JP7498043B2 - Metal powder manufacturing method - Google Patents
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- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
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Description
本発明は、金属粉末を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing metal powder.
金属粉末は産業において重要な素材であり、その特性に応じて電子材料、触媒、電池の活物質、工具、医薬品、宝飾品など様々な用途に使用されている。 Metal powders are important materials in industry and, depending on their properties, are used for a variety of purposes, including electronic materials, catalysts, active materials in batteries, tools, pharmaceuticals, and jewelry.
金属粉末の製造方法としては、湿式還元反応、アトマイズ法、プラズマ法など各種の方法があり、金属粉末の用途や許容されるコストなどの観点から、最適の製造方法が選択される。 There are various methods for producing metal powder, including wet reduction reactions, atomization, and plasma methods, and the most suitable method is selected based on the intended use of the metal powder and acceptable costs.
特許文献１には、溶融金属を保持するタンディッシュと、当該タンディッシュの溶融金属ノズルから落下する溶融金属に向けて高圧流体を噴射する噴霧流体ノズルと、を備えた金属粉末の製造装置において、前記タンディッシュと前記噴霧流体ノズルとを上下に相対移動する昇降装置を備えたことを特徴とする金属粉末の製造装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a metal powder manufacturing apparatus that includes a tundish that holds molten metal and a spray fluid nozzle that sprays a high-pressure fluid toward the molten metal falling from the molten metal nozzle of the tundish, and that is characterized by including a lifting device that moves the tundish and the spray fluid nozzle up and down relative to each other.
また特許文献１には、溶湯逆噴射により溶融金属ノズルの閉塞が生じた場合には、タンディッシュを昇降装置により上方に移動させ、作業者が酸素吹込み管を用いて溶融金属ノズル内に酸素を吹き込み、溶融金属ノズル内に詰まった物質を溶かし出すことが開示されている。溶湯逆噴射とは、アトマイズ法において流体と溶融金属（溶湯）が衝突する部位において、流体の衝突力の一部が上向きに作用して溶湯の一部が上方に飛散する現象であり（特許文献２）、上方に飛散した溶湯（の一部）が溶融金属ノズルに付着・固化してノズルを閉塞させる。閉塞させた物質（金属）へ前記の通り酸素を吹き込むことで、金属を酸化させ、その酸化反応による発熱により閉塞部位やその近傍の金属が融点以上に加熱され、溶けるものと考えられる。 Patent Document 1 also discloses that, in the event that the molten metal nozzle becomes clogged due to reverse injection of molten metal, the tundish is moved upward by a lifting device, and an operator uses an oxygen injection tube to inject oxygen into the molten metal nozzle, melting out the material stuck in the molten metal nozzle. Reverse injection of molten metal is a phenomenon in which, at the site where the fluid and molten metal collide in the atomization method, part of the collision force of the fluid acts upward, scattering part of the molten metal upward (Patent Document 2), and (part of) the molten metal that has been scattered upward adheres to and solidifies on the molten metal nozzle, clogging the nozzle. It is believed that blowing oxygen into the clogging material (metal) as described above oxidizes the metal, and the heat generated by this oxidation reaction heats the metal at the blocked site and in the vicinity of it above its melting point, causing it to melt.
更に特許文献３には、製錬技術により高エントロピー合金の地金を製造したうえで、この地金をガスアトマイズして、いわゆる３Ｄプリンティングに使用される高エントロピー合金粉末を製造する方法として、以下の方法が開示されている。 Furthermore, Patent Document 3 discloses the following method for producing high-entropy alloy powder for use in so-called 3D printing by producing a high-entropy alloy ingot using smelting technology and then gas atomizing the ingot.
原料金属塊を溶融し溶湯を生成する溶融工程と、前記溶湯に酸素ガスを吹き込んでスラグを形成する過酸化工程と、前記溶湯の液面に浮上した前記スラグと前記溶湯とを分離する分離工程と、前記スラグと分離された前記溶湯にアルゴンガスを吹き込んで前記溶湯中のガス成分を脱気する脱気工程と、脱気された前記溶湯を鋳造して鋳込み合金を形成する鋳込み工程と、を備えた鋳込み合金の製造方法において、
前記鋳込み合金は、前記鋳込み合金を真空中で溶融して溶融合金とする工程と、前記溶融合金を流下させ、流下する前記溶融合金に不活性ガスを吹き付けて合金粉末を形成する粉末化工程と、前記合金粉末を層状に展延する粉末展延工程と、展延された前記合金粉末を局所加熱して溶融させた後に凝固させて凝固組織を形成し、前記局所加熱による被加熱領域を前記合金粉末が展延された面に対して平行に移動させて凝固層を形成する凝固層造形工程と、前記粉末展延工程と前記凝固層造形工程とを交互に繰り返すことで複数の層状の凝固層を形成する一連の工程に用いられ、
前記鋳込み合金は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＮｉをそれぞれ５ａｔ％以上３０ａｔ％以下の原子濃度の範囲で含有すると共に、前記元素のうち少なくとも４種の元素の原子濃度の差が３ａｔ％未満の範囲にあり、不可避的不純物として、Ｐを０．００５ｗｔ％以下、Ｓｉを０．０４０ｗｔ％以下、Ｓを０．００２ｗｔ％以下、Ｓｎを０．００５ｗｔ％以下、Ｓｂを０．００２ｗｔ％以下、Ａｓを０．００５ｗｔ％以下、Ｍｎを０．０５０ｗｔ％以下、Ｏを０．００１ｗｔ％以下、Ｎを０．００２ｗｔ％以下の原子濃度の範囲で含有することを特徴とする鋳込み合金の製造方法。
A method for producing a casting alloy, comprising: a melting step of melting a raw metal block to produce a molten metal; a peroxidation step of blowing oxygen gas into the molten metal to form a slag; a separation step of separating the molten metal from the slag that floats to the surface of the molten metal; a degassing step of blowing argon gas into the molten metal separated from the slag to degas gas components in the molten metal; and a casting step of casting the degassed molten metal to produce a casting alloy,
The casting alloy is used in a series of processes including a process of melting the casting alloy in a vacuum to obtain a molten alloy, a powdering process of flowing the molten alloy down and spraying an inert gas onto the flowing molten alloy to form an alloy powder, a powder spreading process of spreading the alloy powder in layers, a solidification layer shaping process of locally heating the spread alloy powder to melt it and then solidifying it to form a solidification structure, and moving the heated area by the local heating parallel to the surface on which the alloy powder is spread to form a solidification layer, and alternately repeating the powder spreading process and the solidification layer shaping process to form a plurality of layered solidification layers,
A method for producing a casting alloy, characterized in that the casting alloy contains Al, Co, Cr, Fe and Ni in the atomic concentration range of 5 at% or more and 30 at% or less, with the difference in atomic concentrations of at least four of the above elements being in the range of less than 3 at%, and contains, as unavoidable impurities, P of 0.005 wt% or less, Si of 0.040 wt% or less, S of 0.002 wt% or less, Sn of 0.005 wt% or less, Sb of 0.002 wt% or less, As of 0.005 wt% or less, Mn of 0.050 wt% or less, O of 0.001 wt% or less, and N of 0.002 wt% or less.
一般に金属粉末のアトマイズ法による製造では、炉中で原料金属を加熱して金属溶湯とし、この溶湯を前記炉の底部に設けられた出湯ノズルから落下させながら、落下する溶湯の流れに水などの流体を吹き付けて溶湯を粉砕・凝固することで粒子化し、得られた金属粉末を回収する。さらに、所望の粒度分布とするために得られた金属粉末に対して分級プロセスを実施して、最終の金属粉末製品を得る。そして分級の副産物として、最終製品からは排除された金属粉末が生成される。本明細書では最終製品から排除された側の金属粉末を、「分級残」と呼ぶこととする。 In general, in the production of metal powder by the atomization method, raw metal is heated in a furnace to produce molten metal, which is then dropped from a discharge nozzle installed at the bottom of the furnace while a fluid such as water is sprayed onto the flow of the falling molten metal to crush and solidify the molten metal into particles, and the resulting metal powder is then collected. Furthermore, a classification process is carried out on the resulting metal powder to achieve the desired particle size distribution, and the final metal powder product is obtained. As a by-product of the classification, metal powder is generated that is rejected from the final product. In this specification, the metal powder rejected from the final product is referred to as "classification residue."
なお、金属粉末の流動性を高めるために、有機化合物で粒子表面を被覆する表面処理が行われる場合がある。粉末の流動性が高まっていないと、上記分級プロセスでうまく分級できない場合があるので、前記の表面処理は分級プロセスの前に行うのが一般的である。 In order to increase the fluidity of metal powders, surface treatment may be performed in which the particle surfaces are coated with an organic compound. If the powder does not have high fluidity, it may not be possible to classify it successfully in the classification process described above, so the above surface treatment is generally performed before the classification process.
そして、分級プロセスで生じた（有機化合物で被覆された）分級残は廃棄処分することが考えられるが、これを溶湯の原料として再利用することができれば、金属粉末の製造コストの点でも環境負荷の点でも有利である。本発明者らは分級残を再利用して溶湯を調製し、アトマイズの連続操業を実施したところ、途中で湯ブレや出湯ノズルの詰まりが発生し、アトマイズの長期連続操業が実施できなかった。なお湯ブレとは、出湯ノズルから出る溶湯の少なくとも一部が鉛直方向に落下せず、横に飛び散る現象を指す。 The classification residue (coated with organic compounds) generated during the classification process may be disposed of as waste, but if it could be reused as a raw material for molten metal, it would be advantageous in terms of both the manufacturing cost of metal powder and the environmental impact. The inventors reused the classification residue to prepare molten metal and performed continuous atomization operations, but melt spillage and clogging of the discharge nozzle occurred during the operation, making it impossible to perform long-term continuous atomization operations. Melt spillage refers to the phenomenon in which at least a portion of the molten metal coming out of the discharge nozzle does not fall vertically but splashes sideways.
本発明は、分級残のような有機化合物を含む金属を利用したアトマイズ法による金属粉末の製造方法であって、湯ブレや出湯ノズルの詰まりが抑制され、長期の連続操業が可能な金属粉末の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention aims to provide a method for producing metal powder by atomization using metals containing organic compounds such as classification residues, which suppresses melt splashing and clogging of the melting nozzle and allows for long-term continuous operation.
本発明者は上記課題を解決するため、まず上記の湯ブレや出湯ノズルの詰まりの原因について検討した。出湯ノズルに詰まった物質を分析したところ、これは炭素を多量に含んでいることがわかった。本発明者は、これが、分級残の粒子表面に付着した有機化合物の炭化物であると推測し、これが生じないようにするため、溶湯という高温環境下で有機化合物（の分解物）を酸素と反応させることで二酸化炭素などのガスとして追い出すことを着想し、実際の検証を経て、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above problems, the inventor first investigated the causes of the melt splash and clogging of the melt discharge nozzle. When the material clogging the melt discharge nozzle was analyzed, it was found to contain a large amount of carbon. The inventor speculated that this was a carbonized organic compound that had adhered to the surface of the particles of the classification residue, and came up with the idea of expelling the organic compound (decomposition product) as a gas such as carbon dioxide by reacting it with oxygen in the high-temperature environment of the molten metal, in order to prevent this from occurring. After actual verification, the inventor completed the present invention.
すなわち、本発明は以下のとおりである。
［１］原料金属を加熱溶融して溶湯とし、この溶湯を落下させ、落下する溶湯の流れに流体を吹き付けて溶湯を粉砕・凝固して金属粉末を得る金属粉末の製造方法であって、
前記原料金属が、有機化合物を含む金属Ｍを含み、前記溶湯の温度を、下記条件（１）を満足する温度Ｔに保持しながら、当該溶湯中に酸化性ガスを吹き込んだ後に溶湯を落下させる、金属粉末の製造方法：
（１）温度Ｔにおける前記溶湯の構成金属の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＭが、温度Ｔにおける炭素の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＣよりも大きい。
That is, the present invention is as follows.
[1] A method for producing metal powder by heating and melting a raw metal to obtain a molten metal, dropping the molten metal, and spraying a fluid onto the falling flow of the molten metal to pulverize and solidify the molten metal to obtain a metal powder, comprising the steps of:
A method for producing a metal powder, the method including the steps of: blowing an oxidizing gas into the molten metal and then dropping the molten metal while maintaining the temperature of the molten metal at a temperature T that satisfies the following condition (1):
(1) The free energy of formation ΔG M of an oxide of a constituent metal of the molten metal at a temperature T is greater than the free energy of formation ΔG C of an oxide of carbon at the temperature T.
［２］原料金属を加熱溶融して溶湯とし、この溶湯を落下させ、落下する溶湯の流れに流体を吹き付けて溶湯を粉砕・凝固して金属粉末を得る金属粉末の製造方法であって、
前記原料金属が、有機化合物を含む金属Ｍを含み、前記溶湯の温度を、下記条件（１）を満足する温度Ｔに保持しながら、当該溶湯中に酸化性ガスを吹き込んだ後に溶湯を落下させる、金属粉末の製造方法：
（１）前記溶湯の構成金属の９２質量％以上の金属について、温度Ｔにおける該金属の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＭが、温度Ｔにおける炭素の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＣよりも大きい。
[2] A method for producing metal powder by heating and melting a raw metal to obtain a molten metal, dropping the molten metal, and spraying a fluid onto the falling flow of the molten metal to pulverize and solidify the molten metal to obtain a metal powder, comprising the steps of:
A method for producing a metal powder, the method including the steps of: blowing an oxidizing gas into the molten metal and then dropping the molten metal while maintaining the temperature of the molten metal at a temperature T that satisfies the following condition (1):
(1) For 92 mass % or more of the constituent metals of the molten metal, the free energy of formation ΔG M of the oxide of the metal at temperature T is greater than the free energy of formation ΔG C of the oxide of carbon at temperature T.
［３］前記原料金属のうち、前記金属Ｍが占める割合が、５～１００質量％である、［１］又は［２］に記載の金属粉末の製造方法。 [3] The method for producing metal powder according to [1] or [2], in which the proportion of the metal M in the raw metal is 5 to 100 mass %.
［４］前記金属Ｍの炭素含有量が、０．０１～０．３質量％である、［１］～［３］のいずれかに記載の金属粉末の製造方法。 [4] The method for producing metal powder according to any one of [1] to [3], wherein the carbon content of the metal M is 0.01 to 0.3 mass%.
［５］前記金属Ｍが、ガスアトマイズ法又は水アトマイズ法で製造されたものである、［１］～［４］のいずれかに記載の金属粉末の製造方法。 [5] The method for producing metal powder described in any one of [1] to [4], wherein the metal M is produced by gas atomization or water atomization.
本発明によれば、分級残のような有機化合物を含む金属を利用したアトマイズ法による金属粉末の製造方法であって、湯ブレや出湯ノズルの詰まりが抑制され、長期の連続操業が可能な金属粉末の製造方法が提供される。 The present invention provides a method for producing metal powder by atomization using metals containing organic compounds such as classification residue, which suppresses melt splashing and clogging of the melting nozzle and allows for long-term continuous operation.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 The following describes an embodiment of the present invention.
［金属粉末の製造方法］
本発明の金属粉末の製造方法の実施の形態は、金属の溶湯に流体を吹き付ける、いわゆるアトマイズ法により金属の粉末を得る方法であり、有機化合物を含む金属を溶湯原料の少なくとも一部として利用し、溶湯に流体を吹き付ける前に、特定の温度条件下で、溶湯中に酸化性ガスを吹き込むことを特徴としている。有機化合物は、分級残においては典型的には粒子表面に付着しているが、例えば湿式合成反応（所望の効果を狙って、有機化合物を反応系に添加する場合がある）で金属粉末を製造し、これから分級残が発生した場合には、有機化合物が粒子内部に巻き込まれている場合もあると考えられる。
[Metal powder manufacturing method]
The embodiment of the method for producing metal powder of the present invention is a method for obtaining metal powder by spraying a fluid onto a molten metal, a so-called atomization method, characterized in that a metal containing an organic compound is used as at least a part of the molten metal raw material, and an oxidizing gas is blown into the molten metal under specific temperature conditions before the fluid is sprayed onto the molten metal. Organic compounds are typically attached to the particle surfaces in the classification residue, but when a classification residue is generated from, for example, a wet synthesis reaction (in which an organic compound is sometimes added to the reaction system to achieve a desired effect), it is considered that the organic compounds may be entrapped inside the particles.
＜溶湯の保持温度Ｔ＞
本発明では、例えば、特定の原料金属を底部に出湯ノズルを有する通常のアトマイズ用の炉に仕込み、前記原料金属を加熱溶融して溶湯を調製する。前記原料金属は、有機化合物を含む金属Ｍを含んでいる。なお溶湯は、溶解炉など別の炉で調製して、その溶湯を前記出湯ノズルを有する炉に注湯してもよい。
<Molten metal holding temperature T>
In the present invention, for example, a specific raw metal is charged into a normal atomizing furnace having a tapping nozzle at the bottom, and the raw metal is heated and melted to prepare a molten metal. The raw metal contains a metal M containing an organic compound. The molten metal may be prepared in a separate furnace such as a melting furnace, and the molten metal may be poured into the furnace having the tapping nozzle.
本発明では、調製した溶湯の温度を、下記条件（１）を満足する温度Ｔに保持しながら、当該溶湯中に酸化性ガスを吹き込んだ後に溶湯を出湯ノズルから落下させて、アトマイズを実施する。
（１）温度Ｔにおける前記溶湯の構成金属の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＭが、温度Ｔにおける炭素の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＣよりも大きい。
In the present invention, atomization is performed by blowing an oxidizing gas into the prepared molten metal while maintaining the temperature of the molten metal at a temperature T that satisfies the following condition (1), and then dropping the molten metal from a tapping nozzle.
(1) The free energy of formation ΔG M of an oxide of a constituent metal of the molten metal at a temperature T is greater than the free energy of formation ΔG C of an oxide of carbon at the temperature T.
なお前提として、温度Ｔは溶湯が凝固しない（溶湯の状態を維持する）温度である。「溶湯が凝固しない温度」とは、溶湯が実質的に単一種の金属で構成される場合は、その金属の融点以上の温度である。一方溶湯が複数種の金属で構成される合金溶湯である場合には、その合金の融点以上の温度である。複数種の金属で構成されるが合金を形成していない金属が存在する溶湯の場合には、融点が最も高い金属の融点以上の温度である。 As a premise, temperature T is the temperature at which the molten metal does not solidify (it maintains its molten state). If the molten metal is essentially composed of a single type of metal, the "temperature at which the molten metal does not solidify" is a temperature above the melting point of that metal. On the other hand, if the molten metal is an alloy molten metal composed of multiple types of metals, the temperature is above the melting point of that alloy. If the molten metal is composed of multiple types of metals but contains metals that are not alloyed, the temperature is above the melting point of the metal with the highest melting point.
上記条件（１）について、酸化物の生成自由エネルギーΔＧは、その数値が小さいほど酸化物が安定であることを示し、反応の起こりやすさの目安とすることができる。ΔＧがマイナスの数値であれば、酸化物の生成反応が自発的に起こる。 Regarding the above condition (1), the smaller the free energy ΔG of oxide formation, the more stable the oxide is, and it can be used as a guide to the likelihood of a reaction occurring. If ΔG is a negative number, the oxide formation reaction occurs spontaneously.
本発明において、以上説明した高温の温度Ｔに溶湯を保持してそこに酸化性ガスを吹き込むと、溶湯になる前の金属Ｍが含んでいた有機化合物（又はその分解物）が酸化し、また有機化合物を構成する炭素鎖の炭素－炭素結合が切断されて二酸化炭素又は一酸化炭素が発生し、溶湯から離脱していくものと考えられる。これにより、炭化物の発生による湯ブレや出湯ノズルの詰まりが防止されるものと考えられる。しかも温度Ｔにおいては、溶湯の構成金属よりも炭素の方が酸化しやすい状況であるので、前記構成金属の酸化よりも前記の二（一）酸化炭素の発生が優先して起こるものと考えられる。これにより前記構成金属の無用な酸化が防止されるものと考えられる。金属が酸化すると融点が変わり（融点が上昇する場合が多い）、溶湯の粘度も変化し、湯ブレの原因となり得るので、前記の酸化防止は湯ブレ防止の点でも有用である。 In the present invention, when the molten metal is held at the high temperature T described above and an oxidizing gas is blown into it, the organic compounds (or their decomposition products) contained in the metal M before it becomes molten metal are oxidized, and the carbon-carbon bonds of the carbon chains that make up the organic compounds are broken, generating carbon dioxide or carbon monoxide, which are believed to leave the molten metal. This is believed to prevent melting and clogging of the discharge nozzle due to the generation of carbides. Moreover, at temperature T, carbon is more easily oxidized than the constituent metals of the molten metal, so it is believed that the generation of carbon dioxide (monoxide) occurs in preference to the oxidation of the constituent metals. This is believed to prevent unnecessary oxidation of the constituent metals. When a metal oxidizes, its melting point changes (in many cases the melting point increases), and the viscosity of the molten metal also changes, which can cause melting, so the above-mentioned prevention of oxidation is also useful in preventing melting.
本発明において、溶湯が複数の構成金属を含んでいる場合には、必ずしも温度Ｔにおいて全ての構成金属が上記条件（１）を満足する必要はないが、前記の通り金属の酸化は湯ブレの原因となり得るので、条件（１）を満足する構成金属が多いことが好ましい。具体的には、溶湯の構成金属のうち、前記条件（１）を満足する金属の割合が９２質量％以上であることが好ましく、９６質量％以上であることがより好ましい。反対に言えば、溶湯の構成金属のうち好ましくは９２質量％以上、より好ましくは９６質量％以上が条件（１）を満足するように、温度Ｔを設定することが好ましい。 In the present invention, when the molten metal contains multiple constituent metals, it is not necessary that all of the constituent metals satisfy the above condition (1) at temperature T. However, as described above, since metal oxidation can cause melt melting, it is preferable that many of the constituent metals satisfy condition (1). Specifically, the proportion of metals that satisfy condition (1) among the constituent metals of the molten metal is preferably 92 mass% or more, and more preferably 96 mass% or more. Conversely, it is preferable to set temperature T so that preferably 92 mass% or more, more preferably 96 mass% or more of the constituent metals of the molten metal satisfy condition (1).
ここで、溶湯が合金溶湯である場合には、その構成金属の酸化について、合金の酸化物を形成する場合や、そのような酸化物を形成せずに各構成金属単体の酸化物を生成する場合がある。ΔＧＭは前者の場合は合金の酸化物の生成自由エネルギーであり、後者の場合はΔＧＭは複数存在することになり、それぞれΔＧＣと比較する。 Here, when the molten metal is an alloy molten metal, the oxidation of the constituent metals may form oxides of the alloy or may generate oxides of each of the constituent metals alone without forming such oxides. In the former case, ΔG M is the free energy of formation of the oxide of the alloy, and in the latter case, there are multiple ΔG Ms , each of which is compared with ΔG C.
条件（１）における炭素の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＣについて、炭素と酸素が反応して二酸化炭素が生成する反応の、二酸化炭素の生成自由エネルギーは、いずれの温度においてもおよそ－３９０ｋＪ／ｍｏｌＯ２で一定である。一方炭素と酸素が反応して一酸化炭素が生成する反応の、一酸化炭素の生成自由エネルギーは、温度の上昇とともに小さくなり、７００℃程度で二酸化炭素の生成自由エネルギー（およそ－３９０ｋＪ／ｍｏｌＯ２）と同じになり、更に温度が上昇すると二酸化炭素の生成自由エネルギーより小さくなる。本発明において、炭素の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＣは、７００℃以下の温度では－３９０ｋＪ／ｍｏｌＯ２、７００℃より高い温度では一酸化炭素が生成する反応の、一酸化炭素の生成自由エネルギーであるものとする。 Regarding the free energy of formation ΔG C of the oxides of carbon under condition (1), the free energy of formation of carbon dioxide in the reaction in which carbon and oxygen react to produce carbon dioxide is constant at approximately -390 kJ/molO 2 at all temperatures. On the other hand, the free energy of formation of carbon monoxide in the reaction in which carbon and oxygen react to produce carbon monoxide decreases as the temperature increases, becoming the same as the free energy of formation of carbon dioxide (approximately -390 kJ/molO 2 ) at about 700°C, and becoming smaller than the free energy of formation of carbon dioxide as the temperature increases further. In the present invention, the free energy of formation ΔG C of the oxides of carbon is defined as the free energy of formation of carbon monoxide in the reaction in which carbon and oxygen react to produce carbon monoxide, which is -390 kJ/molO 2 at temperatures below 700°C, and is the free energy of formation of carbon monoxide in the reaction in which carbon monoxide is produced at temperatures higher than 700°C.
上記温度ＴにおけるΔＧＭとΔＧＣの差（ΔＧＭ－ΔＧＣ）は、溶湯の構成金属の酸化が効果的に防止される観点から、好ましくは８０ｋＪ／ｍｏｌＯ２以上であり、より好ましくは１５０ｋＪ／ｍｏｌＯ２以上である。上限値は特にないが、前記差（ΔＧＭ－ΔＧＣ）は好ましくは２４０～７００ｋＪ／ｍｏｌＯ２である。溶湯の構成金属のうち、このような差（ΔＧＭ－ΔＧＣ）を満足する金属の割合が９２質量％以上であることが好ましく、９６質量％以上であることがより好ましい。 From the viewpoint of effectively preventing oxidation of the constituent metals of the molten metal, the difference (ΔG M - ΔG C ) between ΔG M and ΔG C at the above temperature T is preferably 80 kJ/molO 2 or more, and more preferably 150 kJ/molO 2 or more. There is no particular upper limit, but the difference (ΔG M - ΔG C ) is preferably 240 to 700 kJ/molO 2. Of the constituent metals of the molten metal, the proportion of metals satisfying this difference (ΔG M - ΔG C ) is preferably 92 mass% or more, and more preferably 96 mass% or more.
本発明を好適に適用できる金属（比較的広い温度範囲（特に金属の融点を含み得る低温側）において差（ΔＧＭ－ΔＧＣ）が前記の好ましい範囲に入る金属）の具体例としては、銀、銅、鉄、ニッケル及び錫が挙げられる。各金属についてΔＧＭがΔＧＣよりも大きい温度は、鉄がおよそ７５０℃以上、ニッケルがおよそ２２０℃以上、錫がおよそ６５０℃以上である。なお、銀および銅はどの温度域においてもΔＧＭがΔＧＣよりも大きい。 Specific examples of metals to which the present invention can be suitably applied (metals for which the difference (ΔG M - ΔG C ) falls within the above-mentioned preferred range in a relatively wide temperature range (particularly the low temperature side that may include the melting point of the metal)) include silver, copper, iron, nickel, and tin. The temperatures at which ΔG M is greater than ΔG C for each metal are approximately 750°C or higher for iron, approximately 220°C or higher for nickel, and approximately 650°C or higher for tin. Note that for silver and copper, ΔG M is greater than ΔG C in all temperature ranges.
また、温度Ｔは、溶湯の凝固を確実に防止する観点から、溶湯の構成金属の融点より５０℃以上高いことが好ましく、炉にかかる負担や熱コストとの兼ね合いから、構成金属の融点より５０～３５０℃高いことがより好ましい。なお溶湯が合金の溶湯の場合には前記「構成金属の融点」は合金の融点である。 In order to reliably prevent the molten metal from solidifying, it is preferable that the temperature T is at least 50°C higher than the melting point of the constituent metals of the molten metal, and it is more preferable that the temperature T is 50 to 350°C higher than the melting point of the constituent metals in consideration of the load on the furnace and heat costs. Note that when the molten metal is an alloy, the "melting point of the constituent metals" is the melting point of the alloy.
＜金属Ｍ＞
加熱溶融され温度Ｔで保持される原料金属は、有機化合物を含む金属Ｍを含む。この金属Ｍの例としては、粉末の流動性向上などのために有機化合物で表面処理された金属粉末や、樹脂が付着ないしコーティング等された金属塊といった、表面に有機化合物が付着した金属が挙げられる。
<Metal M>
The raw metal that is heated and melted and held at temperature T includes a metal M containing an organic compound. Examples of this metal M include metals with an organic compound attached to the surface, such as metal powders that have been surface-treated with an organic compound to improve the flowability of the powder, and metal chunks to which resin is attached or coated.
前記有機化合物で表面処理された金属粉末は、代表的には［発明が解決しようとする課題］の項で説明した、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法で製造され、有機化合物で表面処理がされた金属粉末のうち分級で排除された分級残であり、これにおける有機化合物は、例えば、炭素数が２～３６のアルコール、アミン、脂肪酸又はチオールである。また表面処理の態様の例としては、金属粉末と（固体又は液体である）有機化合物とを混合することで実施する態様や、金属粉末と有機化合物とを液中で混合することで実施する態様や、金属粉末と有機化合物とを反応させて、有機化合物を金属粉末に化学的に結合させることで実施する態様がある。 The metal powder surface-treated with the organic compound is typically produced by the gas atomization method or water atomization method described in the section [Problems to be Solved by the Invention], and is the residue removed during classification from the metal powder surface-treated with an organic compound. The organic compound is, for example, an alcohol, amine, fatty acid, or thiol having 2 to 36 carbon atoms. Examples of surface treatment modes include mixing the metal powder with an organic compound (solid or liquid), mixing the metal powder with an organic compound in a liquid, and reacting the metal powder with the organic compound to chemically bond the organic compound to the metal powder.
上記樹脂が付着ないしコーティング等された金属塊の例としては、廃棄された電気製品や電子部品をリサイクルして製造したものが挙げられる。これらは「ナゲット」などと呼称されているが、安価であることから溶湯の調製原料として好適である。樹脂は有機化合物であり、この金属塊を溶湯の調製原料として使用した場合にも湯ブレや出湯ノズルの詰まりが発生し得るが、本発明の適用により、これらの発生を抑制して、アトマイズの長期の連続操業が可能である。 Examples of metal blocks with the above-mentioned resin attached or coated thereon include those produced by recycling discarded electrical products and electronic components. These are called "nuggets" and are suitable as raw materials for preparing molten metal because they are inexpensive. Resin is an organic compound, and when these metal blocks are used as raw materials for preparing molten metal, melting and clogging of the discharge nozzle can occur. However, by applying the present invention, these occurrences can be suppressed, making it possible to perform long-term continuous operation of the atomizer.
以上説明した、有機化合物を含む金属Ｍの炭素含有量は、前記有機化合物の量の指標となるものであり、特に制限されないが、例えば０．０１～０．３質量％であり、湯ブレ等が発生しやすく本発明を適用することでこれらを好適に抑制できることから、好ましくは０．０２～０．２質量％である。金属Ｍ中の有機化合物量は（炭素換算で）代表的にはこの程度であるので、本発明の実施により発生する二酸化炭素等のガスの量は少量である。 The carbon content of metal M containing organic compounds as described above is an index of the amount of the organic compounds, and is not particularly limited, but is, for example, 0.01 to 0.3 mass%, and is preferably 0.02 to 0.2 mass%, since melting and other problems are likely to occur and can be suitably suppressed by applying the present invention. Since the amount of organic compounds in metal M (converted into carbon) is typically around this level, the amount of gases such as carbon dioxide generated by implementing the present invention is small.
本発明の金属粉末の製造方法の実施の形態において、原料金属としては、以上説明した有機化合物を含む金属Ｍだけを用いてもよいし、これと有機化合物を実質的に含まない金属を混合したものでもよい。溶湯原料における金属Ｍの使用割合（原料金属全体に占める割合）は、金属Ｍの使用によるコストメリットの観点から好ましくは５～１００質量％であり、より好ましくは１０～１００質量％であり、更に好ましくは３０～１００質量％である。 In an embodiment of the method for producing metal powder of the present invention, the raw metal may be only the metal M containing the organic compound described above, or it may be a mixture of this and a metal that does not substantially contain organic compounds. From the viewpoint of the cost benefits of using the metal M, the proportion of the metal M used in the molten metal raw material (proportion of the total raw metal) is preferably 5 to 100 mass%, more preferably 10 to 100 mass%, and even more preferably 30 to 100 mass%.
＜酸化性ガスの吹き込み＞
上記で説明した温度Ｔに溶湯を保持しながら、溶湯中に酸化性ガスを吹き込むことで、上記の通り、有機化合物（又はその分解物）が二酸化炭素等のガスとなって、溶湯から離脱していくものと考えられる。これにより、分級残のような有機化合物を含む金属Ｍを溶湯原料として利用したアトマイズにおいて、湯ブレや出湯ノズルの詰まりの発生が抑制され、長期の連続操業が可能となる。
<Injection of oxidizing gas>
It is believed that by blowing an oxidizing gas into the molten metal while maintaining the molten metal at the temperature T described above, the organic compounds (or their decomposition products) become gases such as carbon dioxide and are released from the molten metal, as described above. This makes it possible to suppress the occurrence of melt shaking and clogging of the discharge nozzle in atomization using metal M containing organic compounds, such as classification residue, as a molten metal raw material, and to operate continuously for a long period of time.
酸化性ガスは酸素を含む。酸化性ガスは酸素１００％のガスでもよいし、酸素と他のガスの混合ガスでもよい。他のガスは酸素の酸化作用を邪魔せず、溶湯に対して不活性であれば特に制限されない。なお溶湯を調製したり出湯する炉の素材としては耐熱性や原料金属との反応性の観点からカーボンが使用される場合（カーボンるつぼ）もあるが、この場合に酸素１００％のガスを使用すると、ガスによって炉の内面が摩耗する可能性がある。酸化性ガスは、有機化合物を溶湯から除去する観点と、炭素を含む素材で形成された炉を使用する場合にその摩耗を防止する観点から、酸素を５～５０体積％含むことが好ましく、８～４０体積％含むことがより好ましい。大気はこの条件を満たし、また安価であることから非常に好ましい。 The oxidizing gas contains oxygen. The oxidizing gas may be 100% oxygen gas or a mixture of oxygen and other gases. There are no particular restrictions on the other gases as long as they do not interfere with the oxidizing action of oxygen and are inert to the molten metal. In addition, carbon may be used (carbon crucible) as a material for the furnace in which the molten metal is prepared and poured from the viewpoint of heat resistance and reactivity with the raw metal. In this case, if 100% oxygen gas is used, the inner surface of the furnace may be worn by the gas. From the viewpoint of removing organic compounds from the molten metal and from the viewpoint of preventing wear when using a furnace made of a material containing carbon, the oxidizing gas preferably contains 5 to 50 volume % oxygen, and more preferably contains 8 to 40 volume % oxygen. Air satisfies this condition and is very preferable because it is inexpensive.
酸化性ガスの使用量は、有機化合物を全て除去する観点から、金属Ｍが含む有機化合物全量を酸化するのに必要な理論量を１００％としたときに、１００％以上の量とすることが好ましい。なお、溶湯の構成金属が、例えば銀などの非常に酸化されにくい金属である場合には、前記理論量に対して過剰量の酸化性ガスを吹き込めば、有機化合物の除去が万全となる（酸化性ガスの使用量の上限は特に無い）。一方前記構成金属が（温度Ｔにおいて炭素よりは酸化されにくいものの）酸化されやすい金属である場合には、前記理論量を１００％としたときに、８０～１２０％の量の酸化性ガスを吹き込むことが好ましく、９０～１１０％の量の酸化性ガスを吹き込むことがより好ましい。湯ブレや出湯ノズルの詰まりの抑制を重視する場合は吹き込み量を理論量の１００％以上とすることが望ましく、構成金属の酸化防止を重視する場合は吹き込み量を理論量の１００％以下とすることが望ましい。 From the viewpoint of removing all organic compounds, the amount of oxidizing gas used is preferably 100% or more of the theoretical amount required to oxidize all organic compounds contained in the metal M. In addition, if the constituent metal of the molten metal is a metal that is very difficult to oxidize, such as silver, the organic compounds can be completely removed by blowing in an amount of oxidizing gas in excess of the theoretical amount (there is no particular upper limit to the amount of oxidizing gas used). On the other hand, if the constituent metal is a metal that is easily oxidized (although it is less oxidized than carbon at temperature T), it is preferable to blow in an amount of 80 to 120% of the theoretical amount, and more preferably 90 to 110% of the theoretical amount. When emphasis is placed on preventing melting and clogging of the melting nozzle, it is preferable to blow in an amount of 100% or more of the theoretical amount, and when emphasis is placed on preventing oxidation of the constituent metal, it is preferable to blow in an amount of 100% or less of the theoretical amount.
なお、前記の理論量は、予め金属Ｍの炭素含有量を測定しておき、この炭素を全て一酸化炭素又は二酸化炭素にするのに必要な量として求められるものとする。上述の通り、一酸化炭素の生成自由エネルギーは、温度の上昇とともに小さくなり、７００℃程度で二酸化炭素の生成自由エネルギーと同じになり、更に高温では二酸化炭素の生成自由エネルギーより小さくなる。以上から、前記の理論量は、温度Ｔが７００℃以下の場合は金属Ｍが含む炭素の全てを二酸化炭素に変換するのに必要な量とし、温度Ｔが７００℃を超える場合には金属Ｍが含む炭素の全てを一酸化炭素に変換するのに必要な量とする。 The theoretical amount is calculated by measuring the carbon content of metal M in advance and calculating the amount required to convert all of this carbon into carbon monoxide or carbon dioxide. As mentioned above, the free energy of carbon monoxide formation decreases with increasing temperature, becoming the same as the free energy of carbon dioxide formation at about 700°C, and becoming smaller than the free energy of carbon dioxide formation at higher temperatures. From the above, the theoretical amount is the amount required to convert all of the carbon contained in metal M into carbon dioxide when temperature T is 700°C or lower, and is the amount required to convert all of the carbon contained in metal M into carbon monoxide when temperature T exceeds 700°C.
溶湯の調製及び酸化性ガスの吹き込みは、いずれも、大気圧下、加圧下、減圧下のいずれの条件で実施してもよい。コストの点からは大気圧下での実施が好ましい。 The preparation of the molten metal and the injection of the oxidizing gas may be carried out under atmospheric pressure, pressurized pressure, or reduced pressure. From the standpoint of cost, it is preferable to carry out the process under atmospheric pressure.
＜流体の吹き付け＞
所定温度Ｔで酸化性ガスを吹き込まれた溶湯を、例えば炉の出湯ノズルから落下させ、落下する溶湯の流れに流体を吹き付けることで、溶湯を粉砕・凝固して金属粉末を得る。
<Spraying fluid>
The molten metal into which an oxidizing gas has been blown at a predetermined temperature T is dropped, for example, from a discharge nozzle of a furnace, and a fluid is sprayed onto the falling flow of the molten metal, thereby pulverizing and solidifying the molten metal to obtain metal powder.
なお酸化性ガス吹込み後に当該ガスが溶湯の上部の空間に存在する場合、これが溶湯に溶け込んで金属酸化物を形成する場合があるので、溶湯の上部空間を非酸化性ガス（例：Ｈｅ、ＡｒやＮ２などの不活性ガス、Ｈ２やＣＯなどの還元性ガス）でパージした後に溶湯を落下させてもよい。 If the oxidizing gas is present in the space above the molten metal after being blown in, it may dissolve in the molten metal and form metal oxides. Therefore, the space above the molten metal may be purged with a non-oxidizing gas (e.g., an inert gas such as He, Ar, or N2 , or a reducing gas such as H2 or CO) before the molten metal is dropped.
落下する溶湯の流れに吹き付ける流体としては、水や、溶湯の融点未満の温度のガスが挙げられる。ガスは溶湯に対して不活性である必要がある。 Fluids that can be sprayed onto the falling stream of molten metal include water or a gas at a temperature below the melting point of the molten metal. The gas must be inert to the molten metal.
流体を吹き付ける際の溶湯の温度は、粘度を低くして流体による粉砕力を高めて微細な金属粉末を得る観点と、炉にかかる負担や熱コストの観点から、溶湯の融点より５０～８００℃高いことが好ましく、１００～７００℃高いことがより好ましい。なお溶湯の融点について、溶湯が合金溶湯である場合は、溶湯の融点はその合金の融点であるものとする。 The temperature of the molten metal when spraying the fluid is preferably 50 to 800°C higher than the melting point of the molten metal, and more preferably 100 to 700°C higher, from the viewpoint of obtaining fine metal powder by lowering the viscosity and increasing the crushing force of the fluid, and from the viewpoint of the burden on the furnace and heat costs. Regarding the melting point of the molten metal, if the molten metal is an alloy molten metal, the melting point of the molten metal is the melting point of that alloy.
流体の吹き付けは、大気雰囲気で行ってもよいが、溶湯及び形成される金属粉末の酸化を抑制する観点から、非酸化性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。非酸化性ガス雰囲気としては、例えば、Ｈｅ、ＡｒやＮ２などの不活性ガス、Ｈ２やＣＯなどの還元性ガスが挙げられる。 The fluid may be sprayed in an air atmosphere, but in order to prevent oxidation of the molten metal and the resulting metal powder, it is preferable to spray the fluid in a non-oxidizing gas atmosphere, such as an inert gas such as He, Ar, or N2 , or a reducing gas such as H2 or CO.
＜その他の工程＞
本発明の金属粉末の製造方法においては、以上説明した流体の吹き付けにより得られた金属粉末に対して、以下の任意工程を実施してもよい。
<Other processes>
In the method for producing metal powder of the present invention, the metal powder obtained by spraying the fluid described above may be subjected to the following optional steps.
（固液分離工程）
流体が水などの液体である場合には、金属粉末が液体中に分散したスラリーが得られる。このスラリーを固液分離することにより、金属粉末を回収する。固液分離の手法としては従来公知のものを特に制限なく採用することができ、例えばフィルタープレスなどを用いて前記スラリーを加圧ろ過すればよい。なお回収した金属粉末は洗浄してもよい。
(Solid-liquid separation process)
When the fluid is a liquid such as water, a slurry in which the metal powder is dispersed in the liquid is obtained. The slurry is subjected to solid-liquid separation to recover the metal powder. As a method for solid-liquid separation, a conventionally known method can be adopted without particular limitation, and for example, the slurry may be subjected to pressure filtration using a filter press or the like. The recovered metal powder may be washed.
（乾燥工程）
固液分離工程で得られた金属粉末を乾燥させてもよい。乾燥は室温（２５℃）で実施してもよく、乾燥速度向上の観点から高温（４０～１２０℃）で実施してもよい。また乾燥は大気圧下で実施してもよいが、乾燥速度向上の観点から、大気圧に対して－０．０５ＭＰａ以下の減圧環境で乾燥を実施してもよい。真空環境（－０．０９５ＭＰａ以下）で乾燥を実施してもよい。
(Drying process)
The metal powder obtained in the solid-liquid separation step may be dried. Drying may be performed at room temperature (25°C), or at a high temperature (40 to 120°C) from the viewpoint of improving the drying speed. Drying may be performed under atmospheric pressure, but from the viewpoint of improving the drying speed, drying may be performed in a reduced pressure environment of -0.05 MPa or less relative to atmospheric pressure. Drying may also be performed in a vacuum environment (-0.095 MPa or less).
（解砕工程、表面処理工程、分級工程）
金属粉末を解砕したり分級したりして、その粒度分布を調整してもよい。解砕と同時に、又は解砕の前後に、金属粉末を有機化合物で表面処理してもよい。有機化合物の例としては、炭素数２～３６のアルコール、アミン、脂肪酸及びチオールが挙げられる。
(Crushing process, surface treatment process, classification process)
The metal powder may be crushed or classified to adjust the particle size distribution. The metal powder may be surface-treated with an organic compound either before or after crushing, or simultaneously with crushing. Examples of the organic compound include alcohols, amines, fatty acids, and thiols having 2 to 36 carbon atoms.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these examples. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the technical ideas described in the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.
［実施例１］
＜分級残（金属Ｍ）の発生＞
ショット銀を大気雰囲気中において１６００℃に加熱して溶解した溶湯をカーボンるつぼ底部の出湯ノズルから落下させながら、水アトマイズ装置により大気雰囲気中において水圧１０３ＭＰａ、水量１６０Ｌ／分でアトマイズ水を吹き付けて急冷凝固させた。得られたスラリーを固液分離し、固形物を水洗し、乾燥した。
[Example 1]
<Generation of Classification Residue (Metal M)>
The shot silver was heated to 1600°C in the air to melt the molten metal, which was then dropped from a nozzle at the bottom of a carbon crucible. While the molten metal was being dropped from the nozzle, atomized water was sprayed onto the molten metal at a water pressure of 103 MPa and a water rate of 160 L/min in the air by a water atomizer, so that the molten metal was rapidly cooled and solidified. The obtained slurry was subjected to solid-liquid separation, and the solid matter was washed with water and dried.
乾燥した固形物に、表面処理剤としてオレイン酸（固形物１００質量部に対して０．０６質量部）を加えて、固形物を解砕しながら、固形物に表面処理剤を混合して、オレイン酸で表面処理された銀粉を得た。 Oleic acid (0.06 parts by mass per 100 parts by mass of solid material) was added as a surface treatment agent to the dried solid material, and the solid material was mixed with the surface treatment agent while being crushed, to obtain silver powder surface-treated with oleic acid.
そして表面処理された銀粉を分級して、微粉側の粉として平均粒子径が３μｍの銀粉を得た。なお前記平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＹＭＰＡＴＥＣ社製のへロス粒度分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ（気流式の分散モジュール）））を使用して、分散圧５ｂａｒで測定した、体積基準の累積５０％粒子径である。 The surface-treated silver powder was then classified to obtain fine-powder silver powder with an average particle size of 3 μm. The average particle size was the cumulative 50% particle size on a volume basis measured at a dispersion pressure of 5 bar using a laser diffraction particle size distribution measuring device (SYMPATEC's HELOS & RODOS (airflow dispersion module)).
一方分級の副産物として、粗粉側の粒径の大きな銀粉（分級残（金属Ｍ））も発生した。この分級残の炭素含有量は、０．０８質量％だった。炭素含有量は、炭素・硫黄分析装置（株式会社堀場製作所製のＥＭＩＡ－２２Ｖ）により測定した。 On the other hand, as a by-product of the classification, silver powder with a large particle size on the coarse powder side (classification residue (metal M)) was also generated. The carbon content of this classification residue was 0.08% by mass. The carbon content was measured using a carbon/sulfur analyzer (EMIA-22V manufactured by Horiba, Ltd.).
＜分級残の再利用水アトマイズ＞
ショット銀２５．６７５ｋｇと、上記の操業で発生した分級残（金属Ｍ）１４．３２５ｋｇとをカーボンるつぼに仕込み（原料金属全体に占める金属Ｍの割合は約３５．８質量％）、大気雰囲気中において１２６０℃に加熱して溶融した。この溶湯の温度を１２６０℃に保持しながら（銀の融点は９６２℃）、耐熱性のスリーブを利用して、溶湯中の、溶湯の深さの半分より深い箇所に流量２Ｌ／ｍｉｎで空気を１５分間吹き込んだ。ここで使用したカーボンるつぼは、上記＜分級残の発生＞で使用したカーボンるつぼから取り換えた新品である。また溶湯の温度は、光ファイバー式温度計で実測した。
<Atomization of reusable water from classification residue>
25.675 kg of silver shot and 14.325 kg of classification residue (metal M) generated in the above operation were charged into a carbon crucible (the ratio of metal M to the total raw metals was about 35.8% by mass), and melted by heating to 1260°C in an air atmosphere. While maintaining the temperature of this molten metal at 1260°C (the melting point of silver is 962°C), air was blown into the molten metal at a flow rate of 2 L/min for 15 minutes at a location deeper than half the depth of the molten metal using a heat-resistant sleeve. The carbon crucible used here was a new one that had been replaced with the carbon crucible used in the above <Generation of classification residue>. The temperature of the molten metal was measured using an optical fiber thermometer.
また、空気の吹き込みによる酸素の供給量は、上記分級残に含まれる炭素（０．０８質量％）の全てが一酸化炭素に変換されると仮定した場合の、その変換に必要な酸素の量に対して大過剰な量である。また１２６０℃における、銀の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＭと炭素の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＣとの差（ΔＧＭ－ΔＧＣ）は、約５００ｋＪ／ｍｏｌＯ２である。なお、１２６０℃におけるΔＧＭは約０ｋＪ／ｍｏｌＯ２で、１２６０℃における炭素の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＣは、一酸化炭素の生成自由エネルギーであって、約－５００ｋＪ／ｍｏｌＯ２である。 Furthermore, the amount of oxygen supplied by blowing in air is in large excess over the amount of oxygen required for the conversion, assuming that all of the carbon (0.08% by mass) contained in the classification residue is converted to carbon monoxide. Furthermore, the difference (ΔG M - ΔG C ) between the free energy of formation ΔG M of silver oxide and the free energy of formation ΔG C of carbon oxide at 1260°C is approximately 500 kJ/molO 2. Note that ΔG M at 1260°C is approximately 0 kJ/molO 2 , and the free energy of formation ΔG C of carbon oxide at 1260°C is the free energy of formation of carbon monoxide, which is approximately -500 kJ/molO 2 .
空気の吹き込みを停止し、溶湯の上部の空間にＮ２ガスを流量１０Ｌ／ｍｉｎで吹き込み、このＮ２パージを５分実施した後、以下の水アトマイズを開始した。 The blowing of air was stopped, and N2 gas was blown into the space above the molten metal at a flow rate of 10 L/min. This N2 purging was carried out for 5 minutes, after which the following water atomization was started.
溶湯（温度：１２６０℃）をカーボンるつぼ底部の出湯ノズルから落下させながら、水アトマイズ装置により大気雰囲気中において水圧１０３ＭＰａ、水量１６０Ｌ／分でアトマイズ水を吹き付けて急冷凝固させた。得られたスラリーは、上記と同様に固液分離、水洗、乾燥、解砕しながらの表面処理、そして分級した。 The molten metal (temperature: 1260°C) was dropped from the outlet nozzle at the bottom of the carbon crucible, and was rapidly cooled and solidified by spraying atomized water at a water pressure of 103 MPa and a water rate of 160 L/min in an air atmosphere using a water atomizer. The resulting slurry was subjected to solid-liquid separation, water washing, drying, surface treatment while crushing, and classification in the same manner as above.
以上の一連の操業を、カーボンるつぼを取り換えずに同じもので繰り返し実施したところ（ショット銀と分級残（金属Ｍ）の使用量は毎回２５．６７５ｋｇと１４．３２５ｋｇとした）、４回（４バッチ）実質的な問題なく実施することができた（わずかな湯ブレはあったものの、すべての溶湯をカーボンるつぼ底部の出湯ノズルから出し切ることができた）。 The above series of operations was repeated using the same carbon crucible without replacing it (the amounts of silver shot and classification residue (metal M) used were 25.675 kg and 14.325 kg each time), and it was possible to carry out the operation four times (four batches) without any substantial problems (although there was some slight melt shaking, all of the molten metal was able to be discharged from the discharge nozzle at the bottom of the carbon crucible).
［実施例２～４］
ショット銀と分級残（金属Ｍ）の使用量を下記表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして、同じカーボンるつぼを使用しての水アトマイズ繰り返し操業を実施した。結果、いずれの例においても、４回実質的な問題なく水アトマイズの操業を実施することができた。
[Examples 2 to 4]
Except for changing the amounts of silver shot and classification residue (metal M) used as shown in the following Table 1, repeated water atomization operations were carried out using the same carbon crucible in the same manner as in Example 1. As a result, in each example, water atomization operations could be carried out four times without any substantial problems.
［比較例１］
ショット銀の使用量を２６．１ｋｇ、分級残（金属Ｍ）の使用量を１３．９ｋｇとし、溶湯中への空気吹込みを実施せずに直ちに水アトマイズ（溶湯温度：１２６０℃、水圧：１５０ＭＰａ、水量：１６０Ｌ／分）を実施した以外は、実施例１と同様にして、同じカーボンるつぼを使用しての水アトマイズ繰り返し操業を実施した。その結果、４回目にして湯ブレ及び出湯ノズルの詰まりが発生した。
[Comparative Example 1]
The amount of silver shot used was 26.1 kg, the amount of classification residue (metal M) used was 13.9 kg, and water atomization (molten metal temperature: 1260° C., water pressure: 150 MPa, water amount: 160 L/min) was performed immediately without blowing air into the molten metal. Except for this, repeated water atomization operations were performed using the same carbon crucible in the same manner as in Example 1. As a result, melt runout and clogging of the molten metal outlet nozzle occurred after the fourth run.
Claims (4)
前記原料金属が、表面処理により炭素を含む有機化合物で被覆され、銀、銅、鉄、ニッケルおよび錫から選択される金属粉末のうち分級により排除された分級残である金属Ｍを含み、前記金属Ｍにおける前記有機化合物に由来する炭素含有量が０．０１～０．３質量％であり、
前記溶湯の温度を、下記条件（１）を満足する温度Ｔに保持しながら、当該溶湯中に酸化性ガスを吹き込んだ後に溶湯を落下させる、金属粉末の製造方法：
（１）温度Ｔにおける前記溶湯の構成金属の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＭが、温度Ｔにおける炭素の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＣよりも大きい。 A method for producing metal powder comprising the steps of heating and melting a raw metal to produce a molten metal, dropping the molten metal, and spraying a fluid onto the falling flow of the molten metal to pulverize and solidify the molten metal to obtain a metal powder, the method comprising the steps of:
the raw metal is coated with an organic compound containing carbon by surface treatment, and contains a metal M which is a residue that is removed by classification from a metal powder selected from silver, copper, iron, nickel, and tin, and the carbon content derived from the organic compound in the metal M is 0.01 to 0.3 mass %,
a method for producing a metal powder, comprising blowing an oxidizing gas into the molten metal while maintaining the temperature of the molten metal at a temperature T that satisfies the following condition (1), and then dropping the molten metal:
(1) The free energy ΔG M of formation of oxides of the constituent metals of the molten metal at temperature T is greater than the free energy ΔG C of formation of oxides of carbon at temperature T.
前記原料金属が、表面処理により炭素を含む有機化合物で被覆され、銀、銅、鉄、ニッケルおよび錫から選択される金属粉末のうち分級により排除された分級残である金属Ｍを含み、前記金属Ｍにおける前記有機化合物に由来する炭素含有量が０．０１～０．３質量％であり、
前記溶湯の温度を、下記条件（１）を満足する温度Ｔに保持しながら、当該溶湯中に酸化性ガスを吹き込んだ後に溶湯を落下させる、金属粉末の製造方法：
（１）前記溶湯の構成金属の９２質量％以上の金属について、温度Ｔにおける該金属の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＭが、温度Ｔにおける炭素の酸化物の生成自由エネルギーΔＧＣよりも大きい。 A method for producing metal powder comprising the steps of heating and melting a raw metal to produce a molten metal, dropping the molten metal, and spraying a fluid onto the falling flow of the molten metal to pulverize and solidify the molten metal to obtain a metal powder, the method comprising the steps of:
the raw metal is coated with an organic compound containing carbon by surface treatment, and contains a metal M which is a residue that is removed by classification from a metal powder selected from silver, copper, iron, nickel, and tin, and the carbon content derived from the organic compound in the metal M is 0.01 to 0.3 mass %,
a method for producing a metal powder, comprising blowing an oxidizing gas into the molten metal while maintaining the temperature of the molten metal at a temperature T that satisfies the following condition (1), and then dropping the molten metal:
(1) For 92 mass % or more of the constituent metals of the molten metal, the free energy of formation ΔG M of the oxide of the metal at temperature T is greater than the free energy of formation ΔG C of the oxide of carbon at temperature T.
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