JPS6059283B2 - 不活性ガス連続金属噴霧装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、不活性ガスによる金属噴霧を連続的に実施し
得る装置に係り、特に粉末治金に適した高品質の金属粉
末を安全に、連続的に製造し、その生産性を大幅に向上
せしめた連続金属噴霧装置一に関するものである。

従来から、不活性ガスを用いた金属噴霧手法では、一般
に、所定の金属溶湯を、霧吹きの原理にて、不活性ガス
にて霧化するようにしている。

より具体的には、先ず、噴霧装置内に配置されたルツボ
内に金属材料を装入し、これを減圧下に若しくは不活性
ガス下で溶解せしめた後、該ルツボからかかる溶融金属
を流下せしめ、これに不活性ガスを吹き付けることによ
り、それを微粒子状に噴霧化しておりそしてかかる噴霧
が完了した後、該装置内に浮遊している金属粉末の鎮静
を持ち、更にその鎮静が完了した後に、形成された金属
粉末を、装置下部の取出口をあけて、取り出すようにし
ているのである。しかしながら、このような従来の金属
噴霧装置を用いるバッチ操業にあつては、１回の噴霧に
供される金属溶湯量が限られており、現実に３〜６時間
に１回の割合で金属噴霧が実施されているに過ぎないの
である。

また、このようなバッチ操業手法て金属粉末の生産量を
増大せしめるには、金属溶湯を形成するためのルツボの
容量を増大せしめる必要があるが、それには装置上の問
題がありまた経済的にも好ましくなく、それ故生産性の
大幅な向上や製造コストの低減に有効な対策となるもの
ではなかつたのである。一方、かかる従来のバッチ手法
に代えて、連続的に金属溶湯を噴霧化せしめる連続法を
採用すれは、その生産性は大幅に向上せしめられると考
えられるが、金属溶湯の噴霧が不活性ガスのみて実施さ
れる必要があるところから、噴霧装置は密閉された構造
を採用しなければならず、それ故このような密閉された
噴霧装置が要求されることによつて、そのような金属噴
霧手法の連続化には、装置上、解決されなければならな
い数多くの問題点があつたのである。

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであつて、
その主たる目的とするところは、不活性ガスによる金属
噴霧手法を連続的に実施し得る装置を提供することにあ
り、また他の目的は、清浄な且つ高品質な金属粉末を、
生産性よく且つ低コストで、連続的に製造し得る装置を
提供することにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明にあつて
は、（ａ）所定の金属溶湯の噴霧を行なうための密閉さ
れた噴霧タンクと、（ｂ）該噴霧タンク内を上下に仕切
り、上部に溶湯室、下部に噴霧室を形成する仕切り手段
と、（ｃ）該噴霧タンク内の溶湯室に配置された、溶湯
加熱手段を備え且つ下部に溶湯流下ノズルを有する溶湯
収容ルツボと、（ｄ）該噴霧タンクの外部に設けられ、
該噴霧タンク内の溶湯室に配置されたルツボに所定量の
金属溶湯を供給する溶湯供給手段と、（ｅ）該ルツボの
溶湯流下ノズルの閉塞及び開口を行なうストッパ手段と
、（ｆ）前記仕切り手段に設けられ、該ルツボの溶湯流
下ノズルの下端開口部の周囲から高速の不活性ガス気流
を噴出せしめて、該溶湯流下ノズルを通じて流下せしめ
られる金属溶湯を、前記噴霧室内に微細粒子状に噴霧化
する、外部の不活性ガス供給源に接続されたガス噴出ノ
ズルと、（ｔ）前記噴霧タンク下部の噴霧室に接続され
、該噴霧室内で形成された金属粉末を不活性ガスと共に
導いて、該金属粉末と不活性ガスとを分離せしめる粉未
回収手段と、（ｈ）該粉未回収手段で分離された不活性
ガスに対して、除塵、冷却などの操作を施し、そしてそ
れを加圧した後、前記ガス噴出ノズルと不活性ガス供給
源との間の不活性ガス供給流路に供給せしめる不活性ガ
ス回収手段とを含むように、金属噴霧装置を構成したの
である。

かくの如き本発明に伴う不活性ガス連続金属噴霧装置に
従えば、所定の金属溶湯が不活性ガスにより連続して噴
霧化される一方、噴霧タンク内の噴霧室て生成した金属
粉末は、不活性ガスと共に取り出されて分離され、そし
て不活性ガスは、再・度不活性ガス回収手段を通じてガ
ス噴出ノズルに導かれて金属溶湯の噴霧化に再利用され
ることとなるため、目的とする金属粉末が、連続操作に
て生産性を大幅に向上しつつ、効果的に製造され得るこ
ととなり、しかも清浄な、且つ高品質な金属）粉末を、
有利に製造することが可能となつたのである。

また、噴霧タンク内を上下に仕切る仕切り手段に、前記
ガス噴出ノズルの下方に位置して、該ノズルの噴出空間
を前記噴霧室から離隔せしめ、上方の溶湯室と該噴霧室
とを実質的に気密にシールするシール手段を設けるよう
にすれば、噴霧の停止された後、上方の溶湯室に大気が
侵入した場合にあつても、該シール手段によつて噴霧室
が効果的に不活性ガス雰囲気下に保持され、それ故該噴
霧室内の金属粉末が大気の影響を受けて発火等の現象を
惹起するようなことが全くなくなるため、その安全性も
一段と向上され得ることとなるのである。

更に、かかる本発明の装置において、粉未回収手段を複
数設け、噴霧室からの金属粉末及び不活性ガスの流れが
、切換手段による切換えによつてそれぞれの粉未回収手
段に択一的に導かれるようにすることにより、また金属
粉末の回収はより効果的となり、金属粉末の連続的な製
造に大きく寄与せしめ得るのであり、また溶湯供給手段
から溶湯室内の溶湯収容ルツボへの金属溶湯の供給が、
該ルツボの湯面情報に基づいて作動する湯面制御手段に
よつて制御され、該ルツボ内に常に所定量の金属溶湯が
収容されているようにすることにより、連続的な金属噴
霧操作は、更に完全に且つ安全に行なわれ、そして形成
される金属粉末の品質をよソー定化せしめ得るのてある
。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の一実施例を示し、詳細に説明するこ、ととする。

図において、１０は密閉された噴霧タンクであり、該噴
霧タンク１０内は仕切り板１２によつて上下に仕切られ
ており、上部に溶湯室１４が、また下部に噴霧室１６が
形成されている。

そしてか！かる噴霧室１６の位置する噴霧タンク１０の
外側には、冷却ジャケット１８が設けられており、該冷
却ジャケット１８内に冷却水若しくは空気が流通せしめ
られることによつて、かかる噴霧タンク１０の下部、換
言すれは噴霧室１６が冷却せしめ３られるようになつて
いる。また、噴霧タンク１０の上部に位置する溶湯室１
４内には、所定の金属溶湯を収容するためのルツボ２０
が配置されており、該ルツボ２０の外周に設けられたコ
イル２２に外部電源２３から電力４が供給されることに
よつて、該ルツボ２０内に収容された金属溶湯２４が所
定の温度に加熱されるようになつている。

また、かかるルツボ２０の底部には、下方に延びる溶湯
流下ノズル２６が設けられ、該ノズル２６を通じて、溶
湯２４が下方に流下せしめられ得るようになつている。
そして、かかるルツボ２０への溶湯２４の供給のために
、噴霧タンク１０の外部には、溶解炉若しくはタンデツ
シユ２８が設けられており、該タンデツシユ２８内の金
属溶湯２４が送湯管３０を通じてルツボ２０に供給され
るのである。

この溶湯２４の供給は、シリンダ３４によつて作動せし
められるスライディングノズル３２の開閉によつノて行
なわれるが、かかるシリンダ３４は、ルツボ２０内の溶
湯２４の湯面を検出する湯面センサ３６からの湯面情報
に基づいて作動する溶湯供給制御装置３８によつて制御
されるようになつているのである。なお、ルツボ２０内
の溶湯２４の湯温を検出するために、温度計４０が設け
られ、かかる温度計４０からの温度情報も前記溶湯供給
制御操置３８に入力されるようになつており、この溶湯
供給制御操置３８の制御下において、外部電源２３から
のコイル２２への電源の供給も制御されるようになつて
いるのである。

そして、これによつてルツボ２０内の溶湯２４の温度が
所定の温度に維持されることとなるのである。また、ル
ツボ２０の底部に設けられた溶湯流下ノズル２６の閉塞
及び開口を行なうストッパーロッド４２が、シリンダ４
４によつて作動せしめられ、該ノズル２６を通じての溶
湯の流下が制御され得るようになつている。

一方、仕切り板１２には、上記ルツボ２０の底部の溶湯
流下ノズル２６の周囲を取り巻くようにして、ガス噴出
ノズル４６が設けられており、該溶湯流下ノズル２６の
下端開口部の周囲から高速の不活性ガス気流を噴出せし
め得るようになつている。

なお、このガス噴出ノズル４６には、不活性ガス供給管
４８を介して外部の不活性ガス貯蔵タンク５０に接続さ
れている。そして、かかるガス噴出ノズル４６の下方に
位置して、該ノズル４６の噴出空間をその下方に位置す
る噴霧室１６から離隔せしめ、上方の溶湯室１４と該噴
霧室１６とを実質的に気密にシールするスライディング
ノズル５２が設けられている。

このスライディングノズル５２は外部に設けられたシリ
ンダ５４によつて作動せしめられて、金属溶湯２４の噴
霧時には、図示の如く噴霧空間が噴霧室１６に開口、連
通せしめられるようにする一方、シール時にはシリンダ
５４によつてスライディングノズル５２が図において左
方に移動せしめられて、噴霧空間が閉鎖されるようにな
つている。また、噴霧タンク１０の底部、換言すれば、
噴霧室の下端に接続された粉未回収路５６上には、３方
弁５８が設けられ、該３方弁５８の切換えによつて、択
一的に二つの粉未回収装置６０，７０の何れかに該噴霧
室１６内で生成した金属粉末と不活性ガスが導かれるよ
うになつている。

かかる粉未回収装置６０，７０のそれぞれは、第１のサ
イクロン６２，７２と第２のサイクロン６４，７４を直
列に連結した構造を有し、それぞれのサイクロンの下部
には、該サイクロン内で落下する金属粉末を回収、分離
するための第１の回収チャンバ６６，７６及び第２の回
収チャンバ６８，７８がそれぞれ設けられている。なお
、３方弁５８の切換制御は、それぞれの回収チャンバ６
６，６８，７６，７８内の回収粉末量を検出して制御を
行なわれるようになつている。さらに、それぞれの粉未
回収装置６０，７０における下流側の第２のサイクロン
６４，７４から不活性ガスを導く不活性ガス回収路８２
は、不活性ガス回収装置８４に接続されており、そして
該不活性ガス回収装置８４に導かれる不活性ガス量が、
溶湯室１４及び噴霧室１６の圧力を検出して所定の値に
保持すへく作動する内圧制御装置８５によつて制御され
るようになつている。

なお、該不活性ガス回収装置８４は、除塵装置８６、冷
却装置８８、不活性ガス貯蔵装置（タンク）９０、そし
て加圧ポンプ９２が直列に接続された構成を有し、不活
性ガス回収路８２を通じて導かれる不活性ガスが除塵さ
れ、冷却され、そして貯蔵された後、加圧ポンプ９２に
よつて加圧せしめられて返送路９４を通じてガス噴出ノ
ズル４６と不活性ガス貯蔵タンク５０をつなぐ不活性ガ
ス供給管４８に導かれ、以てガス噴出ノズル４６を通じ
て、再ひ金属溶湯２４の噴霧に再利用せしめられるので
ある。従つて、かかる構成の不活性ガス連続金属噴霧装
置を用いて、所定の金属溶湯の噴霧操作を行なうに際し
ては、先ず、噴霧タンク１０内の溶湯室１４及び噴霧室
１６をそれぞれ図示しない真空ポンプによつて、１０−
４〜１Ｔ０ｒｒ程度に脱気した後不活性ガスを溶湯室１
４及び噴霧室内に導入するのである。

なお、このとき噴霧室１６は、ゲージ圧０．１〜２気圧
に保持されるようにし、また溶湯室１４はこれよりやや
高いゲージ圧に保持されるようにされる。次いで、溶解
炉またはタンデツシユ２８内に所定の金属溶湯２４を保
持せしめた後、シリンダ３４に連結されたスライディン
グノズル３２を開き、送湯管３０を通じて金属溶湯２４
を溶湯室１４内のルツボ２０に送湯する。

なお、ルツボ２０内の湯面レベルは、湯面センサ３６に
よつて検出され、その情報に基づいて溶湯供給制御装置
３８によりスライディングノズル３２が制御されること
によつて、一定レベルに維持されると共に、更にかかる
ルツボ２０内の溶湯２４の温度が、コイル２２による加
熱によつて所定温度に保持されることにより、溶湯流下
ノズル２６を通じての溶湯２４の流下量が一定に保持さ
れ、以て均一な金属溶湯２４の噴霧が実施されることと
なり、以て生成する金属粉末の粒度分布が効果的に制御
され得て、その品質を著しく高め得るのである。金属溶
湯２４の噴霧化は、ストッパロッド４２をシリンダ４４
によつて上方に引き上げ、そしてルツボ２０内の金属溶
湯２４を該ルツボ下部に設けられた溶湯流下ノズル２６
を通じて流下せしめると同時に、スライディングノズル
５２をシリンダ５４によつて開口せしめる一方、ガス噴
出ノズル４６から高速の不活性ガス気流を噴出せしめる
″ことによつて、行なわれることとなる。

この高速の不活性ガス気流の噴出によつて溶湯流下ノズ
ル２６から流下する金属溶湯２４は下方の噴霧室１６内
に微細粒子状に噴霧化され、そして該噴霧室１６内て落
下する間に冷却されることによつて固−化（凝固）する
こととなるが、該噴霧室１６の外周はまた冷却ジャケッ
ト１８によつて冷却されているため、かかる溶湯粒子の
固化が効果的に行なわれるのてある。次いて、かかる噴
霧室１６内て生成した金属粉Ｊ末は、その下部から粉未
回収路５６を通じて連続的に取り出され、粉未回収装置
６０或は７０へ導かれるのである。

この粉未回収装置６０においては、回収チャンバ６６，
６８内の回収粉末量を検出して、該回収チャンバ内が満
量となれば粉末回収制御装置８０によつて、３方弁５８
が切り換えられ、他方の粉未回収装置７０に噴霧室１６
からの金属粉末及び不活性ガスの流れが導かれるように
なつており、これによつて連続的な金属粉末の回収が効
率的に行なわれ得るのである。なお、各粉未回収装置６
０，７０のそれぞれの回収チャンバ６６，６８，７６，
７８に集められた金属粉末は、それぞれのサイクロンと
の間に設けられた電磁バルブを締め、そして各回収チャ
ンバを接続部より外すことによつて、取り出されること
となる。そして、その後に新しい空の脱気した回収チャ
ンバがそこに接続され、再び金属粉末の回収が続けられ
るのである。一方、噴霧に使用された不活性ガスは、各
粉未回収装置６０，７０の第２のサイクロン６４或は７
４から不活性ガス回収路８２を通じて不活性ガス回収装
置８４に導けかれ、そしてそこて除塵８６，冷却８８さ
れた後、一時タンク９０に貯蔵された後、加圧されて９
２再び噴霧に使用されることとなる。

勿論、このように不活性ガス回収装置８４て回収された
不活性ガスの純度が低下した場合には、新しい不活性ガ
スが不活性ガス貯蔵タンク５０からガス噴出ノズル４６
に供給されることとなる。このように、かかる構造の噴
霧装置にあつては所定の金属溶湯２４が噴霧タンク１０
内にて連続的に噴霧され、そして形成された金属粉末が
連続的に該噴霧タンク１０、換言すれば噴霧室１６から
取り出されて、不活性ガスと分離され、取り出されるこ
ととなるため、金属粉末を連続的に、且つ安全に製造す
ることができることとなり、しかもその生産性を大幅に
向上せしめることが可能となつたのであり、加えてかか
る噴霧に使用された不活性ガスは、再びガス噴出ノズル
に供給されて金属溶湯２４の噴霧に使用されるために、
その経済性が高められ、金属粉末の製造コストを著しく
低減せしめることが可能となつたのである。

しかも、かかる金属溶湯２４の噴霧に不活性ガスが用い
られるため、生成する金属粉末は、極めて清浄であり、
且つ高品質のものとなるのでありまた不活性ガス回収装
置によつて噴霧された不活性ガスの再利用を図ることに
より、かかる清浄な金属粉末のよソー層の低コスト化が
図られ得ることとなつたのである。また、上例の装置に
あつては、ガス噴出ノズル４６下方の噴霧空間がスライ
ディングノズル５２によつて遮蔽され、噴霧室１６が密
閉され得る構造が採用されていることにより、外気が該
噴霧室１６内に侵入することが効果的に阻止され得、こ
れによつて該噴霧室１６内に存在する金属粉末が大気中
の酸素等によつて発火したり、酸化される等の問題も生
じることがなくなつたのである。

更に、上例の構造では、ルツボ２０内の湯量が制御され
、またその湯温も制御されることにより形成される金属
粉末の粒度分布の効果的な制御が可能となり、以てその
品質を著しく高め得ることとなつたのである。なお、本
発明は、上例の構造の装置のみに限定されるものでは決
してなく、本発明の主旨を逸脱しない限りにおいて、種
々なる変更、修正等を加えることが可能である。

例えば、金属の噴霧に使用される不活ガスとしては、ア
ルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトン等があるが、
その他アルミニウム溶湯に対しては窒素ガスも使用する
ことが可能である。

また、ルツボ２０を加熱するための手段としては、高周
波加熱の如き誘導加熱手法や抵抗加熱手法等、公知の加
熱手法が適宜に採用され得るものである。更に、上例に
あつては、溶湯流下ノズルとして、ルツボ底部から所定
長さで垂下してガス噴出ノズル内に嵌入する構造のもの
を採用したがこれに代えて単にルツボ下部に孔を設けて
金属溶湯が流下せしめられるようにしたものてあつても
何等差支えないのである。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の不活性ガス連続金属噴霧装置の一実施
例を示す系統図である。 １０：噴霧タンク、１２：仕切り板、１４：溶湯室、１
６：噴霧室、１８：冷却ジャケット、２０：ルツボ、２
２：コイル、２３：外部電源、２４：溶湯、２６：ノズ
ル、２８：溶解炉／タンデツシユ、３０：送湯管、３２
，５２：スライデイングノズル、３４：シリンダ、３６
：湯面センサ、３８：溶湯供給制御装置、４０：温度計
、４２：ストツパロツド、４４，５４：シリンダ、４６
：ガス噴出ノズル、４８：供給管、５０：タンク、５６
：粉未回収路、５８：三方弁、６０，７０：粉未回収装
置、６２，６４，７２，７４：サイクロン、６６，６８
，７６，７８：回収チャンバ、８０：粉未回収制御装置
、８２：不活性ガス回収路、８４：不活性ガス回収装置
、８５：内圧制御装置、８６：除塵装置、８８：冷却装
置、９０：貯蔵装置、９２：加圧ポンプ、９４：返送路
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の金属溶湯の噴霧を行なうための密閉された噴
   霧タンクと、該噴霧タンク内を上下に仕切り、上部に溶
   湯室、下部に噴霧室を形成する仕切り手段と、該噴霧タ
   ンク内の溶湯室に配置された、溶湯加熱手段を備え且つ
   下部に溶湯流下ノズルを有する溶湯収容ルツボと、該噴
   霧タンクの外部に設けられ、該噴霧タンク内に溶湯室に
   配置されたルツボに所定量の金属溶湯を供給する溶湯供
   給手段と、該ルツボの溶湯流下ノズルの閉塞及び開口を
   行なうストッパ手段と、前記仕切り手段に設けられ、該
   ルツボの溶湯流下ノズルの下端開口部の周囲から高速の
   不活性ガス気流を噴出せしめて、該溶湯流下ノズルを通
   じて流下せしめられる金属溶湯を、前記噴霧室内に微細
   粒子状に噴霧化する、外部の不活性ガス供給源に接続さ
   れたガス噴出ノズルと、前記噴霧タンク下部の噴霧室に
   接続され、該噴霧室内で形成された金属粉末を不活性ガ
   スと共に導いて、該金属粉末と不活性ガスとを分離せし
   める粉末回収手段と、該粉末回収手段で分離された不活
   性ガスに対して、除塵、冷却などの操作を施し、そして
   それを加圧した後、前記ガス噴出ノズルと不活性ガス供
   給源との間の不活性ガス供給流路に供給せしめる不活性
   ガス回収手段とを、含むことを特徴とする不活性ガス連
   続金属噴霧装置。 ２ 前記仕切り手段が、前記ガス噴出ノズルの下方に位
   置して、該ノズルの噴出空間を前記噴霧室から離隔せし
   め、上方の溶湯室と該噴霧室とを実質的に気密にシール
   するシール手段を有する特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ３ 前記噴霧タンクが、前記噴霧室に対応する下部部分
   において冷却手段を有している特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ４ 前記粉末回収手段が複数設けられ、前記噴霧室から
   の金属粉末及び不活性ガスの流れが、切換手段による切
   換えによつてそれぞれの粉末回収手段に択一的に導かれ
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 前記溶湯供給手段による前記溶湯室内の溶湯収容ル
   ツボへの金属溶湯の供給が、該ルツボの湯面情報に基づ
   いて作動する湯面制御手段によつて制御され、該ルツボ
   内に常に所定量の金属溶湯が収容されているようにした
   特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れかに記載の装置
   。