JPS6050841B2 - 金属粉の製造方法および噴霧化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属粉すなわち粉状もしくは粒子状金属の製造
方法およびその方法を実施するための噴霧化装置に関す
るものである。

粉末治金に使用する金属粉は熔融金属を気体または液体
のジェットによつて噴霧化し、それによつて形成された
金属滴を急激に冷却することによつて得られる。従来の
水流ジェットを利用した噴霧化装置は熔融炉、熔融金属
を注ぐためのノズルを備えたタンデイツシユ、そのタン
デイツシユのノズルから落下する熔融金属流に高圧水流
ジェットを噴射するためのノズルを備えた噴霧化室、噴
霧粉を冷却するための低圧水流が導入される副チャンバ
ー乃至噴霧化室の第２の部分および噴霧化が行なわれて
いる間スラリーポンプによつて連続的に汲み出されてい
る回収タンクからなつている。さらに、熔融した金属を
炉からタンデイツシユに運ぶためのレードルを備えてい
る場合もある。その噴霧化装置によつて形成された金属
粉は歩留りが適当であり、酸素含有量および不均一性も
適当である。また噴霧化装置が同じなら、品質は熔融さ
れた金属によつて左右される。本発明は酸素含有量が低
く、成形性の極めて良い有用な金属粉を極めて高い歩留
りて製造することのできる金属粉の製造方法およびその
方法を実施するための噴霧化装置を提供することを目的
とするものである。本発明の噴霧化装置は適当な熔融炉
およびタンデイツシユとともに使用するとスラグや耐熱
性粒子等の不純物の含有量も少ない金属粉を製造するこ
とができる。本発明の一実施例の噴霧化装置は、水浴容
器の上方に配され、その水浴へ向かつて熔融金属が落！
下する通路を形成する噴霧化室および斜め下方に向けら
れた厚みの薄いほぼ長方形の断面を有する２対の水流ジ
ェットを噴射するノズル手段からなつている。

各対の水流ジェットは金属流の通路を挟んで対称をなす
ようにされており、また各ノズールは各対のノズルを結
ぶ線が互いに直交するように配されている。また第１の
対の水流ジェットは第２の対の水流ジェットが互いに交
わる位置よりも高い位置で互いに交わるようにされてい
る。したがつて、前記通路を通つて落下する熔融金属流
クはまず第１の対の水流ジェットによつて、第２の対の
ノズルを含む面上に展がる偏平な帯状（リボン状）にさ
れ、次に第２の対の水流ジェットによつて完全に噴霧化
される。本発明の方法の一実施例によれば、熔融金属流
を落下させ、その落下する熔融金属流に厚みの薄いほぼ
長方形状の断面を有し、斜め下方に向けられた互いに相
対向する第１の対の水流ジェットを噴射してその金属流
を偏平なリボン状にし、さらに前記第１の対の水流ジェ
ットを結ぶ線に直角な線上に配され、第１の対の水流ジ
ェットが熔融金属流に衝突する位置より下方でそのリボ
ン状にされた金属流に衝突するように斜め下方に向けら
れフた第２の対の水流ジェットをそのリボン状にされた
金属流に当てその金属流を完全に噴霧化し、その噴霧粉
を水で冷却することによつて金属粉を製造する。

本発明の他の実施例の噴霧化装置は水浴の上方・に配さ
れた噴霧化室、熔融金属流をその噴霧化室を通つて前記
水浴に落下させる手段および斜め下方に向けられた高圧
水流ジェットを噴射し、そのジェットによつて前記熔融
金属流を噴霧化するノズル手段からなつており、前記水
浴容器と噴霧化゛室か、その噴霧化室の下方の水浴内の
冷却水中に前記ジェットの水量より多量の水の２次的な
循環がそのジェットのエネルギーによつて引き起こされ
るような形状にされており、それによつて冷却水を循環
させるポンプを省略することができるようにしたことを
特徴とするものである。

さらに、本発明者は熔融炉、タンデイツシユおよびタン
デイツシユの材質を適当に選択することによつて、最終
的な金属粉によつて製造された製品の不純物の含有量を
小さくすることができることを発見した。

例えば、高速度鋼の粉末を製造するのには、熔融炉をマ
グネサイト耐熱材で、タンデイツシユをアルミナを主成
分とする耐熱材で、またタンデイツシユのノズルをジル
コニアもしくは珪線石で形成するとよい。また、本発明
の方法および噴霧化装置においては噴霧化用水流が、ほ
ぼ長方形の断面を有する４つの水流ジェットとして供給
されるのが重要であり、その際水圧は５００〜３０００
ｐＳｉ（３５〜２１１ｋ９／ｄ）であるのが望ましい。

また水量はタンデイツシユのノズルの大きさおよび製造
すべき金属粉の流動性および形状によるが、タンデイツ
シユのノズルを通過する金属流の分当たりの流量の０．
２〜１皓（重量で）であるのが望ましい。前記４つの水
流ジェットは２つずつ対になつており、各対のジェット
は金属流をほぼ中心とする円の直径方向に対向するよう
に、また各対のジェットを結ぶ線が互いに直交するよう
に配される。さらに、各ジェットの噴出口は通常同一水
平面上に配されるが、これは必ずしも必要でない。また
、各ジェットは斜め下方に向けられるが、各対のジェッ
トがタンデイツシユのノズルの軸上もしくはその付近で
交差し、かつ一方の対のジェットが他方の対のジェット
の交差する位置より高い位置で交差するようにされる。
もし、上側の対（第１の対）のジェットが鉛直に対して
なす角度が大き過ぎると水が飛散してタンデイツシユの
ノズルの下側にかかつてしまい、またその角度が余り小
さいと、ジェットが金属流に作用する位置がタンデイツ
シユのノズルから離れ過ぎてしまい、そのため金属流の
位置がずれてしまう。

さらに金属流はかなり短時間で酸化されかつ冷却する。
したがつて金属流が自由に落下する距離が１２インチ（
３０．５ｃｍ）を越えないのが望ましい。上記のような
ことから、第１の対のジェットは鉛直に対して１６か〜
３５１をなすように設定され、特にその角度が２６〜〜
２７をであるのが望ましい。

また第２の対（下側の対）のジェットは鉛直に対して１
０の〜２０側をなすように設定され、特に１５．５０〜
１６．５２であるのが望ましい。第１の対のジェットの
角度が２６．５の、第２の対のジェットの角度が１６角
てあるのが更に一層望ましい。各ジェットの水量は通常
全て等しいが、生成する金属の質を高めるために、第１
の対のジェットの水量と第２の対のジェットの水量を変
えることもできる。

この場合、第２の対のジェットの総水量を第１の対のジ
ェットの総水量の５０％から２００％までの範囲で変え
ることができる。このような構成によつて、タンデイツ
シユのノズルから落下する熔融金属流はまず第１の対の
ジェットによつて部分的に噴霧化されたリボン状にされ
、さらに第２の対のジェットによつて完全に噴霧化され
、部分的に熔融した不規則形噴霧粉にされる。

従来の噴霧化装置においては、低圧の水量の多い水流を
噴霧粉に当てることによつて噴霧粉を冷却固化させてい
た。

したがつて噴霧化装置は当然比較的大きな容器の頂部に
取り付けられていなければならず、またその金属粉を含
んだ大量の水を循環させるための強力なポンプが必要で
あつた。本発明の噴霧化装置においては、冷却水の水位
は第２の対のジェットの交差する高さ乃至その直下に設
定される。本発明者は噴霧化用のジェットと噴霧化室を
適当に設計することによつてその噴霧化用ジェットの残
留エネルギーを利用して、ジェットの流量の托倍から４
唯高速で循環する２次的流れを冷却水中に発生させ得る
ことを発見した。これによつて、噴霧粉を極めて急速に
冷却し、金属粉の酸化を減少させることができるととも
に金属粉の不規則性および成形性を改良することができ
る。

さらに、水を循環させる補助的なポンプが必要なくなる
とともに、ポンプの回転翼の摩耗の問題がなくなり、さ
らに冷却水がタンデイツシユのノズルに達するのをその
ポンプに頼つているという安全面での問題も解決するこ
とができる。冷却水の上記循環を助成するために、前記
噴霧化室を形成する容器状部材のフランジを有する首部
に噴霧化用ノズル部が配されている。その容器状部材の
下縁は冷却水の水面の２〜６インチ（５．０８〜１５．
２４ｃｍ）下方に入つており、噴霧化室を外界から隔絶
している。その容器状部材のロード状部とその側面は循
環している冷却水が噴霧化領域内に向けられるような形
状をしている。以下図面を参照して本発明の一実施例の
噴霧化装置を詳細に説明する。

第１図において水浴容器１２が水１３を収容し′ている
。

この水１３の通常の始動時の水位置４は水浴容器１２の
ほぼ中程にあり、運転時の最高水位置５はその始動時の
水位より２インチ（５．０８ｃｍ）上方にある。水１３
の上方に噴霧化室１７を形成する容器状部材１６が水浴
容器１２内に支持夕されている。その容器状部材１６は
管状の上端部と、ロード状に拡がつた下端部１８を有し
ており、その下縁１９は管状の上端部の直径の２倍より
大きい直径を有し、前記始動時の水位置４の２から６イ
ンチ（５．０８〜１５．２４ｃｍ）下方に位置して９い
る。容器状部材１６の上端部はフランジ２０によつてシ
ールされており、その上端部にノズル部材２１が容器状
部材１６と同心に支持されている。そのノズル部材２１
の上方にタンデイツシユ（その下部が２２で示されてい
る。）が支持されている。そのタンデイツシユは前記ノ
ズル部材２１および噴霧化室１７と同心に配されたノズ
ル２３を備えている。熔融金属２４がそのタンデイツシ
ユに注がれると、熔融金属流がそのノズル２３から噴霧
化室１７を通つて軸２６に沿つて水浴に向けて落下する
。前記ノズル部材２１は第１の対のノズル２７（第１図
）、および第２の対のノズル２８（第２図）を備えてい
る。

ノズル２７，２８は軸２６を中心とする直径３．９０ｉ
−０．０２インチ（９．９１±０．０５１Ｃ！ｎ）のピ
ッチ円上に位置している。ノズル２７とノズル２７を結
ぶ線はノズル２８とノズル２８を結ぶ線に直角である。
ノズル部材２１はバイブ３０を介して高圧水流を供給さ
れる。各対のノズル２７，２８は、短辺の長さが１〜５
Ｔｆｎ１長辺の長さが２〜８７ｒｎの薄い長方形状の断
面を有し、角度αで拡がる水流ジェットを噴射するよう
になつている。前記角度αは第１の対のノズル２７およ
び第２の対のノズル２８で異なつてもよく、水圧が４０
ｐｓｉ（２．８ｋ９／Ｃｒｌ）の場合に１００であり、
第１の対のノズル２７から噴射されるジェットの互いに
交わる位置における巾が０．５〜３．０インチ（１．７
４〜７．６２ｃ７ｎ）特に１．６５インチ（４．１９Ｃ
７Ｘ）となるようになつている。第１の対のノズル２７
から噴射されるジェットは鉛直に対して２６．５−０の
角度をなし、前記タンデイツシユのノズル２３の下端の
下方１２インチ（３０．５ｃ７ｎ）より高い位置におい
て、軸２６−を含む線上で交差する。その両ジェットに
よつて熔融金属流は軸２６と第２の対の両ノズル２８を
含む平面上に展がる偏平なリボ．ン状にされる。第２の
対のノズル２８から噴射される水流ジェットは鉛直に対
して１６かの角度をなし、前記第１の対のノズル２７が
交差する位置より２〜６インチ（５．０８〜１５．２４
ｃｒｒＬ）低くかつ前記水浴の水の始動時の水位置４の
上方０〜２４インチこ（イ）〜６１ｃｍ）望ましくは６
インチ（１５．２４ｃ！ｎ）の位置において交差するよ
うにされる。この水流ジェットによつて前記リボン状に
された熔融金属流が完全に噴霧化され、そこで形成され
た噴霧粉は直ちに冷却される。
４また金属によつては生成した金属粉の酸化を防
止するために、前記容器状部材１６のロード状の下端部
１８内にチッソもしくは不活性ガスを常に満たしておく
のが望ましく、そのような気体を供給するためのチュー
ブ３１がその容器状部材１６に取り付けられている。上
述のように、第１の対のジェットおよび第２の対のジェ
ットのエネルギーが水浴内の水１３に衝突して、前記容
器状部材１６の下端部１８の傾斜した壁部３２を上昇し
、第２の対の作用域に向かい、噴霧粉を噴霧化直後に急
速に冷却する２次的な流れをその水１３内に引き起こす
。酸化を更に減少させかつ冷却速度を高めるため川こ冷
却水中に少量の市販の消泡剤を加えてもよい。

この消泡剤はさらに噴霧化用の水に加えてもよい。例え
ば７００ガロン（３１８２．２ｅ）の冷却水に２５０ｃ
ｃのダツフアマイドツクス消泡剤（ＤｕｐｈａｒＭｉｄ
Ｏｘ，Ａｎｔｉ−ＦＯａｍ）を加える。これは英国仮明
ｑ細書出願ＮＯ．ｌ６４９ｌ３／７６に記載されている
ことでもある。噴霧化用の水に加えるのも前記の濃度で
よい。必ずしも必要ではないが、酸化を減少させるため
に、水浴性の油を酸化防止剤として冷却水および噴霧化
用の水に加えてもよい。或る種の金属を噴霧化する際に
噴霧化室内に爆発性の混合ガスが形成される場合がある
。

そのような場合に、爆発を防止するために前記容器状部
材１６のロード状の下端部１８の水面上の部分の全体ま
たは一部に金属線で編んだ網を満たして火炎面の伝播を
遅くするようにしてもよい。さらに、その容器状部分１
６の下端は水面下にあるが、開放されているため爆発性
の状況が生じた際に圧力レベルを下げるのに役立つ。ま
た、熔融金属流が通過している際にタンデイツシユのノ
ズル２３が取れてしまう危険があり、その際、稀にであ
るが、金属流の流量が増大して爆発を招くことがある。

熔融金属流が水浴の底に達して、その底に附着し蒸気を
閉じ込めてしまい、それによつて爆発が引き起こされる
のを防止するため、タンデイツシユのノズル２３の下方
の水浴の底に木製もしくはプラスチックの円錐体３３が
設けられている。本実施例の噴霧化装置からの金属粉の
回収はスラリーポンプもしくは磁力クラブによつて行な
うことができる。

スラリーポンプを用いる場合には、金属粉スラリーはま
ずポンプによつて単なるサイクロンに送り、水と金属粉
を簡単に分離し、さらに濾過装置で水抜きをする。向収
された水は可能な限りの微粒子を沈澱によつて除去し、
さらに２〜２０ミクロンの細かいフィルターを通した後
、高圧タンクに戻す。このようにして高圧ポンプのシー
ル内に有害な粉体が侵入するのを防止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の噴霧化装置の断面図、第２
図は水流ジェットの形状を示す平面図である。 １２・・・・・・水浴容器、１３・・・・・・水、１４
・・・・・・始動時の水位、１５・・・・・・最高水位
、１６・・・・・・容器状部材、１７・・・・・噴霧化
室、１８・・・・・・下端部、１９・・・・・下縁、２
３・・・・・・タンデイツシユのノズル、２７・・・・
・第１の対のノズル、２８・・・・・・第２の対のノズ
ル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水浴、この水浴の上方に閉鎖された噴霧化室を形成
   するようにその下端がその水浴中に浸漬されている容器
   状部材、その噴霧化室を通つて水浴内に熔融金属流を落
   下させる手段および噴霧化用高圧水流ジェットを斜め下
   方に噴射して、まず前記噴霧化室の噴霧領域内において
   前記熔融金属流に衝突させてその金属流を噴霧化し、次
   いで水浴に衝突させるノズル手段とからなる噴霧化装置
   において、前記容器状部材の下部が下方外向きに傾斜し
   た壁状部材からなり、前記水浴に衝突する前記水流ジェ
   ットのエネルギーがそのジェットの水量よりも大きい量
   の前記水浴中から前記壁状部材を上昇して前記噴霧化領
   域に至る冷却水の２次的な循環を起こさせるようにされ
   ており、それによつて噴霧粒子を急速に冷却して粉末化
   することができるようになつていることを特徴とする噴
   霧化装置。 ２ 前記ノズル手段が、それぞれ斜め下方に向けられた
   断面横長の第１の対および第２の対の水流ジェットを噴
   射するように配された第１、第２の対のノズルからなり
   、前記各対の水流ジェットが前記熔融金属流の通路の両
   側にそれぞれ対称をなしており、前記各対のノズルは互
   いに直角な線上に配されており、さらに前記第１の対の
   水流ジェットが前記第２の対の水流ジェットが互いに交
   差する位置より高い位置で交差するように各対のノズル
   が配されており、それによつてまず第１の対の水流ジェ
   ットによつて前記熔融金属流がほぼ第２の対のノズルを
   含む面上に展がる偏平なリボン状にされ、次に第２の対
   の水流ジェットによつて、そのリボン状にされた金属流
   が完全に噴霧化されて熔融金属の噴霧粒子が形成され、
   さらにこれらの水流ジェットが前記水浴に衝突すること
   によつて前記冷却水の２次的な循環が生じ、この循環に
   よつて前記噴霧粒子が冷却されて粉末化されるようにな
   つていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   噴霧化装置。 ３ 水浴中に延びた下端部を有する容器部材により形成
   される閉鎖された噴霧化室を通つて水浴内に熔融金属流
   を落下させ、高圧水流ジェットを斜め下方に噴射し、ま
   ず落下する熔融金属流に衝突させてこの金属流を前記噴
   霧化室内の噴霧化領域において噴霧粒子化し、次いで水
   浴に衝突させてこのジェットの水量よりも多量の冷却水
   を前記水浴中から前記容器状部材下部の下方外向きに傾
   斜した壁を内向きに上昇して前記噴霧化領域に至るよう
   に２次的に循環させることによつて噴霧粒子を急速に冷
   却して粉末化することからなる金属粉の製造方法。