JPS63230806A

JPS63230806A - 金属粉末製造ガス噴霧装置

Info

Publication number: JPS63230806A
Application number: JP6533987A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hamamoto; 弘浜本; Takeshi Kameoka; 亀岡　猛; Kazuhiko Ito; 一彦伊東
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1988-09-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は金属粉末製造ガス噴霧装置に係り、特に不活性
ガスを用いるガス噴霧法によって金属粉末を製造する装
置において、装置を大型化することなく粉末冶金に適し
た高品質な種々の金属粉末を容易に製造でき、しかも作
業性及び操作性を大幅に向上させた金属粉末製造ガス噴
霧装置に関するものである。

〔従来の技術〕

最近、新しい金属材料の開発に伴って高品質な金属粉末
を製造する技術が望まれ、特に高速度鋼等の高合金鋼粉
末においては、酸素量の低い清浄な粉末を得る必要性か
ら不活性ガスを用いるガス噴霧法によって粉末が製造さ
れるようになっている。

ガス噴霧法とは、一般に噴霧装置内に配置したタンディ
シュ底部から流下させた溶融金属流に対して噴霧ノズル
から噴出した高速のＮ８やＡｒ等の不活性ガスを吹きつ
けることによって溶融金属を霧化し、冷却固化させて金
属粉末を得る方法である。この方法の一例を第３図に示
す、第３図において、タンディシュ１４内の金属溶湯１
８は溶融金属流１９となって流下し、この溶融金属流１
９に対して噴霧ノズル２０より不活性ガスからなる噴霧
ガス流２５が噴出し、溶融金属流１９は粉末粒子２６と
なり、下方から取り出される。

この種の金属粉末の製造方法に関しては、多くの報告に
より公知となっているが、特開昭５６−１４６８０４、
特開昭５９−１１８８０５等に開示されたような改良も
行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のガス噴霧装置では、噴霧槽を大き
くしなければならないために装置が大型化する問題点が
ある。すなわち、噴霧ノズルから噴出した高速の不活性
ガス流によって、微細に霧化された金属溶滴は、高速の
噴霧ガス流と共に降下しながら冷却固化されるが、ガス
中での金属粉末の冷却速度は遅く、金属溶滴が固化する
までの粒子の飛翔距離が長くなる。したがって、霧化さ
れた金属溶滴が冷却固化するのに必要な距離を確保する
ため、噴霧槽の高さが高くなっている。

仮に噴霧槽の高さを短くすれば、金属溶滴が十分に固化
しない内に高速の噴霧ガス流と共に噴霧槽内壁に衝突す
るために薄片形状とな９たり、さらには噴霧槽の内壁面
上に付着堆積してしまい、適性な粉末形状が得られない
上に、粉末の歩留りが低下する欠点がある。また、金属
溶滴が噴霧槽内壁に衝突するのを回避しようとすると、
必然的に噴霧槽の大型化を伴うことになる。

このように従来技術によるガス噴霧装置では、噴霧槽を
高くする必要から大型の装置となるために噴霧時におけ
る噴霧槽内の雰囲気制御が困難となり、また、異種の金
属粉末を製造する際には噴霧槽内の掃除を充分に実施す
ることができないためにダミーチャージを行うことによ
り、製造される金属粉末の純度を保持する方法が採られ
ているが、この場合でも、異種粉末の混入を避けること
ができないために品質の安定化、さらには作業性及び操
作性の面で多くの問題点があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
製造される金属粉末の品質安定化及び作業性や操作性の
向上を図りつつ、装置を小型化することができる金属粉
末製造ガス噴霧装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

以上目的を達成させるために、本発明は金属溶湯流をガ
ス噴霧ノズルを介して霧化させ、噴霧槽の内周面にその
槽内部において、旋回ガス流を付与する旋回ノズルを設
け、霧化された微細金属溶滴を旋回降下させながら冷却
固化して金属粉末を回収するようにしたものである。

〔作用〕

ガス噴霧ノズルから噴出されるガス流によって金属溶湯
流は、微細な金属溶滴となる。この微細な金属溶滴はそ
のまま落下することなく、旋回しつつ降下する。この結
果、噴霧槽内における微細な金属溶滴の滞空時間が延長
され、確実に冷却固化した後、金属粉末回収手段により
回収される。

したがって、高品質の金属粉末を製造でき、噴霧槽を小
型化できることから、作業性及び操作性が向上する。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の金属粉末製造ガス噴霧装置の一実施例
を示す概略的構成図である。第１図において、密閉タン
ク１０に連結された真空ポンプ（図示せず）によって密
閉タンク１０内は〜１０−’Ｔｏｒｒの真空度が維持さ
れると共に外部の高圧ガス供給ｔＡ４０と調圧弁４３を
介して連結されたガス供給経路３８からガスを供給する
ことによりＮ　ｔ　、Ａ　ｒ等の不活性ガスのガス雰囲
気を保持できるようになっている。

また、密閉タンク１０内には所定の金属を溶解する溶解
炉１２とタンディシュ１４が設置されている。溶解炉１
２には外部を源４６により通電されるコイルが巻回され
ていると共にこの溶解炉１２が図示していない傾斜装置
により傾斜可能の状態で設置されている。タンディシュ
１４の底部には溶湯流出ノズル１５が設けられ、この？
８湯流出ノズル１５を開閉するためのストッパーロッド
１６を昇降させるストッパー装置１７が設置されている
。また、タンディシュ１４の外周囲にはタンディシュ１
４内の溶湯を所定の温度に維持するための保持炉１３が
配置され、この保持炉１３は外部電源４７に接続されて
いる。

密閉タンク１０の底部には、溶湯流出ノズル１５の中心
軸と同軸上に配置された噴霧ノズル２０が固定され、こ
の噴霧ノズル２０付近にシリンダー５３により作動する
ゲート弁１１が設けられている。

噴霧槽２１は、その高さ方向の中段部において円筒状に
形成され、その下方側は逆円錐状に形成されている。こ
の円筒状部の側壁には内壁面に対して接線方向に配置さ
れた複数個の旋回ノズル２４が配置されている。この旋
回ノズル２４は調圧弁４４、バルブ４８．４９が配設さ
れた旋回ガス供給経路４５により高圧ガス供給源４０に
接続されている。噴霧槽２１の前記逆円錐状部の側壁面
は水冷ジャケット２２が設けられ、この水冷ジャケット
２２の下部側には旋回ノズル２４が設置され、この旋回
ノズル２４は前記同様にして高圧ガス供給源４０に接続
されている。

噴霧槽２１は移動台車２３により水平方向に移動可能に
設置されると共に昇降機構により昇降自在に設置されて
いる。また、噴霧槽２１の底部には粉末回収経路２８が
接続され、この粉末回収経路２日はサイクロン２９、除
塵装置３２、吸引装置３３を経て系外に連通している。

サイクロン２９の底部は回収チャンバー３０と回収容器
３１が接続されている。

吸引装置３３は圧力制御装置３７が配設された供給経路
３９により密閉タンク１０に連通されている。また、吸
引装置３３のガス下流側はバルブ５１、不活性ガス回収
装置３５（加圧装置３６）、バルブ５２が配設された不
活性ガス供給経路３４により高圧ガス供給源４０に連通
している。

次に上記のように構成される金属粉末製造ガス噴霧装置
の作用・効果について詳細に説明する。

密閉タンク１０内は、ゲート弁１１をシリンダー５３を
作動させることにより閉鎖し、密閉タンク１０内は〜１
０−’Ｔｏ　ｒ　ｒの真空度に維持され、また、真空に
した後、高圧ガス供給源４０からＡ「、Ｎ８等の不活性
ガスが調圧弁４３、ガス供給経路３８を介して供給され
、不活性ガス雰囲気に維持される。噴霧槽２１は、移動
台車２３により所定の位置に配置されると共に昇降機構
によりゲート弁１１を介して噴霧ノズル２０と同軸上に
密閉タンクＩＯの底部と接続され、シール手段により気
密可能に固定される。

この状態で、密閉タンク１０内に設置された溶解炉１２
では、外部電源４６を介して通電され、炉外周囲に巻回
されたコイルにより金属が加熱され、所定の流動状態を
維持した溶湯となる。この溶湯は、溶解炉１２を傾斜す
ることよりタンディシュ１４内に移される。このとき、
タンディシュ１４内のストッパーロッド１６は溶湯流出
ノズル１５を閉鎖した状態となっており、密閉タンクｌ
０内を大気圧までガス置換を行う。タンディシュ１４内
に所定量の溶湯が満たされると、ストッパーロッド１６
はストッパー装置１７により上方に移動し、タンディシ
ュ１４内の溶湯は溶湯流出ノズル１５を介して流下し、
噴霧ノズル２０に供給されて霧化される。このストッパ
ーロッド１６の移動量の調整により溶湯流出ノズル１５
を介して噴霧ノズル２０に供給する溶湯の量が制御され
る。

高圧ガス供給源４０から調圧弁４２により流量と圧力が
調整された高圧ガスは供給管４１を介して溶湯流出ノズ
ル１５から流下する溶融流１９を取り囲むように噴霧ノ
ズル２０から高速のガス流となって噴出され、溶湯流１
９を霧化する。

噴霧ノズル２０から下方に放射状に霧化された粉末粒子
２６は、高圧ガス供給源４０から調圧弁４４により流量
と圧力が調整され、旋回ノズル２４から噴出する不活性
ガスからなる旋回ガス流２７の作用によって噴霧ガス流
が旋回流れとなるため噴霧槽２１内を旋回降下する。こ
の噴霧ガス流は、噴霧槽２■の逆円錐状部を通過する際
、水冷ジャケット２２により冷却が促進され、金属溶滴
が固化（凝固）して金属粉末２６が生成される。

噴霧槽２１の底部に到達した金属粉末２６は、噴霧ガス
流と共にシール手段を介して噴霧槽２１に接続された粉
末回収路２８に導入され、サイクロン２９で噴霧ガスと
分離される。ここで分離された金属粉末２６は水冷ジャ
ケットを有する回収チャンバー３０に一時的に収納され
た後、さらに冷却され、回収チャンバー３０の下部に設
けられたバルブの開閉動作によって噴霧時の雰囲気を保
持したまま粉末回収容器３１内に連続的、または断続的
に回収される。

一方、不活性ガスからなる噴霧ガスはサイクロン２９を
経た後、除塵装置３２に導入され、ここで噴霧ガス中の
微粉末が除去され、吸引装置３３によりて排出される。

この場合、ガスの排出量は、噴霧槽２１内の圧力が規定
値に維持されるように槽内の圧力を検知して圧力制御装
置３７により吸引装置３３による吸引量を変化させ制ｍ
される。

吸引量２３３から排出された噴霧ガスは、バルブ５０を
開とすれば大気中に排出され、バルブ５０を閉じてバル
ブ５１を開とすれば、ａｍガス回収装Ｍ（不活性ガス回
収装置ｉり３５に導入される。

噴霧ガス回収装置３５で回収された不活性ガスは、加圧
装置３６を経由して高圧に加圧された後、外部の高圧ガ
ス供給源４０に帰還される。

また、金属溶湯の噴霧時には、密閉タンク１０内の圧力
と噴霧槽２１内の圧力とを検出して両者間に所定の圧力
差が維持されるように作動する圧力制御装置３７が以下
の制御を行う、すなわち噴霧ノズル２０から噴出される
噴霧ガス流による吸引作用によって密閉タンク１０内が
噴霧槽２１内よりも減圧状態とならないように密閉タン
ク１０内に外部の高圧ガス供給源４０からの不活性ガス
を供給し、または吸引量Ｗ３３により若干加圧されて排
出される不活性ガスの一部を循環させることにより噴霧
ガス流２５の逆流によって金ＷＡ溶湯流１９が密閉タン
クＩＯ内側に吹き上げられるのを防止し、安定した噴霧
操作の実施が可能となる。

このように本実施例においては、所定の溶融金属を高速
の不活性ガスによって請化し、生成した微細金属溶滴は
不活性ガス中で冷却され、回収されるので清浄な金属粉
末を得ることができる。

一方、噴霧に使用された不活性ガスは、粉末の回収手段
、及び除塵手段を通過した後、再び高圧ガス供給源に帰
還されて、溶融金属の噴霧に再利用できるため、連続的
に噴霧を実施でき、生産性や経済的にも大幅な向上が期
待できる。

また、噴霧槽の側壁に設けた旋回ノズルと外部の高圧ガ
ス供給源とを連結し、調圧弁によって不活性ガスの圧力
、及び流量を制御して供給したり、さらに、噴霧槽の下
部から導き粉末回収手段と除塵手段を通過させて金属粉
末を取り去った不活性ガスの吸引量を吸引手段で制御す
ることによって、各種の金属に適した噴霧条件が得られ
るように、噴霧槽内のガス流、及び金属粒子の旋回、降
下速さ等の旋回条件を種々に変化させると共に、冷却を
促進することによって噴霧槽を小型化することが可能と
なった。

その結果として、噴霧槽内の雰囲気調整の短縮化や噴霧
槽内の掃除が容易となり、異種金属粉末の混入が防止さ
れ、品質をより一定化することができると共に、操作性
、生産性、及び経済性においても有効となる。

なお、上記した実施例においては、金属溶湯流の霧化に
よって生成された微細な金属溶滴を旋回させるためのガ
スとしてＡｒ、Ｎｚ等の不活性ガスの例を示したが、噴
霧ノズルに対するガスにはＡｒ、Ｎｘ等の不活性ガスを
利用し、旋回を付与するためのガスとして、ヘリウムや
液体窒素等の冷却媒体を用いると、微細な金属溶滴の冷
却が、促進されるので高品質の金属粉末が得られると共
に装置の小型化が容易となる。

本発明において、噴霧槽は逆円錐状部を有する場合、旋
回ガス流が有効に形成されるので特に望゛ましいが、噴
霧槽は円筒形状であってもよい。

また噴霧槽は、密閉タンクに対して着脱自在に配置すれ
ば、異種金属の粉末製造時、噴霧槽を容易に交換できる
。よって槽内の掃除が容易となり、槽の小型化と相まっ
て作業性が向上する。ただし、本発明において、ゲート
弁を介して密閉タンクと噴霧槽を着脱自在に配置した態
様に限定されるものでなく、第３図に示す金属粉末製造
装置と同様な装置構成において、噴霧槽２１内に旋回ガ
ス流を付与する旋回ノズルを放置したものでも本発明の
初期の効果を発揮することができる。

試験例１第１図に示す金属粉末製造ガス噴霧装置を用いて種々の
噴霧ノズルにより金属溶湯を噴霧した結果を第１表に示
す。

噴霧実験に使用した噴霧ノズルは、特許出願昭６１−１
９６３５７に記載の噴霧ノズル（Ａ）と従来型の環状噴
霧ノズル（Ｂ）を用い、１２５０°Ｃで溶解したＣｕ合
金を直径φ５ｍの溶湯流出ノズルから流出させ、噴霧ノ
ズルからの噴霧ガス圧力を９　ｋｇ／ｃｄに一定したＮ
８ガスを使用して噴霧を実施した。また、噴霧槽内に導
入する旋回ノズルからの噴出ガス流量は約４０４！　／
　５ｅｃ一定で行った。これらの条件で噴霧して生成し
た金属粉末を回収し、噴霧粉中に占める１　００ｍｅ　
ｓ　ｈ以下の粉末ｔ（以下、収率と記す、）と噴霧粉の
粒度分布を調べ、累積重量が５０％を示す粒径値を平均
粒子径として求めた。

第１表に示す如く、従来型環状ノズル（Ｂ）では得られ
る粉末の平均粒子径も大きく、また、噴霧槽の内壁に付
着したり、槽壁に衝突して薄片状となったものが多く、
歩留が著しく低かった。

一方、（Ａ）型ノズルを使用した場合、噴霧ノズルから
噴出されるＮ２の噴霧ガス流がねじられているため、溶
湯流を微細に霧化するよう効果的に作用すると共に噴霧
槽内での噴霧ガス流の旋回が効果的に働き、槽壁への粉
末粒子の衝突が緩和されるため、槽壁への粉末の付着も
著しく低減され、収率の向上が達成できた。また、噴霧
槽の側壁に設けた旋回ノズルからガスを噴出させ、その
圧力や流量を任意に変えることによっても、槽内におけ
る旋回の効果を著しく発揮することが明らかとなった。

上記の如く、（Ａ−１）噴霧ノズルを使用して得られる
粉末の一例を第２図に示す。

第２図は得られたＣｕ合金の形状を示すＳＥＭ写真（倍
率１００倍）である、第２図から明らかなように得られ
るＣｕ合金粒子はほぼ球形に形成されている。

試験例２第２表は第１図に示す金属粉末製造装置によって、Ｃｕ
合金粉及び高速度鋼粉を製造して得られたそれぞれの粉
末の粒度分布を示したものである。

噴霧ノズルは上記実施例２に示した（Ａ−１）を用い、
Ｃｕ合金は１２５０℃で、高速度鋼は１５５０℃で溶解
した後、溶湯流出ノズル径をφ３．４．５＋ｗに変えた
タンディシュへ注湯し、細流にして流下させた溶湯流を
噴霧ガス圧力９　ｋｇ　／　ｃｊのＮ□ガスで噴霧した
結果である。

Ｃｕ合金（イ、口、ハ）の場合、（イ、口）における４
２メツシュ以上の粗粒子は（ハ）に比較して少な（、ま
た、噴霧槽内壁に衝突してできた薄片形状粉がわずかに
含まれているのみであった。

一方、（ハ）は生成された金属粉末中に占める粗粒子が
多く、しかも（イ、口）と比較して≧４２メツシュの粗
粉中に含まれる薄片形状物が多かった。しかしくイ、口
、ハ）いずれの場合でも噴霧槽内壁への金属粒子の付着
は生じなかった。

高速度鋼５ＫＨ５１（二、ホ）の場合でも、噴霧槽内壁
への生成金属粒子の付着は生じず、また、ｉ８　？Ｊ）
流出ノズル径をφ４鴫にすることによって、生成された
金属粉末中に占める粗粉量が減少したため、薄片形状物
がはるかに低減した。

これらの結果から、本実施例の場合には溶湯流出ノズル
径をφ４■以下の適正な値を取って、生成金ｙ４粉末を
微粉化すると共に、噴霧ガス流に適正な旋回を付与する
ことによって、噴霧槽内壁への金属粒子の付着が防止で
き、内径がφ５００ｍと小径の噴霧槽でも金ＴＩ４粉末
の製造に十分な効果を発ＩＮできることが明らかとなっ
た。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、金属溶湯流を高速ガス流
によって霧化して得られる微細な金属溶滴は、噴霧槽内
で旋回ノズルから噴出されるガス流によって旋回降下し
ながら冷却されるので小型の噴霧槽においても確実に冷
却固化され、高品質の金属粉末が得られると共に装置の
小型化により装置内のガス雰囲気の制御、槽内の掃除等
の作業性、操作性が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属粉末製造ガス噴霧装置の一実施例
を示す概略的構成図、第２図は本発明の装置によって得
られる金属粉末の形状を示すＳＥＭ写真、第３図は従来
の金属粉末製造ガス噴霧装置の概略的構成図である。１０・・・密閉タンク、１１・・・ゲート弁、１２・・・溶解炉、１４・・・タンディシュ、１５・・・溶湯流出ノズル、１９・・・金属溶湯流、２０・・・噴霧ノズル、２１・・・噴霧槽、２４・・・旋回ノズル、２６・・・粉末粒子、２９・・・粉末回収装置、３２・・・除塵装置、３３・・・吸引装置、３５・・・不活性ガス回収装置、３７・・・圧力制御装置、４０・・・高圧ガス供給源。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の金属を溶解し、かつ溶融金属を細流にして
流下させる手段と、金属溶湯流に高速のガス流を噴出し
て霧化するために外部の高圧ガス供給源と連結したガス
噴霧ノズルと、該ガス噴霧ノズルの下方に設置された噴
霧槽と該噴霧槽の下部に金属粉末回収手段とを備えた金
属粉末製造装置において、前記噴霧槽の内周面にその槽
内部において旋回ガス流を付与する旋回ノズルを設け、
霧化させた微細金属溶滴を旋回降下させながら冷却固化
して金属粉末を回収するようにしたことを特徴とする金
属粉末製造ガス噴霧装置。
（２）前記所定の金属を溶解しかつ溶融金属を細流にし
て流下させる手段と、前記噴霧ノズルとは、非酸化性雰
囲気を保持できる密閉タンク内に配置されると共に該密
閉タンクと前記噴霧槽はゲート弁を介して着脱自在に配
置されていることを特徴とする前記特許請求の範囲第（
１）項記載の金属粉末製造ガス噴霧装置。
（３）前記噴霧槽は、逆円錐状に形成されていることを
特徴とする前記特許請求の範囲第（１）項記載の金属粉
末製造ガス噴霧装置。
（４）前記旋回ノズルは、調圧弁を介して外部の高圧ガ
ス供給源に連結されると共に前記金属粉末回収手段を通
過した不活性ガスを吸引する吸引手段と、該吸引手段に
より前記密閉タンク内及び前記噴霧槽内の圧力差を制限
する手段とを設けたことを特徴とする前記特許請求の範
囲第（２）項記載の金属粉末製造ガス噴霧装置。
（５）前記密閉タンク内及び噴霧槽内の圧力差を制御す
る手段は、前記密閉タンク内に前記吸引手段を通過して
排出された不活性ガスを圧力制御手段を介して供給する
不活性ガス循環系路又は前記密閉タンク内へ前記外部の
高圧供給ガス源から調圧弁を介して不活性ガスを供給す
る第２の不活性ガス供給系路の少なくとも一方を有する
ことを特徴とする前記特許請求の範囲第（４）項記載の
金属粉末製造ガス噴霧装置。