JP7386839B2 - Plasma arc atomization ultrafine powder manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、粉末製造の技術分野に関し、より具体的に、プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置に関する。 The present invention relates to the technical field of powder production, and more specifically to an apparatus for producing ultrafine powder using a plasma arc atomization method.
粉末は重要な産業原料として、自動車、国防、電子、冶金、航空宇宙等の分野で幅広く利用されている。粉末製造技術の改良、粉末加工、焼結工程の最適化が進むにつれて、高性能粉末の製造が必要となっている。 Powder is an important industrial raw material and is widely used in fields such as automobiles, national defense, electronics, metallurgy, and aerospace. As powder manufacturing technology continues to improve and optimization of powder processing and sintering processes continues, the need to produce high performance powders increases.
現在、大粒径粉末の製造に関し、産業界では噴霧法が一般的に使用されており、生産効率が高く、設備が簡単である等の利点がある。数多くの噴霧法において、水噴霧とガス噴霧法が最も幅広く用いられており、即ち、高圧ガスまたは高圧液体を使用し、高速で溶融金属流を衝突させ、急速に溶融金属を粉末にして噴出する技術である。噴霧法は約１００年前から開発され、噴霧ノズル構造を継続的に最適化し、噴霧媒体の流速と圧力、凝縮速度を増加させることにより、噴霧法は技術的に既に非常に成熟しており、製造された粉末の粒径が２０～３００μｍの範囲で分布している。しかし、その粒径分布は広く、小粒径粉末の割合は非常に低い。 Currently, the atomization method is commonly used in industry for producing large particle size powder, and has advantages such as high production efficiency and simple equipment. Among the many atomization methods, water atomization and gas atomization methods are the most widely used, i.e., the use of high-pressure gas or high-pressure liquid to impinge a stream of molten metal at high velocity, rapidly breaking the molten metal into powder and ejecting it. It's technology. The atomization method has been developed for about 100 years, and by continuously optimizing the atomization nozzle structure and increasing the flow rate and pressure of the atomization medium, as well as the condensation rate, the atomization method is already very mature technologically. The particle size of the produced powder is distributed in the range of 20 to 300 μm. However, its particle size distribution is wide and the proportion of small particle size powder is very low.
ナノ粉末を製造するために、気相法が一般的に用いられている。即ち、一定のエネルギーで固体を気化させ、化学反応や物理変化などを経てナノ粉末を生成する。この方法で製造されたナノ粉末の粒径は、１０～１００ｎｍに分布している。 Gas phase methods are commonly used to produce nanopowders. That is, a solid is vaporized using a certain amount of energy, and nanopowder is generated through chemical reactions and physical changes. The particle size of the nanopowder produced by this method is distributed between 10 and 100 nm.
上記のように、既存の粉末製造技術で得られた粉末の粒径分布にはギャップがあり、１～２０μｍの超微細粉末を得ることは難しい。粉末成形の原理によれば、粉末がプレス成型される前に、異なる粒径の粒子を混合する必要がある。特に粉末中の粒子のサイズの比率を調整して、小さな粒子を大きな粒子の隙間に埋められるようにすることで、充填密度を向上させ、後続の粉末のプレスと焼結等を容易にすることが必要である。粉末の自由充填の基本理論によれば、粒径比が７：１である場合、完全に混合された粉末の充填密度が高い。そのため、粒径１～２０μｍの粉末を製造することが非常に重要であり、大量に製造し材料分野に応用できれば、材料の機械的性質や電気的性質を大幅に向上することができる。 As mentioned above, there are gaps in the particle size distribution of powders obtained by existing powder manufacturing techniques, and it is difficult to obtain ultrafine powders of 1 to 20 μm. According to the principle of powder compaction, it is necessary to mix particles of different particle sizes before the powder is press-molded. In particular, by adjusting the size ratio of particles in the powder so that small particles can be filled into the gaps between large particles, improving the packing density and facilitating subsequent powder pressing, sintering, etc. is necessary. According to the basic theory of free packing of powders, when the particle size ratio is 7:1, the packing density of thoroughly mixed powders is high. Therefore, it is very important to produce powder with a particle size of 1 to 20 μm, and if it can be produced in large quantities and applied to the materials field, the mechanical and electrical properties of the material can be greatly improved.
従来技術では、超微細粉末を得るために、まず原料を極細フィラメントまたは大径粒子にした後、プラズマアークの高温を用いてフィラメント状原料を直接気化させ、さらに冷却する。 In the prior art, in order to obtain ultrafine powder, the raw material is first made into ultrafine filaments or large diameter particles, and then the filamentary raw material is directly vaporized using the high temperature of a plasma arc, and then further cooled.
また、特許文献１は、高融点金属の噴霧による粉末の製造方法を開示しており、原料を溶融した後に、加熱・保温装置を用いて溶融液を加熱・保温する。 Further, Patent Document 1 discloses a method for producing powder by spraying a high-melting point metal, in which after melting a raw material, the melt is heated and kept warm using a heating/warming device.
しかし、上記２つの方法はいずれもプラズマアークの高温を利用し、高温蒸発により得られた粉末の粒径はナノメートルレベルに達しているものの、１～２０μｍの粉末を大量生産することができない。また、前者の方法は、展延性が高く、線引き加工可能で、且つ沸点が低い金属または合金にしか適しておらず、供給量が制限されている。後者の方法は、製造コストが高い。そのため、従来技術は量産できない。 However, both of the above two methods utilize the high temperature of a plasma arc, and although the particle size of the powder obtained by high-temperature evaporation reaches the nanometer level, it is not possible to mass-produce powder with a size of 1 to 20 μm. In addition, the former method is suitable only for metals or alloys that are highly malleable, can be wire-drawn, and have a low boiling point, and the amount supplied is limited. The latter method is expensive to manufacture. Therefore, conventional technology cannot be mass-produced.
本発明は、従来技術の問題点を解決するために、粒径１～２０μｍの超微細粉末の量産が可能となる、プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide an apparatus for producing ultrafine powder using a plasma arc atomization method, which enables mass production of ultrafine powder with a particle size of 1 to 20 μm.
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成となっている。
プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置は、噴霧タンクを備え、前記噴霧タンクの頂部に溶解保温炉が配置され、前記溶解保温炉の底部に液送チューブが配置され、前記液送チューブは、前記溶解保温炉内の溶融液を液柱状に前記噴霧タンクに導入し、前記噴霧タンクに導入される際に液滴を形成し、プラズマ噴霧スプレーガンシステム、及び、前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムの下端に位置する冷却ガス入口が、前記噴霧タンクの側壁に設置されており、前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムの端部に、前記液滴に向かって前記液滴を加熱・破砕するプラズマアークが形成され、前記冷却ガス入口は、破砕された前記液滴を瞬時に冷却し、粉末を形成し、粉末コレクター、及び、前記粉末コレクターの上端に配置され、２０μｍ未満の粒径を有する粉末を収集する布バッグコレクターが、前記噴霧タンクの下端に設置される。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
The plasma arc atomization ultrafine powder production apparatus includes a spray tank, a melting and heat-insulating furnace is disposed at the top of the spray tank, a liquid feeding tube is arranged at the bottom of the melting and heat-insulating furnace, and the liquid feeding tube The molten liquid in the melting and heat retention furnace is introduced into the spray tank in the form of a liquid column, and when introduced into the spray tank, droplets are formed, and the droplets are formed at the lower end of the plasma atomization spray gun system and the plasma atomization spray gun system. A cooling gas inlet located in the side wall of the atomization tank is installed at the end of the plasma atomization spray gun system to form a plasma arc toward the droplets that heats and fractures the droplets; A cooling gas inlet instantly cools the crushed droplets to form a powder, a powder collector, and a cloth bag collector arranged at the upper end of the powder collector to collect powder with a particle size of less than 20 μm. is installed at the lower end of the spray tank .
上記発明により、溶解保温炉における溶融液が液送チューブを通じて噴霧タンクに入ると、液送チューブ内に液柱が形成され、液送チューブから離れて噴霧タンクに入る際に液滴が形成される。プラズマ噴霧スプレーガンシステムで生成されたプラズマアークによって超微細液滴に粉砕されてから、冷却ガスによって冷却され、２０μｍ未満の粒径の超微細粉末が形成される。更に、プラズマアークの超音速と高温特性により、噴霧媒体の温度を大幅に上昇させると共に、噴霧媒体の運動エネルギーを増加させることで、噴霧の効率を改善し、粉末の平均粒径を減少させ、粉末の粒径分布を減少させる効果を奏する。当該プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置は、粒径１～２０μｍの粉末の量産のギャップを埋めることができ、粉末製造分野での原材料の選択の拡大、および金属と非金属の超微細粉末の製造を実現することができる。 According to the above invention, when the molten liquid in the melting and insulating furnace enters the spray tank through the liquid feeding tube, a liquid column is formed in the liquid feeding tube, and when it leaves the liquid feeding tube and enters the spray tank, droplets are formed. . It is crushed into ultra-fine droplets by a plasma arc generated by a plasma atomization spray gun system and then cooled by a cooling gas to form an ultra-fine powder with a particle size of less than 20 μm. Furthermore, the supersonic speed and high temperature characteristics of plasma arc can significantly increase the temperature of the atomizing medium and increase the kinetic energy of the atomizing medium, which can improve the efficiency of atomization and reduce the average particle size of the powder. It has the effect of reducing the particle size distribution of the powder. The plasma arc atomization ultrafine powder manufacturing equipment can fill the gap in mass production of powder with a particle size of 1 to 20 μm, expand the selection of raw materials in the powder manufacturing field, and improve the production of ultrafine powders of metals and nonmetals. Manufacturing can be realized.
上記発明により、粉末コレクターは、重力で落下する大粒径の粒状粉末を回収し、粒径が２０μｍ未満のより小さな粉末は、布バッグコレクターにより回収され、超微細粉末の製造効率と精度をさらに向上させることができる。 According to the above invention, the powder collector collects the large particle size granular powder falling by gravity, and the smaller powder with particle size less than 20 μm is collected by the cloth bag collector, further improving the manufacturing efficiency and precision of ultra-fine powder. can be improved.
好ましくは、前記冷却ガス入口は、冷却ガス循環入口であり、前記布バッグコレクターは前記冷却ガス循環入口と連通し、前記噴霧タンクと前記布バッグコレクターの間に冷却ガス循環出口が設けられ、前記布バッグコレクターと前記冷却ガス循環入口の間に高圧ガス循環システムが設けられる。 Preferably, the cooling gas inlet is a cooling gas circulation inlet, the cloth bag collector communicates with the cooling gas circulation inlet, and a cooling gas circulation outlet is provided between the spray tank and the cloth bag collector, and the A high pressure gas circulation system is provided between the cloth bag collector and the cooling gas circulation inlet.
上記発明により、高圧ガス循環システムは、噴霧タンク内の冷却ガスを循環させて、生産コストをさらに削減すると共に、冷却ガスにより粒径２０μｍ未満の粉末を噴霧タンクから取り出し、布バッグコレクターによって収集することで、粉末の収集効率を効果的に向上させる。 According to the above invention, the high-pressure gas circulation system circulates the cooling gas in the spray tank to further reduce the production cost, and the powder with a particle size of less than 20 μm is taken out from the spray tank by the cooling gas and collected by the cloth bag collector. This effectively improves powder collection efficiency.
好ましくは、前記冷却ガス循環入口を２つ設置し、２つの前記冷却ガス循環入口は左右対称であり、前記高圧ガス循環システムに接続される。 Preferably, two cooling gas circulation inlets are installed, and the two cooling gas circulation inlets are symmetrical and connected to the high pressure gas circulation system.
上記発明により、粉砕された液滴が冷却作用により粉末になる効率を大幅に向上させ、得られる粉末を規則的な構造を有するようにすることができる。 According to the above invention, the efficiency with which crushed droplets are turned into powder by cooling action can be greatly improved, and the resulting powder can have a regular structure.
好ましくは、液送チューブの外側に断熱材が設けられており、前記液送チューブの直径は１～２０ｍｍであり、前記断熱材の厚さは１０～２００ｍｍである。
Preferably, a heat insulating material is provided on the outside of the liquid feeding tube, the diameter of the liquid feeding tube is 1 to 20 mm, and the thickness of the heat insulating material is 10 to 200 mm.
上記発明により、液柱の温度と直径を安定に制御し、得られた粉末の品質を向上させる。 According to the above invention, the temperature and diameter of the liquid column can be stably controlled and the quality of the obtained powder can be improved.
好ましくは、前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムは少なくとも２つ設置され、前記噴霧タンクの周りに等間隔で円周方向に分布される。 Preferably, at least two of said plasma atomization spray gun systems are installed and circumferentially distributed at equal intervals around said atomization tank.
上記発明により、複数のプラズマ噴霧スプレーガンシステムは協働し、噴霧タンクに入る液滴をさらに加熱・粉砕し、得られた粉末の品質を大幅に向上させる。 With the above invention, multiple plasma atomization spray gun systems work together to further heat and crush the droplets entering the atomization tank, greatly improving the quality of the resulting powder.
好ましくは、前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムは２～８つ配置され、前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムと前記噴霧タンクの側壁との角度は３０～９０°である。 Preferably, 2 to 8 plasma atomization spray gun systems are arranged, and the angle between the plasma atomization spray gun system and the side wall of the atomization tank is 30 to 90°.
上記発明により、複数のプラズマ噴霧スプレーガンシステムは協働し、噴霧タンクに入る液滴をさらに効果的に加熱・破砕し、得られた粉末の品質を大幅に向上させる。 With the above invention, multiple plasma atomization spray gun systems work together to more effectively heat and break up the droplets entering the atomization tank, significantly improving the quality of the resulting powder.
好ましくは、前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムのポートから前記液送チューブの底部までの距離は１ｍｍ以上であり、前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムは、作動ガスとして窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、または、水蒸気を用い、前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムの出力は、５～１００ｋＷである。 Preferably, the distance from the port of the plasma atomization spray gun system to the bottom of the liquid delivery tube is 1 mm or more, and the plasma atomization spray gun system uses nitrogen, hydrogen, argon, helium, or water vapor as the working gas. The output of the plasma atomization spray gun system used is 5 to 100 kW.
上記発明により、粒径１～２０μｍの超微細粉末が得られる。 According to the above invention, ultrafine powder with a particle size of 1 to 20 μm can be obtained.
好ましくは、前記噴霧タンクの直径と高さの比率は１：１～８である。 Preferably, the diameter to height ratio of the spray tank is between 1:1 and 8.
上記発明により、上記プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置は、粒径１～２０μｍの超微細粉末を量産することができる。 According to the above invention, the apparatus for producing ultrafine powder using the plasma arc spraying method can mass produce ultrafine powder with a particle size of 1 to 20 μm.
好ましくは、前記液柱の温度は原料の融点よりも１００～１５００℃高く、前記高圧ガス循環システムにおける冷却ガスは、窒素、アルゴン、または、ヘリウムである。 Preferably, the temperature of the liquid column is 100 to 1500° C. higher than the melting point of the raw material, and the cooling gas in the high pressure gas circulation system is nitrogen, argon, or helium.
上記発明により、上記プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置は、粒径１～２０μｍの超微細粉末を量産することができる。 According to the above invention, the apparatus for producing ultrafine powder using the plasma arc spraying method can mass produce ultrafine powder with a particle size of 1 to 20 μm.
本発明は、溶解保温炉により原料を溶融・保温し、原料の融点よりも１００～１５００℃高い温度に制御する。液送チューブが溶解保温炉における溶融液を噴霧タンクに導入した後に、プラズマ噴霧スプレーガンシステムが冷却ガス循環入口と協働することにより、粒径１～２０μｍの超微細粉末が得られ、粉末コレクターはより大きな粒径の粉末を収集すると共に、超微細粉末は冷却ガスにより、冷却ガス循環出口を通じて布バッグコレクターに入り、粉末製造の効率を大幅に向上させる。これにより、本発明のプラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置は、粒径１～２０μｍの超微細粉末を量産することができる。 In the present invention, raw materials are melted and kept warm in a melting and insulating furnace, and the temperature is controlled to be 100 to 1500° C. higher than the melting point of the raw materials. After the liquid feed tube introduces the melt in the melting and warming furnace into the spray tank, the plasma atomization spray gun system cooperates with the cooling gas circulation inlet to obtain ultra-fine powder with a particle size of 1-20 μm, which is then transferred to the powder collector. While collecting the larger particle size powder, the ultra-fine powder enters the cloth bag collector through the cooling gas circulation outlet by the cooling gas, greatly improving the efficiency of powder production. As a result, the apparatus for producing ultrafine powder using the plasma arc spray method of the present invention can mass produce ultrafine powder with a particle size of 1 to 20 μm.
以下、添付された図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を説明するが、これらの図面は本発明の好ましい実施例を説明するものであり、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but these drawings are for illustrating preferred embodiments of the present invention and are not intended to limit the present invention.
本発明の技術案および利点をより明確にするため、以下に添付図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。 In order to make the technical solutions and advantages of the present invention more clear, the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
プラズマ噴霧スプレーガンシステム２は、プラズマアーク７を生成するプラズマアーク発生器、給水システム、電源システム、ガス供給システムを含み、霧化に必要なプラズマアーク７を生成する。プラズマアーク７により所望する粒径を有する粉末８を得るため、プラズマアーク７が溶融液を加熱・破砕する過程を効果的に制御する必要があり、また、溶融液に対する形状制御と温度制御も行い、粉末８の取得と回収を実現する。
The plasma atomization
［実施例１］
図１に示すように、プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置は噴霧タンク９を備える。噴霧タンク９の直径と高さの比率は１：２である。噴霧タンク９は、所望する粒径の粉末８を生産するのに用いられ、粒径１～２０μｍの粉末８を量産することを実現する。
[Example 1]
As shown in FIG. 1, the apparatus for producing ultrafine powder using the plasma arc atomization method includes a
なお、噴霧タンク９の頂部に溶解保温炉１が配置され、金属または非金属材料が溶解保温炉１内で溶融状態になり、保温された溶融液の温度は原料の融点より１００℃以上高い。エネルギーを節約し、所望する粒径の粉末８を得るため、溶融液の温度は原料の融点より１２０℃、２００℃、３００℃～１５００℃高くしてもよい。溶解保温炉１の底部には、液送チューブ３が配置されている。液送チューブ３は、溶解保温炉１内の溶融液を液柱状で噴霧タンク９に導入する。したがって、粒径１～２０μｍの粉末８を量産するために、液柱４の温度を原料の融点より１００～１５００℃高くする。液送チューブ３の外側には断熱材が設けられている。液送チューブ３の直径は１ｍｍであり、断熱材の厚さは２０ｍｍであり、これにより、液柱４の温度を安定に制御し、得られる粉末８の品質を向上させる。
Note that a melting and heat-retaining furnace 1 is arranged at the top of the
液柱４が液送チューブ３を介して噴霧管に導入される際に、液送チューブ３から離れた液柱４は液滴を形成し、第１の分散状態を呈する。 When the liquid column 4 is introduced into the spray tube via the liquid delivery tube 3, the liquid column 4 that has left the liquid delivery tube 3 forms droplets and exhibits a first dispersion state.
噴霧タンク９の側壁に、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２とプラズマ噴霧スプレーガンシステム２の下端に位置する冷却ガス入口が設置される。プラズマ噴霧スプレーガンシステム２のポートから液送チューブ３の底部までの距離は１ｍｍである。プラズマ噴霧スプレーガンシステム２の端部に液滴に向かって液滴を加熱・破砕するためのプラズマアーク７が形成され、プラズマアーク７により加熱・破砕された液滴が第２の分散状態を呈する。
A plasma atomization
第２の分散状態を呈する液滴は重力で落下する際に、冷却ガス入口からの冷却ガスによって冷却され、破砕され第２の分散状態を有する液滴は瞬時に冷却され、所望する粉末８が形成される。
When the droplets exhibiting the second dispersion state fall by gravity, they are cooled by the cooling gas from the cooling gas inlet, and the crushed droplets exhibiting the second dispersion state are instantly cooled, and the desired
図１に示すように、噴霧タンク９に噴霧隔離層５が設けられ、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２および液送チューブ３は噴霧隔離層５の上方に設置される。当該装置を操作する際に、溶解保温炉１によって溶融された溶融液が液送チューブ３を通じて噴霧タンク９に流入する際に、液送チューブ３内に液柱４が形成され、また、液送チューブ３から離れて噴霧タンク９に流入する際に液滴が形成され、さらに、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２で生成されたプラズマアーク７によって超粉砕され、微細液滴になり、冷却ガスによって冷却され、粒径２０μｍ未満の超微細粉末８が形成される。また、プラズマアーク７の超音速と高温特性により、噴霧媒体の温度を大幅に上昇させると共に、噴霧媒体の運動エネルギーを増加させることで、噴霧の効率を改善し、粉末８の平均粒径を減少させ、粉末８の粒径分布を狭くする。当該プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置は、粉末の製造において粒径１～２０μｍの粉末の量産のギャップを埋めることができ、粉末製造分野で原材料の選択範囲を拡大し、金属と非金属の超微細粉末を製造することができる。
As shown in FIG. 1, the
超微細粉末８の精度と製造効率をさらに向上させるため、噴霧タンク９の下端に、底部に位置する粉末コレクター１０と、粉末コレクター１０の上端に位置し、粒径２０μｍ未満の粉末８を収集する布バッグコレクター１２が設置されている。粉末コレクター１０は、より大きな粒径を有し、重力で落下する粒状粉末８を回収し、布バッグコレクター１２は、粒径２０μｍ未満のより小さな粉末８を回収する。このように、製造された粉末８のうち、大粒径の粉末８は粉末コレクター１０で収集し、小粒径の粉末８は布バッグコレクター１２で収集する。これにより、粉末８の分離が簡単で、量産に適している。
In order to further improve the precision and manufacturing efficiency of the
図１に示すように、冷却ガス入口は冷却ガス循環入口６であり、布バッグコレクター１２は冷却ガス循環入口６と連通し、噴霧タンク９と布バッグコレクター１２の間に冷却ガス循環出口１１が設けられる。また、布バッグコレクター１２と冷却ガス循環入口６の間に高圧ガス循環システム１３が設けられる。従って、高圧ガス循環システム１３は、噴霧タンク９内の冷却ガスを循環させて、生産コストをさらに削減すると共に、冷却ガスにより粒径２０μｍ未満の粉末８を噴霧タンク９から取り出し、布バッグコレクター１２によって収集することで、粉末８の収集効率を効果的に向上させる。
As shown in FIG. 1, the cooling gas inlet is the cooling
なお、冷却ガス循環入口６は２つ設置され、２つの冷却ガス循環入口６は左右対称であり、両方とも高圧ガス循環システム１３に接続される。これにより、粉砕された液滴が冷却作用により粉末８になる効率を大幅に向上させ、得られた粉末８を規則的な構造を有するようにすることができる。
Note that two cooling
粉末８の製造効果を大幅に向上させるために、少なくとも２つのプラズマ噴霧スプレーガンシステム２が設置され、噴霧タンク９の周りに等間隔で円周方向に分布される。これにより、複数のプラズマ噴霧スプレーガンシステム２は協働し、噴霧タンク９に入る液滴をさらに加熱・粉砕し、冷却ガスにより冷却されて粉末８を形成する際に、所望する粒径１～２０μｍの粉末８が得られる。プラズマ噴霧スプレーガンシステム２と噴霧タンク９の側壁との垂直角度は３０～９０°である。例えば、本実施例では、３０°である。プラズマ噴霧スプレーガンシステム２は２つあり、２つのプラズマ噴霧スプレーガンシステム２は協働し、噴霧タンク９に入る液滴をさらに効果的に加熱・粉砕する。
In order to greatly improve the production efficiency of
なお、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２は、作動ガスとして窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、または、水蒸気を用いる。例えば、窒素を用いる。本実施例において、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２の出力は５ｋＷである。高圧ガス循環システム１３における冷却ガスは、窒素、アルゴン、または、ヘリウムであり、そして、本実施例において、冷却ガスは窒素である。これにより、プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置は、粒径１～２０μｍの超微細粉末８を量産することができる。
Note that the plasma atomization
［実施例２］
実施例２と実施例１との相違点は、実施例２では、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２が５つ設置され、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２と噴霧タンク９の側壁との垂直角度が６０°であることである。
[Example 2]
The difference between Example 2 and Example 1 is that in Example 2, five plasma atomization
［実施例３］
実施例３と実施例１との相違点は、実施例３では、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２は８つ設置され、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２と噴霧タンク９の側壁との垂直角度が９０°であることである。
[Example 3]
The difference between Example 3 and Example 1 is that in Example 3, eight plasma atomization
［実施例４］
実施例４と実施例１との相違点は、実施例４では、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２が作動ガスとしてアルゴンを用い、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２の出力が５０ｋＷであることである。
[Example 4]
The difference between Example 4 and Example 1 is that in Example 4, the plasma atomization
［実施例５］
実施例５と実施例１との相違点は、実施例５では、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２が作動ガスとしてヘリウムを用い、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２の出力が１００ｋＷであることである。
[Example 5]
The difference between Example 5 and Example 1 is that in Example 5, the plasma atomization
［実施例６］
実施例６と実施例１との相違点は、実施例６では、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２のポートから液送チューブ３の底部までの距離が１０ｍｍであることである。
[Example 6]
The difference between Example 6 and Example 1 is that in Example 6, the distance from the port of plasma atomization
［実施例７］
実施例７と実施例１との相違点は、実施例７では、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２のポートから液送チューブ３の底部までの距離が２０ｍｍであることである。
[Example 7]
The difference between Example 7 and Example 1 is that in Example 7, the distance from the port of plasma atomization
［実施例８］
実施例８と実施例１との相違点は、実施例８では、噴霧タンク９の直径と高さの比率が１：５であることである。
[Example 8]
The difference between Example 8 and Example 1 is that in Example 8, the ratio of the diameter to the height of the
［実施例９］
実施例９と実施例１との相違点は、実施例９では、噴霧タンク９の直径と高さの比率が１：８であることである。
[Example 9]
The difference between Example 9 and Example 1 is that in Example 9, the ratio of the diameter to the height of the
［実施例１０］
実施例１０と実施例１との相違点は、実施例１０では、液送チューブ３の直径が１０ｍｍであり、断熱材の厚さが１００ｍｍであることである。
[Example 10]
The difference between Example 10 and Example 1 is that in Example 10, the diameter of the liquid feeding tube 3 is 10 mm, and the thickness of the heat insulating material is 100 mm.
［実施例１１］
実施例１１と実施例１との相違点は、実施例１１では、液送チューブ３の直径が２０ｍｍであり、断熱材の厚さが１５０ｍｍであることである。
[Example 11]
The difference between Example 11 and Example 1 is that in Example 11, the diameter of the liquid feeding tube 3 is 20 mm, and the thickness of the heat insulating material is 150 mm.
上記のように、本発明において、溶解保温炉１は原料の融点より１００～１５００℃高い温度で原料を溶融・保温し、液送チューブ３が溶解保温炉１における溶融液を噴霧タンクに導入した後に、プラズマ噴霧スプレーガンシステム２が冷却ガス循環入口６と協働することにより、粒径１～２０μｍの超微細粉末８が得られる。粉末コレクター１０はより大きな粒径を有する粉末８を収集すると共に、超微細粉末８は冷却ガスにより、冷却ガス循環出口１１に通じて布バッグコレクター１２に入り、粉末製造効率を大幅に向上させる。これにより、粒径１～２０μｍの超微細粉末８を量産することができる。
As described above, in the present invention, the melting and heating furnace 1 melts and heats the raw material at a temperature 100 to 1500°C higher than the melting point of the raw material, and the liquid feeding tube 3 introduces the molten liquid in the melting and heating furnace 1 into the spray tank. Later, by cooperating the plasma atomization
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本発明の技術的思想に属する様々な実施例は本発明の保護範囲に属する。当業者は、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で、以上の実施例に対して行った変更または修正は、本発明の保護範囲に属する。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Various embodiments that fall within the technical idea of the present invention fall within the protection scope of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that changes or modifications made to the above embodiments without departing from the technical idea of the present invention fall within the protection scope of the present invention.
１ 溶解保温炉
２ プラズマ噴霧スプレーガンシステム
３ 液送チューブ
４ 液柱
５ 噴霧隔離層
６ 冷却ガス循環入口
７ プラズマアーク
８ 粉末
９ 噴霧タンク
１０ 粉末コレクター
１１ 冷却ガス循環出口
１２ 布バッグコレクター
１３ 高圧ガス循環システム
1 Melting and
Claims (9)
前記噴霧タンクの頂部に溶解保温炉が配置され、
前記溶解保温炉の底部に液送チューブが配置され、
前記液送チューブは、前記溶解保温炉内の溶融液を液柱状に前記噴霧タンクに導入し、前記噴霧タンクに導入される際に液滴を形成し、
プラズマ噴霧スプレーガンシステム、及び、前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムの下端に位置する冷却ガス入口が、前記噴霧タンクの側壁に設置されており、
前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムの端部に、前記液滴に向かって前記液滴を加熱・破砕するプラズマアークが形成され、
前記冷却ガス入口は、破砕された前記液滴を瞬時に冷却し、粉末を形成し、
粉末コレクター、及び、前記粉末コレクターの上端に配置され、２０μｍ未満の粒径を有する粉末を収集する布バッグコレクターが、前記噴霧タンクの下端に設置されることを特徴とする、プラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置。 Equipped with a spray tank,
A melting and insulating furnace is arranged at the top of the spray tank,
A liquid feeding tube is arranged at the bottom of the melting and heat retention furnace,
The liquid feeding tube introduces the molten liquid in the melting and heat retention furnace into the spray tank in the form of a liquid column, and forms droplets when introduced into the spray tank,
a plasma atomization spray gun system and a cooling gas inlet located at a lower end of the plasma atomization spray gun system are installed in a side wall of the atomization tank;
A plasma arc is formed at an end of the plasma atomization spray gun system toward the droplets to heat and fracture the droplets;
the cooling gas inlet instantaneously cools the crushed droplets to form a powder;
a powder collector, and a cloth bag collector disposed at the upper end of the powder collector and collecting powder having a particle size of less than 20 μm is installed at the lower end of the atomization tank. Fine powder manufacturing equipment.
前記液送チューブの直径は１～２０ｍｍであり、
前記断熱材の厚さは１０～２００ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置。 A heat insulating material is provided on the outside of the liquid feeding tube,
The diameter of the liquid feeding tube is 1 to 20 mm,
The plasma arc atomization ultrafine powder manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the thickness of the heat insulating material is 10 to 200 mm.
前記布バッグコレクターは前記冷却ガス循環入口と連通し、
前記噴霧タンクと前記布バッグコレクターの間に冷却ガス循環出口が設けられ、
前記布バッグコレクターと前記冷却ガス循環入口の間に高圧ガス循環システムが設けられることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置。 The cooling gas inlet is a cooling gas circulation inlet,
the cloth bag collector communicates with the cooling gas circulation inlet;
a cooling gas circulation outlet is provided between the spray tank and the cloth bag collector;
The plasma arc atomization ultra-fine powder manufacturing apparatus according to claim 1, characterized in that a high-pressure gas circulation system is provided between the cloth bag collector and the cooling gas circulation inlet.
２つの前記冷却ガス循環入口は左右対称であり、前記高圧ガス循環システムに接続されることを特徴とする、請求項３に記載のプラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置。 installing two cooling gas circulation inlets;
The plasma arc atomization ultrafine powder manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the two cooling gas circulation inlets are symmetrical and connected to the high pressure gas circulation system.
前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムと前記噴霧タンクの側壁との角度は３０～９０°であることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置。 2 to 8 plasma atomization spray gun systems are arranged;
The plasma arc atomization ultrafine powder production apparatus according to claim 5, wherein the angle between the plasma atomization spray gun system and the side wall of the atomization tank is 30 to 90 degrees.
前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムは、作動ガスとして窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、または、水蒸気を用い、
前記プラズマ噴霧スプレーガンシステムの出力は、５～１００ｋＷであることを特徴とする、請求項６に記載のプラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置。 The distance from the port of the plasma atomization spray gun system to the bottom of the liquid delivery tube is 1 mm or more,
The plasma atomization spray gun system uses nitrogen, hydrogen, argon, helium, or water vapor as the working gas,
The plasma arc atomization ultrafine powder manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the plasma atomization spray gun system has an output of 5 to 100kW.
前記高圧ガス循環システムにおける冷却ガスは、窒素、アルゴン、または、ヘリウムであることを特徴とする、請求項３に記載のプラズマアーク噴霧法超微細粉末製造装置。 The temperature of the liquid column is 100 to 1500°C higher than the melting point of the raw material,
4. The plasma arc atomization ultrafine powder manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the cooling gas in the high-pressure gas circulation system is nitrogen, argon, or helium.
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