JPS58177403A - セラミツクを含まない高純度金属粉末を製造する方法および装置 - 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】 本発明は溶解容器から自由に流出する溶融金属をガス流
によって霧化し、続いて凝固させる・セラミックを含ま
ない高純度金属粉末を製造する方法および装置に関する
。

上記概念の方法はしげしげ金属５噴霧法とも称される。

この場合溶融金属をセラミックライニングを有する誘導
炉から霧化装置の多くは同様。

セラミックのタンデイツシに供給することは技術水準に
属する。誘導炉のセラミックライニングもセラミノクタ
ンデイッシも形成する粉末のセラミック粒子による汚染
の原因となり、したがって金属粉末の品質が著しく低下
される。

それゆえセラミンクを含まない金属粉末を製造するため
現在まで溶融金属分割に遠心投射法が使用された。この
場合使用材料としては真空子−り炉、電子ビーム炉また
はエレクトロスラグ再溶解装置で再溶解によってセラミ
ック分を除去′したインゴットが使用される。それぞれ
のインゴットを新たに溶解し、滴下または流出する°溶
融金属をいわゆる遠心・モノ上に導き、この上で溶融金
属を遠心力の作用下に微細な滴に分割した（西独公開特
許公報第２５　２８　９９９号参照）。

このような方法によって高純度の金属粉末を製造しうる
けれど、実際にはガス霧化法に比して粒度スペクトルが
粗ぐなるとともに装置の処理能力が小さいのが欠点であ
る。

インゴットを消耗電極として使用し、この電極と回転す
る水冷Ｐラムの間にアークを発生させ、このアークによ
ってインゴットを溶解することもすでに公知である。こ
の方法の場合も粒度スペクトルが広くなり、装置の処理
能力は著しく低い。

電子ビーム溶解法と金属噴霧法の組合せは金属噴霧の際
霧化ガスを連続的に供給するため、経済的費用によって
十分高い真空を得ることが実際には不可能であるので役
立たない。電子ビームを使用するためにはできるだけ良
好な真空が必要である。

金属霧化法とプラズマ溶解法の組合せも低い効率および
エネルギー収支のため、不経済に高いプラズマ溶解能力
の装置を備えなければならないの〒１使用に耐えないこ
とが明らかになった０ それゆえ本発明の目的は霧化過程およびそのために必要
な溶融金属の単位時間当りの供給量が高いにもかかわら
ず、セラミック粒子を含まない粉末を製造しうる前記概
念の方法を得ることである。

この目的は本発明により溶融金属をアーク電極により溶
解容器内に公知法で製造して保持し、溶解容器の熱収支
の制御によってこの中に凝固した金属のｊ−をつくり、
溶融金属を溶解容器の溢流口から流出させ、溢、流口の
下を霧化することによって解決される。

電子ビーム溶解と異なりアーク電極による溶解は大気圧
中で実施することもできるの〒、溶解過程はかなりの量
の霧化ガスの供給によっても妨害されない。溶解容器の
内壁に凝固金属層をつくることによって溶融金属と溶解
容器の間の相互作用が有効に防止される。凝固金属層は
しばしばスカルとも称される。この種の溶解法は原理的
には公知であるけれど、現在まで真空中の精密鋳造部材
の製造にしか使用されなかった０ 凝固金属層の厚さは溶解容器の熱収支すなわちアーク法
によって供給する熱量と冷却媒体によって導出する熱量
に関係する。それゆえ供給および導出熱量の制御によっ
て凝固金属層の厚さを制御することがｆきる。

この場合溶融金属があらかじめ溶解容器の材料と接触す
ることなく、溢流口からすなわち溶融金属浴の最高位置
から流出し、溢流口の下で霧化されることがきわめて重
要である。溶解速度をも決定する供給熱量は広い範囲に
変化することができるので、高い処理能力に必要な溶解
能力は本発明の方法によって容易に達成することができ
る。金属噴霧法も高い霧化速度を達成しつる方法である
。この場合粒度スペクトルの大きい変化幅が可能になる
。粒度スペクトルは方法・ξラメータに応じて狭くまた
は広くなり、さらじ粒度スペクトルの最大を移動するこ
とができる。さらに金属霧化に伴って溶融金属の著しく
早い凝固を生ずる好ましい冷却特性が得られる。

簡単に表現すれば本発明はス々ル溶解法と金属霧化法の
組合せ！ある。

さらに本発明により溶解容器の溢流口を能力調節のため
、プラズマトーチによって溶融金属の流れをほぼ一定に
保持するように加熱するのがとぐに有利である。この手
段により溶融金属の２つの性質すなわち粘度および表面
張力が制御される。弱い加熱または強い加熱によって溶
融金属の留保または流出促進を達成することができる。

これはもちろん十分な量の溶融金属が補充されること、
すなわちアーク加熱の調節によって制御しつる過程を前
提とする。しがしそれとは無関係に溶解容器内の溶融金
属量はある程度緩衝量となる。というのは溢流口の最高
点の上に１種のメニスカスが形成され、その大きさは表
面張力に関係するがら１ある。溢流口を強く加熱すれば
、この平衡はとぐに単位時間当り多量の溶融金属が流出
する方向に影響される。さらに溢流口には半凝固した溶
融金属がなくなる。

本発明はさらに本発明の方法を実施する装置にも関する
。この装置は溶解容器を含む溶解および霧化室、加熱装
置、霧化ノズル、冷却区間および粉末捕集容器からなる
。

同じ目的を解決するためさらに本発明により、溶解容器
が溢流口を有する液冷溶解ルッゼとして形成され、加熱
装置が溶解容器の上に配置したアーク電極〒あり、がっ
霧化ノズルを溢流口の下に配置した装置が提案される。

アーク電極としては永久電極（黒鉛電極、水冷した金属
電極）またはとくにこの方法〒製造する金属粉末と同じ
金属からなるいわゆる消耗電極が使用される！ このような装置はさらに本発明の特徴によりとぐに有利
に溶解および霧化室が１部に横方向突出部を有し、この
突出部が溢流口の方向の続きとして拡がり、かつ冷却区
間を有し、突出部の端部に粉末捕集容器が配置されてい
る。

溶解過程が不活性ガス中〒実施されるいわゆる閉鎖アー
ク炉は一般に主軸が垂直方向に走る構造の炉が常用され
る。それゆえ本発明は主として垂直方向に拡がるこのよ
うな炉に横方向すなわち水平方向に拡がる突出部を付加
することからなる。この水平方向突出部には金属粉末の
冷却区間もあり、金属粉末は高いガス圧のため比較的迅
速に凝固する。

金属粉末はこの冷却区間内ｆはぼ水平方向に、しかしき
わめて強い横方向成分を有する放物線の形〒拡がる。こ
め横方向成分は本発明の装置の機能に重要〒ある。とい
うのはこの構造特徴によって全装置の構造高さを拡大す
る必要がなくなるからである。この場合リングスリット
ノズルから高速をもって流出するガスが金属粒子をほぼ
下向きに噴射する公知金属霧化法によればいわゆる落丁
シャフトが必要になり、そのためこのような装置の構造
高さが著しく大きくなることに注意しなければならない
。

次に本発明の装置の実施例を図面により説明する。

装置は溶解および霧化室１からなり、この室は上部およ
び中間部にほぼ円筒形のシャフト２を有する。室は室上
部３および室上部４からなり、この２つの部分は装入の
ため取りはずし可能のフランジ結合５で互いに結合され
る。室上部および室上部は図示のように２重壁に形成さ
れ、冷却媒体流入管６または７および冷却媒体流出管８
または９を備える。室上部は図示されていない旋回支柱
に固定され、それによって横に旋回可能である。

室上部のスライドシール１０をｔ極ロッドが貫通し、こ
のロンドは導線１２を介して電源装置と結合している。

電極ロンド１１の下端に支持装置１３が固定され、この
装置へ電極短片１４が形状閉鎖的かつ解除可能に挿入さ
れる。電極短片１４は消耗電極として形成された電極１
５と溶接により結合される。

電極１５の下方には溶解容器１６があり、この容器は導
線１７を介して電源装置の対極と結合している。溶解容
器は２重壁の液体冷却ルツゼとして形成され、片側にい
わゆる注型ノーズの形の溢流口１８を備える。溶解過程
の間、電極１５と溶解容器１６内の溶融金属との間にア
ークが飛び、このアークにより溶融金属は液状に保持さ
れ、連続的に電極１５の新しい材料が溶解される。前記
のように溶解容器１６の熱収支の制御によって溶融金属
とどの溶解容器内壁の間にスカルと称する凝固した材料
の層が形成される。この層（図には示されていない）は
溶融金属と溶解容器の接触を防止する。

潅流口から下へ流出する釡属は霧化ノズル１９の前に達
し、このノズルは導管２０を介して図示されていない圧
縮ガス源と結合している。

ガス流がない場合、溢流口１８から流出する金属は霧化
ノズル１９の前面の前を流れ去る。しかし霧化ノズル１
９からの適当な圧縮ガスによって金属流はきわめて微細
な滴に霧化され、この霧はほぼ水平方向に右側（図面で
）へ噴射される。

そのため室上部４の下部範囲に横方向突出部２１が付加
され、その２重壁は冷却系へ接続され、この突出部２１
に冷却区間２２が形成される。突出部２１がほぼ溢流口
１Ｂの方向および霧化ノズル１９から出るガスの流れ方
向に続くことは図から明らかである。突出部２１の先端
の下側仕切壁はホン・ぞ２３の形に形成され、−このホ
ン・ぞの下部出口へ粉末ゲート２４を介して粉末捕集容
器２５が接続する。

室上部４と横方向突出部２１の間の移行部の室壁にプラ
ズマトーチ２６が配置され、このトーチは溢流口１８へ
向いているの１、この溢流口をプラズマフレーム２７に
よって加熱することがｆきる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の装置の縦断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　溶解容器から自由に流出する溶融金属をガス流に
   よって霧化し、次に凝固させるセラミックを含まない高
   純度金属粉末の製法において、溶融金属をアーク電極に
   より溶解容器内に製造して保持し、溶解容器の熱収支の
   制御によって溶解容器内に凝固金属層をつくり、溶融金
   属を溶解容器の溢流口から流出させ、溢流口の下１霧化
   することを特徴とするセラミックを含まない高純度金属
   粉末を製造する方法。 ２　溢流口をプラズマトーチにより、１ｌｌＦ拳金属の
   流れを一定に保持するように加熱して能力を制御する特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　溶解容器を含む溶解および霧化室、加熱装置、霧
   化ノズル、冷却区間および粉末捕集客器からなる、セラ
   ミックを含まない高純度金属粉末を製造する装置におい
   て、溶解容器（１６）が溢流口（１８）を備える液冷溶
   解ルツヂとして形成され、加熱装置が溶解容器（１６）
   の上方に配置されたアーク電極（１５）１あり、霧化ノ
   ズル（１９）が溢流口（１８）のＦ方に配置されている
   ことを特徴とするセラミックを含まない高純度金属を製
   造する装置。 ４、　溶解および霧化室（１）が下部に横方向突出部（
   ２１）を−有し、この突出部が溢流口（１８）の方向の
   続きとして拡がり、かつ冷却区間（２２）を有し、突出
   部の端部に粉末捕集容器（２５）が配置されている特許
   請求の範囲第３項記載の装置。 ５、　溶解および霧化室（１）に溢流口（１８）に向く
   プラズマトーチ（２６）が配置されている特許請求の範
   囲第３項記載の装置。