JP4318288B2

JP4318288B2 - Spherical powder production apparatus, powder processing burner, and spherical powder production method

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Publication number: JP4318288B2
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Inventors: 声雷車
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Filing date: 2003-05-23
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状粉末製造装置および球状粉末の製造方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、塗料、コンポジット材料等のセラミックスフィラーの製造において、粉末の分散性、充填性、および流動性を向上させるために、粉末の粒子には、球状で表面が平滑である等の特性が必要とされている。
粉末の粒子を球状化させるためには、ゾルゲル法や噴霧熱分解法等の合成法を利用し、球状粒子を直接作る方法があるが、コストや生産量の制限がある。
【０００３】
粉末の粒子を球状化する他の方法としては、燃焼炎や熱プラズマ等の火炎中や、高温電気炉中で粒子を浮遊状態で溶融させ、液体の表面張力を利用して丸くする方法があり、燃焼炎を用いて原料粉末を溶融することにより球状の粉末（球状粉末）を得る方法が一般には用いられている(例えば、特許文献１参照。)。
特許第３３１２２２８号公報（特許文献２）には、原料粉体供給路と燃焼室との間に、多数の小孔を有する粉体分散板を配置し、粉体分散板を介して原料粉体を燃焼室の火炎内に供給することにより無機質球状化粒子を得ることが開示されている。
また、特許第３００１５６１号公報（特許文献３）には、原料粉末供給管の開口を末広がり形状のものとすることが開示されている。なお、本願明細書中において、粉末とは粒子の集合体を指しており、本来であれば粒子の集合体として粉末と呼ぶのが適当と判断される場合には「粉末」と称し、粉末を構成する単位としての「粒子」と呼ぶのが適当と判断される場合は「粒子」と呼ぶのが好ましいが、実質的にはその基本単位が共通であることから、以下の説明では、特に「粒子」と呼ぶのが好ましい場合を除き、基本的に「粉末」と称することとする。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−４０６８０号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特許第３３１２２２８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特許第３００１５６１号公報（図２）
【０００５】
ここで、燃焼炎を用いた球状粉末製造装置における処理の流れを説明する。まず、フィーダから供給された原料粉末は、キャリアガスとともに、バーナに搬送される。このバーナには酸素供給手段から酸素が、燃焼ガス供給手段からＬＰＧ等の燃焼ガスがそれぞれ供給されており、バーナによって、バーナの下部に設けられたチャンバ内に燃焼炎が生成される。そして、チャンバ内の燃焼炎中で溶融され球状化された原料粉末は、後段のサイクロンやバグフィルタで回収されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
原料粉末のサイズは、最終的に得ようとする球状粉末のサイズを考慮して決定される。ところが、原料粉末はフィーダに収容されている間に自然凝集してしまう。特に、原料粉末の平均粒径が２μｍ以下と微細な場合には、自然凝集の程度が著しい。自然凝集した原料粉末がそのままバーナに供給されて溶融処理されると、本来意図していたサイズの数倍のサイズを有する巨大粒子が発生するか、主として凝集体の発生に起因する燃焼炎内部の局所的な温度の低下等により未溶融粒子が発生してしまう。
原料粉末の凝集を解砕する方法として、上述した特許第３３１２２２８号公報（特許文献２）に記載されているような粉体分散板を用いる手法もある。ところが、粉体分散板を通過する際に原料粉末が粉体分散板自体に被着してしまい、実際には粉体分散板を用いた原料粉末の凝集解砕は困難である。
また、上述した特許第３００１５６１号公報に記載されているように、原料粉末供給管の開口を末広がり形状としたとしても、原料粉末の凝集を解砕することとはならず、巨大粒子の発生を抑制する上では有効な方法とはいえない。
【０００７】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制できる球状粉末製造装置、粉末処理用バーナ、球状粉末の製造方法を提供することを目的とする。また、設備維持費用の低減が図れる粉末処理用バーナ、球状粉末製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明者は、原料粉末の凝集を解砕した状態で原料粉末を燃焼炎内に供給するために、様々な検討を行った。その結果、原料搬送管の外周側から原料搬送管の内部へガスを噴射することが、原料粉末の凝集を解砕する上で極めて有効であることを知見した。すなわち、本発明は、上下方向に軸線を有した筒状のチャンバと、チャンバの上部に設けられ、チャンバ内に燃焼炎を生じさせるバーナと、を備えた球状粉末製造装置であって、バーナは当該バーナから生じる燃焼炎中へ原料粉末が搬送される原料搬送管と、この原料搬送管の外周側から、原料搬送管内部へガスを噴射するガス噴射部とを備えることを特徴とする球状粉末製造装置を提供する。ここで、本発明における原料搬送管の外周側には、原料搬送管の管壁外周部および管壁内周部、原料搬送管の外部が広く包含される。このように、本発明に係る球状粉末製造装置では、原料搬送管の外周側からガスを噴射するようにしたので、原料粉末の凝集を解砕した状態で、原料粉末を燃焼炎内に供給することができる。
本発明に係る球状粉末製造装置において、ガス噴射部は、原料搬送管の管壁に形成された切り欠き部を備えるものとすることができる。
本発明に係る球状粉末製造装置において、原料搬送管の周囲にガスが流れるガス流路を形成し、原料搬送管の管壁に設けられた切り欠き部から原料搬送管の内部へガスを流入させる形態を採用することができる。
【０００９】
さらに、本発明は、燃焼炎を用いて原料粉末に対して所定の処理を施す粉末処理用バーナであって、原料粉末の凝集を解砕するのに適した構造を有する新規な粉末処理用バーナを提供する。すなわち、本発明は、先端に開口部を有し、当該開口部から原料粉末を燃焼炎内に供給する第１の供給管と、原料粉末の凝集を解砕するための凝集解砕用ガスを供給する第２の供給管と、第１の供給管と第２の供給管とを連通し、凝集解砕用ガスを所定角度で第１の供給管に導く連通部とを備えたことを特徴とする粉末処理用バーナを提供する。本発明に係る粉末処理用バーナにおいて、第１の供給管は原料搬送管として機能するが、連通部を介して第１の供給管内に凝集解砕用ガスを流入させることで、凝集が解砕された原料粉末を燃焼炎内に供給することができる。これにより、凝集が解砕された原料粉末に対して燃焼炎を用いた所定の処理を施すことが可能となる。ここで、原料粉末に対する所定の処理としては、例えば球状化処理、複合粒子の製造、金属粒子の酸化処理による酸化物粒子の製造などが挙げられる。
【００１０】
本発明に係る粉末処理用バーナにおいて、第１の供給管を、第２の供給管に対して着脱自在とすることが望ましい。原料搬送管として機能する第１の供給管は、原料粉末との摩擦が生じるため摩耗が激しい。よって、ある期間毎に第１の供給管を交換することが望ましいが、第１の供給管を第２の供給管に対して着脱自在に構成することで、粉末処理用バーナのメンテナンスが容易となり、設備費用も低減することができる。
凝集解砕用ガスを第１の供給管に流入させる際の所定角度、すなわち、凝集解砕用ガスの噴射角度は、第１の供給管の軸線を基準として５〜８５°とすることが、原料粉末の凝集を解砕する上で有効である。
【００１１】
さらにまた、本発明は、原料粉末を燃焼炎内で溶融することにより球状化して球状粉末を得る方法であって、キャリアガスにより原料粉末を燃焼炎内に搬送する搬送化工程と、搬送された原料粉末を、燃焼炎内で溶融することにより球状化し、溶融処理物を得る球状化工程と、溶融処理物が燃焼炎外に移動することによって溶融処理物を凝固させる凝固工程とを備えた球状粉末の製造方法を提供する。ここで、上述した搬送工程において原料粉末に対して剪断力を付与するガスを噴射することが、巨大粒子や未溶融粒子の発生を防止する上で極めて有効である。
上述した剪断力を付与するガスとしては、キャリアガスと同一種類のものを用いることができる。例えば、キャリアガスとしてＮ₂ガスを用いる場合には剪断力を付与するガスとしてもＮ₂ガスを、キャリアガスとしてエアを用いる場合には剪断力を付与するガスとしてもエアを用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る球状粉末製造装置は、燃焼炎を生じさせるバーナに、原料粉末の凝集を解砕するための機構を設けたことを特徴とする。原料粉末が燃焼炎内に供給される前に、原料粉末の凝集を解砕することによって、凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制することが可能となる。
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態における球状粉末製造装置の構成を説明するための図である。
図１に示すように、球状粉末製造装置１０は、チャンバ２０、チャンバ２０の上部に設けられたバーナ（粉末処理用バーナ）３０を有する。チャンバ２０の下部には、回収容器４１とサイクロン４２とから構成される処理粉末回収手段と、ガス排出手段５０が設けられている。サイクロン４２は、処理粉末回収手段の一部を構成するとともに、ガス排出手段５０の一部も構成している。
【００１４】
チャンバ２０は、例えば耐熱性の高いＳＵＳ、アルミナ等で形成され、上下方向に軸線を有した円筒状で、同一の内径を有する円筒壁部２０ａと、その下端部に連続して形成され、下方に行くにしたがい内径が徐々に小さくなるテーパ部２０ｂとを有している。
チャンバ２０の上部は開口しており、この開口部に蓋体２１が設けられている。この蓋体２１は、チャンバ２０の中央部に臨む位置にバーナ３０を備えており、その外周部には図示しない水冷ジャケットを内蔵している。水冷ジャケットは、バーナ３０から発生する燃焼炎Ｆの調節と燃焼炎Ｆの熱により球状粉末製造装置１０が損傷することを防ぐものである。なお蓋体２１に限らず、チャンバ２０を構成する円筒壁部２０ａおよびテーパ部２０ｂも、図示しない水冷ジャケットにより水冷されている。
【００１５】
バーナ３０自体の詳細な構成は後述するが、このバーナ３０は水冷される多重管構造をなし、各々の領域に、原料粉末１００ａを供給する原料粉末供給系統３１、支燃ガスとして酸素を供給する酸素供給系統３２および燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給系統３３が接続されている。
【００１６】
原料粉末供給系統３１から供給する原料粉末１００ａとしては、例えば誘電体材料、磁性材料として用いられる酸化物組成物を用いることができる。誘電体材料としては、例えば、チタン酸バリウム系、チタン酸鉛系、チタン酸ストロンチウム系、二酸化チタン系、バリウム・ネオジ・チタニウム系（ＢＮＴ系）の酸化物を挙げることができる。磁性材料としては、例えば、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等を挙げることができる。また、Ｆｅ₂Ｏ₃やＦｅ₃Ｏ₄等の酸化鉄を原料粉末１００ａとして用いることもできる。
原料粉末１００ａのサイズは、最終的に得たい球状粉末のサイズに応じて適宜定めればよい。例えば、最終的に平均粒径１〜１０μｍの球状粉末を得たい場合には、１〜１０μｍの原料粉末１００ａを用いることができる。バーナ３０に原料粉末１００ａを安定して供給するという観点から、原料粉末１００ａは、その平均粒径が２μｍ以上、さらには３〜１０μｍのものが好ましい。但し、原料粉末供給系統３１における原料粉末１００ａの流動性が、安定的な粉末供給ができるレベルであれば、平均粒径が２μｍ未満の原料粉末１００ａを用いてもよい。
原料粉末１００ａの製造方法は特に限定されるものではなく、例えば粉砕粉末を原料粉末１００ａとして用いることができる。
【００１７】
原料粉末１００ａの供給は、空気、酸化性ガス、不活性ガス等のキャリアガスを用いて行われる。酸化性ガスとしては、酸素濃度が２０％以上のガスを用いることができる。不活性ガスとしては、Ｎ₂ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｒｎガス等を用いることができる。
なお、当然のことではあるが、供給する原料粉末１００ａを増加するためには、キャリアガス量を増加する必要があり、キャリアガスに酸素を用いるのであれば、支燃ガスである酸素の量を減少させ、キャリアガスと支燃ガスとの混合比率を調整する必要がある。ただし、支燃ガスである酸素をキャリアガスとする場合、火炎の温度が高くなりすぎ、温度分布が不均一となるため、原料粉末１００ａの元素の一部が蒸発したり、組成の変動が著しくなることがある。
【００１８】
このようなバーナ３０は、酸素供給系統３２から供給される酸素と燃焼ガス供給系統３３から供給される燃焼ガスとをチャンバ２０内の下方に向けて噴出しつつ、これに着火することで、チャンバ２０中央部の上部に、燃焼炎Ｆを生成する。
燃焼炎Ｆを得るための燃焼ガスは、特に制限されない。ＬＰＧ、水素、アセチレン等公知の燃焼ガスを用いることができる。得たい球状粉末が酸化物の場合には、燃焼炎酸化度を制御する必要があり、燃焼ガスに対して適当な量の酸素（支燃ガス）を供給することが望まれる。ＬＰＧを燃焼ガスとして用いる場合にはＬＰＧ供給量の５倍の酸素を、アセチレンを燃焼ガスとして用いる場合にはアセチレン供給量の２.５倍の酸素を、また水素を燃焼ガスとして用いる場合には水素供給量の０.５倍の酸素を供給すると等量となる。この値を基準として酸素供給量を適宜設定することにより、燃焼炎Ｆの酸化度を制御することができる。これら燃焼ガスの流量は、バーナ３０のサイズに応じて適宜定めればよい。
燃焼炎Ｆの温度は、燃焼ガスの種類、量、酸素との比率、原料粉末１００ａの供給量などによって変動する。ＬＰＧを用いる場合には約２１００℃まで、アセチレンを用いる場合には約２６００℃までの温度を得ることができる。
【００１９】
燃焼炎Ｆはその燃焼領域内の位置、例えば中心部と外周部において温度が異なる。したがって、原料粉末１００ａの種類と処理の種類によって、燃焼炎Ｆの大きさ等の調節が行われると共に、原料粉末１００ａの燃焼炎Ｆへの供給位置も適宜調節される。なお、原料粉末１００ａを燃焼炎Ｆの熱により溶融させて球状化する場合には、燃焼炎Ｆの温度を、原料粉末１００ａの融点以上の温度となるように設定する。
大きさや温度が適宜調整された燃焼炎Ｆ中に投入された原料粉末１００ａは、自然落下しながら燃焼炎Ｆ中に所定時間滞留し、燃焼炎Ｆの熱によって溶融され、または化学的・物理的修飾を受け、チャンバ２０内を落下する。このとき、原料粉末１００ａは、チャンバ２０内を落下する間にその温度が低下し、凝固する。このようにして燃焼炎Ｆを通過した原料粉末１００ａは、処理粉末１００ｂとなる。なお、化学的・物理的修飾とは、原料粉末１００ａの物質形態、純度、粒子サイズ、粒子構造、形状もしくは表面性状を変化させることを意味する。
【００２０】
上記のような処理が行われるチャンバ２０のテーパ部２０ｂの下端部は開口しており、回収容器４１が接続されている。この回収容器４１の側面には、サイクロン４２が接続されている。
チャンバ２０内を落下した処理粉末１００ｂは、回収容器４１の底部に堆積し、またその一部はガスとともにサイクロン４２に送り込まれる(以下、堆積した処理粉末１００ｂを、処理粉末(溶融処理物)１００ｃと称する)。
サイクロン４２では、処理粉末１００ｂが混在したガスの気体(ガス)と固体(処理粉末１００ｂ)とを上下に分離する。ガスと分離された処理粉末１００ｃはサイクロン４２の底部に堆積する。
これら回収容器４１およびサイクロン４２の底部に堆積した処理粉末１００ｃを回収することで、球状の処理粉末１００ｃを得ることができるのである。
また、サイクロン４２の上部にはバグフィルタ等のフィルタ装置５２が接続され、サイクロン４２から排出されるガスに残存する処理粉末１００ｃを、フィルタ本体５２ａで回収し、ガスのみを、排風機５３を介して、排出管５４から排出するようになっている。
【００２１】
次に、図２〜４を用いて、本発明の特徴的な部分であるバーナ３０について詳述する。以下、原料粉末１００ａの流れを基準として、紙面左側をバーナ３０の上流側、紙面右側をバーナ３０の下流側という。
図２は、本実施の形態におけるバーナ３０の特徴を模式的に示す図である。
図２に示すように、バーナ３０において、原料粉末１００ａはキャリアガスとともに原料搬送路Ｏ内を搬送させられる。バーナ３０では、原料搬送路Ｏの下流端に燃焼炎Ｆが形成されるようになっており、この燃焼炎Ｆ内で原料粉末１００ａに対する球状化処理が施される。原料粉末１００ａは、図示しないフィーダ内に収容されている間に自然凝集してしまうため、そのまま原料搬送路Ｏ内を搬送し燃焼炎Ｆ内に供給されると、巨大粒子や未溶融粒子が生じることとなる。そこで、本発明では、原料搬送路Ｏの外周側からその内部に凝集解砕用ガスＧを噴射することで、原料粉末１００ａの凝集を解砕する。これにより、凝集が解砕された原料粉末１００ａを燃焼炎Ｆ内に導入することが可能となる。よって、本実施の形態におけるバーナ３０によれば、巨大粒子や未溶融粒子の発生が抑制される。
ここで、凝集解砕用ガスＧとしては、上述したキャリアガスと同様のもの、つまり空気、酸化性ガス、不活性ガス等を用いることができる。また、燃焼ガスとして挙げたＬＰＧ、水素、アセチレン等を凝集解砕用ガスＧとして用いてもよい。
【００２２】
以下、搬送中の原料粉末１００ａに対して凝集解砕用ガスＧを噴射することで、原料粉末１００ａの凝集が解砕されるメカニズムを説明した上で、本実施の形態におけるバーナ３０の構成を詳述する。
【００２３】
原料粉末１００ａから構成される凝集粒子を解砕して分散させるには、凝集粒子を構成する１次粒子間に働く付着力よりも大きな外力を凝集粒子に作用させる必要がある。この外力として、本発明では、主に２つの力、すなわち、気流が凝集粒子に噴射されることによる剪断力および気流の加速により生じる力を利用する。
【００２４】
本発明では、キャリアガスが流れる原料搬送路Ｏ内に、所定角度で凝集解砕用ガスＧを噴射する。このように、２つの気流、すなわち、キャリアガスと凝集解砕用ガスＧとがある相対角度をもって流れるようにすることで、原料搬送路Ｏ内に剪断流れ場が形成される。凝集粒子が剪断流れ場に投入されると、凝集粒子を構成する１次粒子間にも剪断力が働くこととなる。そして、凝集粒子を構成する１次粒子間に働く付着力よりも大きな剪断力が凝集粒子に作用したときに、凝集粒子が解砕されるのである。
また、キャリアガスと凝集解砕用ガスＧの速度が異なる場合には、速度の速い方のガスによって他方のガスが加速されることになる。例えば、キャリアガスの速度を１としたときに、凝集解砕用ガスＧの速度が２であるようなときには、キャリアガスは凝集解砕用ガスＧによって加速されることになる。つまり、キャリアガスには凝集解砕用ガスＧによる加速度が生じることとなる。キャリアガスにともなわれて、ある一定速度で運動していた凝集粒子は、この加速度の影響を受けて運動状態が変わる。そして、凝集粒子を構成する１次粒子間に働く付着力よりも大きな外力が凝集粒子に作用したときに、凝集粒子が解砕されるのである。なお、キャリアガスの方が凝集解砕用ガスＧよりも速度が速い場合にも、同様のメカニズムにより、凝集粒子が解砕される。
【００２５】
図３はバーナ３０の断面図である。また、図４（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図、図４（ｃ）は図３のＣ−Ｃ断面図である。
【００２６】
図３および図４に示すように、本実施の形態におけるバーナ３０は、略円筒状のアウターケース８０を有している。
アウターケース８０の内部には、アウターケース８０と同心円上に原料粉末供給管６０が配置される。原料粉末供給管６０は上述した原料搬送路Ｏとして機能する。原料粉末供給管６０は、原料粉末１００ａを収容するフィーダ（図示せず）とともに、原料粉末供給系統３１を構成する。
また、アウターケース８０の内部には、原料粉末供給管６０の外周を取り囲むようにして、酸素供給管７０が配列されている。なお、図３では酸素供給管７０は２重に配列されているが、これに限定されるものではない。
【００２７】
さて、アウターケース８０の上流は燃焼ガス供給系統３３と接続されており、下流側からは燃焼炎Ｆが発生するようになっている。燃焼ガス供給系統３３は、燃焼ガス供給手段（図示せず）、燃焼ガス供給管３３ａおよびチャンバ３３ｂとで構成されている。燃焼ガス供給手段から供給された燃焼ガスは、燃焼ガス供給管３３ａを介してチャンバ３３ｂに供給される。チャンバ３３ｂ内のガス室３３ｃはアウターケース８０と連通しており、チャンバ３３ｂ内のガス室３３ｃからアウターケース８０内にＬＰＧ等の燃焼ガスが流入するようになっている。
【００２８】
酸素供給系統３２は燃焼ガス供給系統３３と併設されており、ボルト８１、フランジＦ１，Ｆ２を介して互い固定されている。
酸素供給系統３２は、図示しない酸素供給手段、酸素供給管７０、酸素供給管３２ａおよびチャンバ３２ｂとで構成されている。酸素供給手段から供給された支燃ガスとしての酸素は、酸素供給管３２ａを介してチャンバ３２ｂ内のガス室３２ｃに供給される。アウターケース８０の内部に配列された酸素供給管７０は、ガス室３３ｃを貫通し、その上流側がガス室３２ｃに開口している。このため、酸素供給手段から供給された酸素は、ガス室３２ｃから酸素供給管７０内に流入するようになっている。
【００２９】
本実施の形態におけるバーナ３０は、原料粉末供給管６０に、原料粉末１００ａの凝集を解砕するための機構を備えたことを特徴とする。原料粉末供給管６０の上流側は図示しないフィーダに接続されており、下流側は開口部６１ｈを構成している。原料粉末供給管６０の上流側からキャリアガスにともなわれて搬送される原料粉末１００ａは、開口部６１ｈから燃焼炎Ｆ内へ供給される。本発明では、原料粉末供給管６０の構成を工夫し、原料粉末１００ａが燃焼炎Ｆ内へ供給される前に、搬送中の原料粉末１００ａに対して凝集解砕用ガスＧを噴射して、原料粉末１００ａの凝集を解砕するのである。
【００３０】
原料粉末供給管６０は、第１の供給管（原料搬送管）６１と、第１の供給管６１の外径ｄ１よりも大きな内径ｄ２を有し、第１の供給管６１を収容する第２の供給管６２を備えた二重管構造となっている。第１の供給管６１は、先端に開口部６１ｈを備えた円筒状であり、原料搬送路Ｏとして機能する。また、第２の供給管６２は第１の供給管６１に対して着脱自在の構成となっている。
第２の供給管６２と第１の供給管６１との間は凝集解砕用ガスＧのガス流路Ｐとして機能する。凝集解砕用ガスＧは、バーナ３０の上流側から下流側に供給される。第２の供給管６２の内径ｄ２と、第１の供給管６１の外径ｄ１との間で形成されるクリアランスＬは、例えば０．５〜１０ｍｍとすることができる。このクリアランスＬを適宜設定することで、凝集解砕用ガスＧの流量および速度を制御することが可能である。
【００３１】
さて、第１の供給管６１は、その管壁に複数のスリット（切り欠き部、連通部）Ｓを備えており、スリットＳを介して原料搬送路Ｏとガス流路Ｐが連通するようになっている。スリットＳのサイズは、第１の供給管６１のサイズや原料粉末１００ａの処理量に応じて適宜設定すればよい。スリットＳの軸方向の位置は、燃焼炎Ｆまでの距離を考慮して決定する。具体的には、燃焼炎Ｆまでの距離が１０〜３００ｍｍの範囲となるようにして、第１の供給管６１にスリットＳを形成する。スリットＳから燃焼炎Ｆまでの距離が１０ｍｍ未満になると、確実に凝集粒子を解砕した上で、燃焼炎Ｆに原料粉末１００ａを供給することが困難となる。一方、スリットＳから燃焼炎Ｆまでの距離が３００ｍｍを超えると、一旦凝集が解砕された原料粉末１００ａが、搬送されている間に再凝集するおそれがあるため、好ましくない。
【００３２】
ここで、第１の供給管６１の軸線を基準として５〜８５°の角度で凝集解砕用ガスＧを噴射することが望ましい。凝集解砕用ガスＧの噴射角度θが５°未満の場合には、原料粉末１００ａに対する衝撃が小さく、原料粉末１００ａから構成される凝集粒子を十分に解砕することが困難である。
一方、凝集解砕用ガスＧの噴射角度θが８５°を超えると、原料粉末１００ａが第１の供給管６１や第２の供給管６２の内壁に付着しやすい。
したがって、凝集解砕用ガスＧの望ましい噴射角度θは５〜８５°である。凝集解砕用ガスＧの噴射角度を５〜８５°とするには、例えば、第２の供給管６２の管壁内部に、その角度が第２の供給管６２の軸線に対して５〜８５°となるようなテーパ部（連通部）Ｒを形成すればよい。こうしたテーパ部Ｒを設けるとともに、第１の供給管６１にスリットＳを形成する際に、その角度が第１の供給管６１の軸線に対して５〜８５°となるような角度で第１の供給管６１の一部を切断することが望ましい。凝集解砕用ガスＧの望ましい噴射角度θは１５〜７５°、より望ましい噴射角度θは２０〜６０°である。
【００３３】
スリットＳを設ける数は特に限定されるものではないが、原料粉末１００ａの凝集を効率よく解砕するためには、スリットＳを第１の供給管６１の周方向に複数設けることが望ましい。また、スリットＳの形状についても特に限定されるものではなく、例えば円形状、楕円状、矩形状、楔状とすることができる。
【００３４】
また、第２の供給管６２は、一定の径を有する筒状部６２ａと、スリットＳと対向するように設けられ、下流側に行くにしたがいその内径が徐々に小さくなるテーパ形状を有するテーパ部Ｒと、テーパ部Ｒの下流端Ｒ２に連続して設けられた筒状部６２ｂとから構成されている。筒状部６２ｂの内径は、第１の供給管６１の外径と略同一である。
筒状部６２ａからテーパ部Ｒの上流端Ｒ１までは、第２の供給管６２と第１の供給管６１との間には所定のクリアランスＬが設けられ、上述した凝集解砕用ガスＧのガス流路Ｐを形成している。一方、テーパ部Ｒの下流端Ｒ２は、第１の供給管６１の外周と接触しており、ガス流路Ｐの終端となっている。なお、テーパ部Ｒは、その角度が第２の供給管６２の軸線に対して５〜８５°、望ましくは１５〜７５°、より望ましくは２０〜６０°となるように形成することが望ましい。凝集解砕用ガスＧの噴射角度θを５〜８５°とするためである。
【００３５】
本実施の形態におけるバーナ３０では、スリットＳおよびテーパ部Ｒとで、第１の供給管６１と第２の供給管６２とを連通し、凝集解砕用ガスＧを所定角度で第１の供給管６１に導く連通部を構成している。また、スリットＳは、第１の供給管６１の外周側から第１の供給管６１内部へ凝集解砕用ガスＧを噴射するガス噴射部としても機能している。
このバーナ３０では、燃焼ガス供給系統３３によって送り込まれた燃焼ガスは、アウターケース８０内に多数本収められた酸素供給管７０の隙間Ｘを通り、バーナ３０の下端部から下方に向けて噴出する。また、酸素供給系統３２によって送り込まれた支燃ガスとしての酸素は、アウターケース８０内の酸素供給管７０を通り、バーナ３０の下端部から下方に向けて噴出する。これにより、バーナ３０からは、下方に向けて燃焼ガスと支燃ガスとが噴出し、これに着火することで、燃焼炎Ｆが下方に向けて発生するようになっている。
【００３６】
原料粉末供給系統３１から送り込まれる原料粉末１００ａとキャリアガスは、第１の供給管６１により形成される原料搬送路Ｏを通り、バーナ３０の下方に発生する燃焼炎Ｆ内に供給される。本実施の形態では、原料搬送路Ｏを構成する第１の供給管６１の外周側に、第１の供給管６１を収容する第２の供給管６２を設け、第１の供給管６１と第２の供給管６２との間にガス流路Ｐを形成する。そして、ガス流路Ｐを通過する凝集解砕用ガスＧが、原料搬送路Ｏ内に所定の噴射角度θで噴射されるようにバーナ３０を構成し、原料粉末１００ａが、燃焼炎Ｆ内に供給される前に原料粉末１００ａの凝集を解砕する。その結果、凝集が解砕された原料粉末１００ａを燃焼炎Ｆに供給することが可能となる。したがって、従来方式の構成に比較し、巨大粒子の発生および未溶融粒子の発生を大幅に抑制することができ、生成される球状粉末の品質を安定・向上させることができる。仮に巨大粒子が発生すると、燃焼炎Ｆの温度低下、温度分布の不均一化が生じ、原料粉末１００ａの溶融を確実に行うことが困難となり、それにともなって未溶融粒子の発生が増加することとなる。また、巨大粒子の発生率が増加すると、原料粉末１００ａの粒径と球状粉末の粒径との対応関係をとることが困難となり、球状粉末の粒度分布の制御も困難となる。これに対し、本実施の形態におけるバーナ３０によれば、原料粉末１００ａが凝集したとしても、原料粉末１００ａが燃焼炎Ｆ内に供給されて溶融される段階では、すでにその凝集が解砕されている。その結果、原料粉末１００ａの粒径と球状粉末の粒径との対応関係をとることができ、球状粉末の粒度分布の制御も容易である。これにより、所望の粒度分布を有する球状粉末を確実に得ることができる。また、本実施の形態におけるバーナ３０では、第１の供給管６１は、第２の供給管６２に対して着脱自在に構成されているため、原料粉末１００ａが衝突するために摩耗が進行しやすい第１の供給管６１のみを交換するのも容易である。
【００３７】
ここで、第１の供給管６１の内径は３〜５０ｍｍとすればよい。このように、第１の供給管６１の内径を大きくすることで、原料粉末１００ａの処理量を増やすことができる。第１の供給管６１の内径を大きくすると、凝集した原料粉末１００ａがそのままの状態で燃焼炎Ｆに流入し、巨大粒子となることが懸念されるが、本実施の形態におけるバーナ３０は、原料搬送路Ｏの外周側からその内部に凝集解砕用ガスＧを噴射して原料粉末１００ａの凝集を解砕可能な構造となっているために、こうした巨大粒子の発生等の不具合を回避しつつ、原料粉末１００ａの処理量を増大させることができる。第１の供給管６１の長さは１００〜５００ｍｍとすることができる。なお、第１の供給管６１の管壁の厚さは１〜１０ｍｍの範囲内で適宜設定すればよい。
【００３８】
また、第１の供給管６１として、スリットＳのサイズが異なる複数の管を予め準備しておき、原料粉末１００ａの凝集度合や処理量に応じて適宜、管を使い分けることもできる。例えば、原料粉末１００ａの凝集が強い（凝集度合が高い）ときには、スリットＳのサイズが小さい管を使用し、凝集解砕用ガスＧの噴射スピードを上げればよい。
【００３９】
以上、本実施の形態におけるバーナ３０、およびバーナ３０を備えた球状粉末製造装置１０について詳述した。本実施の形態におけるバーナ３０を備えた球状粉末製造装置１０を用いて得られた処理粉末１００ｃは、結晶性の良い緻密な粒子や、単結晶粒子や、球形の粒子(球状度の高い粒子)からなる粉末等、処理する目的に応じた、優れた特性を有する。本実施の形態で得られる粉末の平均粒径は、０．１〜２０μｍ程度であり、特に１〜１０μｍ、さらには１〜５μｍ程度の粒子を得ることが可能である。このような処理粉末１００ｃを他の材料と組合せたり、混合する等して用いることにより、優れた特性を有する製品や特殊な構造や機能を有する材料や部品を得ることができる。具体的には、高周波用フィルタ等を得ることができる。
【００４０】
さらに本実施の形態では、粒子の球状度が０．８〜１である粉末を得ることができ、さらに球状度が０．９〜１である粉末を得ることができる。処理粉末１００ｃの球状度を０．８〜１とすることにより、処理粉末１００ｃを樹脂材料と複合化する際に処理粉末１００ｃの充填性が向上する。また、球状度が０．８以上である処理粉末１００ｃを用いた場合には、樹脂材料に対して均一に分散しやすくなる。処理粉末１００ｃを球状とする場合の望ましい球状度は０．８５〜１、さらには０．９〜１である。ここで「球状」とは、表面が平滑な完全な球状のほか、極めて真球に近い多面体を含む。具体的には、Wulffモデルで表されるような安定な結晶面で囲まれた等方的な対称性を有し、かつ球状度が１に近い多面体粒子も含まれる。また、微小な凹凸が表面に形成されている粒子、あるいは楕円状の断面を有する粒子であっても、球状度が０．８〜１の範囲にあれば、本発明で言う球状に該当する。ここで「球状度」とは、Wadellの実用球状度、すなわち粒子の投射面積に等しい円の直径と粒子の投射像に外接する最小円の直径の比である。
【００４１】
なお、上記の実施の形態では、第１の供給管６１と第２の供給管６２との間に凝集解砕用ガスＧを供給するガス流路Ｐを形成する場合を例にして説明したが、他の形態を採用することも可能である。例えば、キャリアガスが流れる第１の供給管６１の管壁内周側に、凝集解砕用ガスＧを所定の噴射角度θで噴射するノズルを設け、このノズルから凝集粒子を構成する一次粒子の流体抵抗力よりも相対速度が大きな凝集解砕用ガスＧを流すことによって、原料粉末１００ａの凝集を解砕するようにしてもよい。
【００４２】
また、図３に示したバーナ３０では、下流側の開口部の位置が互いに一致する第１の供給管６１と第２の供給管６２とで原料粉末供給管６０を構成し、第１の供給管６１と第２の供給管６２とで形成されるガス流路Ｐを流れる凝集解砕用ガスＧが、第１の供給管６１に形成されたスリットＳから第１の供給管６１内に噴射される例を示した。但し、これはあくまで一例であって、原料搬送路Ｏ内に、所定角度で凝集解砕用ガスＧを噴射するという本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々様々な構成を採用することができる。変形例の一例を図５に示す。
【００４３】
図５はバーナ３０の一部を構成する原料粉末供給管６０の変形例を説明するための図であり、図５では第１の供給管（原料搬送管）９１と第１の供給管９１を収容する第２の供給管（原料搬送管）９２とで原料粉末供給管９０を構成している。
図５に示すように、原料搬送路Ｏとして機能する第１の供給管９１の先端開口部９１ｈを、第２の供給管９２内かつ第２の供給管９２の先端開口部９２ｈよりも上流側に位置させる。そして、第１の供給管９１の下流端に形成されたテーパ部（連通部）ＲＡと、テーパ部ＲＡと対向するようにして第２の供給管９２の下流側に形成されたテーパ部（連通部）ＲＢとの隙間から、凝集解砕用ガスＧが原料搬送路Ｏ内に所定角度で噴射されるようにしてもよい。
図５に示した例では、一定の径を有する第１の供給管９１の下流端の管壁を尖塔状にカットしてテーパ部ＲＡを形成している。一方、第２の供給管９２は、一定の径を有する筒状部９２ａと、テーパ部ＲＡと対向するように設けられ、下流側に行くにしたがいその内径が徐々に小さくなるテーパ形状を有するテーパ部ＲＢと、テーパ部ＲＢの下流端に連続して設けられた筒状部９２ｂとから構成されている。筒状部９２ｂの内径は第１の供給管９１の内径と略同一であり、筒状部９２ｂは原料搬送路Ｏとしても機能する。つまり、原料粉末１００ａは第１の供給管９１および第２の供給管９２の筒状部９２ｂを通過して、燃焼炎Ｆに供給されることとなる。なお、第１の供給管９１と第２の供給管９２は、図示しないジョイントで連結されている。
テーパ部ＲＡと、テーパ部ＲＢとの隙間から、凝集解砕用ガスＧを原料搬送路Ｏ内に所定角度、すなわち５〜８５°で噴射するには、テーパ部ＲＡおよびテーパ部ＲＢの角度が第１の供給管９１および第２の供給管９２の軸線に対して５〜８５°となるようにしてテーパ部ＲＡおよびテーパ部ＲＢを形成すればよい。管壁の一部にスリットＳを形成するよりも、下流端の管壁を尖塔状にカットする方が容易であるから、図５に示した原料粉末供給管９０を採用してバーナ３０を構成した場合には、バーナ３０をより簡易に作製することが可能となる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態では原料粉末１００ａに対して球状化処理を行う場合を例にして、バーナ３０の用途を示したが、バーナ３０の用途はこれに限定されるものではない。例えば、原料粉末１００ａに対して、表面処理や酸化還元処理を行う場合にも、バーナ３０を用いることができる。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
(実施例)
Ｄ５０（Ｄ５０：粉末の累積体積比率が５０％になる粒径）が１．８μｍで、Ｄ１００（Ｄ１００：粉末の累積体積比率が１００％になる粒径）が４．６μｍであるＢＮＴ系セラミックス誘電体粉末を十分乾燥し、所定の供給方法、供給量でＬＰＧバーナの火炎中に投入し、球状化処理を行い、８種類の試料を作製した。
ここで、上記実施の形態で示した構成を用いる凝集解砕用ガス供給方式において、バーナ３０の中心軸線に対する凝集解砕用ガスＧの噴出角度θを、５°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、８５°の７通りとして試料１〜７をそれぞれ作製した。なお、図３に示したバーナ３０のクリアランスＬは１．５ｍｍで、スリットＳは断面が０．５ｍｍ×１．０ｍｍの６つの切口からなっている。また、第１の供給管６１の内径は１６ｍｍである。
第１の供給管６１にキャリアガスとしてエアを２０Ｌ／ｍｉｎ流すのと同時に、第２の供給管６２に凝集解砕用ガスＧとしてエアを１０Ｌ／ｍｉｎ流した。燃焼ガスとしてのＬＰＧは１５Ｌ／ｍｉｎ、支燃ガスとしての酸素は７５Ｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ流した。
また比較のため、スリットＳおよびテーパ部Ｒを形成しない従来方式の装置を用い、試料８を作製した。試料８には凝集解砕用ガスＧが供給されない点を除けば、試料８は試料１〜７と同様の条件で作製されたものである。
【００４６】
上記のようにして生成した試料１〜８のそれぞれを、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）により５０００倍の視野で２０視野観察し、未溶融粒子の個数を数え、視野あたりの平均数を求めた。また、巨大粒子の発生率は、溶融粉の中で４．６μｍ以上の粒子の累積分率で評価した。
その結果を、表１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１に示すように、凝集解砕用ガス供給方式を採用した試料１〜７の場合、凝集解砕用ガスＧを供給することなく作製された試料８と比べて、未溶融粒子の数が少ないことが認められる。特に、角度θを１５°、３０°、４５°、６０°、７５°とした試料２〜６では、角度θを５°とした試料１、角度θを８５°とした試料７に比べても、未溶融粒子の数が少なくなっている。
これに対し、従来方式の試料８では、特に、角度θを１５〜７５°とした試料２〜６に比べ、未溶融粒子の数が多い。
ここで、表１には、試料１〜８を作製する際に用いた原料供給量が示している。凝集解砕用ガス供給方式を採用した試料１〜７については原料供給量が４．２ｋｇ／ｈとなっているのに対し、従来方式の試料８については原料供給量が２．５ｋｇ／ｈとなっているのは、従来方式のバーナでは、これ以上原料供給量を増やすことができないためである。これに対し凝集解砕用ガス供給方式を採用した試料１〜７では、巨大粒子の発生率をわずか１％以下に抑制しつつ、４．２ｋｇ／ｈの原料供給量においても球状粉末の生成を行うことが可能となっている。
また、球状粉末粒度分布の欄に着目すると、凝集解砕用ガス供給方式を採用した試料１〜７のＤ５０は２．０〜２．４、Ｄ１００は４．６〜７．８となっており、原料粉末の粒度分布（Ｄ５０：１．８μｍ、Ｄ１００：４．６μｍ）とほぼ対応がとれていることがわかる。なかでも、角度θが３０〜７５°である試料３〜６については、その球状粉末粒度分布と原料粉末の粒度分布との対応がよくとれている。これに対し、従来方式の試料８は、その球状粉末のＤ１００が１８．５μｍと、原料粉末のＤ１００（４．６μｍ）と大きくずれていた。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制し、効率良く球状粉末を得ることができる。また、球状粉末を製造する際の設備維持費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における粒状粉末製造装置の構成を示す断面図である(バーナは断面視していない)。
【図２】本実施の形態におけるバーナの特徴を模式的に示す図である。
【図３】バーナの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】バーナの一部を構成する原料粉末供給管の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…球状粉末製造装置、２０…チャンバ、３０…バーナ（粉末処理用バーナ）、６０…原料粉末供給管、６１…第１の供給管（原料搬送管）、６２…第２の供給管、７０…酸素供給管、８０…アウターケース、９０…原料粉末供給管、９１…第１の供給管（原料搬送管）、９２…第２の供給管（原料搬送管）、１００ａ…原料粉末、１００ｂ，１００ｃ…処理粉末、Ｆ…燃焼炎、Ｇ…凝集解砕用ガス、Ｏ…原料搬送路、Ｐ…ガス流路、Ｓ…スリット（切り欠き部、連通部）、Ｒ，ＲＡ，ＲＢ…テーパ部（連通部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spherical powder production apparatus, a spherical powder production method, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the production of ceramic fillers such as paints and composite materials, in order to improve the dispersibility, filling properties, and fluidity of the powder, the powder particles must have characteristics such as a spherical shape and a smooth surface. Has been.
In order to spheroidize powder particles, there is a method of directly producing spherical particles using a synthesis method such as a sol-gel method or a spray pyrolysis method, but there are limitations on cost and production volume.
[0003]
Other methods for spheroidizing powder particles include melting them in a flame such as a combustion flame or thermal plasma or in a high-temperature electric furnace in a floating state and rounding them using the surface tension of the liquid. In general, a method of obtaining a spherical powder (spherical powder) by melting a raw material powder using a combustion flame is used (see, for example, Patent Document 1).
In Japanese Patent No. 3132228 (Patent Document 2), a powder dispersion plate having a large number of small holes is disposed between a raw material powder supply path and a combustion chamber, and the raw material powder is interposed via the powder dispersion plate. It is disclosed that inorganic spheroidized particles are obtained by supplying slag into a combustion chamber flame.
Japanese Patent No. 3001561 (Patent Document 3) discloses that the opening of the raw material powder supply pipe has a divergent shape. In the specification of the present application, the term “powder” refers to an aggregate of particles. If it is originally deemed appropriate to call the powder as an aggregate of particles, it is referred to as “powder”. When it is determined that the term “particle” as a constituent unit is appropriate, it is preferably called “particle”. However, since the basic unit is substantially the same, in the following explanation, in particular, “ Unless referred to as “particles”, it is basically referred to as “powder”.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2003-40680 A (Claims)
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3322228 (Claims)
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3001561 (FIG. 2)
[0005]
Here, the flow of the process in the spherical powder manufacturing apparatus using the combustion flame will be described. First, the raw material powder supplied from the feeder is conveyed to the burner together with the carrier gas. The burner is supplied with oxygen from the oxygen supply means and combustion gas such as LPG from the combustion gas supply means, and the burner generates a combustion flame in a chamber provided in the lower part of the burner. The raw material powder melted and spheroidized in the combustion flame in the chamber is collected by a cyclone or a bag filter at the subsequent stage.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The size of the raw material powder is determined in consideration of the size of the spherical powder to be finally obtained. However, the raw material powder naturally aggregates while being accommodated in the feeder. In particular, when the average particle diameter of the raw material powder is as fine as 2 μm or less, the degree of spontaneous aggregation is remarkable. When the naturally agglomerated raw material powder is supplied to the burner as it is and melt-processed, huge particles having a size several times the originally intended size are generated, or inside the combustion flame mainly due to the occurrence of agglomerates. Unmelted particles are generated due to a local temperature drop or the like.
As a method for crushing the aggregation of the raw material powder, there is a method using a powder dispersion plate as described in the above-mentioned Japanese Patent No. 3322228 (Patent Document 2). However, when passing through the powder dispersion plate, the raw material powder adheres to the powder dispersion plate itself, and in fact, it is difficult to agglomerate and crush the raw material powder using the powder dispersion plate.
In addition, as described in the above-mentioned Japanese Patent No. 3001561, even if the opening of the raw material powder supply pipe has a divergent shape, the aggregation of the raw material powder is not crushed and the generation of huge particles is prevented. It is not an effective method to suppress it.
[0007]
The present invention has been made based on such a technical problem, and a spherical powder manufacturing apparatus, a powder processing burner, and a spherical powder manufacturing method capable of suppressing the generation of giant particles or unmelted particles caused by aggregated particles The purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide a powder processing burner and a spherical powder manufacturing apparatus that can reduce equipment maintenance costs.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Under such a purpose, the present inventor has made various studies in order to supply the raw material powder into the combustion flame in a state where the aggregation of the raw material powder is crushed. As a result, it has been found that injecting gas from the outer peripheral side of the raw material conveying pipe into the raw material conveying pipe is extremely effective in breaking the aggregation of the raw material powder. That is, the present invention is a spherical powder manufacturing apparatus comprising a cylindrical chamber having an axis in the vertical direction, and a burner that is provided at the upper portion of the chamber and generates a combustion flame in the chamber. A spherical powder comprising: a raw material transport pipe through which raw material powder is transported into a combustion flame generated from the burner; and a gas injection unit for injecting gas into the raw material transport pipe from the outer peripheral side of the raw material transport pipe Providing manufacturing equipment. Here, the outer peripheral side of the raw material transport pipe in the present invention broadly includes the outer peripheral portion of the raw material transport pipe, the inner peripheral portion of the tube wall, and the outside of the raw material transport pipe. As described above, in the spherical powder manufacturing apparatus according to the present invention, gas is injected from the outer peripheral side of the raw material transport pipe, so that the raw material powder is supplied into the combustion flame in a state where the aggregation of the raw material powder is crushed. be able to.
In the spherical powder manufacturing apparatus according to the present invention, the gas injection unit may include a notch formed in the tube wall of the raw material transfer tube.
In the spherical powder manufacturing apparatus according to the present invention, a gas flow path is formed around the raw material transfer pipe, and the gas is caused to flow into the raw material transfer pipe from a notch provided in the tube wall of the raw material transfer pipe. A form can be adopted.
[0009]
Furthermore, the present invention is a powder processing burner that performs a predetermined treatment on a raw material powder using a combustion flame, and has a structure suitable for crushing the aggregation of the raw material powder. I will provide a. That is, the present invention has an opening at the tip, a first supply pipe for supplying raw material powder into the combustion flame from the opening, and an agglomerating gas for crushing agglomeration of the raw material powder. A second supply pipe to be supplied, and a communication portion that communicates the first supply pipe and the second supply pipe and guides the coagulation / disintegration gas to the first supply pipe at a predetermined angle. A powder processing burner is provided. In the powder processing burner according to the present invention, the first supply pipe functions as a raw material transfer pipe, but the agglomeration is pulverized by allowing the agglomeration gas to flow into the first supply pipe via the communicating portion. The processed raw material powder can be supplied into the combustion flame. Thereby, it becomes possible to perform the predetermined | prescribed process using a combustion flame with respect to the raw material powder by which aggregation was disintegrated. Here, examples of the predetermined treatment for the raw material powder include spheroidization treatment, production of composite particles, and production of oxide particles by oxidation treatment of metal particles.
[0010]
In the powder processing burner according to the present invention, it is desirable that the first supply pipe is detachable from the second supply pipe. The first supply pipe that functions as the raw material transport pipe is highly worn due to friction with the raw material powder. Therefore, it is desirable to replace the first supply pipe every certain period. However, maintenance of the powder processing burner is facilitated by configuring the first supply pipe to be detachable from the second supply pipe. Equipment costs can also be reduced.
The predetermined angle when the coagulation / disintegration gas flows into the first supply pipe, that is, the injection angle of the coagulation / disintegration gas is set to 5 to 85 ° with respect to the axis of the first supply pipe. It is effective in crushing the aggregation of raw material powder.
[0011]
Furthermore, the present invention is a method for obtaining a spherical powder by melting a raw material powder in a combustion flame, and conveying the raw material powder into the combustion flame by a carrier gas, Spheroids comprising a spheronization step to obtain a molten processed product by melting the raw material powder in the combustion flame and a solidification step to solidify the molten processed product by moving the molten processed product out of the combustion flame A method for producing a powder is provided. Here, injecting a gas that imparts a shearing force to the raw material powder in the conveying step described above is extremely effective in preventing the generation of giant particles and unmelted particles.
As the gas for applying the shearing force, the same kind as the carrier gas can be used. For example, N as a carrier gas ₂ In the case of using a gas, N as a gas for applying a shearing force ₂ When air is used as a carrier gas, air can also be used as a gas that imparts a shearing force.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The spherical powder manufacturing apparatus according to the present invention is characterized in that a mechanism for crushing agglomeration of raw material powder is provided in a burner that generates a combustion flame. By breaking up the agglomeration of the raw material powder before the raw material powder is supplied into the combustion flame, it is possible to suppress the generation of giant particles or unmelted particles due to the agglomerated particles.
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
[0013]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a spherical powder manufacturing apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the spherical powder manufacturing apparatus 10 includes a chamber 20 and a burner (powder processing burner) 30 provided on the upper portion of the chamber 20. At the lower part of the chamber 20, a processing powder recovery means composed of a recovery container 41 and a cyclone 42 and a gas discharge means 50 are provided. The cyclone 42 constitutes a part of the processing powder recovery means and also constitutes a part of the gas discharge means 50.
[0014]
The chamber 20 is formed of, for example, SUS, alumina, or the like having high heat resistance, and has a cylindrical shape having an axis in the vertical direction. The chamber 20 is formed continuously with a cylindrical wall portion 20a having the same inner diameter and a lower end portion thereof. The taper portion 20b has an inner diameter that gradually decreases as it goes to.
The upper portion of the chamber 20 is open, and a lid 21 is provided in the opening. The lid body 21 is provided with a burner 30 at a position facing the center of the chamber 20, and a water cooling jacket (not shown) is built in the outer periphery thereof. The water cooling jacket prevents the spherical powder manufacturing apparatus 10 from being damaged by the adjustment of the combustion flame F generated from the burner 30 and the heat of the combustion flame F. Not only the lid 21 but also the cylindrical wall portion 20a and the tapered portion 20b constituting the chamber 20 are water cooled by a water cooling jacket (not shown).
[0015]
Although the detailed configuration of the burner 30 itself will be described later, the burner 30 has a water-cooled multi-pipe structure, and a raw material powder supply system 31 that supplies the raw material powder 100a and oxygen as a support gas are supplied to each region. An oxygen supply system 32 and a combustion gas supply system 33 for supplying combustion gas are connected.
[0016]
As the raw material powder 100a supplied from the raw material powder supply system 31, for example, an oxide composition used as a dielectric material or a magnetic material can be used. Examples of the dielectric material include barium titanate-based, lead titanate-based, strontium titanate-based, titanium dioxide-based, and barium-neodi-titanium-based (BNT-based) oxides. Examples of the magnetic material include Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, Mn—Mg—Zn ferrite, Ni—Cu—Zn ferrite, and the like. Fe ₂ O _Three Or Fe _Three O _Four It is also possible to use iron oxide such as the raw material powder 100a.
The size of the raw material powder 100a may be appropriately determined according to the size of the spherical powder to be finally obtained. For example, when it is desired to finally obtain a spherical powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm, a raw material powder 100a having a diameter of 1 to 10 μm can be used. From the viewpoint of stably supplying the raw material powder 100a to the burner 30, the raw material powder 100a preferably has an average particle diameter of 2 μm or more, and more preferably 3 to 10 μm. However, the raw material powder 100a having an average particle size of less than 2 μm may be used as long as the fluidity of the raw material powder 100a in the raw material powder supply system 31 is a level at which stable powder supply is possible.
The manufacturing method of the raw material powder 100a is not specifically limited, For example, a pulverized powder can be used as the raw material powder 100a.
[0017]
Supply of the raw material powder 100a is performed using carrier gas, such as air, oxidizing gas, an inert gas. As the oxidizing gas, a gas having an oxygen concentration of 20% or more can be used. As an inert gas, N ₂ Gas, He gas, Ne gas, Ar gas, Kr gas, Xe gas, Rn gas, or the like can be used.
Of course, in order to increase the raw material powder 100a to be supplied, it is necessary to increase the amount of carrier gas. If oxygen is used as the carrier gas, the amount of oxygen as a combustion-supporting gas is increased. It is necessary to reduce and adjust the mixing ratio of the carrier gas and the combustion support gas. However, when oxygen as a support gas is used as the carrier gas, the temperature of the flame becomes too high and the temperature distribution becomes non-uniform, so that some of the elements of the raw material powder 100a evaporate or the composition changes significantly. May be.
[0018]
Such a burner 30 ignites the oxygen supplied from the oxygen supply system 32 and the combustion gas supplied from the combustion gas supply system 33 toward the lower side of the chamber 20, thereby igniting the chamber. The combustion flame F is produced | generated to the upper part of 20 center part.
The combustion gas for obtaining the combustion flame F is not particularly limited. Known combustion gases such as LPG, hydrogen, and acetylene can be used. When the spherical powder to be obtained is an oxide, it is necessary to control the oxidation degree of the combustion flame, and it is desirable to supply an appropriate amount of oxygen (combustion gas) to the combustion gas. When LPG is used as a combustion gas, oxygen is 5 times the LPG supply amount, when acetylene is used as a combustion gas, oxygen is 2.5 times the acetylene supply amount, and when hydrogen is used as a combustion gas. If oxygen is supplied 0.5 times as much as the hydrogen supply, the amount will be equal. By appropriately setting the oxygen supply amount based on this value, the degree of oxidation of the combustion flame F can be controlled. The flow rates of these combustion gases may be appropriately determined according to the size of the burner 30.
The temperature of the combustion flame F varies depending on the type and amount of the combustion gas, the ratio with oxygen, the supply amount of the raw material powder 100a, and the like. Temperatures up to about 2100 ° C. when using LPG and up to about 2600 ° C. when using acetylene can be obtained.
[0019]
The temperature of the combustion flame F is different at a position in the combustion region, for example, at the center and the outer periphery. Therefore, the size and the like of the combustion flame F are adjusted according to the type of raw material powder 100a and the type of treatment, and the supply position of the raw material powder 100a to the combustion flame F is also adjusted as appropriate. When the raw material powder 100a is melted by the heat of the combustion flame F to be spheroidized, the temperature of the combustion flame F is set so as to be equal to or higher than the melting point of the raw material powder 100a.
The raw material powder 100a put into the combustion flame F whose size and temperature are appropriately adjusted, stays in the combustion flame F for a predetermined time while naturally falling, and is melted by the heat of the combustion flame F, or chemically and physically. It receives the modification and falls in the chamber 20. At this time, the raw material powder 100a is solidified as its temperature drops while dropping in the chamber 20. The raw material powder 100a that has passed through the combustion flame F in this way becomes the treated powder 100b. The chemical / physical modification means changing the material form, purity, particle size, particle structure, shape or surface property of the raw material powder 100a.
[0020]
The lower end portion of the tapered portion 20b of the chamber 20 in which the above processing is performed is opened, and the recovery container 41 is connected. A cyclone 42 is connected to the side surface of the collection container 41.
The processing powder 100b dropped in the chamber 20 is deposited on the bottom of the recovery container 41, and a part of the processing powder 100b is sent to the cyclone 42 together with the gas (hereinafter, the deposited processing powder 100b is treated with the processing powder (molten processed product) 100c. Called).
In the cyclone 42, the gas (gas) mixed with the processing powder 100b and the solid (the processing powder 100b) are separated vertically. The treated powder 100 c separated from the gas is deposited on the bottom of the cyclone 42.
By collecting the processing powder 100c deposited on the bottom of the recovery container 41 and the cyclone 42, a spherical processing powder 100c can be obtained.
A filter device 52 such as a bag filter is connected to the upper part of the cyclone 42, and the processing powder 100 c remaining in the gas discharged from the cyclone 42 is collected by the filter main body 52 a, and only the gas is passed through the blower 53. Thus, the gas is discharged from the discharge pipe 54.
[0021]
Next, the burner 30 which is a characteristic part of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Hereinafter, on the basis of the flow of the raw material powder 100a, the left side of the paper surface is referred to as the upstream side of the burner 30, and the right side of the paper surface is referred to as the downstream side of the burner 30.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the features of the burner 30 in the present embodiment.
As shown in FIG. 2, in the burner 30, the raw material powder 100a is conveyed in the raw material conveyance path O with carrier gas. In the burner 30, a combustion flame F is formed at the downstream end of the raw material conveyance path O, and the spheroidizing treatment for the raw material powder 100 a is performed in the combustion flame F. Since the raw material powder 100a naturally aggregates while being accommodated in a feeder (not shown), if the raw material powder 100a is conveyed through the raw material conveyance path O and supplied into the combustion flame F as it is, huge particles and unmelted particles are generated. It will be. Therefore, in the present invention, the aggregation of the raw material powder 100a is crushed by injecting the coagulation / pulverization gas G from the outer peripheral side of the raw material conveyance path O into the inside thereof. Thereby, it becomes possible to introduce the raw material powder 100a in which the aggregation has been crushed into the combustion flame F. Therefore, according to the burner 30 in the present embodiment, the generation of giant particles and unmelted particles is suppressed.
Here, as the coagulation / disintegration gas G, the same carrier gas as described above, that is, air, oxidizing gas, inert gas, or the like can be used. Further, LPG, hydrogen, acetylene, etc. mentioned as the combustion gas may be used as the coagulation / disintegration gas G.
[0022]
Hereinafter, the structure of the burner 30 in the present embodiment will be described after explaining the mechanism by which the aggregation of the raw material powder 100a is crushed by injecting the agglomeration gas G to the raw material powder 100a being conveyed. Detailed description.
[0023]
In order to disintegrate and disperse the agglomerated particles composed of the raw material powder 100a, it is necessary to apply an external force acting on the agglomerated particles that is larger than the adhesion force acting between the primary particles constituting the agglomerated particles. As the external force, the present invention mainly uses two forces, that is, a shearing force generated when airflow is jetted onto the aggregated particles and a force generated by acceleration of the airflow.
[0024]
In the present invention, the coagulation / disintegration gas G is injected at a predetermined angle into the raw material conveyance path O through which the carrier gas flows. In this way, a shear flow field is formed in the raw material transport path O by allowing two air flows, that is, the carrier gas and the coagulation / disintegration gas G to flow at a certain relative angle. When the agglomerated particles are put into the shear flow field, a shearing force is also exerted between the primary particles constituting the agglomerated particles. The aggregated particles are crushed when a shearing force larger than the adhesion force acting between the primary particles constituting the aggregated particles acts on the aggregated particles.
Further, when the velocities of the carrier gas and the coagulation / disintegration gas G are different, the other gas is accelerated by the faster gas. For example, when the speed of the carrier gas is 1, and the speed of the coagulation / disintegration gas G is 2, the carrier gas is accelerated by the coagulation / disintegration gas G. That is, the carrier gas is accelerated by the coagulation / disintegration gas G. The agglomerated particles that have been moving at a certain speed along with the carrier gas are affected by this acceleration and the movement state changes. The aggregated particles are crushed when an external force larger than the adhesion force acting between the primary particles constituting the aggregated particles acts on the aggregated particles. Even when the carrier gas has a higher speed than the agglomeration gas G, the agglomerated particles are crushed by the same mechanism.
[0025]
FIG. 3 is a sectional view of the burner 30. 4A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.
[0026]
As shown in FIGS. 3 and 4, the burner 30 in the present embodiment has a substantially cylindrical outer case 80.
Inside the outer case 80, the raw material powder supply pipe 60 is disposed concentrically with the outer case 80. The raw material powder supply pipe 60 functions as the raw material conveyance path O described above. The raw material powder supply pipe 60 constitutes a raw material powder supply system 31 together with a feeder (not shown) that stores the raw material powder 100a.
An oxygen supply pipe 70 is arranged inside the outer case 80 so as to surround the outer periphery of the raw material powder supply pipe 60. In FIG. 3, the oxygen supply pipes 70 are doubled, but the present invention is not limited to this.
[0027]
The upstream of the outer case 80 is connected to the combustion gas supply system 33, and a combustion flame F is generated from the downstream side. The combustion gas supply system 33 includes combustion gas supply means (not shown), a combustion gas supply pipe 33a, and a chamber 33b. The combustion gas supplied from the combustion gas supply means is supplied to the chamber 33b through the combustion gas supply pipe 33a. The gas chamber 33c in the chamber 33b communicates with the outer case 80, and combustion gas such as LPG flows into the outer case 80 from the gas chamber 33c in the chamber 33b.
[0028]
The oxygen supply system 32 is provided with the combustion gas supply system 33 and is fixed to each other via bolts 81 and flanges F1 and F2.
The oxygen supply system 32 includes an oxygen supply means (not shown), an oxygen supply pipe 70, an oxygen supply pipe 32a, and a chamber 32b. Oxygen as the combustion support gas supplied from the oxygen supply means is supplied to the gas chamber 32c in the chamber 32b through the oxygen supply pipe 32a. The oxygen supply pipes 70 arranged inside the outer case 80 penetrate the gas chamber 33c, and the upstream side thereof opens to the gas chamber 32c. For this reason, oxygen supplied from the oxygen supply means flows into the oxygen supply pipe 70 from the gas chamber 32c.
[0029]
The burner 30 in the present embodiment is characterized in that the raw material powder supply pipe 60 is provided with a mechanism for breaking up the aggregation of the raw material powder 100a. The upstream side of the raw material powder supply pipe 60 is connected to a feeder (not shown), and the downstream side constitutes an opening 61h. The raw material powder 100a conveyed along with the carrier gas from the upstream side of the raw material powder supply pipe 60 is supplied into the combustion flame F from the opening 61h. In the present invention, the constitution of the raw material powder supply pipe 60 is devised, and before the raw material powder 100a is supplied into the combustion flame F, the coagulation / disintegration gas G is injected to the raw material powder 100a being conveyed, The aggregation of the raw material powder 100a is crushed.
[0030]
The raw material powder supply pipe 60 has a first supply pipe (raw material transport pipe) 61 and an inner diameter d2 that is larger than the outer diameter d1 of the first supply pipe 61, and stores the first supply pipe 61. This is a double pipe structure provided with the supply pipe 62. The first supply pipe 61 has a cylindrical shape with an opening 61 h at the tip, and functions as a raw material conveyance path O. The second supply pipe 62 is detachable from the first supply pipe 61.
A space between the second supply pipe 62 and the first supply pipe 61 functions as a gas flow path P for the coagulation / disintegration gas G. The agglomeration gas G is supplied from the upstream side to the downstream side of the burner 30. A clearance L formed between the inner diameter d2 of the second supply pipe 62 and the outer diameter d1 of the first supply pipe 61 can be set to 0.5 to 10 mm, for example. By appropriately setting this clearance L, it is possible to control the flow rate and speed of the coagulation / disintegration gas G.
[0031]
The first supply pipe 61 is provided with a plurality of slits (notches and communication parts) S on the pipe wall so that the raw material transport path O and the gas flow path P communicate with each other through the slits S. It has become. What is necessary is just to set the size of the slit S suitably according to the size of the 1st supply pipe | tube 61 and the processing amount of the raw material powder 100a. The position of the slit S in the axial direction is determined in consideration of the distance to the combustion flame F. Specifically, the slit S is formed in the first supply pipe 61 so that the distance to the combustion flame F is in the range of 10 to 300 mm. When the distance from the slit S to the combustion flame F is less than 10 mm, it becomes difficult to supply the raw material powder 100a to the combustion flame F after reliably crushing the aggregated particles. On the other hand, if the distance from the slit S to the combustion flame F exceeds 300 mm, the raw material powder 100a once pulverized in agglomeration may re-aggregate while being conveyed, which is not preferable.
[0032]
Here, it is desirable to inject the coagulation / disintegration gas G at an angle of 5 to 85 ° with respect to the axis of the first supply pipe 61. When the injection angle θ of the agglomerating gas G is less than 5 °, the impact on the raw material powder 100a is small, and it is difficult to sufficiently crush the agglomerated particles composed of the raw material powder 100a.
On the other hand, when the injection angle θ of the coagulation / disintegration gas G exceeds 85 °, the raw material powder 100a tends to adhere to the inner walls of the first supply pipe 61 and the second supply pipe 62.
Therefore, the desirable injection angle θ of the coagulation / disintegration gas G is 5 to 85 °. In order to set the injection angle of the gas G for coagulation / disintegration to 5 to 85 °, for example, the angle is 5 to 85 with respect to the axis of the second supply pipe 62 inside the tube wall of the second supply pipe 62. What is necessary is just to form the taper part (communication part) R which becomes (degree). In addition to providing such a tapered portion R, when the slit S is formed in the first supply pipe 61, the first angle is such that the angle is 5 to 85 ° with respect to the axis of the first supply pipe 61. It is desirable to cut a part of the supply pipe 61. A desirable injection angle θ of the coagulation / disintegration gas G is 15 to 75 °, and a more desirable injection angle θ is 20 to 60 °.
[0033]
The number of slits S provided is not particularly limited, but it is desirable to provide a plurality of slits S in the circumferential direction of the first supply pipe 61 in order to efficiently crush the aggregation of the raw material powder 100a. Further, the shape of the slit S is not particularly limited, and may be, for example, a circle, an ellipse, a rectangle, or a wedge.
[0034]
The second supply pipe 62 is provided with a cylindrical portion 62a having a constant diameter and a tapered portion that is provided so as to face the slit S and has a tapered shape that gradually decreases in inner diameter as it goes downstream. R and a cylindrical portion 62b provided continuously at the downstream end R2 of the tapered portion R. The inner diameter of the cylindrical portion 62 b is substantially the same as the outer diameter of the first supply pipe 61.
A predetermined clearance L is provided between the second supply pipe 62 and the first supply pipe 61 from the cylindrical portion 62a to the upstream end R1 of the taper portion R. A gas flow path P is formed. On the other hand, the downstream end R <b> 2 of the tapered portion R is in contact with the outer periphery of the first supply pipe 61, and is a terminal end of the gas flow path P. The tapered portion R is preferably formed so that the angle is 5 to 85 °, preferably 15 to 75 °, more preferably 20 to 60 ° with respect to the axis of the second supply pipe 62. This is because the injection angle θ of the coagulation / disintegration gas G is set to 5 to 85 °.
[0035]
In the burner 30 in the present embodiment, the first supply pipe 61 and the second supply pipe 62 are communicated with each other by the slit S and the taper portion R, and the first supply of the agglomeration gas G at a predetermined angle. A communicating portion leading to the pipe 61 is configured. The slit S also functions as a gas injection unit that injects the coagulation / disintegration gas G from the outer peripheral side of the first supply pipe 61 into the first supply pipe 61.
In the burner 30, the combustion gas sent by the combustion gas supply system 33 passes through the gap X of the oxygen supply pipe 70 accommodated in a large number in the outer case 80 and is jetted downward from the lower end portion of the burner 30. . Further, oxygen as combustion support gas sent by the oxygen supply system 32 passes through the oxygen supply pipe 70 in the outer case 80 and is jetted downward from the lower end portion of the burner 30. Thereby, from the burner 30, combustion gas and combustion support gas are ejected downward, and by igniting this, the combustion flame F is generated downward.
[0036]
The raw material powder 100 a and the carrier gas fed from the raw material powder supply system 31 are supplied into the combustion flame F generated below the burner 30 through the raw material conveyance path O formed by the first supply pipe 61. In the present embodiment, a second supply pipe 62 that accommodates the first supply pipe 61 is provided on the outer peripheral side of the first supply pipe 61 that constitutes the raw material conveyance path O, and the first supply pipe 61 and the first supply pipe 61 A gas flow path P is formed between the two supply pipes 62. Then, the burner 30 is configured such that the coagulation / disintegration gas G passing through the gas flow path P is injected into the raw material transport path O at a predetermined injection angle θ, and the raw material powder 100a is contained in the combustion flame F. Aggregation of the raw material powder 100a is crushed before being supplied. As a result, it is possible to supply the raw material powder 100a whose aggregation has been crushed to the combustion flame F. Therefore, compared with the structure of a conventional system, generation | occurrence | production of a huge particle and generation | occurrence | production of an unmelted particle | grain can be suppressed significantly, and the quality of the spherical powder produced | generated can be stabilized and improved. If huge particles are generated, the temperature of the combustion flame F is lowered and the temperature distribution becomes non-uniform, which makes it difficult to reliably melt the raw material powder 100a, and the generation of unmelted particles increases accordingly. Become. Further, when the generation rate of giant particles increases, it becomes difficult to establish a correspondence between the particle size of the raw material powder 100a and the particle size of the spherical powder, and it becomes difficult to control the particle size distribution of the spherical powder. On the other hand, according to the burner 30 in the present embodiment, even if the raw material powder 100a is agglomerated, at the stage where the raw material powder 100a is supplied into the combustion flame F and melted, the agglomeration has already been crushed. Yes. As a result, the correspondence between the particle size of the raw material powder 100a and the particle size of the spherical powder can be taken, and the particle size distribution of the spherical powder can be easily controlled. Thereby, the spherical powder which has a desired particle size distribution can be obtained reliably. Further, in the burner 30 in the present embodiment, the first supply pipe 61 is configured to be detachable with respect to the second supply pipe 62, and therefore wear easily proceeds because the raw material powder 100a collides. It is easy to replace only the first supply pipe 61.
[0037]
Here, the inner diameter of the first supply pipe 61 may be 3 to 50 mm. Thus, the processing amount of the raw material powder 100a can be increased by increasing the inner diameter of the first supply pipe 61. When the inner diameter of the first supply pipe 61 is increased, there is a concern that the aggregated raw material powder 100a flows into the combustion flame F as it is and becomes giant particles, but the burner 30 in the present embodiment is a raw material. Since the agglomeration and disintegration gas G is injected from the outer peripheral side of the conveyance path O to the inside thereof, the agglomeration of the raw material powder 100a can be disintegrated, so that problems such as the generation of huge particles are avoided. The processing amount of the raw material powder 100a can be increased. The length of the 1st supply pipe | tube 61 can be 100-500 mm. In addition, what is necessary is just to set the thickness of the pipe wall of the 1st supply pipe | tube 61 suitably within the range of 1-10 mm.
[0038]
Also, as the first supply pipe 61, a plurality of pipes having different sizes of the slits S can be prepared in advance, and the pipes can be properly used according to the degree of aggregation of the raw material powder 100a and the processing amount. For example, when the raw material powder 100a is strongly agglomerated (the degree of agglomeration is high), a tube with a small size of the slit S may be used to increase the injection speed of the agglomerating gas G.
[0039]
In the above, the burner 30 in this Embodiment and the spherical powder manufacturing apparatus 10 provided with the burner 30 were explained in full detail. The processed powder 100c obtained using the spherical powder manufacturing apparatus 10 provided with the burner 30 in the present embodiment is a fine particle having good crystallinity, a single crystal particle, or a spherical particle (a particle having a high degree of sphericity). It has excellent properties according to the purpose of processing, such as powders made of. The average particle size of the powder obtained in the present embodiment is about 0.1 to 20 μm, and in particular, it is possible to obtain particles of about 1 to 10 μm, and further about 1 to 5 μm. By using such a processed powder 100c in combination with or mixing with other materials, it is possible to obtain products having excellent characteristics and materials and parts having special structures and functions. Specifically, a high frequency filter or the like can be obtained.
[0040]
Further, in the present embodiment, a powder having a particle sphericity of 0.8 to 1 can be obtained, and a powder having a sphericity of 0.9 to 1 can be obtained. By setting the sphericity of the processing powder 100c to 0.8 to 1, the filling property of the processing powder 100c is improved when the processing powder 100c is combined with the resin material. In addition, when the processing powder 100c having a sphericity of 0.8 or more is used, it becomes easy to uniformly disperse in the resin material. Desirable sphericity when processing powder 100c is spherical is 0.85-1, and further 0.9-1. Here, “spherical” includes a perfect sphere having a smooth surface and a polyhedron very close to a true sphere. Specifically, polyhedral particles having isotropic symmetry surrounded by a stable crystal plane as represented by the Wulff model and having a sphericity close to 1 are also included. Moreover, even if the particle | grains which the micro unevenness | corrugation is formed in the surface, or the particle | grains which have an elliptical cross section, if a spherical degree exists in the range of 0.8-1, it corresponds to the spherical shape said by this invention. Here, the “sphericity” is Wadell's practical sphericity, that is, the ratio of the diameter of a circle equal to the projected area of the particle to the diameter of the smallest circle circumscribing the projected image of the particle.
[0041]
In the above embodiment, the case where the gas flow path P for supplying the coagulation / disintegration gas G is formed between the first supply pipe 61 and the second supply pipe 62 has been described as an example. Other forms are also possible. For example, a nozzle for injecting the agglomeration / disintegration gas G at a predetermined injection angle θ is provided on the inner peripheral side of the first supply pipe 61 through which the carrier gas flows, and the primary particles constituting the aggregated particles are formed from this nozzle. The agglomeration of the raw material powder 100a may be crushed by flowing the agglomeration gas G having a relative speed larger than the fluid resistance force.
[0042]
In the burner 30 shown in FIG. 3, the first supply pipe 61 and the second supply pipe 62 in which the positions of the openings on the downstream side coincide with each other constitute the raw material powder supply pipe 60, and the first supply The coagulation / disintegration gas G flowing through the gas flow path P formed by the pipe 61 and the second supply pipe 62 is injected into the first supply pipe 61 from the slit S formed in the first supply pipe 61. An example to be shown. However, this is merely an example, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention that the agglomeration / disintegration gas G is injected into the raw material conveyance path O at a predetermined angle. . An example of a modification is shown in FIG.
[0043]
FIG. 5 is a view for explaining a modified example of the raw material powder supply pipe 60 constituting a part of the burner 30. In FIG. 5, the first supply pipe (raw material transport pipe) 91 and the first supply pipe 91 are arranged. A raw material powder supply pipe 90 is constituted by the second supply pipe (raw material transport pipe) 92 to be accommodated.
As shown in FIG. 5, the front end opening 91 h of the first supply pipe 91 that functions as the raw material conveyance path O is in the second supply pipe 92 and upstream of the front end opening 92 h of the second supply pipe 92. To be located. The tapered portion (communication portion) RA formed at the downstream end of the first supply pipe 91 and the tapered portion (communication portion) formed downstream of the second supply pipe 92 so as to face the tapered portion RA. Part) The gas G for coagulation / disintegration may be injected into the raw material transport path O at a predetermined angle from the gap with the RB.
In the example shown in FIG. 5, the tapered wall RA is formed by cutting the pipe wall at the downstream end of the first supply pipe 91 having a constant diameter into a spire shape. On the other hand, the second supply pipe 92 is provided so as to face the cylindrical portion 92a having a constant diameter and the taper portion RA, and has a taper shape having a taper shape in which the inner diameter gradually decreases toward the downstream side. The portion RB and a cylindrical portion 92b provided continuously at the downstream end of the taper portion RB. The inner diameter of the cylindrical portion 92b is substantially the same as the inner diameter of the first supply pipe 91, and the cylindrical portion 92b also functions as the raw material conveyance path O. That is, the raw material powder 100 a is supplied to the combustion flame F through the cylindrical portion 92 b of the first supply pipe 91 and the second supply pipe 92. The first supply pipe 91 and the second supply pipe 92 are connected by a joint (not shown).
In order to inject the coagulation / disintegration gas G into the raw material conveyance path O at a predetermined angle, that is, 5 to 85 °, from the gap between the taper portion RA and the taper portion RB, the angles of the taper portion RA and the taper portion RB are What is necessary is just to form taper part RA and taper part RB so that it may become 5-85 degrees with respect to the axis line of the 1st supply pipe | tube 91 and the 2nd supply pipe | tube 92. FIG. Since it is easier to cut the tube wall at the downstream end in a spire shape than to form the slit S in a part of the tube wall, the raw material powder supply tube 90 shown in FIG. In this case, the burner 30 can be manufactured more easily.
[0044]
In the above-described embodiment, the use of the burner 30 is shown by taking the case where the spheroidizing treatment is performed on the raw material powder 100a as an example, but the use of the burner 30 is not limited to this. For example, the burner 30 can also be used when performing surface treatment or oxidation-reduction treatment on the raw material powder 100a.
[0045]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
(Example)
A BNT ceramic dielectric having a D50 (D50: particle diameter at which the cumulative volume ratio of the powder is 50%) is 1.8 μm and a D100 (D100: particle diameter at which the cumulative volume ratio of the powder is 100%) is 4.6 μm. The body powder was sufficiently dried, put into a flame of an LPG burner with a predetermined supply method and supply amount, subjected to spheronization treatment, and 8 types of samples were produced.
Here, in the coagulation / disintegration gas supply system using the configuration shown in the above embodiment, the ejection angle θ of the aggregation / disintegration gas G with respect to the central axis of the burner 30 is set to 5 °, 15 °, 30 °, 45 Samples 1 to 7 were prepared in seven ways of °, 60 °, 75 °, and 85 °, respectively. The clearance L of the burner 30 shown in FIG. 3 is 1.5 mm, and the slit S is composed of six cuts having a cross section of 0.5 mm × 1.0 mm. The inner diameter of the first supply pipe 61 is 16 mm.
At the same time that air was supplied as a carrier gas to the first supply pipe 61 at a rate of 20 L / min, air was supplied to the second supply pipe 62 as a gas G for agglomeration 10 L / min. LPG as the combustion gas was flowed at a flow rate of 15 L / min, and oxygen as the combustion support gas was flowed at a flow rate of 75 L / min.
For comparison, a sample 8 was manufactured using a conventional apparatus in which the slit S and the taper portion R are not formed. Except that the sample 8 is not supplied with the coagulation / disintegration gas G, the sample 8 is produced under the same conditions as the samples 1 to 7.
[0046]
Each of the samples 1 to 8 generated as described above was observed with a SEM (Scanning Electron Microscope) in 20 fields of view with a magnification of 5000 times, the number of unmelted particles was counted, and the average number per field was determined. Moreover, the generation rate of huge particles was evaluated by the cumulative fraction of particles of 4.6 μm or more in the molten powder.
The results are shown in Table 1.
[0047]
[Table 1]

[0048]
As shown in Table 1, in the case of samples 1 to 7 adopting the coagulation / disintegration gas supply method, the number of unmelted particles is smaller than that of the sample 8 produced without supplying the aggregation / disintegration gas G. Less is recognized. In particular, Samples 2 to 6 having an angle θ of 15 °, 30 °, 45 °, 60 °, and 75 ° are more than Sample 1 having an angle θ of 5 ° and Sample 7 having an angle θ of 85 °. The number of unmelted particles is decreasing.
On the other hand, the sample 8 of the conventional method has a larger number of unmelted particles than the samples 2 to 6 in which the angle θ is 15 to 75 °.
Here, Table 1 shows the raw material supply amount used when the samples 1 to 8 were produced. The samples 1 to 7 adopting the gas supply method for coagulation / disintegration have a raw material supply amount of 4.2 kg / h, whereas the sample 8 of the conventional method has a raw material supply amount of 2.5 kg / h. This is because the amount of raw material supply cannot be increased any more with the conventional burner. On the other hand, Samples 1 to 7 adopting the gas supply method for coagulation / disintegration produced spherical powder even at a raw material supply rate of 4.2 kg / h while suppressing the generation rate of giant particles to only 1% or less. It is possible to do.
Moreover, when paying attention to the column of the spherical powder particle size distribution, D50 of samples 1 to 7 adopting the gas supply method for coagulation / disintegration is 2.0 to 2.4, and D100 is 4.6 to 7.8. It can be seen that the particle size distribution of the raw material powder (D50: 1.8 μm, D100: 4.6 μm) is almost corresponding. Especially, about the samples 3-6 whose angle (theta) is 30-75 degrees, correspondence with the spherical powder particle size distribution and the particle size distribution of raw material powder is taken well. On the other hand, in the sample 8 of the conventional method, the D100 of the spherical powder was greatly deviated from the D100 (4.6 μm) of the raw material powder as 18.5 μm.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, generation of large particles or unmelted particles caused by aggregated particles can be suppressed, and a spherical powder can be obtained efficiently. Moreover, the equipment maintenance cost at the time of manufacturing spherical powder can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a granular powder production apparatus in the present embodiment (a burner is not seen in cross section).
FIG. 2 is a diagram schematically showing the features of a burner in the present embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a burner.
4A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.
FIG. 5 is an explanatory view showing a modified example of the raw material powder supply pipe constituting a part of the burner.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Spherical powder manufacturing apparatus, 20 ... Chamber, 30 ... Burner (powder processing burner), 60 ... Raw material powder supply pipe, 61 ... 1st supply pipe (raw material conveyance pipe), 62 ... 2nd supply pipe, 70 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Oxygen supply pipe, 80 ... Outer case, 90 ... Raw material powder supply pipe, 91 ... First supply pipe (raw material conveyance pipe), 92 ... Second supply pipe (raw material conveyance pipe), 100a ... Raw material powder, 100b, 100c ... treated powder, F ... combustion flame, G ... gas for coagulation / disintegration, O ... raw material conveyance path, P ... gas flow path, S ... slit (notch part, communication part), R, RA, RB ... taper part (Communication Department)

Claims

上下方向に軸線を有した筒状のチャンバと、
前記チャンバの上部に設けられ、当該チャンバ内に燃焼炎を生じさせるバーナと、を備えた球状粉末製造装置であって、
前記バーナは、
当該バーナから生じる前記燃焼炎中へ原料粉末が搬送される原料搬送管と、
前記原料搬送管の外周側から、当該原料搬送管内部へガスを噴射するガス噴射部と、を備えることを特徴とする球状粉末製造装置。A cylindrical chamber having an axis in the vertical direction;
A spherical powder production apparatus comprising: a burner provided at an upper portion of the chamber and generating a combustion flame in the chamber;
The burner is
A raw material transport pipe for transporting raw material powder into the combustion flame generated from the burner;
A spherical powder manufacturing apparatus comprising: a gas injection unit that injects gas from the outer peripheral side of the raw material transfer pipe into the raw material transfer pipe.

前記ガス噴射部は、前記原料搬送管の管壁に形成された切り欠き部を備えることを特徴とする請求項１に記載の球状粉末製造装置。The spherical powder manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the gas injection unit includes a notch formed in a wall of the raw material transfer pipe.

前記原料搬送管の周囲には前記ガスが流れるガス流路が形成されており、前記切り欠き部から前記原料搬送管の内部へガスが流入することを特徴とする請求項２に記載の球状粉末製造装置。The spherical powder according to claim 2, wherein a gas flow path through which the gas flows is formed around the raw material transport pipe, and the gas flows into the raw material transport pipe from the notch portion. Manufacturing equipment.

燃焼炎を用いて原料粉末に対して所定の処理を施す粉末処理用バーナであって、
先端に開口部を有し、当該開口部から前記原料粉末を前記燃焼炎内に供給する第１の供給管と、
前記原料粉末の凝集を解砕するための凝集解砕用ガスを供給する第２の供給管と、
前記第１の供給管と前記第２の供給管とを連通し、前記凝集解砕用ガスを所定角度で前記第１の供給管に導く連通部と、
を備えたことを特徴とする粉末処理用バーナ。A powder processing burner that performs a predetermined process on a raw material powder using a combustion flame,
A first supply pipe having an opening at the tip, and supplying the raw material powder into the combustion flame from the opening;
A second supply pipe for supplying an agglomeration gas for crushing the agglomeration of the raw material powder;
A communication portion that communicates the first supply pipe and the second supply pipe, and leads the coagulation / disintegration gas to the first supply pipe at a predetermined angle;
A powder processing burner comprising:

前記第２の供給管が、その内部に前記第１の供給管を収容する二重管構造となっており、前記第１の供給管と前記第２の供給管との間を前記凝集解砕用ガスが流通することを特徴とする請求項４に記載の粉末処理用バーナ。The second supply pipe has a double pipe structure in which the first supply pipe is accommodated therein, and the agglomeration crushing is performed between the first supply pipe and the second supply pipe. The powder processing burner according to claim 4, wherein a working gas is circulated.

前記第１の供給管は、前記第２の供給管に対して着脱自在であることを特徴とする請求項５に記載の粉末処理用バーナ。6. The powder processing burner according to claim 5, wherein the first supply pipe is detachably attached to the second supply pipe.

前記所定角度は、前記第１の供給管の軸線を基準として５〜８５°であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の粉末処理用バーナ。The powder processing burner according to any one of claims 4 to 6, wherein the predetermined angle is 5 to 85 ° with reference to the axis of the first supply pipe.

原料粉末を燃焼炎内で溶融することにより球状化して球状粉末を得る方法であって、
キャリアガスにより前記原料粉末を前記燃焼炎内に搬送する搬送工程と、
搬送された前記原料粉末を、前記燃焼炎内で溶融することにより球状化し、溶融処理物を得る球状化工程と、
前記溶融処理物が前記燃焼炎外に移動することによって当該溶融処理物を凝固させる凝固工程と、を備え、
前記搬送工程において前記原料粉末に対して剪断力を付与するガスを噴射することを特徴とする球状粉末の製造方法。A method of obtaining a spherical powder by spheronizing a raw material powder by melting it in a combustion flame,
A conveying step of conveying the raw material powder into the combustion flame with a carrier gas;
Spheronizing step of obtaining a molten processed product by melting the conveyed raw material powder in the combustion flame,
A solidification step of solidifying the molten processed product by moving the molten processed product out of the combustion flame,
A method for producing a spherical powder, wherein a gas that imparts a shearing force to the raw material powder is injected in the conveying step.

前記剪断力を付与するガスは、前記キャリアガスと同一種類であることを特徴とする請求項８に記載の球状粉末の製造方法。The method for producing a spherical powder according to claim 8, wherein the gas that imparts the shearing force is the same type as the carrier gas.