明に従う方法の更に々お別々有利な態様においては
、その捕集された粒子を分級過程、中でも分層（Ｓ　ｃ
ｈ　ｉ　ｃｈｔｕｎｇ）または篩分にかける。この場合
にその分級に際して選別された成品の残りの粒子を出発
金属材に加えることも可能である。

それら選別残粒子の割合は少ないけれども、このものを
添加混合することはプレス過程を改善する。

本発明に従う方法においては高温ガス流の廃熱を出発金
属材の予熱に利用することによって一次エネルギーの経
済的な利用が有利にもたらされる。これは本発明に従う
方法の連続的な運転の態様により可能である。

この場合にその高温ガス流の撥熱はまた、外周ガ・スの
予熱のためにも使用することができ、或いはまた流動床
炉の撥ガスを捕集して外周ガスとして再利用することも
可能である。

球形金属粒子、中でもプラスチング材として使用する金
属粒子を製造するだめの、本発明に従う方法の実施に用
いる装置は、本願特許請求の範囲第１７ないし第２５項
にあげた諸特徴を有している。

添付の図面に本発明に従う好ましい装置の実施態様の一
つが示されており、その際この図面から本発明の他の本
質的な特徴が推察できよう。

実施例 本発明に従う方法を実施するだめの装置は必須の要素と
して炉壁８を有する流動床炉１を有している。この炉壁
８は下から上へ次第に拡大する流路１０を有する流れ案
内部材９を構成している。流路１０の下方に高温ガスを
形成するだめの装置２が設けられてｂる。このものは図
示の実施例においてはプラズマジェットバーナ３１トし
て構成されており、そして供給導管３２およびプラズマ
ガス用の供給導管３３を備えている。

更に、例えば放電アークを形成させるだめの電気エネル
ギー用の供給手段３４が設けられている。プラズマジェ
ットバーナは加速ノズルの形のノズル噴出口部材３５を
有している。このノズル噴出口８５のまわりに環状の出
口通路３７を有す１７− るノズル８６が設けられている。このノズル８６は外周
ガス１５を供給するのに用いられ、そして環状通路１４
に接続されている。このものには導管３８および調整装
置３９によって外周ガスが供給される。調整装置８９は
圧力センサ４０によって圧力依存的に調節される。

プラズマバーナ３１は高温ガス流３を送り出し、これは
流動床炉１の流路１０を比較的高い運動エネルギー並び
に熱エネルギーで貫流する。

流動床炉１の上方には装入用容器４が配置されている。

このものは例えば図示の形の、或いはまた配量溝（Ｄｏ
ｓｉｅｒｒｉｎｇ）の形の排出機構２０を有すう計量排
出装置５を有している。装入用容器４はガス透過性の底
部材１９を備えて構成されており、そして上向きに供給
弁２１によって閉じられている。このものは圧力側が加
圧ガス導管２４と結合されており、この導管は４１の部
分でそれぞれ冷却ガスと外周ガスとのだめの各導管１８
および３８に分岐している。

流動床炉ｌから放物線４２を画いて排出される１８− 成品粒子７を捕集するために円錐状外向きに傾斜した底
面２６を有して流動床炉１を環状に取囲んでいる捕集容
器２５が設けられている。

炉壁８は高耐熱性の多孔質焼結材料でできているのが好
ましい。これは２重壁１６によって取囲まれており、こ
の二重壁は炉壁８と一緒に、これを取巻いてしる冷却媒
体質１７を包囲している。導管１８によってガス状冷却
媒がこの冷却剤室Ｉ７へ供給される。この場合にこの冷
却媒体のコンディショニングのために水スプレーノズル
４３が設けられていてもよい。

多孔質炉壁８と共働して、冷却媒体が炉壁８を冷却しな
がら矢印４４で示すようにこの炉壁８を貫通１．て出て
行くことができ、そして高温ガス流３と炉壁８との間の
もう一つの断熱性冷却媒体カーテンを形成すると言うこ
とが達成される。

流動層４５の部分またはこれからすぐ上の部分にこの流
動床炉の外面１１に磁石系１２が設けられて−る。この
ものは、その磁場１８（細か々点線で示した）が流路１
０を流動層４５の上方のはソ最狭部におりて貫通するよ
うに構成されている。この磁場１３は装入用容器４から
落下する金属材片４６に制動をかけてそれによりこれが
流動床４５の中に進入する前にその落下エネルギーを失
うような作用をもたらす。この磁石系１２をより低く配
置した場合にはその落下する供給金属材４６をこれが遅
くとも液状に々つてしまうまでその流動層４５の中で制
動し且つ保持することをも可能とする。

成品粒子７の算術平均粒度を調節するだめには、流動床
４５の温度を調節することが必要である。そのために可
能な測定並びに制御装置の例として、図示の場合には輻
射線パイロメータ２７が設けられて因る。このものは流
動層４５の温度を検出してその検出値を成る電気信号に
変換する。この信号は信号導線２８によってプラズマガ
ス用の供給導管３２の中の調整装置２９およびプラズマ
ガス用供給導管８３中の調整装置３０に入力される。

もう一つの電気エネルギー用の調整装置４７は同様にこ
の信号導線２８より直接に、または図示されていなめ変
換器或いはコントローラを介して制御されていてもよい
。

図示の装置の運転は既に述べてｂないかぎり次のように
行なわれる。

この装置の運転開始に当ってプラズマバーナ８１が点火
され、そしてそれによって高温ガス流８が形成され、こ
のガス流が流動床炉１またはその流路１０をガス噴流３
によって貫流する。この高温ガス流は運動エネルギー及
び熱エネルギーに富んでいる。

次にガス吸出し装置２３を作動させる。これは流動床炉
１から上昇する高温ガスをガス透過性底部材１９を通し
て吸い込み、そしてこのものを導管２４並びに分岐導管
３８を通してノズル３６０環状通路１４中に圧入する。

このガス吸出し装置２８によって作り出された充分に高
い圧力においてこの環状通路１４からノズル３６の排出
通路３７を通して外周ガス１５が高温ガスの速度よりも
本質的−２１＝ に大き々速度で排出される。

排出機構２０を有する計量排出装置５によって次にその
装入用容器内に蓄積されていた装入用原材料片４６が排
出されて矢印４７に示すように高温ガス流３を通して落
下し、そして先ず磁場１３の領域内に到達し、この中で
とのもの＼落下速度が制動される。更にこの出発金属材
片４６が流動層４５の中へ降りて来たときにこれらの金
属材片は流動層４５によって捕えられる。この流動層の
中にはそれら装入された金属材片４６と高温ガス流３お
よび外周ガス流１５の衝撃力との間の安定な平衡状態が
形成されている。

外周ガス１５がプラズマガスよりも本質的に高い速度を
有しているために金属材片４６はその安定化されている
流動層４５の中心部へ向って配向される。これらの金属
材片はこ＼で短時間の間にプラズマによって溶融され、
そしてこの流動層４５の部分内で溶融流動層が形成され
る。このものは個々の粒子４９よりなる。それら個々の
粒子４９は運動エネルギーを受け取ることによって２２
− 充分に微細なサイズに達した後に放物線４２に沿ってこ
の流動床炉１から排出され、そして無加速状態において
この放物線４２の頂点の部分で凝固する。そのようにし
て理想的な球形の粒状物がもたらされる。これらは捕集
装置６中で成品７とし２て捕集され、そして矢印４８に
示すようにこ＼から抜き出される。

上述のようなガス透過性底部拐１９とガス吸出し装置２
３への接続部とを有する装入用容器４の構成によって高
温撥ガスは流動床炉からこの装入用容器４の中に吸い込
壕れる。その際とのもの＼中に貯留されてｂた装入原材
料の金属材４６が予熱される。これによってこの方法の
エネルギー収支に非常に好都合な影響がもたらされる。

同様に好都合な作用は、この装入用容器４から吸い出さ
れてなお熱い撥ガスを導管２４および分岐導管３８を通
して外周ガス１５として再びその循環系内に戻すことに
よってもたらされる。

開局ガス１５の運動エネルギーが各粒子の均一な算術平
均粒度に影響をもたらすので、圧力センサ４０によって
、そしてこれと作動結合されている調整装置３９がノズ
ル開口３７の手前で外周ガス１５の調節可能な圧力を一
定に保持する。

流動層４５の範囲内の溶融物の溶融温度を一定の温度水
準に保つことができるように、輻射線パイロメータ２７
が設けられており、これはその温度を継続的に検出して
電気的な制御信号に変換し、そして信号導線２８を介し
て、まだは通常の構造の図示されてい々い制御装置を介
して電気エネルギー供給用の調整装置４７およびガス供
給用の調整装置２９または８０に調整作用を生じさせる
。

尚炉壁８の冷却はこのもの＼高温度領域における抵抗力
に貢献する。

総体的に、本発明によればこれまで達成されなかった球
状金属粒子の好ましい製造が　最も新しい技術手段の採
用によってもたらされ、これは従来到達されなかった品
質の成品粒子の製造と共により少ないエネルギー消費を
達成する。

【図面の簡単な説明】

添付図は本発明に従う装置の１例の図式説明図である。 １　・・・流動床炉　２・・・高温ガス発生装置３・・
・高圧ガス流　４・・・装入用容器５・・・計量排出装
置　６・・・捕集装置７・・・成品粒子　８・・・炉壁 １０・・・流路　１２・・φ磁石系 １３・・・磁場　１４・・・環状通路 １５・・・外周ガス流　１６・・・二重壁１７・・・冷
却剤室　ｉｓ、　ａｓ・・・分岐導管１９・・・底部材
　２０・・・計量排出機構２１・・・供給弁　２８・・
・ガス吸出し装置２４…圧力ガス導管　２５書・・捕集
容器２７・・・輻射線パイロメータ　２８−・・信号導
１２９、８０．８９．４７・・・調整装置　８１・・・
プラズマバーナ８２、８８・・・供給導管　８４・・・
電気供給手段８６０−ノズル　３７・・Φ排出通路 ４０・―・圧力センサ　４５・・・流動床４６・・・出
発金属材　（−以上−） ＝２５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）微粒化しだ後その微粒化粒子を、これが冷却用の
   ガスまたは蒸気の層を通って飛翔する間に固体として凝
   固させることにより球形金属粒子を製造するに当り、ス
   クラップ、切削屑等のような金属材を、重力に抗する方
   向へ向けられたエネルギーに富む高温ガス流中に計量し
   た割合で供給し、そして好ましくは溶融流動床の形の溶
   融帯域中で浮遊状態に保って溶融させることを特徴とす
   る、上記球形金属粒子の製造方法。 （２）金属材をガス流中で溶融した後で微粒化し、そし
   てこれをそのガス流の風力によって流動層及びそのガス
   流から搬出する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 （８）液状化粒子をより温度の低いガスまたは蒸気の層
   の中に、好ましくはゆっくりと導入して凝固させ、そし
   て凝固が終った後にこれを取出す、特許請求の範囲第１
   又は第２項記載の方法。 （４）出発金属材が中でも金属加工切削屑または切断加
   工の細かな屑と、及び分級選別残粒子とから構成されて
   おり、そして好１しくはこれから成形プレスによりタブ
   レット状成形体を作る、上記各特許請求の範囲のいずれ
   か一つに記載の方法。 （５）高温ガス流を作り出すためにプラズマバーすまた
   は酸素と燃料ガスとを供給するバーナが用いられる、上
   記各特許請求の範囲のいずれか一つに記載の方法。 （６）高温ガス流中に還元性のガス雰囲気を形成させる
   、上記各特許請求の範囲のいずれか一つに記載の方法。 （７）高温ガス流を、好ましくは流動床炉として形成さ
   れている次第に拡大する流路を通して下から導く、上記
   各特許請求の範囲のいずれか一つに記載の方法。 （８）高温ガス流を導くために、ベンチュリ管として形
   成された流路を用いる、上記各特許請求の範囲のいずれ
   か一つに記載の方法。 （９）流動床の帯域の範囲内またはその上方において外
   部から磁場がかけられている、上記各特許請求の範囲の
   いずれか一つに記載の方法。 （１０）高温ガス流がより低温の外周ガス流によって取
   り四重れている、上記各特許請求の範囲のいずれか一つ
   に記載の方法。 （１１）外周ガスの臨界エネルギーが少なくとも高温ガ
   ス流のそれに相当しており、そしてその温度が高温ガス
   流のそれよりも本質的に低い、上記各特許請求の範囲の
   いずれか一つに記載の方法。 （１２）金属粒子の予め定められた算術平均粒径を作り
   出すように高温ガス流の温度を制御する、上記各特許請
   求の範囲のめずれか一つに記載の方法。 （１３）金属粒子の球形に影響を与えるために下記のパ
   ラメータ： 供給された外周ガスの流量 外周ガスの温度 外周ガスのエネルギー含量 外周ガスのエネルギー の一つ以上を追加的にコントロールする、上記各特許請
   求の範囲のいずれか−・っに記載の方法。 （１４）捕集された金属粒子を好ま１．＜は分層または
   篩１分による分級にかけ、その際中でも分層または篩分
   に際して成品を選別した残りの選別残粒子を出発金属材
   に加える、上記各特許請求の範囲のいずれか一つに記載
   の方法。 （１５）高温ガス流の廃熱を出発金属材の予熱および／
   又は外周ガス流の加熱に使用する、上記各特許請求の範
   囲のいずれか一つに記載の方法。 （１６）流動床炉の撥ガスを捕集して直接外周ガスとし
   て再利用する、上記各特許請求の範囲のいずれか一つに
   記載の方法。 （１７）微粒化Ｉ−た後その微粒化粒子を、これが冷却
   用のガスまたは蒸気の層を通って飛翔する間に固体とし
   て凝固させることにより球形金属粒子を製造するだめの
   装置におりて、この装置が高温ガス流（３）を作り出す
   だめの装置（２）を有する高温ガス炉と、計量して排出
   する排出装置（５）を有する貯蔵容器及び／又は装入用
   容器（４）と、及び成品（７）のだめの捕集装置（６）
   とを有することを特徴とする、上記製造装置。 （１８）高温ガス炉が下方からの加熱手段を備えた流動
   床炉（１）として構成されており、そして下方へ向けて
   拡大している流路（１０）を備えた流れ案内部材（９）
   として構成された炉壁（８）を有１〜ている、特許請求
   の範囲第１７項記載の装置。 （１９）炉壁（８）の外面（１１）にその流動床を貫通
   する磁場（１８）を有する磁石系（１２）が配置されて
   いる、特許請求の範囲第１７または第１８項記載の装置
   。 （２０）高温ガス流（３）を作り出すだめの装置（２）
   がプラズマバーナまたは溶接バーナの技術に従うバーナ
   である、上記特許請求の範囲第１７ない５− し１９項のいずれか一つに記載の装置。 （２１）プラズマバーナまたは溶接バーナ（２）がこの
   バーナの外側を取囲む、外周ガス（１５）のだめの環状
   通路（１４）を有している、特許請求の範囲第１７ない
   し第２０項のｂずれか一つに記載の装置。 （２２）炉壁（８）が例えばセラミック利料のような耐
   熱性の、好ましくは反磁性の材料よりなり、その際との
   炉壁（８）は多孔質材料でできており、またこれは二重
   壁（１６）によって取囲まれていて、この二重壁が炉壁
   （８）と共にとの炉壁を取巻く冷却剤室（１７）を画定
   しており、そしてこの冷却剤室は好ましくはガス状の冷
   却媒体を案内する導管（１８）に接続されている、特許
   請求の範囲第１７ないし第２１項のいづれか一つに記載
   の装置。 （２８）装入用容器（４）がガス透過性の底部材（１９
   ）または他のガス流入手段および／または計量排出する
   排出機構（２０）を有してｂる、特許請求の範囲第１７
   ないし第２２項のいずれか一つに記＝　６− 載の装置。 （２４）供給弁（２１）を備えた装入用容器（４）が上
   向きに閉じられており、そして抜出し接続管（２２）に
   よってガス吸出し装置（２３）に接続されており、その
   際中でもこのガス吸出し装置（２８）は導管（２４）に
   よって外周ガス用の環状通路（１４）と結合されている
   、特許請求の範囲第１７々い１〜第２３項のｂずれか一
   つに記載の装置。 （２５）捕集装置（６）が外向きに円錐状に傾斜した底
   面（２６）を有して流動床炉（１）を環状に取巻いてい
   る容器（２５）を備えている、特許請求の範囲第１７な
   いし第２４項のいずれか−・つに記載の装置。