JPS6024304A - 合金粉末の製造装置 - 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】 本発明は、溶融状態にある合金を粉砕した後冷ｆｉｌｌ
　Ｌ、溶湯から直接合金粉末を製造する装置に関する。

金属粉末を製造する方法としては、機械的粉末化法、化
学的粉末化法、溶湯粉末化法を分類でき、溶湯粉末化法
はイの粉末製造法の違いにより、電極法、噴霧法、基板
冷却法等と分類できる。これらｉ８湯粉末化法はそれぞ
れ長短があり、例えば電極法は比較的微細で均一粒度を
持つ粉末の製造に有効であるが、装置がやや複雑、高価
である反面、多缶生産には適さず、又、冷却速度も比較
的小である。

噴霧法である遠心法及び超音波法は微細粉末製造に適し
ているが、設備が高価であり、一般に維持費も高い。溶
湯の冷却速度も比較的小である。

ガスや水を溶湯の粉砕、冷却媒として使用する、ガス、
水噴霧法は溶湯を多量に処理出来る点では優れているが
、製造される合金粉末の粒度分布に問題が有り、冷却速
度も比較的小さい。　上記の遠心法、超音波法は未だ試
験的規模の域を越えず、一方商業的規模で合金粉末の生
産が行なわれている水（ガス）噴霧法、真空噴霧法ある
いは回転電極法は、対生産量設備費が大で、製造コスト
を高いものとし、又前述の様に一般に冷却速度が小さい
という欠点を有する。これら従来技術に共通した冷却速
度が小さいという欠点は、粉化された合金粒の噴霧冷却
媒が稀薄なガスあるいは高圧ガスの如く、噴霧冷却媒自
身の熱容量が小であること、あるいは水噴霧法の如く噴
霧冷却媒として水を用いながらも、その水が霧状となる
ために溶湯粒との接触時間、接触確率が小となることに
起因Ｊるものであった。一方、近年開発され、実験室的
に採用されている回転液中噴霧法、あるいはキ【・ビデ
−ジョンを利用するど云われている双ロール法。

トリプルロール法等はイれら装置の構造上、溶湯を粉化
する手段と溶湯粒の冷！、ｌ］’Ｗ、例えば水、ロール
などが比較的近接して設置することが可能なため、上記
例に比して冷却速度は大である。しかしながら、一般に
製造される合金粒子の粒度分布が広く、また、粒度分布
を狭くなし得たとしても、その再現性に乏しく、その生
産量も実験室的規模の域を出るものではなかった。

本発明は上記従来技術の欠点を改良し、合金粉末の生産
性、操業上の安定性及び粒度分布が良好で、設備費、維
持費が廉価であり、かつ冷却速度の犬なる合金粉末製造
装置を提供することを目的とＪ−るものである。

本発明は、ノズルから供給される合金溶湯を粉末化する
手段として、高速回転する羽根車を用いたことを特徴と
するものであり、この方法により合金溶湯の供給車と共
に羽根車の回転数等を適宜選定することに依り、製造さ
れる合金粉末の粒度分布が容易に調節可能となり、かつ
その操業条件の簡便化により操業の安定性及び良好な再
現性を得たものである。

そして、溶湯を粉砕する回転する羽根車の周囲に、溶湯
粒を冷却する金属冷却板を近接して配置することに依り
、溶湯粒の冷却速度を大ならしめた点が特徴である。

本発明の合金粉末製造装置は、高速回転づる羽根車が噴
出された溶湯に衝突し、溶湯を粉砕すると同時に、前記
溶湯粉末に運動量を（号与し、羽根車の外周方向に飛散
させるものであり、ノズルから噴出される溶湯の寸法形
状と、流出速度、あるいは溶湯が衝突する羽根の速度、
角度等を選択することにより、作製される合金粉末の粒
度分布及び平均粒径等を比較的容易に制御することが可
能である。

すなわち、粒度分布分散幅狭く、微細な合金粉末を製造
する場合には噴出溶湯が細かく、流速が大であり、また
羽根車の回転数が人であることが好ましい。

本発明による合金粉末製造装置の羽根車の回転数１羽根
の枚数等の関係は大路次の様になる。

流出溶湯速度の羽根車回転軸方向成分をｙ　（ｍ／５ｅ
ｃ）、羽根の枚数をｎ９回転数をＲ（ｒｐｓ）。

羽根高さをｂ（ｍ）とした場合、大略ｙ＜ｎｌ＋Ｒを満
足する条件であれば、Ｒを一定とした場合、得られる台
金粉末の粒度とｎ、１１等強い相関性がなく、主として
溶湯の処理能力が増−大するのみである。従って工業的
に合金粉末を製造する揚台にはｎおよび１）が大である
方が適してあり、特に羽根車の枚数の制限はないが、少
なくとも２枚以上はあった方が良く、４枚以上、好まし
くは８枚以上あることが望ましい。ただし、羽根の枚数
は前述の如く、得られる合金粉末の粒度等と羽根車の回
転数及び溶湯処理能力の点等から適切な範囲で選定すべ
きである。

次に溶湯を粉砕する羽根車の形状等については、単なる
羽根のみよりも、溶湯を供給する方向と反対側に、底板
をイｊしていることが望ましく、また、羽根は羽根の移
動方向に対して４５°〜１３５°、好ましくは５０°〜
１２０°の範囲にあることが望ましい。イれは、次の理
由に依るものである。

例えば、羽根車の回転軸が鉛直方向であり、鉛直上方か
ら溶湯が供給された場合、羽根に衝突した溶湯は、主と
して溶湯が衝突した部位から外周方向に上下９０°の範
囲の方向に飛散する。この溶湯粉末が飛散する方向は、
主に溶湯の噴出速度と羽根の角度及び羽根の回転速度等
に依存するが、合金粉末を効率良く冷却し回収する為に
は、飛散角度が小なる方が望ましく、そのために溶湯供
給側と反対に底を有していることが好ましい。また、羽
根の移動方向と羽根のなす角を適宜選択することにより
、前記同様、合金粉末の飛散角度を調節することが可能
である。すなわち、羽根の移動方向と羽根のなす角を９
０°以上とすることにより、下方への飛散量を減少する
ことが可能であり、また、羽根車の底板がある場合には
９０°以下にすることによって、上方、下方への飛散量
を同時に減少することが出来、最も冷却９回収効率大と
なる。

従って羽根の回転移動方向と羽根のなす角は、羽根車の
回転速度及び合金溶湯の冷却２回収方法等によっても異
なり、厳密な角度限定はできないが、本願発明者等は４
５°以上１３０°未満であることが必要であり、約５０
°以上１２０°未渦が好ましいことを実験的に確認した
ものである。

尚、羽根車は平板状である必要はなく、溶湯の衝突する
面あるいはその裏面が曲面であってもかまわない。目的
に従って、形状２寸法を適宜選択すべきである。

羽根車の回転移動方向は、製造する合金粉末粒度ど強い
相関性を有してＪ′３つ、冷却速度が十分大な、例えば
１０３〜ｂ 得るためには合金粉末粒径を約５００μｎｌ程度以下に
粉砕することが必要となり、そのため溶湯が衝突する部
位の移動速度は５ｍ／　ｓｅｃ以上であることが必要で
あることが実験的に確認された。

羽根車で粉砕された合金溶湯を上記の速度で冷却するた
めに、本発明による合金粉末製造装置では、羽根車外周
に近接した位置に回転可能な冷却金属円筒内面が配置さ
れており、羽根車で粉砕され、運動量を得た溶湯粉末が
上記冷却金属円筒内面に付着して冷却凝固づるものであ
る。

この装置によって、粉砕された上記合金溶湯粉末は、急
速に冷却される。この合金粉末を冷却する金属円筒が静
止している場合、４４着する合金溶湯がａｔ積し、充分
な冷却速度を与えられなくなると共に、粉末が凝集する
ために常に新鮮な表面を供給する必要がある。また、合
金粉末を多量に連続的に製造する場合には、冷却用金属
板が移動している場合であってもイの温度が上昇し、十
分な冷却速度が得られなくなるために、上記冷却用金属
円筒を冷却する必要が生ずる。冷却媒としては特に限定
はないが、室温程度の水あるいは室温以下の液体、気体
等が望ましい。

また、冷却用金属円筒内面に付着し、冷却凝固した合金
粉末は、その後一部分自然落下づるものもあるが、その
回転数の増大に従い、遠心力で金属円筒内面に付着した
まま周回し、次第に合金溶湯粉末が堆ｆｊ！ｉ　７する
ために、金属表面から合金粉末を剥離する手段、例えば
回転ブラシ等を設置し、強制的に剥離する構造とするこ
とが必要となる。

なお、溶湯を粉砕する羽根車を構成覆る材料は、その回
転による大きな遠心ノＪや振動、溶湯との衝突による摩
耗等に耐え得る程強靭な材料であれば何でもさしつかえ
ないが、特に鉄合金を銅合金、あるいはイれらの表面に
セラミックスをコーアイングした部材あるいはアルミナ
や窒化珪素（ＳｆａＮａ、）等のセラミックスで構成す
ることが好ましい。羽根車材質の選定は目的によって異
なり、主どして強靭性を期待１−る場合には金属材料が
好ましいが、セラミックスに比して耐熱性に劣る７ｊめ
イの温度上界に留意「ねばならず、強制的に冷却する手
段を講じないかぎり、溶場処理間に限界が存在する。一
方、セラミックスで構成する場合、耐火度は優れている
ものの一般に靭性が著しく低く、特に衝撃的な力には充
分留意する必要がある。

従って上記の各材料の得失を考慮すると金属材料とセラ
ミックスの複合材が最も適していることになる。

以上、本発明からなる合金粉末製造装置の概゛略を述べ
たが、以下に実施例に基づき、本発明になる合金粉末製
造装置を詳細に説明する。

実施例１ 第１図は、本発明になる合金粉末製造装置の概略図を示
したものであり、合金粉末の製造は、以下の如く行なう
。

ルツボ（１）内で所定の合金を溶解し、溶湯（２）を適
切な温度まで加熱した後ルツボ（１）内を加圧し、ノズ
ル（３）を通じて溶湯（２）を噴出する。噴出された溶
湯は、モータ（４）により高速回転している羽根車上に
落下し、同時に粉砕されて冷ｎ１基板（６）上に付着し
、急速に冷却凝固する。冷却基板（６）は内部を冷却水
（８）から供給される水で冷却され、ロール（１０）に
より回転移動する。冷却基板上に付着した合金粉末は回
転ブラシ（１７）によって剥離され、回収箱（１１）に
落下してバケッ（１２）に集められる。

第２図は、第１図に示した装置に使用した羽根車の概略
図である。８４５Ｇで羽根の数を８，１２．２４．３６
枚とした。このうち、１２枚羽根車について、羽根角度
の調査を実施した。また、羽根角度約６０°のものにつ
いては、Ｃｕ合金及び３！　３　Ｎａ材の羽根車を作成
し、材質の検討を行なった。第３図は（の羽根車の面画
の概略図である。

実施例２ 第３図は羽根の枚数と製造された合金粉末粒度分布の最
大量を示した階級値との関係を示したものである。主な
製造条件は、Ｃｏ　Ｆｅ　Ｓｉ　Ｂ系合金約１７ｋ（］
を１２５０℃に加熱し、８５００ｐｐｍで回転する羽根
車上に４０．３ｍｍノズルを通して噴出、冷却基板は２
０Ｏｒｐｍで加熱し、冷却基板と羽根車先端との距離は
約２ｃｍ　０同図から明らかなように、羽根の枚数と最
大度数の粒径どは強い相関性はない。

実施例３ 第４図は直径２０ＣＩＩｌの羽根車（８４５Ｃ製９羽根
板１２枚）の回転数あるいは周速と製造された合金粉末
粒度分布の最大量を示した粒径の階級値との関係を示し
たものである。主な製造条件は、実施例２と同様である
。同図から明らかなように、得られる合金粉末の粒径を
５００μｍ以下にするためには周速的５ｍ／　ｓｅｃ以
上が必要である。

実施例４ 第５図は羽根車の角度、あるいは底板の有無による溶湯
粒分散状況の測定結果の一部を示したものである。３０
００ｒｐｍで回転する羽根車に、鉛直上方より０．５ｃ
ｍ３のインクを滴下し、溶湯冷却板の位置に紙を固定し
てインクの分散状態を調べたもので、同図の縦軸はイン
クドラ１−密度（個数／、　ｃ　ｍ’）横軸は滴下した
インク粒が羽根と衝突する点を含む水平軸をＯｏとし、
（の点を頂角として測定した冷却板上（Ｍ）に付着した
インクの位置を角度で示したものである。

同図（１）（２）から明らかなように、羽根角の変化と
、分散状態とは強い相関性がなく、主としてインクドラ
１〜最濃密地点が異なる。一方、底板有り２羽根角８５
°の（３）では分布幅が著しく狭くなることが判る。尚
、同図中（１）は羽根角９０°、底板無し、（２）は羽
根角９５°、底板無し、（３）は朴根角８５°、底板右
りの場合である。

（４）（５）は底板無しで羽根角はそれぞれ５０゜１２
０°の場合である。

実施例６ 第６図は、ノズル開口部面積と、得られる合金粒径との
関係を示したものである。この試験例は実施例２とほぼ
同様の操業条件であるが、出湯量を等しくする様にノズ
ル間口部面積に応じて炉内圧力を変化させている。同図
中ノズル開口部面積はイれぞれ（１）約１ｍｍ２．（２
＞約５１１１１１１２゜（３）　０．２５ｃｍ　’　、
（４）　０．５ｃｎ＋２である。

以上、豊富な実施例に基づき、本願発明の合金粉末製造
装置の特色を詳細に述べたが、これらは従来装置に見ら
れない程操業条例の制御幅が広く、従って制御条件が単
純明確であり、良好な再現性を有することを示すもので
ある。

合金粉末製造の工業的見地からして、本願発明の寄与は
非常に大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による合金粉末製造装置の概略図、第２
図は第１図に示した合金粉末製造装置で採用試験を行な
った羽根車の概略図、第３図、第４図、第５図、第６図
は第１図で示した合金粉末製造装置によって行なった種
々の実験結果を示す図である。 １ニルツボ　２：溶湯　３：ノズル　４：高周波モータ
　５：羽根車　６：冷却板　７：モータ８：冷却水バイ
ブ　９：排水口　１０：ロール１１：回収箱　１２：バ
ケツ　１３：圧力センサ１４：圧力設定器　１５：油圧
１ノーボ　１６：エアシリンダ　１７：回転ブラシ　１
８：高周波コイル　１９：隔壁 第　／　図 第２図 悴３　図 第３　図 羽狼数　Ｃ＆） 悴４図 羽根車開直（喫ｅｃ） 羽根車＠転斂（Ｘ１０’γρｍ） 第５図 溶湯−羽服車＃ｒ久鬼から冷却板面への狛角Ｃつ悴　６
　図 粒　燈　（勿勿） 手続補正書動式） ％式％ 事件の表示 昭和５８年’Ｎ’ｌ’ｉＰ隋【ｌ第　１３１１９３　号
’ｒｂ　”Ｊｌ　（１）　名７ｙ’ｌ；　合金粉末の製
造装置補正をする者 痛止命令の日付　昭和５８年１０月２５日（発送日）袖
！１已の文、１象 明細書の「発明の詳細な説明」、「図面の補正の内容 Ｌ　明細塔第１３頁２行目「第３図」とあるのを「第４
図」と訂正する。 ２　同書同頁１１行目「第４図」とあるのを「第５図」
と訂正する。 ＆　同書同頁１９行目「第５図」とあるのを「第６図」
と訂正する。 本　同書第１４頁１９行目「第６図」とあるのを「第７
図」と訂正する。 Ｓ　同書第１５頁１７行目「第６図は」とあるのを陣６
図、第７図は」と訂正する。 巳　図面番号を別紙の通り訂正する。 以　上 第へ図 劇Ａ民数　（放） 、す 第畿図 羽雪攻車鵬速、　（”／５ｅｃ） 羽根車回転数（ＸＪＯ’γρη２） 第べ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融状態にある合金をノズルから噴出し、冷部凝固
   して合金粉末を作成する装置において、ノズルから噴出
   される上記合金溶湯を回転する羽根車に衝突せしめて粉
   砕し、その後に粉砕された溶揚粒を金属冷却後に接触せ
   しめて急冷凝固する手段を設けたことを特徴とする合金
   粉末製造装置。 ２、溶）易を粉砕する羽根車の羽根の数が８枚以上であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の合金粉
   末製造装置。 ３、溶湯を粉砕する羽根車が底板を有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の合金粉末製造装置
   。 ４、溶湯を粉砕する羽根車の羽根と前記羽根車の回転方
   向とのなづ角が約５０°以上１２０°未満であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の合金粉米製″ｌ
   ｔｉ装置。 ５、溶湯を粉砕する羽根車の、溶湯が衝突する部位の周
   速が５ｍ／、ｓｅｃ以上であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の合金粉末製造装置。 ６、溶湯を粉砕する羽根車の周囲の１部あるいは全部に
   移動可能な冷却金属板が設置されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の合金粉末製造装置。 ７、溶湯を粉砕する羽根車の周囲の１部あるいは全部に
   設置されている溶湯粒を冷却する冷却金属板を、冷却す
   る手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の合金粉末製造装置。 ８、溶湯を粉砕する羽根車が、金属、セラミックスある
   いはそれらの複合材料により形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の合金粉末製造装置。 ９、冷却金属板上に付着しｌζ合金粉末を、冷却金属板
   から剥離する手段を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項、第７項および第８項記載の合金粉末製造装
   置。 １０、溶湯を噴出するノズルの開口部面積が０．２５Ｃ
   ＩＩＩ　’以下であることを特徴とする合金粉末製迄装
   置。