JPH0649512A

JPH0649512A - ガス噴霧金属粉末製造装置

Info

Publication number: JPH0649512A
Application number: JP20651792A
Authority: JP
Inventors: Teruyasu Oka; 照恭岡
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-08-03
Filing date: 1992-08-03
Publication date: 1994-02-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスアトマイズ法において、ブロッキングの
発生を防止しつつ、微細粒の収率を向上するアトマイズ
装置の提供。【構成】上ジェットは、金属溶湯流またはその噴霧体
流の中心線の周りで衝突効果が他の部分に比し不足する
部分を有するもの、下ジェットは、上ジェットの衝突点
直下を頂点とする逆円錐状ジェットとしたガス噴霧金属
粉末製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にガスアトマイズ
法と呼ばれるガスジェットによる金属粉末製造装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】垂直に流下する柱状の溶融金属流に高速
のガスを噴射し、これを微細に分断粉砕するとともに、
冷却させることによって微細金属粉末を製造するガスア
トマイズ法は、真球に近い球状で、かつ表面酸化の少な
い高純度の金属粉末を得ることができるので、本方法に
よる金属粉末は、高純度の特徴の他、充填性、流動性に
も優れており、一般の冶金用途のみならず、塗装用など
非常に広い分野において使用されている。しかし、ガス
アトマイズ法で製造される金属粉末の粒度は、一般に数
μmから1mm程度までの広い分布を示し、例えば一般に焼
結用に常用される45m以下の微粉粒子の歩留は、量産規
模の設備において、低いのが現状である。微粉粒子を得
るための製造技術として、溶湯に対するガス流量を大き
くすることやガス噴射圧力を高くすることが挙げられる
が、量産設備においては製造コストが高くなるために、
これらは十分に検討されなければならない。

【０００３】このガスアトマイズ法のガス噴射ノズル
は、フリーフォール型式とコンファインド型式に大別さ
れ、それぞれ円環型、ペンシル型、Ｖ型等が使用されて
いる。フリーフォール型式は、溶湯の自由流下流に対
し、高速ガスを噴射して金属粉末を得るもので、量産性
には優れているが、ガス噴射口から溶湯流との交点まで
の距離が比較的長いため、ガス流速が減衰し粉砕効率が
低減することから、微粉粒子生成には不利である。一
方、コンファインド型式は、溶湯が流出した直後の狭い
空間を経た後の溶湯流に、該空間の直上部に設けたノズ
ルからの噴射ガスが衝突するため、ガス流速の減衰が小
さく粉砕効率が高いことから微粉粒子生成に有利であ
る。しかし、噴射ガスの衝突時の動圧の発生による上向
き速度成分を有する逆流領域の生成により溶湯金属が吹
き上がり、これが溶湯ノズルやガス噴射口に付着堆積し
て、これらを閉塞する、いわゆるブロッキング現象とい
うトラブルが頻発する問題がある。

【０００４】微粉粒子を効果的に得る等の目的で、垂直
に流下する溶湯流またはその噴霧体流に対し、その垂直
方向の二箇所以上でジェットが衝突するごとく、ノズル
を多段に設置するものが公知である。すなわち、微粉粒
子を生成することを目的として、ガス噴射ノズルを上下
方向に２段以上設けて各段のノズルから高速ガスを噴射
させる方法（特開昭６０−１９０５０２号）、あるいは
２段型流体噴射ノズルにおいて、上段で霧化された金属
粒子を下段で再凝集を防止して粒度分布幅を狭くするア
トマイズ流体噴出用ノズル装置（特開平１−１６２７０
４号）等、さらに、ブロッキングを回避することと粒子
の微細化を図る方法として、２本一対のペンシル型流体
噴射ノズルを同心円上に対向して配置し、かつジェット
の交差角度一定で水平距離を変化させて多段にノズルを
設け、ジェット交差点を溶湯流径の２〜５倍の範囲で分
布させる方法（特開平１−２１９１１０号）等が提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記各提案のガスアト
マイズ法では、45μm以下の微粉粒子を歩留よく製造
し、かつブロッキング現象というトラブルを防止するに
は不十分であると思われる。すなわち、高速ガスが噴射
ノズルから噴射された後、噴射距離が長くなる程流速が
減衰し、十分な粉砕能力が得られないこと(特開平１−
２１９１１０号)、ブロッキング現象を回避する手段が
十分でないこと(特開昭６０−１９０５０２号、特開平
１−１６２７０４号）、および多段ノズルにおいて、粉
砕効果のバランスが十分考慮されていないこと等による
ものである。そこで本発明は、微粉粒子を歩留良く、か
つブロッキングを防止して製造する方法として、多段ジ
ェット法の一次粗粉砕と二次微粉砕による効果的微粉砕
効果を奏しつつ、ブロッキング現象を防止したガス噴霧
金属粉末製造装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上段および下
段ジェットを用いる少なくとも２段以上の多段ジェット
法であり、それぞれのジェットに効果的に役割分担させ
ることにより、ブロッキング防止と微粒粉末の高収率実
現を達成するものである。

【０００７】すなわち、本発明は垂直に流下する金属溶
湯流またはその噴霧体流に対し、その垂直方向の複数の
位置でそれぞれ下向きに衝突するごとく、その周囲から
高速ガスジェットを噴射する金属微粉末の製造装置にお
いて、前記金属溶湯流またはその噴霧体流に特定の垂直
位置で衝突する上ジェットは、前記金属溶湯流またはそ
の噴霧体流の中心線の周りで衝突効果が他の部分に比し
不足する部分を有するものであり、前記特定の垂直位置
より下方の位置で衝突する下ジェットは、その衝突位置
を頂点とする逆円錐状であることを特徴とするガス噴霧
金属粉末製造装置である。

【０００８】

【作用】本発明者は、流下する金属溶湯流に対し、その
周囲から複数段の高速ジェットを噴射して微粉末を高収
率で製造しようとする場合、下段のジェットは上段のそ
れに比し、格段に強力なものとすべきであることを種々
の実験から知見した。すなわち、一旦粒滴化した金属溶
湯は、表面張力の作用により安定であり、また、その直
径が小さいため、非常に大きな速度勾配を有するジェッ
トに大きな相対速度（多段ジェット法において、上段の
ジェットによる一次粒滴は、上段ジェットとの衝突によ
り大きな下向きの分速度を獲得しており、この分速度
は、やはり下向きの分速度を有する下段のジェットとの
相対速度を低下する作用をもつ）で衝突しない限り再分
裂しないからである。下段ジェットに対する強い粉砕力
を実現するため、本発明では下ジェットとして、頂点を
金属溶湯噴霧体の発生点直下とする逆円錐状のものを採
用している。この逆円錐状のジェットは、運動量の拡散
が少なく、非常に大きい速度勾配を容易に実現し得られ
るから、多段ジェット法での下段ジェットとして適当で
あることがわかった。

【０００９】本発明において、上段のジェットは、従来
のコンファインド型式の利点をそのまま有しつつ、ブロ
ッキング現象の発生を抑制することを可能とし、さらに
上記の下ジェットの逆円錐状のジェットによる強力な衝
突効果に伴う吹き上がりに対し、遮蔽効果を有する。す
なわち、一般にガスアトマイズ法は、図２に示すように
溶湯保持容器２３から流下する溶湯流２４をガス噴射ノ
ズル２２から噴射する高速ガス２５により粉末化するも
のである。微粉製造を効率良く実施するためには、図３
に示すようなコンファインド型のガス噴射ノズルが使用
される。該ノズルでは、溶湯ノズル３１、ガス噴射ノズ
ル本体３２および高速ガスジェット３３により囲まれた
狭い空間内で激しい循環運動が生ずる。

【００１０】すなわち、該空間内のガスは、外周部では
高速ガス３３およびこれの誘因作用による下向きの速度
を与えられ、中心部では溶湯流の熱エネルギの影響を受
けて膨張することにより、上記循環作用が生じ、これに
より流下する溶湯流に対し、大きな吹き上げ作用が発生
する。この吹き上げ作用により、溶湯流の飛散断片は溶
湯ノズル３１に付着、堆積して溶湯流の流下を妨げた
り、あるいはガス噴射ノズル３２に付着、堆積して高速
ガスの噴射を妨げたりするブロッキング現象が発生す
る。なお、このブロッキング現象は頻度は少ないが、フ
リーフォール型の場合でも噴射ガス圧力や噴射角度の均
衡が崩れると発生することがある。

【００１１】そこで、本発明においては、ブロッキング
現象の主要因であるジェットによる誘因ガス流が前記閉
空間内の下端部３５で相互にまたは金属溶湯との衝突で
発生することによる動圧を、ジェットの一部に弱い部
分、つまりガスカーテン作用が弱い部分を設けることに
より、この部分からこの動圧を逃がして上昇流を抑制す
るのである。逃れた流れの一部は、下ジェットの吸引効
果により排出される。以上によりブロッキング現象を効
果的に回避することができる。なお、該閉空間の上部で
は、この逃げ量に相当する流入が起こるが、この部分に
は、溶湯の飛沫はほとんど存在しないので、この流入に
よるブロッキング発生はない。

【００１２】上段ガス噴射ノズルから噴射される高速ガ
スジェットにより粉砕された溶湯断片は、凝固が完了し
ておらず、ガス流により断片が飛翔している間に、冷却
・凝固する。この凝固時間は、初期粉砕状態（粉砕粒子
径、溶湯温度）、材種（融点、比熱、密度）、ガス条件
（流量、流速、ガス圧力、ガスの種類）によって異なる
が、概ね10⁴〜10⁷°K/secの凝固速度で冷却・凝固が完
了する。この未凝固状態の飛翔中にさらに粉砕力を負荷
すれば、溶湯断片は微細に粉砕され、同時に急冷されて
飛翔し凝固を完了して金属微粉末が製造される。

【００１３】ところが、単純に複数段のガスジェットを
噴射しても、溶湯流は効果的に微粉末化されるとは限ら
ないことは前述の通りである。ガスジェットの粉砕能力
は、主にガス流速によって決定され、流速が増大する程
運動エネルギは高くなり、粉砕能力が向上する。しか
し、上ジェットと下ジェットとをそれぞれ別のガス源と
することは、ノズルの構造およびガスの供給系の点から
も不利であり、またガスの保有する圧力エネルギを高効
率で速度エネルギに変換させるためには、上、下を問わ
ず、ラバールノズル（末拡がりノズル）とすることが望
ましく、この場合、上下ジェットともほぼ等流速とな
る。したがって、この場合、下ジェットは上ジェットに
比し、大流量とするのがよい。また、上下とも逆円錐型
としてエネルギの集中を図るのがよい。もちろん、下ジ
ェットは上ジェットの交差点直下に焦点を結ぶごとく相
対位置を定めることにより、ブロッキング現象を回避
し、さらに前段弱粉砕、後段強粉砕の溶湯流粉砕形態が
実現され、金属微粉末を高率で安定して製造できるので
ある。

【００１４】以上本発明を上下２段のジェットを使用す
る場合で述べたが、本発明はこれに拘束されない。シャ
ープな粉末粒度分布を得ること、下ジェットのより強い
粉砕効果を目的とする円錐頂角の増加によるブロッキン
グ現象発生傾向の抑制のため、上ジェットに加え、さら
に同様のものを付加すること等により、３段またはさら
に段数を増加することができる。

【００１５】

【実施例】図１に示すガス噴射ノズルを使用し、成分が
2.2Ｃ-4Ｃr-12Ｗ-9Ｍo-5Ｖ-12Ｃo-Ｆeの溶湯について、
アトマイズ実験を行なった。図１（ａ）において、噴射
ガス5Gは、同図（ｂ）に示すように円周方向にノズルの
開口のない部分５Ｂが60°ずつ120°間隔(軸対称)に配
置されており、これによりジェット欠如部分が生ずる。
この欠如部分を通して自由にガスの流通ができるから、
前記閉空間の下部(図３の３５)での高圧力発生が防止さ
れ、吹き上げ現象によるブロッキング現象を防止し、安
定して金属粉末の製造を実施することができる。該実施
例では、上ジェットも円錐状ジェットとしたので、少ガ
ス流量でも大きな粉砕効果を持ち、また、軸対称とされ
ているので噴霧体流の中心の変化はなく、その中心部と
下ジェットの頂点との位置ずれを防止している。

【００１６】本発明の噴霧条件は、表１に示すもので、
一段コンファインド型による方法（従来法１）と二段フ
リーフォール型による方法（従来法２）と比較して、結
果をまとめて示した。なお、最下段に示す平均粒径は、
通常ガスアトマイズ粉末として使用される粒度として、
-100mesh(149μm以下)の粒について測定した値である。
本表から本発明法は従来法に比し、明らかに微粉粒子の
金属粉末が得られ、またブロッキング現象というトラブ
ルを生ずることなく、安定して金属微粉末を製造するこ
とができることがわかる。

【００１７】

【表１】

【００１８】従来法１においては、ペンシル型ジェット
を逆円錐上に配列噴射してアトマイズを実施した結果で
ある。アトマイズ開始後、約20秒経過した時点で、ブロ
ッキングにより溶湯ノズルが閉塞し、また、ガス噴射ス
リット近傍にも溶湯の凝固塊が付着していた。従来法２
は、Ｖ型ジェットを２段噴射してアトマイズを実施した
例である。Ｖ型ジェットに代表されるフリーウォール型
のアトマイズ方式では、ブロッキングの発生は少ないの
であるが、ジェットの噴射口から溶湯流との交差点まで
の距離が長くなるため、ガス流速の減衰は避けられな
い。したがって、２段噴射を実施しても生成する粉末粒
径はそれほど小さくならないのが実状である。

【００１９】本発明１，２に示す結果は、上段ジェット
にガスが自由に流通できるガスカーテンの欠如部を設け
ているため、ブロッキングの形成要因となる上昇流を抑
制し、ブロッキングを防止することができた。また、コ
ンファインド型であるため、ガス流速の減衰も少ないた
め、ガスジェットの運動エネルギを十分に利用したアト
マイズを実施している。さらに下段ジェットは、上段ジ
ェットにより粉砕された未凝固の粉砕片を上段ジェット
より高速大流量のガスで粉砕するため微細な粉末が生成
する。上下段ジェットの噴射角度は、下段側の吸引効果
を高めるために、5〜15°下段側ジェットの頂角を小さ
くしている。実施例１より２の方が若干粒径が粗くなっ
ているが、これはこの方が上段ジェットと下段ジェット
の焦点間距離がわずかに大きく、下段ジェットによる粉
砕が効果的に寄与しなかったためである。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、金属溶湯ノズルと下ジェット
との交点との間に上ジェットを形成することにより、下
ジェットによる強力な粉砕効果に伴う吹き上げを遮断す
ることにより、ブロッキング現象を防止すると共に、上
ジェットにより弱粉砕した溶湯断片を下段の逆円錐型高
速ガスジェットにより強粉砕する粉砕形態を実現するも
のであり、従来技術では得られないブロッキング現象の
防止と強力な微粉砕作用の両立を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス噴霧金属粉末製造装置の一例
を示す概略図である。（ａ）は断面図、（ｂ）は上ジェ
ット噴射形態例を示す図である。

【図２】一般的なガスアトマイズ装置例を示す概略図で
ある。

【図３】従来技術におけるコンファインド型ガス噴射ノ
ズルの概略図である。

【符号の説明】

１，３１溶湯ノズル、２ガス噴射ノズル本体、３
上ガス噴射ノズル、４下ガス噴射ノズル、５Ｇ上ガス
ジェット、５Ｂ上ガスジェット欠如部、７一次粉砕断
片、８二次粉砕金属粉末、２１ガスアトマイズタン
ク、２２ガス噴射ノズル、２３溶湯保持容器、２４，
３４溶湯流、２５，３３ガスジェット、３２ガス
噴射ノズル、３５閉空間下部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】垂直に流下する金属溶湯流またはその噴
霧体流に対し、その垂直方向の複数の位置でそれぞれ下
向きに衝突するごとく、その周囲から高速ガスジェット
を噴射する金属微粉末の製造装置において、前記金属溶
湯流またはその噴霧体流に特定の垂直位置で衝突する上
ジェットは、前記金属溶湯流またはその噴霧体流の中心
線の周りで衝突効果が他の部分に比し不足する部分を有
するものであり、前記特定の垂直位置より下方の位置で
衝突する下ジェットは、その衝突位置を頂点とする逆円
錐状であることを特徴とするガス噴霧金属粉末製造装
置。
【請求項２】上ジェットは、それぞれ金属溶湯流また
はその噴霧体流の中心線を軸、該溶湯流との衝突点を頂
点とし、前記軸に関して対称にその流れが欠如した部分
を有する逆円錐状であることを特徴とするガス噴霧金属
粉末製造装置。
【請求項３】上ジェットと下ジェットは、ともに金属
溶湯流を取り囲む如く形成された圧力室を共通の源とす
るものであり、かつ下ジェットは上ジェットに比し、大
流量とされたことを特徴とする請求項１または２のガス
噴霧金属粉末製造装置。