JPH02159302A - 低酸素の金属粉末製造装置 - Google Patents

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） 本発明は各種金属粉末の製造手段として知られる「水ア
トマイズ法」による低酸素の金属粉末製造に関する改善
された手段の提供に関する。

（従来の技術） 金属粉末は、従来の粉末冶金分野だけでなく、最近は射
出成形分野にも用途が拡大され、これがため要求される
特性はより低酸素化、より微粉化等、高級化が指向され
ている。この金属粉末の量産レベルでの製造手段として
は、既知のように大別して「水アトマイズ法」と「ガス
アトマイズ法」との両者があるが、前者は後者に比し、
その噴霧媒のコストも安く、また微粉化に不可欠な高圧
化がやり易いので、現在の処、主流を占めている。

しかし「水アトマイズ法」ではこれを大気中で実施する
と、溶湯酸化が生じるので、生成粉末の酸素量が高くな
るという問題がある。この問題を解決するために、タン
ディツシュから流下する金属溶湯に対し、不活性ガス等
の非酸化性雰囲気気体の包囲下において、水ジェットの
噴射により該溶湯の粉化を行う手段が既に提示されてい
ることも既知である。例えば特公昭５２−４９８７４号
公報、あるいは特公昭５５−３１１６１号公報に開示さ
れるように、タンディツシュより流下する金属溶湯が、
水ジェットと衝突する溶湯粉化位置を囲んで、不活性ガ
ス等の非酸化性ガス雰囲気を吹込み、置換することによ
り、生成粉末の酸化を防止するようにしたものがあり、
また大気内において行う場合でも、溶湯粉化位置に流入
する大気中の酸素を、都市ガス燃焼によるフレームカー
テンにより減少させ、同様の効果を得るようにしたもの
も存在する。

（発明が解決しようとする課題） 上記した従来の「水アトマイズ法」は、粉末冶金用とし
て一般に用いられている処の、平均径が数ｌＯμ−の金
属粉末を製造する方法としては、いずれもそれなりにあ
る程度の効果が認められるのであり、例えば上記したフ
レームカーテン法を用いるものでは、溶湯粉化位置での
雰囲気酸素量は０．５％以下に達し、その結果、鉄系粉
末の酸素量は０．４％程度にまで減少し、また特公昭５
２−４９７８４号公報、特公昭５５−３１１６１号公報
に開示された手段によるものも、それなりに酸素量の減
少が認められる。一方、最近は金属粉末の用途が拡大し
、より粒度が細かく、例えば平均径が数μｍ程度の金属
粉末が要求されるようになっており、これに対応して水
ジェットの圧力を１００１００Ｏ／ｃｊ近くにまで高め
る超高圧水アトマイズ手段も開発され、実用化されよう
としていることも既知である。この超高圧水アトマイズ
手段では、高速の水ジェットを用いるため、エジェクタ
効果により、雰囲気気体のためのガスチャンバ内に大量
の雰囲気気体が吸込まれるようになる。この結果、特公
昭５２−４９７８４号公報に開示されたものでは、タン
ディツシュにおける溶湯流出口が冷却されて溶湯流の閉
塞トラブルを生じ、また特公昭５５−３１１６１号公報
に開示されたものでは、大量の雰囲気気体が溶湯流に向
って吹付けられる結果となり、溶湯流に乱れが生じ、安
定操業が不可能となるのである。更に都市ガス等を燃焼
させて、大気雰囲気中の酸素を減少させるフレームカー
テン方式のものでは、大量の流入気体量に見合うだけの
都市ガス量が必要となって不経済であるし、フレームカ
ーテンの吹き消えや、生ガスのチャンバ内流入等の危険
性が増大するのである。いずれの方法にせよ、超高圧水
アトマイズに、従来の低酸素化技術を利用するためには
、大量の不活性ガスや都市ガス、更にはこれを供給する
ための設備が必要であり、多額のコスト増大が招来する
。またこの超高圧水ジェットの吸入に見合うだけの不活
性ガスや低酸素空気が供給できなかった場合（例えば気
体の流れる部分の一部の断面積が小さい場合）には、水
ジェットノズルの上部（ガスチャンバ側）が大気圧より
も低い状態となり、これに対し生成粉末や水を収容する
下部のアトマイズチャンバから、生成粉末や水が噴き上
がってくる現象が生じ、操業停止、中断となる。即ち、
現在知られている従来の低酸素化粉末の製造技術では、
超高圧水アトマイズの安定かつ経済的な操業は困難であ
る。また粉末の平均径が小さくなるにつれ、粉末の比表
面積（表面積／体積）は逆に増加するので、粉末は酸化
され易くなる。要するに、微粉末を製造するための超高
圧水アトマイズ手段においてこそ、より進んだ低酸化技
術の確立が必要とされているが、現在の処、これに対す
る解答はなされていないのである。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記した従来の低酸素化技術における超高圧水
アトマイズ手段に対する問題点を解決するため、雰囲気
気体のためのガスチャンバ内への、水ジェット噴射によ
る雰囲気気体の吸込量を可及的減少させるとともに、ガ
スチャンバが減圧状態になっても、大気圧下のアトマイ
ズチャンバからの生成粉末や水の噴き上げを生じないよ
うにしたもので、具体的には、タンディツシュから流下
する金属溶湯に対し、非酸化性雰囲気気体の包囲下にお
いて、超高圧水ジェットの噴射により該溶湯を微粉化す
るものにおいて、前記水ジェットノズルと生成粉末およ
び水の導入されるアトマイズチャンバ間に連結され、前
記水ジェット方向と平行するテーパ面をもち、かつ溶湯
粉化位置を囲む上端開口に続いて前記アトマイズチャン
バ内の生成粉末および水の噴き上げ防止のため、その断
面形状を絞った形状の筒状流路内において前記粉化作業
を行なうとともに、前記雰囲気気体の供給されるガスチ
ャンバ内を、ＯｍｍＨｇ未満、−７５０ｗＨｇ以上の減
圧状態として操業することにあり、また上記方法を可能
とする装置として、金属溶湯の流下用タンディツシュと
、該タンディツシュ下面に密着状に設けられて非酸化性
雰囲気気体が供給量調整可能とされ、かつ減圧手段を具
備したガスチャンバと、該ガスチャンバの下部または内
部に連通状に設けられる超高圧水ジェットノズルと、生
成微粉末および水の導入されるアトマイズチャンバとか
ら成り、前記水ジェットノズルと前記アトマイズチャン
バとが、水ジェット方向と平行なテーパ面をもちかつ溶
湯粉化位置を囲む上端開口と、該開口に続いて前記アト
マイズチャンバ内の成形粉末および水の噴き上げ防止の
ため、その断面積を絞った直筒部と、該直筒部に続く下
端開口とからなる筒状の流路によって連結されることに
ある。

（作　用） 本発明の上記した技術的手段によれば、第１図において
、タンディツシュ１の流出口１６から流下する金属？８
湯１７に対し、ガス流入バルブ１５、オリフィス１２を
介してガスチャンバｌｌ内に連続供給されるＮ２ガス等
の、非酸化性雰囲気気体の包囲下において、水ジェット
ノズル３における水ジエツ目８，１８の噴射により粉末
化し、生成された粉末と水とを、水ジェットノズル３と
下方の大気圧状態下のアトマイズチャンバ５間に連通状
に設けた筒状流路４を介して導入、収容するに当り、該
流路４を水ジェット１８．１８の噴射方向と平行なテー
パ面１９．１９をもつとともに、溶湯粉化位置ａを囲む
上端開口２０．該開口２０に続いてその断面積を絞って
通常抵抗を大とした直筒部２１、該直筒部２１に続く下
端開口２２から成る断面積、形状のものとしであるので
、従来のストレートな４角筒状の流路によるものと相違
し、流路４の上部と下部との圧力差が大きい場合でも、
相互の影響を受けることなく粉末化作業が得られるので
あり、特にその断面積を絞り、通過抵抗を大とした直筒
部２１の存在により、上部側においてはガスチャンバ１
１内のガスが水ジェット噴射により吸出されてアトマイ
ズチャンバ５側に向かう吸込量を可及的減少させると同
時に、ガスチャンバ１１内のゲージ圧が一７５０ｍｍＨ
ｇ程度に達しても、大気圧状態下のアトマイズチャンバ
５内から上方へ、生成粉末や水が噴き上がることがなく
、安定した操業の継続が可能となるのである。更にこれ
によりガスチャンバ１１内を減圧状態にして操業できる
ため、ガスチャンバｌｌ内へ流入する雰囲気気体の質量
流量の減少による使用量の低減、ガスチャンバｌｌ内が
空気の場合でも、雰囲気中の酸素分圧が減圧骨だけ減少
するための酸化量の減少などの効果があり、また雰囲気
気体の使用量減少により、雰囲気流れが金属溶湯流れを
乱すことなく、溶湯が粉化位置ａまで正しく落下し、安
定操業ができるという効果も得られる。またガスチャン
バ１１内の減圧により、同チャンバ上部に密着している
タンディツシュ１内の溶湯を吸出す力も生じ、単位時間
当りの溶湯流出量の増加によって生産性が向上し、また
溶湯がタンディツシュ１の流出口１６を閉塞する等のお
それもなくなるのであり、超高圧水ジェットによる低酸
素化粉末の生産が円滑に得られるのである。

（実施例） 本発明方法および装置の実施例を第１図乃至第６図に亘
って説示する。

第１図において、本発明装置は、その底面に溶湯流出口
１６を設けた既知のタンディツシュ１の下面に、例えば
Ｎ２ガス等の非酸化性雰囲気気体が連続的に吹き込まれ
るガスチャンバＩＩが、その開口部、あるいは他の部品
との接触部に０リング等の気密シール部材１３を介し、
密着状にかつ外気侵入を防ぎ、チャンバ内を減圧状態に
保持できるように設けられる。該チャンバ１１は流入気
体の均一な分散を図るため、充分に大きな容積のものと
され、またガス流入口の径や個数も、この点を考慮して
決定され、実施例では大気雰囲気での流入気体世０．６
ｍ／ｓｅｃ　　に対し、チャンバ１１の容積は０゜４ポ
程度とされ、ガス流入口１４は例えば５ＧＰ８０Ａ管に
よる流入口１４を円周上、４ケ所に配設されるとともに
ガス流入バルブ１５を設け、該バルブＩ５の開度をオリ
フィスＩ２による流量測定値を確認しながら調整し、操
業に当ってはガスチャンバ１１内のゲージ圧力をＯｎｍ
＋ｌ１ｇ未満、−７５０ｍｍｔ１ｇ以上の減圧状態とし
て操業するのである。前記したガスチャンバ１１の内部
あるいは下部に、超高圧水ジェット（１０００ｋｇｆ／
ｃｄ程度）のための水ジェットノズル３（本実施例では
、■聖断面の水ジエントを発生するもの）が配設され、
水ジェットノズル３と生成微粉末および水の導入、収容
されるアトマイズチャンバ５との間に、本発明の筒状流
路４が連通状に設けられる。該筒状流路４は従来のこの
種流路における問題点を解決するために、水ジェット噴
射時において生じるガスチャンバ１１内の吸引ガス量を
可及的減少させるとともに、ガスチャンバｌｌ内が減圧
状態になっても、大気圧状態下におけるアトマイズチャ
ンバ５側からの、生成された粉末および水の噴き上げを
生じないようにしたもので、従来のストレートの４角形
筒状流路に代えて、その断面積を絞って通過抵抗を増大
させることにより、吸引ガス量を減少させるとともに、
生成粉末および水の噴き上げを効果的に抑止するように
したものである。本発明の実施おいては、各種形状、断
面積の筒状流路のモデルを作製し、ガスチャンバを付け
ないオープン状態での水ジェットの噴射テスト、アトマ
イズテスト、更にはガスチャンバを取付けたクローズ状
態での水ジェット噴射テストを反復比較した結果、第１
図および第２．３図に例示した実施例による筒状流路４
が最適であることを確認した。即ち、水ジェットノズル
３における水ジェット１８．１８の噴射方向と平行なテ
ーバ面１９．１９をもち、かつ溶湯粉化位置ａを囲む上
端開口２０、該開口２０に続いてその断面積を絞った直
筒部２１、該直筒部２１の下端に開拡状に設ける下端開
口２２による断面積、形状のものである。この理由は明
確ではないが、先ずこの筒状流路４においてはその上端
開口２０に水ジェット１８．１８と平行するテーパ面１
９．１９をもつことによって剥離渦が生じにくい点にお
いて、第４．５図に例示するように水ジェット噴射方向
と平行でないテーパ面１９ａ、１９ａとしたものでは、
いずれも剥離渦を生じるものに比べて優れ、このため水
ジェット中心点における下向きの吸引圧力分布は、第６
図に示すように（同図においてム印は本発明の流路４で
あり、他のＡ−Ｆはいずれも他のモデルを示している）
、下方に向かうにつれて漸増するパターンとなり、これ
は、流路内の流れが、スムーズに下向きにのみ動いてい
ることを示している。他のモデル流路では水ジェットと
テーパ面との間に剥離渦が生じ、圧力分布は流路上面で
吸引圧力が最大になるパターン、つまり下から押し上が
る流れも、発生している形となるので、生成粉末や水が
噴き上がるものと考えられる。尚実施例のものでは平面
から見た水ジェットの噴射方向に対して直角方向はスト
レートな面とされており、直角方向をもテーパーにした
流路モデルに比し、アトマイズ時に飛散する溶湯滴が付
着しにくいこともひとつの利点である。上記のようにし
て決定された断面積、形状の流路４内で粉化作業が行な
われることによって、水ジェット時におけるガスチャン
バｌｌ内のガスが大気圧下のアトマイズチャンバ５側に
吸出される量を可及的減少でき、また大きな減圧状態が
生じても、アトマイズチャンバ５側からの生成粉末や水
の噴き上げを効果的に阻止し、かつこれによって減圧操
業が安定して得られるのである。

また第１図に示した実施例では、筒状流路４はアトマイ
ズチャンバ５に直接に接続されていないが、これは直接
に接続することは勿論可能である。

さいごに、下表は本発明によるアトマイズ操業の結果を
示した実験データ表であって、同表中の旧法とは、第１
図に例示した装置からガスチャンバ１１とその付属構造
（符号１２〜１５等）を取り去って構成した装置による
もので、本性は本発明によるもので、大気圧の空気雰囲
気下での実験データである。

表 （発明の効果） 本発明は、１００１００Ｏ／ｅｒａ近い水圧によっな行
なう超高圧水アトマイズのための、新しい低酸素化技術
として開発したものであり、特に粉化作業の行われる筒
状流路４において、従来と相違し、その上端間口２０に
おいて水ジェッ目８．１８と平行なテーパ面１９．１９
をもち、かつ断面積形状で見る時、上部より縮小→一定
→拡大という特異な形状の筒状流路４を用いることによ
り、流路上下の圧力差が著大であっても、相互の影響を
受けることなくアトマイズ作業が行われるのであり、ま
た高圧水ジェット噴射により、ガスチャンバ１１内のガ
ス（雰囲気気体）がアトマイズチャンバ５側へ吸出され
、ガスチャンバ１１内のゲージ圧が−７５０ｍｍ１１ｇ
に達しても、大気圧状態下のアトマイズチャンバ５側か
らの生成粉末や水の噴き上げが生じないので安定したア
トマイズ作業の継続が容易に可能であるし、ガスチャン
バ内を減圧にして操業できるため、ガスチャンバ１１へ
流入する不活性ガスの質量流量が減少し、使用量が低減
されるのみならず、ガスチャンバ１１内が空気の場合で
あっても、雰囲気中の酸素分圧が減圧分だけ減少するの
で、粉末の酸化量は減少する。またガスの質量流量も減
少するのでその運動量も減少し、溶湯の落下流れを乱す
ことなく、溶湯が粉化位置まで正しく流下し、安定して
アトマイズ操業を可能とし、またチャンバ減圧のため、
同チャンバに密着しているタンディツシュ内の溶湯を吸
出する力が生じ、単位時間当りの溶湯流出量の増大、生
産性の向上が得られるのみならず、溶湯がタンディツシ
ュ出口で閉塞する等の不都合も生じないのであり、従来
の低酸素化技術では対処できない超高圧水ジェットアト
マイズに即応できるのである。また、先に示した表から
も判るように、本発明は低圧でのアトマイズにおいても
その効果を発揮できる。即ち水圧６０ｋｇ　ｆ　／　Ｃ
１Ｍでのアトマイズでは、旧法と本性では酸素量が０．
９０％から０．１０％にまで減少している。先に従来技
術において説示したフレームカーテン法では、６０％ｍ
前後の粉末酸素量は０．４％が限度であったものに比し
、著しく向上する。また高圧の７００ｋｇｆ／ｃ＋ｊで
の低酸素効果は、１．２０％のものが０．２１％にまで
減少していることも明らかである。先にも述べたように
、このような高圧においては、従来技術の適用は不可能
である。

溶湯流出速度に注目すると、ガスチャンバ１１内の減圧
効果により、各々　１．８倍、２．２倍、３．２倍とな
っている。これはそれだけ時間当りの生産量が増加して
いることを示しており、従来であればこのように溶湯流
出量が増加すると、溶湯の流れが少しでも乱れた際には
操業が不安定になりがちであったが、本発明では溶湯の
流れを乱すガスの質量流量が減少するので、きわめて安
定した操業が可能となるのである。

またＮα３の実施例は溶湯径を２．５胴としたものであ
る。溶湯径を小さくすると、これに比例して粒度が小さ
くなるということは既知であり、より微粉を得るために
溶湯径をより小さくすることは従来から行われてきた。

しかしながら、本例のように２　、５　ｍｍの径の場合
、自然流出速度は５０ｇ／ｓｅｃと遅く、全量流出する
以前に溶湯の温度低下が生じ、タンディツシュ出口で凝
固するという問題が生じる。これに対し本発明方法を用
いれば、生産性は３．２倍となるので、タンディツシュ
内の溶湯を凝固することなく全量流出させることができ
たものである。

以上のように本発明方法と装置によれば、超高圧水ジェ
ットアトマイズにより、低酸素の金属粉末を、高い生産
性でかつトラブルなく安定して製造することを可能とし
た点において、その効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法および装置の実施例図、第２図は同
筒伏流路の平面図、第３図は同要部断面図、第４図は比
較用筒状流路１例の平面図、第５図は同要部断面図、第
６図は７００ｋｇｆ／ＣＴ１での吸引圧力分布グラフ図
。 １−タンディツシュ、３−水ジェットノズル、４−筒状
流路、５−アトマイズチャンバ、１１−ガスチャンバ、
１２−オリフィス、１３−・・気密シール部材、１４−
・−ガス流入口、１５−・−ガス流入パルプ、１８・・
・水ジェット、１９・−テーパ面、２０・・・上端開口
、２１・・・直筒部、２２−・−下端開口。 第 図 図 ψＩ）Ｉｎ（ｍ−Ｈｌ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）タンディッシュから流下する金属溶湯に対し、非
   酸化性雰囲気気体の包囲下において、超高圧水ジェット
   の噴射により該溶湯を微粉化するものにおいて、前記水
   ジェットノズルと生成粉末および水の導入されるアトマ
   イズチャンバ間に連結され、前記水ジェット方向と平行
   するテーパ面をもち、かつ溶湯粉化位置を囲む上端開口
   に続いて前記アトマイズチャンバ内の生成粉末および水
   の噴き上げ防止のため、その断面形状を絞った形状の筒
   状流路内において前記粉化作業を行なうとともに、前記
   雰囲気気体の供給されるガスチャンバ内を、０ｍｍＨｇ
   未満、−７５０ｍｍＨｇ以上の減圧状態として操業する
   ことを特徴とする低酸素の金属粉末製造方法。
2. （２）金属溶湯の流下用タンディッシュと、該タンディ
   ッシュ下面に密着状に設けられて非酸化性雰囲気気体が
   供給量調整可能とされ、かつ減圧手段を具備したガスチ
   ャンバと、該ガスチャンバの下部または内部に連通状に
   設けられる超高圧水ジェットノズルと、生成微粉末およ
   び水の導入されるアトマイズチャンバとから成り、前記
   水ジェットノズルと前記アトマイズチャンバとが、水ジ
   ェット方向と平行なテーパ面をもちかつ溶湯粉化位置を
   囲む上端開口と、該開口に続いて前記アトマイズチャン
   バ内の成形粉末および水の噴き上げ防止のため、その断
   面積を絞った直筒部と、該直筒部に続く下端開口とから
   なる筒状の流路によって連結されることを特徴とする低
   酸素の金属粉末製造装置。