JP5887173B2 - 球状化粒子製造装置及び球状化粒子製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、球状化粒子を製造する球状化粒子製造装置及び球状化粒子製造方法に関する。

従来、無機酸化物の球状化粒子を製造する方法として、各種方法が知られているが、生産性や経済性の面から工業的には火炎法が広く採用されている。
火炎法は、燃料ガスと支燃性ガス(助燃ガス)とをバーナから噴出させて形成した火炎中に原料粉体を投入し、火炎の高温雰囲気内で原料粉体を溶融、或いは半溶融させて、表面張力により粉体表面を球状化させることで球状粒子を得る方法である（例えば、特許文献１〜３参照。）。

図７は、特許文献３に記載された球状化粒子製造用バーナの先端部を拡大した断面図であり、図８は、図７に示す球状化粒子製造用バーナの先端の平面図である。
ここで、図７及び図８を参照して、従来の球状化粒子製造用バーナ１００の構成について説明する。
従来の球状粒子製造用バーナ１００は、キャリアガスに搬送された原料粉末を供給する原料粉末供給路１０１と、原料粉末供給路１０１の外側の円周上に配置された複数の供給路からなる燃料ガス供給路１０２と、燃料ガス供給路１０２の外側の円周上に配置された複数の供給路からなる旋回酸素供給路１０３と、旋回酸素供給路１０３の外側の円周上に配置された複数の供給路からなる直進酸素供給路１０４と、直進酸素供給路１０４の外側の円周上に配置された冷却水通路１０５ａ，１０５ｂと、先端側に拡径した燃焼室１０６と、を有する。

原料粉末供給路１０１の先端には、燃焼室１０６の底部１０８に形成された複数の噴出口からなる原料粉末噴出口１０７が設けられている。また、燃料ガス供給路１０２の各供給路の先端には、燃料ガス噴出口１０９が設けられている。
旋回酸素供給路１０３の各供給路の先端には、旋回酸素噴出口１１０が設けられている。また、直進酸素供給路１０４の各供給路の先端には、直進酸素噴出口１１１が設けられている。

図９は、特許文献３に開示された従来の球状化粒子製造装置の概略構成を示す図である。
ここで、図９を参照して、従来の球状化粒子製造装置１２０について説明する。
従来の球状化粒子製造装置１２０は、原料フィーダー１２１と、キャリアガス供給経路１２３と、バーナ１２４と、酸素供給設備１２６と、ＬＰＧ供給設備１２７と、球状化炉１２８と、空気供給経路１３１と、サイクロン１３２と、バグフィルター１３３と、を有する。火炎を形成するバーナ１２４の先端は、球状化炉１２８内に収容されている。つまり、球状化炉１２８内に、火炎が形成される。

上記構成とされた従来の球状化粒子製造装置１２０では、原料粉体が原料フィーダー１２１から切り出され、原料粉体がキャリアガス供給経路１２３から供給されるキャリアガスに同伴されてバーナ１２４に搬送される。

バーナ１２４には、酸素供給設備１２６からの酸素が供給されると共に、ＬＰＧ供給設備１２７から燃焼ガスが供給されており、球状化炉１２８内に形成される火炎中を原料粉体が通過することで、球状化粒子が生成される。
その後、球状化粒子は、空気供給経路１３１を介して球状化炉１２８の底部に導入された空気により温度希釈され、後段に配置されたサイクロン１３２及びバグフィルター１３３で回収される。
また、上記燃料ガスとしては、メタンやプロパンを主成分とするガスが用いられる。

特開昭５８−１４５６１３号公報 特許第３３３１４９１号公報 特許第３３１２２２８号公報

ところで、メタンやプロパンを主成分とする燃料ガスの燃焼反応により形成される火炎のうち、高温雰囲気内で原料粉体を溶融する火炎法では、火炎中において原料粉体を球状化する過程において未燃の燃料が発生するため、燃料起因のカーボンが球状化粒子に付着してしまうという問題があった。

例えば、半導体チップの封止樹脂に球状化粒子としてシリカ粒子を混合させる場合で、かつシリカ粒子にカーボンが付着している場合、カーボンが導電性を有するため、半導体チップに形成された配線間においてショートが発生してしまう。

また、例えば、カーボンが付着した球状化粒子をＬＥＤ等の封止材に用いる場合、カーボンが黒色異物として光学的な異物となるため望ましくない。
上記理由により、球状化粒子にカーボンが付着することは好ましくない。

そこで、本発明は、燃焼ガスに起因するカーボンの球状化粒子への付着を抑制可能な球状化粒子製造装置及び球状化粒子製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、原料粉体を溶融させて、粉体表面を球状化することで球状化粒子を生成する球状化炉と、前記球状化炉の上端に設けられ、該球状化炉に供給される前記原料粉体を該球状化炉内に分散させる複数の原料分散孔と、前記球状化炉の上端と該球状化炉の底部との間に位置する該球状化炉の側壁の外側に設けられ、前記球状化炉の側壁の外面により内壁の一部が形成される燃焼室と、前記燃焼室に設けられ、前記燃焼室内に火炎を形成するバーナと、前記燃焼室と前記球状化炉とを連通させるように前記球状化炉の側壁を貫通しており、前記バーナにより生成された前記燃焼室内の燃焼ガスを前記球状化炉内に導く複数の燃焼ガス導入孔と、を有することを特徴とする球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項２に係る発明によれば、前記複数の燃焼ガス導入孔は、前記火炎から離間した位置に配置することを特徴とする請求項１記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項３に係る発明によれば、前記球状化炉は、円筒形状とされており、前記燃焼室を、前記球状化炉の上端と該球状化炉の底部との間に位置する該球状化炉の側壁の外面全体を露出するように設け、前記複数の燃焼ガス導入孔を、前記球状化炉の周方向及び該球状化炉の延在方向に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項４に係る発明によれば、前記バーナを複数有し、前記球状化炉を介して、前記バーナを対向配置させたことを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項５に係る発明によれば、前記複数の燃焼ガス導入孔の延在方向は、前記球状化炉の法線方向と同じ方向であることを特徴とする請求項３または４記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項６に係る発明によれば、前記複数の燃焼ガス導入孔の延在方向は、前記球状化炉の接線方向と同じ方向であることを特徴とする請求項３または４記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項７に係る発明によれば、前記複数の燃焼ガス導入孔は、前記燃焼ガスを斜め下方に供給可能な構造であることを特徴とする請求項３または４記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項８に係る発明によれば、前記球状化炉の側壁が、耐火物で構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項９に係る発明によれば、前記球状化炉の側壁及び／または前記燃焼室が、水冷ジャケット構造を有することを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１０に係る発明によれば、前記球状化炉の底部に位置する部分に設けられ、該球状化炉内に送風ガスを導入する送風ガス導入部と、前記球状化炉の底部に位置する部分に、前記送風ガス導入部と対向するように設けられ、前記球状化炉から前記球状化粒子を導出する球状化粒子導出部と、前記球状化粒子導出部から導出された前記球状化粒子を捕集する球状化粒子捕集装置と、を有することを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１１に係る発明によれば、前記球状化粒子捕集装置は、前記球状化粒子導出部と接続され、前記球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた粒子を捕集するサイクロンと、前記サイクロンの下流に配置され、前記球状化粒子のうち、前記第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた粒子を捕集するバグフィルターと、前記サイクロンと前記バグフィルターとを接続し、かつ前記球状化粒子の一部を前記バグフィルターに輸送する球状化粒子輸送ラインと、を有することを特徴とする請求項１０記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１２に係る発明によれば、前記球状化粒子輸送ラインに、冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、前記球状化粒子輸送ラインに導入される前記冷却ガスの導入量を調整する冷却ガス調整部と、を有することを特徴とする請求項１１記載の球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１３に係る発明によれば、請求項１ないし１２のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置を用いた球状化粒子製造方法であって、前記バーナにより生成された前記燃焼室内に存在する前記燃焼ガスを前記球状化炉内に導く工程と、複数の前記原料分散孔を介して、前記球状化炉内に前記原料粉体を分散させ、前記燃焼ガスにより、分散された前記原料粉体を溶融させることで、前記球状化粒子を生成する工程と、を含むことを特徴とする球状化粒子製造方法が提供される。

本発明の球状化粒子製造装置によれば、球状化炉の側壁の外面を露出する燃焼室と、燃焼室に設けられ、燃焼室内に火炎を形成するバーナと、燃焼室が露出する球状化炉の側壁を貫通し、バーナにより生成された燃焼室内の燃焼ガスを球状化炉内に導く複数の燃焼ガス導入孔と、を有することにより、球状化炉の外側に設けられた燃焼室内においてバーナにより燃料ガスを十分に燃焼させて、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成することが可能となる。

これにより、複数の燃焼ガス導入孔を介して、球状化炉内に未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを供給し、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスにより、球状化炉内に分散された原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することが可能となるので、従来よりも球状化粒子に付着するカーボンの量を低減できる。

本発明の実施の形態に係る球状化粒子製造装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示す球状化炉、燃焼室、及び一対のバーナのＡ−Ａ線方向の断面図である。 図２に示す球状化炉、燃焼室、及び一対のバーナのＢ−Ｂ線方向の断面図である。 燃焼ガス導入孔の他の例を説明するための断面図である。 図２に示す構造体の変形例を説明するための断面図である。 図２に示す球状化炉及び燃焼室の他の例を示す断面図である。 特許文献３に記載された球状化粒子製造用バーナの先端部を拡大した断面図である。 図７に示す球状化粒子製造用バーナの先端の平面図である。 特許文献３に開示された従来の球状化粒子製造装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の球状化粒子製造装置の寸法関係とは異なる場合がある。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る球状化粒子製造装置の概略構成を示す模式図である。図１において、Ｙ方向は、球状化炉１７の延在方向（鉛直方向）を示しており、Ｘ方向は、Ｙ方向に対して直交する面方向を示している。

図１を参照するに、本実施の形態の球状化粒子製造装置１０は、キャリアガス供給源１１と、支燃性ガス供給源１２と、燃料ガス供給源１３と、原料フィーダー１５と、球状化炉１７と、原料粉体供給路１８と、複数の原料分散孔１９と、燃焼室２１と、一対のバーナ２２−１，２２−２（複数のバーナ）と、複数の燃焼ガス導入孔２３と、送風ガス導入部２５と、球状化粒子導出部２６と、送風ブロア２８と、冷却ガス導入口３２と、フィルター（図示せず）と、冷却ガス調整部（図示せず）と、球状化粒子輸送ライン３３と、球状化粒子捕集装置３５と、を有する。

キャリアガス供給源１１は、キャリアガスを原料フィーダー１５に供給可能な状態で原料フィーダー１５と接続されている。キャリアガスとしては、例えば、酸素または酸素富化空気を用いることができる。
支燃性ガス供給源１２は、バーナ２２−１，２２−２に、支燃性ガスを供給可能な状態で、バーナ２２−１，２２−２と接続されている。支燃性ガスとしては、例えば、酸素または酸素富化空気を用いることができる。

燃料ガス供給源１３は、燃料ガスを供給可能な状態で、バーナ２２−１，２２−２と接続されている。燃料ガスとしては、例えば、ブタン（ＣＨ_３−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ_３）やプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）等を主成分とするＬＰＧ(Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｇａｓ)を用いることができる。

原料フィーダー１５は、原料粉体を供給するためのものである。原料フィーダー１５から供給された原料粉体は、キャリアガス供給源１１から供給されたキャリアガスにより、原料粉体供給路１８を介して、球状化炉１７の上端に輸送される。

図２は、図１に示す球状化炉、燃焼室、及び一対のバーナのＡ−Ａ線方向の断面図であり、図３は、図２に示す球状化炉、燃焼室、及び一対のバーナのＢ−Ｂ線方向の断面図である。

図１〜図３を参照するに、球状化炉１７は、Ｙ方向（鉛直方向）に延在する竪型炉である。球状化炉１７は、例えば、円筒形状とすることができる。本実施の形態では、球状化炉１７が円筒形状の場合を例に挙げて、以下の説明を行う。
球状化炉１７は、球状化炉１７内に導入された燃焼ガスにより、球状化炉１７の上端１７Ａから供給された原料粉体を球状化して球状化粒子を生成するための炉である。

なお、球状化炉１７の側壁１７Ｃ及び／または燃焼室２１は、耐火物（例えば、煉瓦や不定形キャスタブル等）で構成するとよい。これにより、バーナ２２−１，２２−２の火炎３７−１，３７−２に起因する球状化炉１７の側壁１７Ｃの損傷を抑制できる。
また、球状化炉１７の側壁１７Ｃ及び／または燃焼室２１を耐火物で構成する場合、該耐火物の外面を外壁部材で覆うとよい。

原料粉体供給路１８は、原料フィーダー１５及び球状化炉１７の上端１７Ａ（頂部）と接続されている。原料粉体供給路１８は、原料フィーダー１５から供給された原料粉体を球状化炉１７の上端１７Ａ側に供給するための経路である。
原料分散孔１９は、球状化炉１７の上端１７Ａに複数設けられている。複数の原料分散孔１９は、原料粉体供給路１８に露出されている。複数の原料分散孔１９は、原料粉体供給路１８から供給された原料粉体を球状化炉１７内に分散させるための孔である。

なお、本実施の形態では、球状化炉１７の上端１７Ａに複数の原料分散孔１９を設けた場合を例に挙げて説明したが、上端が開放端とされた球状化炉、及び板材に複数の原料分散孔１９が形成された原料分散板（図示せず）を準備し、該球状化炉の上端に該原料分散板を配置してもよい。

燃焼室２１は、球状化炉１７の上端１７Ａと球状化炉１７の底部１７Ｂとの間に位置する球状化炉１７の側壁１７Ｃの外側に設けられている。燃焼室２１は、球状化炉１７の上端１７Ａと底部１７Ｂとの間に位置する球状化炉１７の側壁１７Ｃの外面１７ａ全体を露出している。

バーナ２２−１は、火炎３７−１を形成する先端が燃焼室２１内に露出されるように、燃焼室２１に設けられている。バーナ２２−１は、燃料ガス供給源１３から供給された燃料ガス（ＬＰＧ)、及び支燃性ガス供給源１２から供給された酸素または酸素富化空気を先端から噴出させることで燃焼室２１内に火炎３７−１を形成する。バーナ２２−１が形成する火炎３７−１は、球状化炉１７の外側に位置する燃焼室２１内に収容されている。

バーナ２２−２は、火炎３７−２を形成する先端が燃焼室２１内に露出されるように、燃焼室２１に設けられている。バーナ２２−２は、球状化炉１７を介して、バーナ２２−１と対向するように配置（対向位置）されている。
バーナ２２−２は、燃料ガス供給源１３から供給された燃料ガス（ＬＰＧ)、及び支燃性ガス供給源１２から供給された酸素または酸素富化空気を先端から噴出させることで燃焼室２１内に火炎３７−２を形成する。バーナ２２−２が形成する火炎３７−２は、球状化炉１７の外側に位置する燃焼室２１内に収容されている。
上記バーナ２２−１，２２−２としては、例えば、図７及び図８に示す球状粒子製造用バーナ１００（従来のバーナ）を用いることができる。

なお、バーナ２２−１，２２−２の火炎３７−１，３７−２が生成する燃焼ガスの量は、燃料ガス及び支燃性ガスの流量により調整する。また、支燃性ガスの流量は、燃料ガスが完全燃焼するために必要な量と同じか、或いはこれ以上とする。

このように、球状化炉１７の外側に燃焼室２１を設けると共に、燃焼室２１内に火炎３７−１，３７−２を形成可能な状態で燃焼室２１にバーナ２２−１，２２−２を設けることにより、燃焼室２１内において火炎３７−１，３７−２により燃料ガスを十分に燃焼させることができる。

複数の燃焼ガス導入孔２３は、燃焼室２１が露出する球状化炉１７の側壁１７Ｃを貫通している。複数の燃焼ガス導入孔２３の延在方向は、円筒形状とされた球状化炉１７の法線方向と一致している。複数の燃焼ガス導入孔２３は、燃焼室２２内においてバーナ２２−１，２２−２の火炎３７−１，３７−２により生成された燃焼ガスを球状化炉１７内に導くためのものである。

このように、球状化炉１７の外部で生成された燃焼ガスを球状化炉１７内に導入させる複数の燃焼ガス導入孔２３を設けることにより、球状化炉１７内に未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを供給することが可能となる。
これにより、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスにより、球状化炉１７内に分散された原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することが可能となるので、従来よりも球状化粒子に付着するカーボンの量を低減できる。

複数の燃焼ガス導入孔２３は、火炎３７−１，３７−２から離間した位置に配置するとよい。このように、火炎３７−１，３７−２から離間した位置に複数の燃焼ガス導入孔２３を設けることにより、未燃の燃料ガスが球状化炉１７内に導入されにくくすることが可能となるので、球状化粒子に付着するカーボンの量をさらに低減できる。

複数の燃焼ガス導入孔２３は、球状化炉１７の周方向に等間隔で配置されている。また、球状化炉１７の周方向に配置された燃焼ガス導入孔２３は、他の燃焼ガス導入孔２３と対向するように配置されている。
このように、球状化炉１７の周方向に複数の燃焼ガス導入孔２３を設けることにより、球状化炉１７に燃焼ガスを導入した際、球状化炉１７内のＸ方向における温度ばらつきを小さくすることが可能となる。これにより、精度良く球状化粒子を生成することができる。

なお、図２では、一例として、球状化炉１７の周方向に４つの燃焼ガス導入孔２３を設けた場合を例に挙げて説明したが、球状化炉１７の周方向に配置する燃焼ガス導入孔２３の数は、これに限定されない。

また、複数の燃焼ガス導入孔２３は、球状化炉１７の延在方向（Ｙ方向）に等間隔で配置されている。
このように、球状化炉１７の延在方向に複数の燃焼ガス導入孔２３を設けることにより、燃焼ガス中における滞留時間を長くすることが可能となる。

なお、図３では、一例として、球状化炉１７の延在方向に５つの燃焼ガス導入孔２３を設けた場合を例に挙げて説明したが、球状化炉１７の延在方向に配置する燃焼ガス導入孔２３の数は、これに限定されない。

送風ガス導入部２５は、球状化炉１７の底部１７Ｂに設けられている。送風ガス導入部２５は、送風ブロア２８と接続されており、送風ブロア２８から送られる空気を球状化炉１７の底部１７Ｂ内に導入する。
球状化粒子導出部２６は、球状化炉１７の側壁１７Ｃのうち、球状化炉１７の底部１７Ｂに位置する部分に、送風ガス導入部２５と対向するように設けられている。球状化粒子導出部２６は、送風ブロア２８から送られる空気により、球状化炉１７から球状化粒子を導出する。送風ブロア２８は、送風ガス導入部２５に空気を供給するためのものである。

冷却ガス導入口３２は、サイクロン４１の上端と接続されている。冷却ガス導入口３２は、サイクロン４１の上端を介して、球状化粒子輸送ライン３３内に冷却ガス（例えば、空気）を導入するための導入口である。
また、バグフィルター４２の後段には、ブロア（図示せず）が設けられており、該ブロアにより吸引することで、冷却ガスが冷却ガス導入口３２から導入される。

フィルター（図示せず）及び冷却ガス調整部（図示せず）は、冷却ガス導入口３２に設けられている。冷却ガス調整部は、冷却ガスの導入量を調整するためのものである。冷却ガス調整部としては、例えば、ダンパーを用いることができる。
このように、冷却ガス調整部としてダンパーを用いることにより、ダンパーの角度を調整することで、球状化粒子輸送ライン３３に導入される冷却ガスの導入量を調整できる。

また、送風ブロア２８からの送風量と冷却ガス導入口３２からの冷却ガスの導入量とを調整してサイクロン４１に導入される風量を変えると共に、送風ブロア２８からの送風量を増やし、球状化粒子を輸送する気体の流速を大きくすると、サイクロン４１で捕集される球状化粒子の粒径を小さくすることができる。

球状化粒子輸送ライン３３は、一端がサイクロン４１の上端と接続され、他端がバグフィルター４２と接続されている。

球状化粒子捕集装置３５は、球状化粒子導出部２６から導出された球状化粒子を捕集する装置であり、サイクロン４１と、バグフィルター４２と、を有する。
サイクロン４１は、球状化炉１７の下流側に設けられており、球状化粒子導出部２６を介して、球状化炉１７の底部１７Ｂと接続されている。サイクロン４１は、球状化粒子導出部２６を介して輸送された球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた球状化粒子を捕集する。第１の粒子径とされた球状化粒子は、サイクロン４１の下端から捕集される。第１の粒子径は、後述する第２の粒子径よりも大きい値とされている。

バグフィルター４２は、サイクロン４１の下流側に設けられており、球状化粒子輸送ライン３３を介して、サイクロン４１の上端と接続されている。バグフィルター４２は、第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた球状化粒子を捕集する。

本実施の形態の球状化粒子製造装置によれば、球状化炉１７の側壁１７Ｃの外面１７ａを露出する燃焼室２１と、燃焼室２１に設けられ、燃焼室２１内に火炎３７−１，３７−２を形成する一対のバーナ２２−１，２２−２と、燃焼室２１が露出する球状化炉１７の側壁１７Ｃを貫通し、バーナ２２−１，２２−２により生成された燃焼室２１内の燃焼ガスを球状化炉１７内に導く複数の燃焼ガス導入孔２３と、を有することにより、球状化炉１７の外側に設けられた燃焼室２１内においてバーナ２２−１，２２−２により燃料ガスを十分に燃焼させて、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成することが可能となる。

これにより、複数の燃焼ガス導入孔２３を介して、球状化炉１７内に導入された未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスにより、球状化炉１７内に分散された原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することが可能となるので、従来よりも球状化粒子に付着するカーボンの量を低減できる。

また、球状化炉１７の延在方向（Ｙ方向）に等間隔で複数の燃焼ガス導入孔２３を配置させることにより、燃焼ガス中における原料粉体の滞留時間を長くすることができる。

次に、上記構成とされた球状化粒子製造装置１０を用いた球状化粒子製造方法について、以下の方法により、球状化粒子を生成する。
始めに、バーナ２２−１，２２−２に燃料ガス及び支燃性ガスを供給して、燃焼室２１内に火炎３７−１，３７−２を形成し、未燃の燃料ガスをほとんど含んでいない燃焼ガスを生成し、球状化炉１７内に該燃焼ガスを導入させる。

次いで、複数の原料分散孔１９を介して、球状化炉１７の上端１７Ａから球状化炉１７内に原料粉体を分散させることで、球状化炉１７内を鉛直方向に移動する間に、原料粉体が溶融されて、球状化粒子が生成される。
生成された球状化粒子は、球状化粒子捕集装置３５を構成するサイクロン４１及びバグフィルター４２により捕集される。

このとき、サイクロン４１では、球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた球状化粒子が捕集され、バグフィルター４２では、球状化粒子のうち、第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた球状化粒子が捕集される。

本実施の形態の球状化粒子製造方法によれば、バーナ２２−１，２２−２により生成された燃焼室２１内に存在する燃焼ガスを球状化炉１７内に導き、その後、複数の原料分散孔２２を介して、球状化炉１７内に原料粉体を分散させ、燃焼ガスにより、分散された原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成するため、球状化炉１７の外側に設けられた燃焼室２１内においてバーナ２２−１，２２−２により燃料ガスを十分に燃焼させることが可能となる。言い換えれば、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスを生成することが可能となる。

これにより、未燃の燃料ガスをほとんど含まない燃焼ガスにより、球状化炉１７内に分散された原料粉体を溶融させて球状化粒子を生成することが可能となるので、従来よりも球状化粒子に付着するカーボンの量を低減できる。

また、球状化炉１７の延在方向（Ｙ方向）に等間隔で複数の燃焼ガス導入孔２３が設けられているため、燃焼ガス中における原料粉体の滞留時間を長くすることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図４は、燃焼ガス導入孔の他の例を説明するための断面図である。図４において、図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
本実施の形態では、図２を参照して、複数の燃焼ガス導入孔の一例として、複数の燃焼ガス導入孔２３の延在方向が球状化炉１７の法線方向と同じ方向の場合を例に挙げて説明したが、図２に示す複数の燃焼ガス導入孔２３に替えて、図４に示すように、球状化炉１７の側壁１７Ｃに延在方向が球状化炉１７の接線方向と同じ方向とされた複数の燃焼ガス導入孔４６を設けてもよい。
また、図示していないが、複数の燃焼ガス導入孔２３は、燃焼ガスを斜め下方に供給可能な構造としてもよい。

このように、球状化炉１７内に燃焼ガスを供給する複数の燃焼ガス導入孔４６の延在方向を球状化炉１７の接線方向と同じ方向にするか、或いは燃焼ガスを斜め下方に供給可能な構造とされた複数の燃焼ガス導入孔を用いることにより、球状化炉１７内に供給された燃焼ガスにより強い旋回流を発生させることが可能となるので、球状化炉１７内の温度を均一にでき、かつ球状化炉１７内において原料粉体を均一に分散させることができる。

図５は、図２に示す構造体の変形例を説明するための断面図である。図５において、図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
本実施の形態では、図２を参照して、２つのバーナ（言い換えれば、一対のバーナ２２−１，２２−２）が配設可能な燃焼室２２を用いた場合を例に挙げて説明したが、図５に示すように、４つのバーナ（言い換えれば、それぞれ２つのバーナ２２−１，２２−２）が配設可能な燃焼室４９を準備し、該燃焼室４９に４つのバーナを設けてもよい。

この場合、燃焼ガスの温度を高温にすることが可能となるため、比較的融点の高い原料粉体を球状化させる際に有効である。なお、燃焼室に設けるバーナの数は、図２及び図５に限定されない。

図６は、図２に示す球状化炉及び燃焼室の他の例を示す断面図である。図６において、図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

図６に示すように、図２に示す球状化炉１７及び燃焼室２１の替わりに、水冷ジャケット構造（内部に冷却水を流すことの可能な水路を備えた構造）とされた球状化炉５１及び燃焼室５２を用いてもよい。
これにより、球状化炉５１の側壁の内面５１ａに原料粉体が付着することを抑制できる。
（実施例１）
実施例１では、図１に示す球状化粒子製造装置１０を用いて、球状化粒子を作成し、光学顕微鏡を用いて黒色異物（カーボン）の付着状態を評価した。
このとき、図４に示す構造体（言い換えれば、複数の燃焼ガス導入孔４６が設けられた球状化炉１７）を用い、球状化粒子製造装置１０のバーナ２２−１，２２−２として図７及び図８に示す球状粒子製造用バーナ１００を用いた。
また、球状化炉１７の側壁１７Ｃ及び燃焼室２１を冷却する水冷ジャケット（図示せず）を用いた。

以下、実施例１における球状化粒子の製造方法について説明する。
始めに、バーナ２２−１，２２−２に、燃料ガスとしてＬＰＧを５Ｎｍ^３／ｈの供給量で供給すると共に、支燃性ガスとして酸素を２５Ｎｍ^３／ｈの供給量で供給して、火炎３７−１，３７−２を形成して、燃焼ガスを生成した。

次いで、キャリアガス（酸素）によりガラス粉末を２０ｋｇ／ｈの供給量で球状化炉１７の上端１７Ａに輸送し、複数の燃焼ガス導入孔４６を介して、球状化炉１７内に導入された燃焼ガスを用いて、ガラス粉体を溶融させることで球状化粒子を生成し、その後、球状化粒子を捕集した。

次に、球状化粒子に付着したカーボン量の測定方法について説明する。
球状化粒子２０ｇを４０ｍｍ×６０ｍｍの大きさに薄く広げ、その後、光学顕微鏡を用いて、２０倍の倍率で視野を変えて（観察場所を変えて）２０回観察し、１つの視野における黒色異物の数をカウントし、２０回の平均の黒色異物の数を求めた。
この結果、実施例１では、平均で３個の黒色異物が観察できた。

（比較例１）
比較例１では、図９に示す球状化粒子製造装置１２０を用いて、実施例１と同様な評価を行った。球状化粒子製造装置１２０のバーナ１２４としては、図７及び図８に示す球状粒子製造用バーナ１００を用いた。

以下、球状化粒子の製造方法について説明する。
バーナ１２４に、燃料ガスとしてＬＰＧを５Ｎｍ^３／ｈの供給量で供給すると共に、支燃性ガスとして酸素を２５Ｎｍ^３／ｈの供給量で供給して、球状化炉１２８内に火炎を形成した。

次いで、キャリアガス（酸素）によりガラス粉末を２０ｋｇ／ｈの供給量で球状化炉１２８に輸送し、火炎中を通過させることで、ガラス粉体を溶融させて球状化粒子を生成させ、その後、球状化粒子を捕集した。

その後、実施例１と同様な手法により、球状化粒子２０ｇを４０ｍｍ×６０ｍｍの大きさに薄く広げ、その後、光学顕微鏡を用いて、２０倍の倍率で視野を変えて（観察場所を変えて）２０回観察し、１つの視野における黒色異物の数をカウントし、２０回の平均の黒色異物の数を求めた。
この結果、比較例１では、平均で１１個の黒色異物が観察できた。

（黒色異物の数の評価結果のまとめ）
実施例１及び比較例１の黒色異物の観察結果から、本発明の球状化粒子製造装置１０を用いることで、従来の球状化粒子製造装置１２０を用いて球状化粒子を生成した場合と比較して、球状化粒子に付着するカーボンを低減できることが確認できた。

本発明は、カーボンが球状化粒子に付着することを抑制可能な球状化粒子製造装置及び球状化粒子製造方法に適用可能である。

１０…球状化粒子製造装置、１１…キャリアガス供給源、１２…支燃性ガス供給源、１３…燃料ガス供給源、１５…原料フィーダー、１７，５１…球状化炉、１７ａ…外面、１７Ａ…上端、１７Ｂ…底面、１７Ｃ…側壁、１８…原料粉体供給路、１９…原料分散孔、２１，５２…燃焼室、２２−１，２２−２…バーナ、２３，４６…燃焼ガス導入孔、２５…送風ガス導入部、２６…球状化粒子導出部、２８…送風ブロア、３２…冷却ガス導入口、３３…球状化粒子輸送ライン、３５…球状化粒子捕集装置、３７−１，３７−２…火炎、４１…サイクロン、４２…バグフィルター、５１ａ…内面

Claims (13)

1. 原料粉体を溶融させて、粉体表面を球状化することで球状化粒子を生成する球状化炉と、
   前記球状化炉の上端に設けられ、該球状化炉に供給される前記原料粉体を該球状化炉内に分散させる複数の原料分散孔と、
   前記球状化炉の上端と該球状化炉の底部との間に位置する該球状化炉の側壁の外側に設けられ、前記球状化炉の側壁の外面により内壁の一部が形成される燃焼室と、
   前記燃焼室に設けられ、前記燃焼室内に火炎を形成するバーナと、
   前記燃焼室と前記球状化炉とを連通させるように前記球状化炉の側壁を貫通しており、前記バーナにより生成された前記燃焼室内の燃焼ガスを前記球状化炉内に導く複数の燃焼ガス導入孔と、
   を有することを特徴とする球状化粒子製造装置。
2. 前記複数の燃焼ガス導入孔は、前記火炎から離間した位置に配置することを特徴とする請求項１記載の球状化粒子製造装置。
3. 前記球状化炉は、円筒形状とされており、
   前記燃焼室を、前記球状化炉の上端と該球状化炉の底部との間に位置する該球状化炉の側壁の外面全体を露出するように設け、
   前記複数の燃焼ガス導入孔を、前記球状化炉の周方向及び該球状化炉の延在方向に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の球状化粒子製造装置。
4. 前記バーナを複数有し、
   前記球状化炉を介して、前記バーナを対向配置させたことを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
5. 前記複数の燃焼ガス導入孔の延在方向は、前記球状化炉の法線方向と同じ方向であることを特徴とする請求項３または４記載の球状化粒子製造装置。
6. 前記複数の燃焼ガス導入孔の延在方向は、前記球状化炉の接線方向と同じ方向であることを特徴とする請求項３または４記載の球状化粒子製造装置。
7. 前記複数の燃焼ガス導入孔は、前記燃焼ガスを斜め下方に供給可能な構造であることを特徴とする請求項３または４記載の球状化粒子製造装置。
8. 前記球状化炉の側壁が、耐火物で構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
9. 前記球状化炉の側壁及び／または前記燃焼室が、水冷ジャケット構造を有することを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
10. 前記球状化炉の底部に位置する部分に設けられ、該球状化炉内に送風ガスを導入する送風ガス導入部と、
    前記球状化炉の底部に位置する部分に、前記送風ガス導入部と対向するように設けられ、前記球状化炉から前記球状化粒子を導出する球状化粒子導出部と、
    前記球状化粒子導出部から導出された前記球状化粒子を捕集する球状化粒子捕集装置と、
    を有することを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置。
11. 前記球状化粒子捕集装置は、前記球状化粒子導出部と接続され、前記球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた粒子を捕集するサイクロンと、
    前記サイクロンの下流に配置され、前記球状化粒子のうち、前記第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた粒子を捕集するバグフィルターと、
    前記サイクロンと前記バグフィルターとを接続し、かつ前記球状化粒子の一部を前記バグフィルターに輸送する球状化粒子輸送ラインと、
    を有することを特徴とする請求項１０記載の球状化粒子製造装置。
12. 前記球状化粒子輸送ラインに、冷却ガスを導入する冷却ガス導入口と、
    前記冷却ガス導入口に設けられ、前記球状化粒子輸送ラインに導入される前記冷却ガスの導入量を調整する冷却ガス調整部と、
    を有することを特徴とする請求項１１記載の球状化粒子製造装置。
13. 請求項１ないし１２のうち、いずれか１項記載の球状化粒子製造装置を用いた球状化粒子製造方法であって、
    前記バーナにより生成された前記燃焼室内に存在する前記燃焼ガスを前記球状化炉内に導く工程と、
    複数の前記原料分散孔を介して、前記球状化炉内に前記原料粉体を分散させ、前記燃焼ガスにより、分散された前記原料粉体を溶融させることで、前記球状化粒子を生成する工程と、
    を含むことを特徴とする球状化粒子製造方法。

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