WO2010016229A1

WO2010016229A1 - 無機質球状化粒子製造用バーナ

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Publication number: WO2010016229A1
Application number: PCT/JP2009/003695
Authority: WO
Inventors: 萩原義之; 山本康之
Original assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Current assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2011-02-04
Also published as: KR20110047194A; MY150528A; CN102112217B; US20110135775A1; CN102112217A; JP4769276B2; KR101524790B1; US8272859B2; JP2010036097A

Abstract

本発明の無機質球状化粒子製造用バーナは、キャリアガスに同伴された原料粉体を供給する第一原料供給路（１Ａ）と、この第一原料供給路（１Ａ）の外周に設けられて燃料ガスを供給する燃料供給路（４Ａ）と、この燃料供給路（４Ａ）の外周に設けられて酸素含有ガスを供給する第一酸素供給路（５Ａ）と、この第一酸素供給路（５Ａ）の外周に設けられてキャリアガスに同伴された原料粉体を供給する第二原料供給路（６Ａ）と、この第二原料供給路（６Ａ）の外周に設けられて酸素含有ガスを供給する第二酸素供給路（７Ａ）と、前記第一原料供給路（７Ａ）の先端に多数の小孔が形成された粉体分散板（２）を介して接続された原料分散室（９）と、この原料分散室（９）に接続され出口側が拡径した燃焼室（８）とを備える。

Description

無機質球状化粒子製造用バーナ

本発明は、無機質球状化粒子を製造する際に使用されるバーナおよびこのバーナを使用した無機質球状化粒子製造装置に関する。
本願は、２００８年８月４日に、日本に出願された特願２００８－２０１３０１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

無機質球状化粒子は、珪石などを粉砕した原料粉体を高温の火炎中で溶融し、表面張力により球状化させたものである。
例えば、原料として珪石を用いる高純度の球状シリカは、半導体素子のエポキシ封止材用の充填材として広く使用されており、球状化により封止材の流動性の向上、高充填、耐磨耗性向上など様々なメリットを得ることができる。
なお、本明細書においては、無機質球状化粒子を単に球状化粒子と記すことがある。

無機質球状化粒子の製造に関し、従来技術として、特許文献１～４に開示されている方法がある。
原料粉体の球状化には、高温の火炎が必要であることから、通常は、酸素・ガス燃焼方式のバーナが用いられている。
これらのバーナには、予混合型バーナと、拡散型バーナとがある。予混合型とは酸素と燃料ガスとを予め混合させて燃焼場に噴出させるものであり、拡散型とは酸素と燃料ガスとを別々に噴出し、燃焼場で混合させるものである。

特許文献２に開示の方法では、予混合型バーナが用いられており、特許文献１、３、４に記載の方法では、拡散型バーナが使用されている。
特許文献１での拡散型バーナは、同心円状の二重管であって、その内管と外管との間に多数の小管を設けてある。このバーナを竪型炉に設置し、珪素質原料をバーナの中心管（内管）から自然流化または加圧流下させ、小管からの燃料ガスと外管からの酸素ガスとで形成した火炎中に原料粉体を投入し、溶融シリカ球状体を製造するものである。

特許文献２に記載の予混合型バーナは、バーナ内で、原料粉体、酸素、ＬＰＧが充分に混合され、バーナ先端に形成される火炎中に原料粉体が供給されるものである。
特許文献３、４に記載の拡散型バーナは、同心の四重管構造であり、中心から酸素ガス又は酸素富化ガスをキャリアガスとして原料粉体を燃焼室に供給し、その外周から燃料ガスを、更にその外周から１次酸素と２次酸素を供給するように形成され、最外周には、バーナを冷却する冷却水通路が設けられている。
また、特許文献３、４には、このような拡散型バーナを用いて無機質球状化粒子を製造する装置が開示されている。

特許文献４に開示されている無機質球状化粒子製造装置においては、図６に示すように、原料粉体が原料供給機Ａから切り出され、キャリアガス供給装置Ａ’から供給されるキャリアガスに同伴されてバーナＢに搬送される。このバーナＢには、酸素供給設備Ｃからの酸素と、ＬＰＧ供給設備Ｄからの液化石油ガス（ＬＰＧ）とが供給される。
竪型炉Ｅ内の火炎中で球状化された粒子を含む排ガスは、経路Ｆから竪型炉Ｅの底部に導入された空気により冷却され、後段のサイクロンＧ、バグフィルターＨで球状化粒子が捕集される。

特開昭５８－１４５６１３号公報特開昭６２－２４１５４３号公報特許第３３３１４９１号公報特許第３３１２２２８号公報

特許文献２に開示されている予混合型バーナでは、酸素等とＬＰＧ等の燃料ガスとを、バーナ内で予め混合している。このようなバーナは、ノズルの先端から、酸素と燃料ガスとの混合物が噴出する構造であるので、バーナ内へ逆火する可能性がある。
一方、特許文献１に記載された拡散型バーナにおいては、逆火の心配は無いが、原料噴出孔と燃料噴出孔が隣接しているため、原料粒子は酸素との混合が不十分で、温度の低い燃料ガス中に噴出される。このために、火炎による十分な加熱を得ることができず、溶融状態が不十分になり、粒子のガラス化率が低いと言う不都合が見られる。球状化粒子のガラス化率が９８％未満では、これを半導体素子の封止材用充填材としたときに熱膨張の点で好ましくないとされている。

ところで、原料粉体は、火炎中で、主に火炎からの強制対流熱伝達により加熱・溶融され、表面張力によって球状化する。
特許文献３、４に記載された構造の拡散型バーナにおいては、燃焼室が設けられ、特許文献１に記載のバーナに比べ、製造した無機質球状化粒子の凝集状態に改善がみられる。

しかし、種々の平均粒径を持つ原料粉体を同一燃焼量で球状化処理したところ、原料粉体の平均粒度が小さくなるにつれて、凝集がすすみ、球状化処理できる量が減少する傾向が見られた。
また、火炎中で処理された後の球状粒子の平均粒度が、原料粉体の平均粒度より大きくなる傾向が見られた。
したがって、平均粒度が、より小さい球状化粒子を得るためには、特許文献３、４に記載されたバーナでは不充分であることがわかった。

また、このバーナを用い、ボールミル粉砕によって得られるような、粒度分布の広い原料粉体を処理した場合においては、火炎中において微粒子同士、あるいは微粒子と粗粒子の融着が生じるため、投入した原料粉体の粒度分布と得られる球状化粒子製品の粒度分布とが異なる状況が見られた。

そこで、本発明における課題は、逆火を生じる恐れが無く、ガラス化率が高い無機質球状化粒子を製造することができ、さらに、原料粉体の平均粒径が粒状化の過程において変動することが少なく、目的とする粒度分布を有する球状化粒子が得られる無機質球状化粒子製造用バーナおよび無機質球状化粒子製造装置を提供することにある。

かかる課題を解決するため、
本発明の第１の態様は、無機質球状化粒子製造用バーナであって、
キャリアガスに同伴された原料粉体を供給する第一原料供給路と、
この第一原料供給路の外周に設けられて燃料ガスを供給する燃料供給路と、
この燃料供給路の外周に設けられて酸素含有ガスを供給する第一酸素供給路と、
この第一酸素供給路の外周に設けられてキャリアガスに同伴された原料粉体を供給する第二原料供給路と、
この第二原料供給路の外周に設けられて酸素含有ガスを供給する第二酸素供給路と、
前記第一原料供給路の先端に多数の小孔が形成された粉体分散板を介して接続された原料分散室と、
この原料分散室に接続され出口側が拡径した燃焼室とを備え、
前記燃焼室の円錐状壁面に、燃料供給路、第一酸素供給路、第二原料供給路、第二酸素供給路の先端がそれぞれ開口しており、
前記燃料供給路の開口部が、燃焼室の壁面からバーナ中心軸に対して並行に燃料を噴出する噴出孔であり、
前記第一酸素供給路の開口部が、燃焼室の壁面から燃焼室内に旋回流を形成する方向に酸素含有ガスを噴出する第一酸素噴出孔であり、
前記第二原料供給路の開口部が、第一酸素噴出孔よりバーナ先端側に開口する噴出孔であり、
前記第二酸素供給路の開口部が、第二原料噴出孔よりバーナ先端側に開口する噴出孔である無機質球状化粒子製造用バーナである。

本発明の第２の態様は、前記バーナを炉頂部に垂直下向きに備えた竪型の球状化炉と、この球状化炉の下流に無機質球状化粒子を捕集するサイクロンおよびバグフィルターを備えた無機質球状化粒子製造装置である。
本発明の第２の態様においては、前記バーナの第一原料供給路と第二原料供給路とに供給するキャリアガスおよび原料粉体を、それぞれ独立して制御する制御手段を備えていることが好ましい。
また、本発明の第２の態様においては、サイクロンを経由してバグフィルターに接続する経路と、サイクロンを経由せずバグフィルターに接続する経路を有し、且つそれぞれの経路が切り替え可能となっていることが好ましい。

また、本発明の第２の態様においては、前記バーナの第一原料供給路と第二原料供給路とに異なる粒径の原料粉体を供給する２基の原料供給装置を設けることが好ましい。
また、本発明の第２の態様においては、前記サイクロンが粗粒子を捕集するものであり、バグフィルターが微粒子を捕集するものであることが好ましい。
また、本発明の第２の態様においては、前記バグフィルターが粒子を一括捕集するものであることが好ましい。

本発明のバーナにあっては、拡散型のバーナであるので、逆火を生じることがない。また、第一原料供給路に粒径の大きな原料粉体を、第二原料供給路に粒径の小さな原料粉体を供給するようにすれば、火炎外周部の温度が低い領域において粒径の小さな粒子を十分溶融でき、火炎中心部の温度が高い領域において粒径の大きな粒子を十分溶融できる。また、粒径の小さな粒子は分散性がよくないので、これを分散体積が大きくなる第二原料供給路から噴射させ、火炎中で良好に分散できる。一方、粒径の大きな粒子は分散性がよいので、これを分散体積が小さくなる第一原料供給路から噴射させ、火炎中で良好に分散できる。
このため、本発明の球状化粒子の製造装置によれば、大きな粒径の粒子も小さな粒径の粒子も、その粒径をほぼ維持して球状化でき、かつガラス化率の高い粒子が得られる。
したがって、投入した原料に応じた粒径あるいは粒度分布を有する球状化粒子を製造することができる。

本発明のバーナの一例を示す概略断面図である。本発明のバーナの一例を示す概略側面図である。本発明の無機質球状化粒子の製造装置の例を示す概略構成図である。実施例における一次酸素と二次酸素との流量割合とガラス化率との関係を示した図表である。実施例における一次酸素と二次酸素との流量割合とガラス化率との関係を示した図表である。従来の無機質球状化粒子の製造装置を示す概略構成図である。

図１および図２は、本発明の無機質球状化粒子製造用バーナ（以下、単にバーナと呼ぶことがある）の一例を示すもので、図１はバーナ中心軸に沿って切断した断面図であり、図２はバーナをその先端側から眺めた側面図である。図２においては、原料粉体、燃料、酸素の噴出孔のみを示している。
これらの図において、符号１は第一原料供給管を示し、その内部は原料粉体とキャリアガスとの混合物が供給される第一原料供給路１Ａとなっている。
キャリアガスとしては酸素、酸素濃度２０ｖｏｌ％以上の酸素富化空気、空気などの酸素濃度２０ｖｏｌ％以上の酸素含有ガスが用いられる。
原料粉体としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、ガラスなどの無機質粉末であって、その粒子形態が角を有する非球形の粒子であるものが用いられる。
原料粉体のうち、粗粒とは平均粒度がおおよそ１０μｍ以上の粒径の大きな粉体を言い、細粒とは平均粒度がおおよそ１０μｍ未満の粒径の小さな粉体を言うものとする。

この第一原料供給管１の出口端には粉体分散板２が取り付けられている。この粉体分散板２は、原料粉体とキャリアガスとの混合粉体をバーナ出口方向に向けて放射状に噴出させるもので、斜め外方に向けた複数の第１原料噴出孔３、３・・が円周上に等間隔に形成されている。

第一原料供給管１の外側には、燃料供給管４が同軸的に設けられており、原料供給管１と燃料供給管４との間の空隙は燃料供給路４Ａとなって、液化石油ガス（ＬＰＧ）などの燃料ガスが供給されるようになっている。燃料供給路４Ａの出口端は複数の燃料ガス噴出孔４Ｂ、４Ｂ・・となっており、バーナ中心軸に対して平行に燃料を噴出するようになっている。これら複数の燃料ガス噴出孔４Ｂ、４Ｂ・・は、円周上に等間隔に形成されている。

燃料供給管４の外側には、第一酸素供給管５が同軸的に設けられており、燃料供給管４と第一酸素供給管５との間の空隙は第一酸素供給路５Ａとして、酸素、酸素濃度２０ｖｏｌ％以上の酸素富化空気、空気などの酸素濃度２０ｖｏｌ％以上の酸素含有ガスが供給されるようになっている。
第一酸素供給路５Ａの出口端は複数の第一酸素噴出孔５Ｂ、５Ｂ・・となっており、これら第一酸素噴出孔５Ｂ、５Ｂ・・の出口はバーナ中心軸に向いて開口しており、バーナ中心軸に対して直角方向に酸素を噴射し、後述する燃焼室８内で旋回流を形成するように構成されている。
これら複数の第一酸素噴出孔５Ｂ、５Ｂ・・は、円周上に等間隔に形成されており、かつ前記複数の燃料噴出孔４Ｂ、４Ｂ・・と円周上異なる位置であって２つの燃料噴出孔４Ｂ、４Ｂの中間に配されている。

第一酸素供給管５の外側には第二原料供給管６が同軸的に設けられており、第一酸素供給管５と第二原料供給管６との間の空隙は第二原料供給路６Ａとなっている。第二原料供給路６Ａの出口部分は、複数の第二原料噴出孔６Ｂ、６Ｂ・・が形成され、バーナ中心軸に対して平行に原料が噴出するようになっている。
複数の第二原料噴出孔６Ｂ、６Ｂ・・は、円周上に等間隔に形成されている。

第二原料供給管６の外側には第二酸素供給管７が同軸的に設けられており、第二原料供給管６と第二酸素供給管７との間の空隙は、第二酸素供給路７Ａとなっている。この第二酸素供給路７Ａは、第一酸素供給路５Ａに比較してその断面積が広くなっており、多くの酸素を供給できるようになっている。第二酸素供給路７Ａの出口端は、複数の第二酸素噴出孔７Ｂ、７Ｂ・・が形成され、この第二酸素噴出孔７Ｂ、７Ｂ・・は円周上に等間隔に形成されている。これら第二酸素噴出孔７Ｂ、７Ｂ・・は、バーナ中心軸に平行方向に開口しており、酸素含有ガスがバーナ中心軸に対して平行方向に噴出されるようになっている。

また、第二酸素供給管７は、その厚さが厚くなっており、その内部には冷却水が循環して流れる冷却水通路７１が形成され、バーナ自体を冷却できるようになっている。
さらに、バーナの先端部分は、外方に拡がったすり鉢状に凹んでおり、この部分が燃焼室８となっている。
すなわち、燃焼室８の傾斜した壁の部分は、第二酸素供給管７と第二原料供給管６と第一酸素供給管５の先端部分を斜めに形成することで構成され、燃焼室８の底部は円筒状の原料分散室９に続いている。原料分散室９は、原料供給管１の出口端部が粉体分散板２よりもバーナの先端方向に向けて薄肉となって円筒状に延びることによって形成されている。

さらに、燃焼室８の円錐状壁面には、燃料ガス噴出孔４Ｂ、４Ｂ・・、第一酸素噴出孔５Ｂ、５Ｂ・・、第二原料噴出孔６Ｂ、６Ｂ・・、第二酸素噴出孔７Ｂ、７Ｂ・・がそれぞれ開口している。
また、前記第二原料噴出孔６Ｂは第一酸素噴出孔５Ｂよりバーナの先端側に開口し、前記第二酸素噴出孔７Ｂは第二原料噴出孔６Ｂよりもバーナ先端側に開口している。

このような構造の無機質球状化粒子製造用バーナにあっては、第一原料供給路１Ａの先端が多数の小孔を有する粉体分散板２を介して原料分散室９に接続され、第一原料供給路１Ａの外周に設けられた燃料ガス供給路４Ａと、該燃料ガス供給路４Ａの外周に設けられた第一酸素供給路５Ａとが、各供給路の先端に接続する出口側が拡径した燃焼室８に向けて開口しているため、バーナ火炎中における原料粉体の分散性が向上する。
第一原料供給路１Ａと、第二原料供給路６Ａに、それぞれ粒度の異なる原料粉体を供給するようにすれば、火炎中心部の温度の高い領域では、平均粒度の大きい粒子を、火炎外周部の温度が低い領域では、平均粒度の小さい粒子を効率よく分散させながら処理することができる。

平均粒度が大きい粒子は、比較的分散しやすいため、分散面積が小さい、火炎中心部に位置した第一原料供給路１Ａから供給し、平均粒度が小さい粒子は、分散が困難であるため、分散面積の大きい第二原料供給路６Ａから火炎中に供給する。こうすることで、原料粉体を火炎中に効率よく分散させることができる。
従って、本発明においては、平均粒度の大きい粒子と、平均粒度の小さい粒子を、一つのバーナにおいて、一度に最適な状態で処理できる。

図３は、本発明の無機質球状化粒子製造装置の一例を示すもので、図中符号１１は球状化炉を示す。この球状化炉１１は、円筒形の竪型炉であって、その天井部には上述のバーナ１２が、その先端側を炉内に臨ませるようにして垂直に取り付けられている。
球状化炉１１の底部付近には空気導入口１３が形成されており、ここから冷却用空気を内部に導入し、排出される燃焼ガスの温度を下げることができるようになっている。

球状化炉１１の底部付近には燃焼ガス排出口１４が形成されており、ここから生成した球状化粒子が燃焼ガスに搬送されて導出され、ダクト１５、ダンパー１６を介してサイクロン１７の入口に送られるようになっている。
ダクト１５は、そのダンパー１６の上流側において、ダクト１８に接続されて分岐され、このダクト１８はバグフィルター１９の入口に接続されている。

ダクト１８には、その途中に空気導入ポート２０が設けられており、このポート２０から適宜空気をダクト１８内に取り入れることにより、ダクト１８内を流れる燃焼ガスの温度を下げて調節することができるようになっている。
また、サイクロン１７の出口にはダクト２１が接続され、このダクト２１はダンパー２２を介してバグフィルター１９の入口に接続されている。

バーナ２の第一原料供給路１Ａには第一原料供給パイプ（図示略）が接続され、この第一原料供給パイプは第一原料フィーダー２３に接続されている。第一原料フィーダー２３には、粒径の粗い粗粒の原料粉体が貯えられ、キャリアガス供給源２４からのキャリアガスが送られ、このキャリアガスに所定量の原料粉体が搬送されて前記第一原料供給パイプを介してバーナ２の第一原料供給路１Ａに送られるようになっている。
第一原料フィーダー２３には、図示しない制御装置からの原料粉体供給量制御信号に応じて、所定量の原料粉体を送り出す送出機構が備えられている。
キャリアガスには、酸素、酸素富化空気、空気などの酸素濃度２０ｖｏｌ％以上の酸素含有ガスが用いられる。
キャリアガス供給源２４にも、図示しない制御装置からのキャリアガス供給量制御信号に応じて、所定量のキャリアガスを第一原料フィーダー２３および第二原料フィーダー２５にそれぞれ送り出す流量調整弁が備えられている。

バーナ２の第二原料供給路６Ａには第二原料供給パイプ（図示略）が接続され、この第二原料供給パイプは第二原料フィーダー２５に接続されている。第二原料フィーダー２５には、粒径の細かい細粒の原料粉体が貯えられ、キャリアガス供給源２４からのキャリアガスが送られ、このキャリアガスに所定量の原料粉体が搬送されて前記第二原料供給パイプを介してバーナ２の第二原料供給路６Ａに送られるようになっている。
第二原料フィーダー２５にも、図示しない制御装置からの原料粉体供給量制御信号に応じて、所定量の原料粉体を送り出す送出機構が備えられている。

バーナ２の燃料供給路４Ａには燃料供給パイプ（図示略）が接続され、この燃料供給パイプは燃料ガス供給源２６に接続されている。燃料ガス供給源２６は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）などの燃料ガスを貯えて、これを送り出すものであって、所定量の燃料ガスが前記燃料ガス供給パイプを介してバーナ２の燃料供給路４Ａに送られるようになっている。
燃料ガス供給源２６には、図示しない制御装置からの燃料ガス供給量制御信号に応じて、所定量の燃料ガスを送り出す送出機構が備えられている。

バーナ２の第一酸素供給路５Ａには第一酸素供給パイプ（図示略）が接続され、この第一酸素供給パイプは第一酸素供給源２７に接続されている。第一酸素供給源２７は、前記酸素含有ガスを貯えて、これを送り出すものであって、所定量の酸素含有ガスが前記第一酸素供給パイプを介してバーナ２の第一酸素供給路５Ａに送られるようになっている。
第一酸素供給源２７には、図示しない制御装置からの第一酸素供給量制御信号に応じて、所定量の酸素含有ガスを送り出す送出機構が備えられている。

バーナ２の第二酸素供給路７Ａには第二酸素供給パイプ（図示略）が接続され、この第二酸素供給パイプは第二酸素供給源２８に接続されている。第二酸素供給源２８は、前記酸素含有ガスを貯えて、これを送り出すものであって、所定量の酸素含有ガスが前記第二酸素供給パイプを介してバーナ２の第二酸素供給路７Ａに送られるようになっている。
第二酸素供給源２８にも、図示しない制御装置からの第二酸素供給量制御信号に応じて、所定量の酸素含有ガスを送り出す送出機構が備えられている。
なお、第一酸素供給源２７と第二酸素供給源２８とを一体化し、これに二基の送出機構を設け、それぞれの送出機構から第一酸素供給パイプと第二酸素供給パイプとに別々に酸素含有ガスを送り出し、バーナ２の第一酸素供給路５Ａと第二酸素供給路７Ａとにそれぞれ所定量の酸素含有ガスを供給するようにしてもよい。

次に、このような製造装置を用いた球状化粒子の製造方法を説明する。
第一原料フィーダー２３から、例えば粒径１０μｍ以上の粗粒の原料粉体をバーナ１２の第一原料供給路１Ａにおくり、第１原料噴出孔３から原料分散室９を介して燃焼室８に向けて噴出する。第二原料フィーダー２５から、例えば粒径１０μｍ未満の細粒の原料粉体をバーナ１２の第二原料供給路６Ａにおくり、第二原料噴出孔６Ｂから燃焼室８に向けて噴出する。
ここで、原料粉体の供給先をその平均粒度１０μｍで区切った理由は、１０μｍ未満の原料粉体は分散しにくい特性があるためである。

バーナ１２の第一酸素供給路５Ａ、第二酸素供給路７Ａにそれぞれ所定量の酸素含有ガスを第一酸素供給源２７、第二酸素供給源２８から送り込み、第一酸素噴出孔５Ｂ、第二酸素噴出孔７Ｂを経て燃焼室８に向けて噴出する。
バーナ１２の燃料供給路４Ａに所定量の燃料ガスを燃料ガス供給源２６から送り込み、燃料ガス噴出孔４Ｂを経て燃焼室８に向けて噴出する。

火炎中に噴出された粒径の異なる二種の原料粉体は、それぞれ火炎の高温の中心領域、低温の外側領域において、加熱されて溶融し、球状化して粒径の異なる球状化粒子となる。
この球状化粒子は、バーナ２から生成した燃焼ガスと空気導入口１３から導入される空気とのガスに浮遊して球状化炉１１の燃焼ガス排出口１４からダクト１５、ダンパー１６を経てサイクロン１７に送られる。燃焼ガスに空気を混合することでサイクロン１７に導入されるガスの温度が低下し、サイクロン１７での粒子捕集に適した温度となる。

サイクロン１７では、ガス中に浮遊している球状化粒子のうち、粗粒の球状化粒子が捕集される。サイクロン１７から導出されたガスはダクト２１を介してバグフィルター１９に送られ、ここで球状化粒子のうち、細粒の球状化粒子が捕集される。

また、必要に応じて、ダクト１５のダンパー１６を閉とし、ガスをダクト１８に流して直接バグフィルター１９に送ってすべての球状化粒子をここで捕集することもできる。この際、ガスの温度を下げる必要がある場合には、空気導入ポート２０から適量の空気をガスに混入することもできる。
以上の操作により、原料粉体の粒度にほぼ一致した粒度の球状化粒子を効率よく得ることができる。

以下、具体例を示す。
（例１）
図３に示す無機質球状化粒子製造装置を用いて球状化粒子を製造した。
原料粉体として全量でシリカ粉末２０ｋｇ／ｈを７．５Ｎｍ^３／ｈの酸素からなるキャリアガスで搬送した。燃料ガスとしてＬＰＧ５Ｎｍ^３／ｈを供給した。酸素含有ガスとして全量で酸素２０Ｎｍ^３／ｈをバーナ１２に二分して導入して球状化粒子を製造し、９８％以上のガラス化率が得られる球状化処理能力を求めた。

このとき、原料粉体の粒度に応じて前記第一酸素噴出孔５Ｂ（一次酸素）及び第二酸素噴出孔７Ｂ（二次酸素）に供給する酸素の割合を、一次酸素０～１００％、二次酸素１００～０％の範囲で変えて９８％以上のガラス化率が達成できる条件を検討した。
平均粒度３０μｍと平均粒度２μｍの原料粉体に対する処理結果を図４、図５、表１に示す。
３０μｍ原料を処理する場合には、第一原料噴出孔３より原料粉体を噴出し、２μｍ原料を処理する場合においては、第二原料噴出孔６Ｂより原料粉体を噴出した。
３０μｍ原料粉体については、サイクロン１７で捕集し、２μｍ原料については、サイクロン１７を介さずバグフィルター１９で一括捕集した。
なお、従来技術との比較のため、特許文献３に記載の無機質球状化装置と同型のものを用いて上記条件下で球状化粒子を製造した。

その結果、図４、図５に示すように、いかなる粒径の原料においても一次酸素５０％以上、二次酸素５０％以下の条件では９８％以上のガラス化率は得られなかった。
また、従来技術との比較においても、一次酸素及び二次酸素の影響については、有意な差は見られなかった。
また、表１の結果より、本発明のバーナを用いることで、より原料粒度に近い無機質球状化粒子を得ることができることが確認された。

（例２）
原料粉体としてシリカ粉末を採用し、平均粒度１５μｍの原料粉体Ａ、平均粒度２μｍの原料粉体Ｂ、原料粉体Ａ３５ｗｔ％と原料粉体Ｂ６５ｗｔ％を混合した平均粒度５μｍの原料粉体Ｃの３種の原料粉体を用意した。
特許文献３に記載の従来技術のバーナを用い、原料粉体Ｃを２０ｋｇ／ｈを７．５Ｎｍ^３／ｈの酸素からなるキャリアガスで搬送して供給した。燃料ガスとしてＬＰＧ５Ｎｍ^３／ｈを供給した。酸素２０Ｎｍ^３／ｈを供給して球状化粒子を製造し、９８％以上のガラス化率が得られる球状化処理能力を求めた。

本発明のバーナを用い、原料Ａ７ｋｇ／ｈを５．２５Ｎｍ^３／ｈの酸素からなるキャリアガスで第一原料噴出孔３へ搬送し、原料Ｂ１３ｋｇ／ｈを２．２５Ｎｍ^３／ｈの酸素からなるキャリアガスで第二原料噴出孔６Ｂへ搬送した。燃料ガスとしてＬＰＧ５Ｎｍ^３／ｈを燃料ガス噴出孔４Ｂに供給し、酸素全量２０Ｎｍ^３／ｈを第一酸素噴出孔５Ｂと第二酸素噴出孔７Ｂに分割して供給して球状化粒子を製造し、９８％以上のガラス化率が得られる球状化処理能力を求めた。

このとき、原料粉体の粒度に応じて前記第一酸素噴出孔５Ｂ（一次酸素）及び第二酸素噴出孔７Ｂ（二次酸素）に供給する酸素の割合は、一次酸素３０％、二次酸素７０％の比率で固定とし、原料粉体供給量を調整することで、バーナの処理能力を検討した。
結果を表２に示す。

表２の結果より、本発明におけるバーナ構造を用いることで、より原料粒度に近い無機質球状化粒子を効率良く得ることが出来ることが確認された。

１・・第一原料供給管、１Ａ・・第一原料供給路、２・・粉体分散板、３・・第一原料噴出孔、４・・燃料供給管、４Ａ・・燃料供給炉、４Ｂ・・燃料ガス噴出孔、５・・第一酸素供給管、５Ａ・・第一酸素供給路、５Ｂ・・第一酸素噴出孔、６・・第二原料供給管、６Ａ・・第二原料供給路、６Ｂ・・第二原料噴出孔、７・・第二酸素供給管、７Ａ・・第二酸素供給路、７Ｂ・・第二酸素噴出孔、８・・燃焼室、９・・原料分散室、１１・・球状化炉、１２・・バーナ、１７・・サイクロン、１９・・バグフィルター、２３・・第一原料フィーダー、２４・・キャリアガス供給源、２５・・第二原料フィーダー、２６・・燃料供給源、２７・・第一酸素供給源、２８・・第二酸素供給源。

Claims

無機質球状化粒子製造用バーナであって、
キャリアガスに同伴された原料粉体を供給する第一原料供給路と、
この第一原料供給路の外周に設けられて燃料ガスを供給する燃料供給路と、
この燃料供給路の外周に設けられて酸素含有ガスを供給する第一酸素供給路と、
この第一酸素供給路の外周に設けられてキャリアガスに同伴された原料粉体を供給する第二原料供給路と、
この第二原料供給路の外周に設けられて酸素含有ガスを供給する第二酸素供給路と、
前記第一原料供給路の先端に多数の小孔が形成された粉体分散板を介して接続された原料分散室と、
この原料分散室に接続され出口側が拡径した燃焼室とを備え、
前記燃焼室の円錐状壁面に、燃料供給路、第一酸素供給路、第二原料供給路、第二酸素供給路の先端がそれぞれ開口しており、
前記燃料供給路の開口部が、燃焼室の壁面からバーナ中心軸に対して並行に燃料を噴出する噴出孔であり、
前記第一酸素供給路の開口部が、燃焼室の壁面から燃焼室内に旋回流を形成する方向に酸素含有ガスを噴出する第一酸素噴出孔であり、
前記第二原料供給路の開口部が、第一酸素噴出孔よりバーナ先端側に開口する噴出孔であり、
前記第二酸素供給路の開口部が、第二原料噴出孔よりバーナ先端側に開口する噴出孔である無機質球状化粒子製造用バーナ。
請求項１に記載のバーナを炉頂部に垂直下向きに備えた竪型の球状化炉と、この球状化炉の下流に無機質球状化粒子を捕集するサイクロンおよびバグフィルターを備えた無機質球状化粒子製造装置。
前記バーナの第一原料供給路と第二原料供給路とに供給するキャリアガスおよび原料粉体を、それぞれ独立して制御する制御手段を備えている請求項２記載の無機質球状化粒子製造装置。
サイクロンを経由してバグフィルターに接続する経路と、サイクロンを経由せずバグフィルターに接続する経路を有し、且つそれぞれの経路が切り替え可能となっている請求項２記載の無機質球状化粒子製造装置。
前記バーナの第一原料供給路と第二原料供給路とに異なる粒径の原料粉体を供給する２基の原料供給装置を設けた請求項２記載の無機質球状化粒子製造装置。
前記サイクロンが粗粒子を捕集するものであり、バグフィルターが微粒子を捕集するものである請求項２記載の無機質球状化粒子製造装置。
前記バグフィルターが粒子を一括捕集するものである請求項２に記載の無機質球状化粒子製造装置。