JPH10503806A - 分散性液体材料のアトマイズ方法 - Google Patents

分散性液体材料のアトマイズ方法

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JPH10503806A
JPH10503806A JP8501766A JP50176696A JPH10503806A JP H10503806 A JPH10503806 A JP H10503806A JP 8501766 A JP8501766 A JP 8501766A JP 50176696 A JP50176696 A JP 50176696A JP H10503806 A JPH10503806 A JP H10503806A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、分散性液体材料または分散性液体材料の混合物のアトマイズ方法であって、分散性液体材料(3)または分散性液体材料の混合物が、固体粒子(6)の少なくとも一つの流れを吹き付けることによって、粒子(7)の形状に分散され、粒子(7)はそれらの粒子または前記材料上に全体的に被覆した結果として反応性となり、且つ粒子(7)が受容媒体に集中させられることを特徴とするアトマイズ方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 分散性液体材料のアトマイズ方法 本発明は分散性液体材料または分散性液体材料の混合物をアトマイズする方法 に関する。 現在、大部分の金属粉末は種々のアトマイズ方法によって製造される。基礎と なる基本方法はしばしば同一である。すなわち、分散機に置かれた液体金属がノ ズルを通して押し出され、ガスの急速運動または液体の流れによって粒子の形に 分散させ薄い噴流を得る。 3種類のアトマイズ方法に区別される。第1の種類は、ほとんどの場合液体金 属が鋳造のときにアトマイズされる。特に、この方法は、液体の粒子への分散が 回転するディスクの機械的動きによってなされるが、一般に、アトマイズは、大 きな圧力差による液体の爆発により真空中で及び空気、ガス、水によって行われ る。固体粒子の吹き付けも言及されているが、今までのところ分散性液体材料の 凝集にまたは分散性液体材料の投入に限定されいる。 別の方法がごく最近開発された。これは、二つの変種にしたがい適用される遠 心力によりアトマイズされる。すなわち、溶融電極が粒子を得るために出発材料 を形成するか、または液体を有する分散機を回転させて、設備の冷却された壁に 対して小滴の形状で液体の放出をし、すなわち、回収されて粉末となる。 最後の種類は、超音波、振動電極及び回転する冷却されたロールを使用する方 法からなる。 先行技術に示される既知のアトマイズ方法は意味ある利点を示し、良好な純度 と能率的に制御した組成とを有する非常に密集し均質な粒子が特に得られにもか かわらず、ほとんどの場合は、それらは 、同時に制御するために複数の因子を必要とし、この方法の使用を難しくする。 したがって、このアトマイズ方法は装置の幾何形状で決定される。すなわち、 オリフィスの直径(したがって、流体噴流の直径)、アトマイズする物質を放出 するトイヤーの幾何形状(流れの速度)、噴流と流れのあいだに形成される角度 、粒子の通路長さ及び噴流と流れのあいだの距離である。これらのすべての拘束 は、液体金属の浴の制御及び適切な検知をするために、十分な金属学知識を必要 とする。 さらにそのうえに、金属のアトマイズは、溶融小滴の急速冷却の間に起こる変 態課題が存在する。すなわち、ある合金、例えばCu/Pbの場合、偏析により 小滴の芯に複数の可溶性の相が顕れる。組成の相違は異なる粒子サイズにも顕れ る。 さらにそのうえに、固体粒子形状を維持しているあいだに、1〜25mmの範 囲の区分を得るには、水と激しく反応する金属(例えば、ジルコニウム)をアト マイズすることがたびたび困難となる。 水噴射を加えることは、シリコン、アルミニウム及びそれらの合金のような軽 量の溶融材料に対しては困難であり、水とのアトマイズは効果的でないことが判 明した。これらの双方の場合において、洗練され経済的なガスを用いたアトマイ ズ技術に訴えることが必要である。 空気またはガスを使用するアトマイズの場合、急速冷却は粒子にガスの吸蔵を させることもできる。幾つかの合金の場合、焼き入れ組織さえも観察され、それ らが形成される以前に粉末を再加熱する必要が生じる。 最終的に、粒子サイズスペクトルは一般的に非常に広く、多くの均一粒子サイ ズの製造は、包含する方法では非常に厳しい制御を必 要とする。 したがって、本発明の一つの目的は、分散性液体材料をアトマイズするための 方法を提供することであり、先行技術の既知の方法の欠点または制限を克服する 。 さらに具体的には、本発明の目的は、分散性液体材料をアトマイズするための 方法を提供することであり、得られた粒子の大きさを制御することが可能であり 且つ粒子サイズスペクトルを限定することが可能であり、使用される分散性材料 がどんな物でもさらに均一な粒子サイズを得られるようにする。 本発明の別の目的は、微細な粒子、特に、0.02〜0.6mmの直径を得る ことが可能となり、良好なエネルギー効率と高生産性効率を有するような方法を 提供することである。 本発明の別の目的は、これらの粒子が完全にアトマイズされること可能にする ように、アトマイズされる液体材料が急速冷却されな方法を提供することである 。 本発明の別の目的は、低価格で0.5〜25mmの粒子サイズ範囲で、軽量分 散性液体材料をアトマイズすることを可能にすることである。 本発明の別の目的は、組み立てにおいて、使用が簡単で、信頼でき、汚染され なく且つエネルギーが経済的な方法を提供することである。 このため、本発明は分散性液体材料または分散性液体材料の混合物のアトマイ ズ方法であって、分散性液体材料または分散性液体材料の混合物が、固体粒子の 少なくとも一つの流れを吹き付けることによって、粒子の形状に分散され、粒子 はそれらの粒子または前記材料上に全体的に被覆した結果として反応性となり、 且つ分散性材料の上記粒子が受容媒体に集中させられることを特徴とするアトマ イズ方法に関する。 もう一つの特徴にしたがい、固体粒子の表面の膜または小滴は、それらの蒸発 、それらの昇華、激しく爆発性の化学反応または電気及び/または磁気的相互作 用の結果として、分散性液体材料に近接または接触して反応性となる。 本発明にしたがう方法は、それら自体によって与えられ、組み合わせまたは任 意に次の特徴を有する。すなわち、固体粒子の流れが、分散性液体材料(3)の 浴の表面に、上記材料の浴の溢れによる流出流に、または上記材料の噴流に、オ リフィスまたはその類似物を通る流出流によって得られ、上記材料の浴に浸漬し て吹き付けられる。本発明にしたが方法は、遠心力、爆発または類似の方法によ って、真空の下で、円錐、板またはドラムの上で水、ガスを使用する工程からな る付加的工程を備え、この付加的方法は本発明にしたがう方法の前後に行うこと ができる。 本発明の別の特徴及び利点は、添付された図面を参照し次の記載を読んで明ら かにされる。 −図1は、本発明に従う方法に使用するための設備の第1に選択した形状の断 面図である。 −図2は、本発明に従う方法に使用するための設備の第2に選択した形状の断 面図である。 −図3は、本発明に従う方法に使用するための設備の第3に選択した形状の断 面図である。 −図4は、本発明に従う方法に使用するための設備の第4に選択した形状の断 面図である。 −図5は、本発明に従う方法に使用するための設備の第5に選択した形状の断 面図である。 −図6は、本発明に従う方法に使用するための設備の第6に選択 した形状の断面図である。 −図7は、後述の実施例2を説明する断面図である。 本発明は、したがって、分散性液体材料をアトマイズする方法に関する。この 記載において、分散性液体材料は、周囲温度または周囲温度より高温で液体とな る材料のいずれをも意図するものである。このような材料は、栄養、調剤、化粧 、農業または同様の用途のために、水、金属、合金または合成物質(例えば、熱 可塑性樹脂)を特に含有する。分散性液体材料が金属であるこの場合に、金属は ジルコニウム、アルミニウム、シリコンまたはそれらの合金の1種からなる群か ら選択してもよい。また、この材料は混合物の形状でもよい。前述またはこの後 述のこの記載において、「分散性液体材料」は単一材料であるかまたは混合物材 料であると解釈する。 便宜上、次の記載においては、分散性液体材料として鋼を参照するが、本発明 の方法はそのような材料に限定されるものではないと理解すべきである。 本発明の方法に使用される設備に選択した形状は図1から図6に示す。アトマ イズの分野において通常であるこのような設備は、分散性液体材料3を運搬し且 つ分散装置またはタンディシュ2を上方に吊り下げることを意図するチャンネル 1を備える。 本発明にしたがうアトマイズ方法は、反応性固体粒子の少なくとも一つの流れ を上記材料に吹き付けることにより、分散性液体材料3が粒子7の形状で分散さ れ且つ上記粒子7が受容媒体に集中させられることを特徴とする。 ここでは反応性固体粒子6は、完全に或いは部分的に被覆される固体粒子であ り、分散性液体材料3にそれらを吹き付ける以前または吹き付けているあいだに 、いくぶん薄い層またはいくぶん細かい滴または小滴で、その滴または小滴の特 性が液体材料のその場分散 を増加させ、それらの蒸発または昇華の結果としての急激膨張により、又は強烈 な及び/または爆発性の化学反応により、又は電気的及び/または磁気的作用に より被覆される。本発明の方法の利点をここで明白にする。すなわち、反応性固 体粒子の流れの通路としての緻密な網を作ることにより、分散材料の反応性の十 分な制御を得られて、分散材料の粒子径を完全に制御することが可能となる。そ れらの蒸発、それらの昇華、強烈な及び/または爆発性の化学反応、または又は 電気的及び/または磁気的作用の結果として、固体粒子の表面の膜または小滴は 、分散性液体材料に近接または接触して反応性となる。 後述の記載において、「固体粒子」と言う用語を引用するがこの用語は反応性 固体粒子全てを含むことと解釈する。 本発明の方法の別の利点は、用途に非常に大きな適用性がある。実際に、この 方法は、既に存在するアトマイズ設備のいずれの形式にも適合することができる 。既存設備に依存し且つ作業者が直面する仕様書に依存して、図1から図6に示 される選択された形式のいずれかが使用される。 既存するアトマイズ設備の大部分において、分散性液体材料がオリフィス4を 通って押し出され、例えば鋼の場合においてほぼ20mmより小さい直径または 厚さの薄い噴流5を得る。 本発明にしたがい、固体粒子6の流れは、オリフィス4(図1、2、4)を通 る上記材料の流出によって得られる分散性液体材料3の噴流5に吹き付けられる 。固体粒子6の流れの吹き付けは、液体材料の噴流5の円錐分散を実施すること も可能であり、噴流の通路に円錐13を間に置くことにより得られる。明らかに 、円錐13は、板またはドラムのような同等の手段によって置き換えることがで きる。 しかしながら、固体粒子6の流れの吹き付けは分散性液体材料の浴の溢れによ る流出流に実施することも可能であり、それぞれ図3と図5に示すように、分散 性液体材料の浴の表面で実施することも可能であり、且つ分散性液体材料の浴中 に浸漬して実施することも可能である。 本発明にしたがう方法は、遠心力、爆発または類似の方法によって、真空の下 で、円錐、板またはドラムの上で水、ガスを使用する慣用のアトマイズ工程から なる付加的工程を備えるとができる。この付加的工程は固体粒子6の流れの吹き つけの前後のいずれかで行うことができる。 すなわち、図4において分散性液体材料3の噴流5は、固体粒子6の流れによ って第1のアトマイズを受ける。この第1のアトマイズが、液体材料の混合物粒 子7、特に微細粒子と粗い粒子を製造する。その後この粗い粒子は、1.2バー ルより高い圧力は粒子を変形するので、ほぼ0.8〜1.2バールの圧力で水を 推進する水圧縮機10によって第2のアトマイズを受ける。 図5において、固体粒子6の流れを吹き付ける第1のアトマイズは、分散性液 体材料3の浴中に浸漬して実施する。アトマイズされた粒子はオリフィス4その 後ノズル11を通って通過し、且つ環状トイヤー12から発するガス(空気また は不活性ガス)流による第2のアトマイズを受ける。 本発明に従う方法の別に選択され形状を図6に示し、固体粒子6の流れの吹き つけによるアトマイズは、円錐13により実施される第1のアトマイズの後に行 われる。 前述の全てから、本発明にしたがう方法は、所望の結果とアトマイズ設備の環 境に関係する制約条件に依存して、使用にあったて非常に多くの適用性が提供さ れることを理解できる。固体粒子6の流 れは、分散性液体材料3の自由表面に関して斜めないし垂直入射角で吹き付けら れる。同じ種類のまたは異なる種類の固体粒子6の複数の流れが、連続してまた は同時に吹き付けることができる。使用する吹き付け手段にしたがって、固体粒 子6の流れを、液体材料の一点または長さまたは面積に吹き付けることが可能で ある。 固体粒子6の流れを吹き付けるための手段に関しては、その手段は重力を使用 する手段、タービン9またはその他適当な機械的手段を含み、タービン9を離れ る反応性固体粒子(6)の速度は好ましく20〜120m/sであり、使用する 吹きつけによって、または中へと、圧縮機に接続されたランス8によって流体が 特に0.5〜15バールの間の圧力を加え、それが推進する流体を可能にして、 分散性液体材料3の分散の一部分ともなる。例えば、水またはガスは考えられる 流体としてあげられる。 固体粒子6の流れを吹き付けるための手段は、電気的、磁気的または電磁気的 な飛沫同伴を使用するこれらを含む。 吹き付け因子に関しては、吹き付けられた固体粒子6の累積体積が、実質的に 分散される液体材料3の体積の百分の1から2倍までの値を有する。それらの一 部の速度、粒子の大きさ及び吹き付けエネルギーは、所望の分散関数すなわち作 ろうとする粒子の大きさの関数として制御される。同時に、固体粒子の反応性に よりバラバらになるこれらの因子は、固体粒子の付着または分散液体に付着しな いことを意味する。 特に明らかに、速度、吹き付けエネルギーは固体粒子の特性の関数でもある。 固体粒子の特性は分散性液体材料3のその特性と同一または相違してもよい。例 えば、それらは粉末製品であり、特に、限定はしないが、栄養、調剤、化粧、農 業または同様の用途のために、セラミック、金属、氷、固体二酸化炭素、合成物 質、砂、砂利 、化学粉末製品のビードまたは粉末のような粉末製品である。 本発明の実行可能な応用では、ショットが液体材料3の噴流5を分散するため に使用される。このショットは、先の鋳造または再循環回路構成する進行中の鋳 造から発生する。それは、アトマイズ前またはアトマイズ中に、例えば、水のカ ーテン14を通り抜けさせることにより水で湿潤される。 固体粒子6の流れは混合物の形であってもよい。 本発明にしたがい、分散が、固体粒子6の液化、蒸発または昇華現象により、 または上記被膜と分散性材料3の激しく爆発性の化学反応によって改良される。 本発明に従う方法を使用して得られるアトマイズされた液体材料の粒子7は、 粒子上で凝固した液体材料で被覆された粉末、小滴、ドロップ、線、固体粒子を 含み、この場合これらの全ての粒子は100mmより小さい直径を有する。組成 に関しては、分散性液体材料或いは分散性液体の混合物の組成、または固体粒子 6とのあいだの反応から発生する化学組成のいずれかであり、及び/または分散 液体材料及び/または受容媒体の同一特性または異なる特性である。 ここで本発明は二つの実施例を記載するが、いずれに限定するものでなく、こ の場合本発明に従う方法においては液体鋼が使用される。 実施例1: −分散性液体材料 : 鋼 鋳造噴出直径 : 15mm 鋳造噴出面積 : 176mm2 衝撃速度 : 4m/s 流量 : 3×105mm3/s −固体粒子 : WC 100 Round shot (Wheelabrator Allevard Company で製造販売) 直径 : 0.2〜0.6mm 速度 : 60m/s 流量 : 200g/s ランスを使用する吹き付け、 P=6バール、ストレートランス このように、アトマイズパラメーターを規定し、次の結果が得られる。すなわ ち、 0〜700μmの粒子径を有する42%の粒子、 1.5〜6mmの粒子径を有する45%の粒子、再度アトマイズをするこ とが可能、 実施例2(図7によって説明) −上記実施例1のそれと同一の分散性液体材料。 −固体粒子も同一であるが、ランス使用圧力はP=4バール、及び40m/s の粒子速度。 −ノズル端部と液体鋼の噴出(jet)の間に20mmの厚みの水カーテンの介在 。 少なくとも離散した粒子の回収は、水だけの第2の噴射(atomization)を使 用する(ほぼ1バールの圧力)。 この方法で次のものが得られる。すなわち、 −0〜700μmの粒子径を有する80%の粒子、 −700〜1200μmの粒子径を有する15%の粒子、 −広く散乱しないとはいえ、1200〜3000μmの粒子径を有する5 %の粒子が離散し、側面で回収は水噴出を使用する。 実施例3 −分散性液体材料 : ジルコニウム 課題 : 合金を製造するにおいて的確な添加を実施するために 材料を分割すること 鋳造噴出直径 : 15mm 鋳造噴出面積 : 176mm2 衝撃速度 : 3m/s 流量 : 4×105mm3/s −固体粒子 : ジルコニウムの小片(Cezus Company で研削に より製造且つ販売)、水で被覆 直径 : 0.5〜25mm 速度 : 30m/s 流量 : 100g/s タービンを使用する吹き付け : 250mmφ、 出口速度30m/s −アトマイズは、非常に的確な添加に使用できる0.5〜25mmのビード及 び粒子の形成となった。 実施例4 −分散性液体材料 : 金属シリコン 鋳造噴出直径 : 25mm 鋳造噴出面積 : 625mm2 衝撃速度 : 3m/s 流量 : 1.5×106mm3/s −固体粒子 : 液体窒素中で急冷された4〜20mmの丸い鋼 ショット 速度 : 40m/s 流量 : 350g/s タービンを使用する吹き付け : 250mmφ、 この方法にしたがい、この金属シリコン粒子は、急速冷却組織を備えた0.1 〜12mmの粒子径を有し、電子業界で興味がもたれる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG), AM,AU,BB,BG,BR,BY,CA,CN,C Z,DK,EE,FI,GE,HU,JP,KG,KP ,KR,KZ,LK,LR,LT,LV,MD,MG, MN,MX,NO,NZ,PL,RO,RU,SI,S K,TJ,TT,UA,US,UZ,VN

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.固体粒子(6)の少なくとも一つの流れを吹き付けることによる分散性液 体材料または分散性液体材料の混合物のアトマイズ方法であって、 前記固体粒子(6)が完全にまたは部分的に層または小滴で被覆され、 前記固体粒子(6)の表面にこのような小滴または層を形成する被覆材料は、 被覆された固体粒子(6)が前記分散性液体材料(3)と近接しまたは接触する 場合、被覆する物質の急激膨張により、前記分散性液体材料(3)のその場分散 を増加させる特性を有すること、 を特徴とする分散性金属材料または分散性金属材料の混合物のアトマイズ方法。 2.前記被覆する物質の急激膨張が、その昇華または蒸発に相当することを特 徴とする請求項1記載の方法。 3.反応性の固体粒子(6)の前記流れが、分散性液体材料(3)の浴の表面 に吹き付けられることを特徴とする請求項1記載の方法。 4.反応性の固体粒子(6)の前記流れが、分散性液体材料(3)の浴の溢れ による流出流に吹き付けられることを特徴とする請求項1記載の方法。 5.反応性固体粒子(6)の前記流れが、オリフィス(4)またはその類似物 による前記材料の流出流によって得られた分散性液体材料(3)の噴流に吹き付 けられることを特徴とする請求項1記載の方法。 6.反応性固体粒子(6)の前記流れが、分散性液体材料(3) の浴中に浸漬して吹き付けられることを特徴とする請求項1に記載の方法。 7.反応性固体粒子(6)の流れを吹き付けることによりアトマイズした前記 液体材料(3)の遠心力、爆発または類似方法によって、真空の下で、円錐、板 またはドラムの上に水、ガスを使用するアトマイズ工程からなる付加的工程を含 んでなることを特徴とする請求項1〜6項のいずれか1項に記載の方法。 8.前記分散性液体材料(3)が、遠心力、爆発または類似方法よって、真空 の下で、円錐、板またはドラムの上に水、ガスを使用するアトマイズを介して分 散され、その後反応性固体粒子(6)の流れの少なくとも一つが前記分散材料へ と吹き付けられることを特徴とする請求項1〜6項のいずれか1項に記載の方法 。 9.前記反応性固体物質(6)と前記分散性液体材料(3)とは、特性が同一 であるかまたは異なることを特徴とする請求項1〜8項のいずれか1項に記載の 方法。 10.前記反応性固体粒子(6)の流れが、前記分散性液体材料(3)の自由 表面に関して斜めないし垂直入射角を有することを特徴とする請求項1〜9項の いずれか1項に記載の方法。 11.同様の特性または異なる特性の反応性固体粒子(6)の複数の流れが、 連続してまたは同時に吹き付けられることを特徴とする請求項1〜10項のいず れか1項に記載の方法。 12.前記反応性固体粒子(6)の流れが、前記液体材料の点または長さまた は面積に吹き付けられることを特徴とする請求項1〜11項のいずれか1項に記 載の方法。 13.前記反応性固体粒子(6)の流れが、所望する分散に適した速度とエネ ルギーで吹き付けられることを特徴とする請求項1〜12項のいずれか1項に記 載の方法。 14.前記吹き付けられた反応性固体粒子(6)の累積体積が、実質的に分散 される前記液体材料(3)の体積の百分の1から2倍までの量であることを特徴 とする請求項1〜13項のいずれか1項に記載の方法。 15.前記反応性固体粒子(6)の流れが、重力を使用して吹き付けられるこ とを特徴とする請求項1〜14項のいずれか1項に記載の方法。 16.前記反応性固体粒子(6)の流れが、タービンまたは他のいずれかの適 切な機械的手段によって吹き付けられることを特徴とする請求項1〜15項のい ずれか1項に記載の方法。 17.前記タービンを離れる前記反応性固体粒子(6)の速度が、120〜2 0m/sであることを特徴とする請求項16に記載の方法。 18.前記反応性固体粒子(6)の流れが、流体中のまたは流体による推進に よって吹き付けられることを特徴とする請求項1〜14項のいずれか1項に記載 の方法。 19.推進流体は、前記液体材料(3)の分散に加わることを特徴とする請求 項18に記載の方法。 20.前記推進流体の圧力が、0.5〜15バールであることを特徴とする請 求項18または19項に記載の方法。 21.前記反応性固体粒子(6)が、電気的、磁気的または電磁気的な飛沫同 伴によって吹き付けられることを特徴とする請求項1〜14項のいずれか1項に 記載の方法。 22.前記反応性固体粒子(6)が、粉末状製品から選択されることを特徴と する請求項1〜21項のいずれか1項に記載の方法。 23.前記粉末状製品が、ビードまたは粉末のセラミック、金属、氷、固体二 酸化炭素、合成材料、砂、砂利及び化学製品から選択 された成分を特に含有することを特徴とする請求項22に記載の方法。 24.前記反応性固体粒子(6)が水を被覆したショットであることを特徴と する請求項23に記載の方法。 25.前記分散が、電気的及び/または磁気的な相互作用によって、前記被覆 物と前記分散性液体材料(3)との強烈な及び/または爆発性の化学反応によっ て改良されることを特徴とする請求項1〜24項のいずれか1項に記載の方法。 26.前記分散性液体材料(3)が金属または合金であることを特徴とする請 求項1〜25項のいずれか1項に記載の方法。 27.前記分散性液体材料(3)が鋼あることを特徴とする請求項26に記載 の方法。 28.前記分散性液体材料(3)が、ジルコニウム、アルミニウム、シリコン またはそれらの合金からなる群から選択された材料であることを特徴とする請求 項26に記載の方法。
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