(57)【要約】【課題】アトマイズチャンバー内の金属粉末を滞留なく回収することが可能なガスアトマイズ装置を提供する。【解決手段】高速ガスを吹き付けて霧状に飛散させた金属溶滴を、アトマイズチャンバー内で凝固させて金属粉末にするガスアトマイズ装置において、  そのガスアトマイズ装置は、アトマイズチャンバー外に位置して、アトマイズチャンバー内で凝固した金属粉末を回収するためのサイクロン回収機を有しており、アトマイズチャンバーとサイクロン回収機とは、金属粉末をアトマイズチャンバー内からサイクロン回収機内に搬送するための搬送管で繋がっており、  その搬送管は、アトマイズチャンバーの側部に接続され、かつ、アトマイズチャンバーからサイクロン回収機に向かって、斜め下方に向かう傾斜部を備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶湯を保持するとともに、前記金属溶湯を流下させるための孔を底部に有する溶湯保持容器と、前記溶湯保持容器の前記孔より流下された金属溶湯に高速ガスを吹き付けて、前記金属溶湯を霧状の金属溶滴に飛散させるためのガスノズルと、前記ガスノズルの下方に位置して、前記霧状に飛散した金属溶滴を凝固させて金属粉末にするためのアトマイズチャンバーとを備えるガスアトマイズ装置において、
前記ガスアトマイズ装置は、前記アトマイズチャンバー外に位置して、前記アトマイズチャンバー内で凝固した前記金属粉末を回収するためのサイクロン回収機を有しており、前記アトマイズチャンバーと前記サイクロン回収機とは、前記金属粉末を前記アトマイズチャンバー内から前記サイクロン回収機内に搬送するための搬送管で繋がっており、
前記搬送管は、前記アトマイズチャンバーの側部に接続され、かつ、前記アトマイズチャンバーから前記サイクロン回収機に向かって、斜め下方に向かう傾斜部を備えることを特徴とするガスアトマイズ装置。
【請求項２】
前記搬送管の前記傾斜部の角度が、水平方向に対して４５°以上であることを特徴とする請求項１に記載のガスアトマイズ装置。
【請求項３】
前記ガスアトマイズ装置は、前記アトマイズチャンバーの下方に位置して、前記アトマイズチャンバー内の底部と通じ、前記アトマイズチャンバー内で凝固した前記金属粉末を落下させて回収するための回収容器を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のガスアトマイズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種金属粉末の製造に用いられるガスアトマイズ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種金属粉末を製造するための一手法として、ガスアトマイズ法がある。ガスアトマイズ法とは、金属溶湯を保持した溶湯保持容器の底部にある小さな孔から、金属溶湯を細流状に流下して、この流下した金属溶湯に高速ガスを吹き付けて、該金属溶湯が霧状に飛散した金属溶滴を凝固させることで、金属粉末を得る手法である。
【０００３】
そして、金属粉末の製造に用いられるガスアトマイズ装置の構造は、一般的に、金属溶湯を保持して、保持した金属溶湯を流下させるための孔を底部に有した溶湯保持容器と、溶湯保持容器の底部の孔より流下された金属溶湯に高速ガスを吹き付けて、流下された金属溶湯を霧状の金属溶滴に飛散させるためのガスノズルと、ガスノズルの下方に位置して、霧状に飛散した金属溶滴を凝固させるための空間であるアトマイズチャンバーとを備えている。
【０００４】
このようなガスアトマイズ装置は、通常、アトマイズチャンバー内で凝固した金属粉末を回収するための設備を有している。そして、その金属粉末を回収するための設備として、例えば、サイクロン回収機を有したものがある（特許文献１〜５）。サイクロン回収機は、アトマイズチャンバーの外に設置されている。そして、アトマイズチャンバーとサイクロン回収機とは、金属粉末をアトマイズチャンバー内からサイクロン回収機内に搬送するための搬送管で繋がっている。このような構造によって、アトマイズチャンバー内で凝固した金属粉末は、サイクロン回収機のブロワーによって、アトマイズチャンバー内のガスと共に吸引され、搬送管を通って、サイクロン回収機内に搬送される。そして、サイクロン回収機内において、金属粉末は、分級されつつ、回収され、ガスは、ガスアトマイズ装置外に排出される。
【０００５】
また、アトマイズチャンバー内の金属粉末を回収する設備として、アトマイズチャンバーの下方の位置に、回収容器を有したものがある（特許文献１〜５）。この回収容器は、アトマイズチャンバー内の底部と通じている。そして、アトマイズチャンバー内で凝固した金属粉末は、アトマイズチャンバー内を落下して、最終的には、アトマイズチャンバー内の底部に到達する。そして、底部に到達した金属粉末は、回収容器の中に納まって、回収される。このような回収容器は、サイクロン回収機では回収が困難な（吸引が困難な）粒径の大きな金属粉末の回収に有利である。また、回収容器は、比重の大きな金属粉末の回収にも有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１２０９０８号公報
【特許文献２】特開２０００−２７３５０５号公報
【特許文献３】特開平６−２７９８１２号公報
【特許文献４】特開平５−２５５７１１号公報
【特許文献５】特開昭６２−１２７４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サイクロン回収機は、アトマイズチャンバー内の金属粉末を効率よく回収して、かつ、微細な金属粉末を分級できる点で、優れた金属粉末の回収設備である。しかし、従来の構造では、搬送管が接続されているアトマイズチャンバー側において、該チャンバーと搬送管との接続部付近（つまり、搬送管の入口付近）に金属粉末が滞留するという課題があった。金属粉末が搬送管の入口付近に滞留すると、搬送管の内径が小さくなって金属粉末の回収効率が低下し得る。そして、金属粉末の滞留が顕著になると、搬送管が閉塞して、アトマイズチャンバー内のガスを速やかに排出できず、その結果、アトマイズチャンバー内の圧力が上昇して、操業を続行できなくなる可能性があった。
【０００８】
本発明の目的は、アトマイズチャンバー内の金属粉末を滞留なく回収することが可能なガスアトマイズ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、金属溶湯を保持するとともに、保持した金属溶湯を流下させるための孔を底部に有する溶湯保持容器と、その溶湯保持容器の底部の孔より流下された金属溶湯に高速ガスを吹き付けて、金属溶湯を霧状の金属溶滴に飛散させるためのガスノズルと、そのガスノズルの下方に位置して、霧状に飛散した金属溶滴を凝固させて金属粉末にするためのアトマイズチャンバーとを備えるガスアトマイズ装置において、
そのガスアトマイズ装置は、アトマイズチャンバー外に位置して、アトマイズチャンバー内で凝固した金属粉末を回収するためのサイクロン回収機を有しており、アトマイズチャンバーとサイクロン回収機とは、金属粉末をアトマイズチャンバー内からサイクロン回収機内に搬送するための搬送管で繋がっており、
その搬送管は、アトマイズチャンバーの側部に接続され、かつ、アトマイズチャンバーからサイクロン回収機に向かって、斜め下方に向かう傾斜部を備えるものである。
【００１０】
好ましくは、搬送管の傾斜部の角度が、水平方向に対して４５°以上である。
【００１１】
また、本発明のガスアトマイズ装置は、アトマイズチャンバーの下方に位置して、アトマイズチャンバー内の底部と通じ、アトマイズチャンバー内で凝固した金属粉末を落下させて回収するための回収容器を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガスアトマイズ装置を用いて金属粉末を製造する際に、アトマイズチャンバー内の金属粉末を、滞留を抑制して回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のガスアトマイズ装置の一例について、その縦断面構造を示す概略図である。
【図２】本発明の別のガスアトマイズ装置の一例について、その縦断面構造を示す概略図である。
【図３】従来のガスアトマイズ装置の一例について、その縦断面構造を示す概略図である。
【図４】従来の別のガスアトマイズ装置の一例について、その縦断面構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の特徴は、従来のガスアトマイズ装置が有していた金属粉末の回収設備を見直したことで、アトマイズチャンバー内で凝固した後の金属粉末を、滞留を抑制して、回収できる点にある。
具体的には、本発明のガスアトマイズ装置は、アトマイズチャンバー外に位置するサイクロン回収機に金属粉末をアトマイズチャンバー内から搬送するための搬送管の構造に特徴があり、その搬送管が、アトマイズチャンバーの側部に接続され、かつ、アトマイズチャンバーからサイクロン回収機に向かって、斜め下方に向かう傾斜部を備えるものである。
以下に、本発明のガスアトマイズ装置の全体構造を説明した後、本発明の特徴部分を説明する。
【００１５】
まず、ガスアトマイズ装置の全体構造を説明する。
（１）本発明のガスアトマイズ装置は、金属溶湯を保持するとともに、保持した金属溶湯を流下させるための孔を底部に有する溶湯保持容器と、その溶湯保持容器の底部の孔より流下された金属溶湯に高速ガスを吹き付けて、金属溶湯を霧状の金属溶滴に飛散させるためのガスノズルと、そのガスノズルの下方に位置して、霧状に飛散した金属溶滴を凝固させて金属粉末にするためのアトマイズチャンバーとを備えている。
この構造において、本発明のガスアトマイズ装置は、従来のガスアトマイズ装置と共通する。図１、２は、本発明のガスアトマイズ装置の一例について、その縦断面構造を示す概略図である。また、図３、４は、従来のガスアトマイズ装置の一例について、その縦断面構造を示す概略図である。図１〜４において、それぞれのガスアトマイズ装置１は、金属溶湯を保持するとともに、保持した金属溶湯を流下させるための孔２を底部に有した溶湯保持容器３を有する。そして、溶湯保持容器３の底部の孔２より流下された金属溶湯に高速ガスを吹き付けて、金属溶湯を霧状の金属溶滴に飛散させるためのガスノズル４と、そのガスノズル４の下方に位置して、霧状に飛散した金属溶滴を凝固させて金属粉末にするための空間であるアトマイズチャンバー５とを備えている。このアトマイズチャンバー５は、一般的に、円筒状の横断面を有している。
【００１６】
（２）本発明のガスアトマイズ装置は、さらに、アトマイズチャンバー外に位置して、アトマイズチャンバー内で凝固した金属粉末を回収するためのサイクロン回収機６を有している。そして、アトマイズチャンバー５とサイクロン回収機６とは、金属粉末をアトマイズチャンバー内からサイクロン回収機内に搬送するための搬送管７で繋がっている。
本発明のガスアトマイズ装置は、サイクロン回収機を有する点においても、従来のガスアトマイズ装置と共通する。つまり、図１〜４において、それぞれのガスアトマイズ装置１は、アトマイズチャンバー５の外に、該アトマイズチャンバー５内の金属粉末を吸引して回収するためのサイクロン回収機６を有している。そして、このサイクロン回収機６は、金属粉末をアトマイズチャンバー５内からサイクロン回収機６内に搬送するための搬送管７で、アトマイズチャンバー５と繋がっている。
【００１７】
そして、従来のガスアトマイズ装置（図３、４）の構造において、本発明者は、本発明の課題である、搬送管の入口付近に金属粉末が滞留する原因を調査した。その結果、この原因は、アトマイズチャンバーに接続されている搬送管の位置や角度にあることを知見した。つまり、図３のガスアトマイズ装置の場合、アトマイズチャンバー内で凝固した後の金属粉末が、冷却されつつ、同チャンバー内を落下することを考えて、サイクロン回収機内に通じる搬送管は、アトマイズチャンバーの底部に接続されていた（特許文献１、３、４）。このとき、アトマイズチャンバーの「底部」とは、広義には、アトマイズチャンバーの最下の部位に、該アトマイズチャンバーの断面径が最下部に向かって小さくなっていく部位、いわゆる「コーン形状」の部位までを含めて指す。そして、図３のガスアトマイズ装置では、専ら粒径の小さな金属粉末がサイクロン回収機で吸引されて、粒径の大きな金属粉末は、サイクロン回収機で吸引されずに（できずに）、アトマイズチャンバーの下方にある回収容器内に納められる。しかし、粒径が上述の略中間にある金属粉末は、サイクロン回収機で“中途半端に”吸引された状態で、サイクロン回収機６の回収容器内にも納められず、搬送管７の入口付近に滞留しやすい。さらに、搬送管がアトマイズチャンバーの底部に接続されているため、凝固が不完全な金属粉末（溶滴）が搬送管の入口付近に落下した場合に、該溶滴が搬送管の内壁に溶着して、金属粉末がより滞留しやすくなる。
【００１８】
また、図４のガスアトマイズ装置の場合、搬送管７は、アトマイズチャンバー５の側部に接続されている（特許文献２、５）。このとき、アトマイズチャンバー５の「側部」とは、ガスアトマイズ処理中において、流下された金属溶湯に高速ガスが衝突する位置よりも下にある部位であり、前記したコーン形状でなる「底部」よりも上にある部位を指す。一具体的に言えば、ある横断面を有するアトマイズチャンバーにおいて、その横断面積が一定に保たれた部位である。あるいは、アトマイズチャンバーの横断面が円筒状であれば、この円筒の直径が一定に保たれた部位である。そして、図４のガスアトマイズ装置では、専ら粒径の小さな金属粉末が、アトマイズチャンバーの底部に到達する前に、サイクロン回収機６で吸引される。しかし、この場合でも、粒径が前記した「略中間」にある金属粉末は、中途半端に吸引された状態で、やはり、搬送管７の入口付近に滞留しやすい。そこで、本発明者は、金属粉末が搬送管７の入口付近に滞留することを抑制できる手法を検討した。
【００１９】
次に、本発明の特徴部分について説明する。
（３）本発明のガスアトマイズ装置は、搬送管が、アトマイズチャンバーの側部に接続され、かつ、アトマイズチャンバーからサイクロン回収機に向かって、斜め下方に向かう傾斜部を備えるものである。
まず、本発明のガスアトマイズ装置では、搬送管７を、アトマイズチャンバー５の側部に接続することとする。流下される金属溶湯が、例えば、鉄基、ニッケル基、コバルト基等の成分組成のものであるなら、アトマイズチャンバー５の上部の雰囲気ガスは、８００℃を超える程の高温に加熱される。そして、専ら凝固後の金属粉末で占められている該チャンバーの底部でも、３００℃程度にまで上昇している。アトマイズチャンバー内の温度が、その底部、つまり、回収容器の直上まで高く維持されていると、凝固後の金属粉末の温度低下が遅く、雰囲気ガス中の微量の酸素と反応して金属粉末の表面が酸化する懸念がある。また、回収容器に納まった後の金属粉末も依然として温度が高く、回収容器中の微量の酸素と反応して金属粉末の表面が酸化する懸念がある。そこで、搬送管の入口を、アトマイズチャンバーの底部から、側部に移すことは、該チャンバー内の高温の雰囲気ガスを、これが該チャンバーの底部に行き渡る前に、該チャンバー外に排出できる作用を有し、凝固後の金属粉末の速やかな冷却を促して、金属粉末の表面酸化の抑制に効果がある。
【００２０】
そして、本発明の、搬送管の入口付近に金属粉末が滞留するという課題に対しては、搬送管の入口を、アトマイズチャンバーの底部から遠ざけることで、もとよりサイクロン回収機では吸引できない程の大きさの金属粉末は、搬送管の入口と干渉することなく、同チャンバーの底部に落下していく。また、前記した「略中間」の粒径の金属粉末に対しても、搬送管の入口が同チャンバーの底部にないので、該底部の「コーン形状」による金属粉末自体の密集化がなく、滞留の程度を軽減するのに有利である。しかし、搬送管の位置を変更しただけで、金属粉末の滞留の抑制に不十分であることは、上述（図４）の通りである。そこで、本発明者は、搬送管の位置以外の点で、金属粉末の滞留の抑制に効果的な手法を検討した。
【００２１】
その結果、アトマイズチャンバーに接続される搬送管は、その接続位置を変更することに加えて、搬送管の角度を調整することが、金属粉末の滞留の抑制に実に効果的であるという知見を得た。そして、その角度は、アトマイズチャンバーからサイクロン回収機に向かって、搬送管が斜め下方に向かう傾斜部を備えるべきであることを突きとめた（図１）。
具体的な実施態様としては、搬送管７をアトマイズチャンバー５の側部に、搬送管７が“斜め下向きに”なるように接続することで、金属粉末の吸引時には、該金属粉末に働く「重力」を利用できる。よって、前記した「略中間」の粒径を有した金属粉末であっても、ブロワーによる吸引力のみで、少ない抵抗で吸引することができる。その結果、前記した「略中間」の粒径を有した金属粉末は、搬送管の入口付近で滞留することなく、サイクロン回収機内に円滑に到達して、分級され、そして、回収することができる。搬送管の角度を具体的に表記すれば、搬送管の接続位置における水平方向に対して、０°超の斜め下向き角である（図１、２の「角度θ」を参照）。そして、好ましくは４５°以上、より好ましくは５０°以上、斜め下方に向いた角度である。なお、斜め下方を向く角度が大きすぎると、サイクロン回収機内に向かうガスの流れが搬送管の傾斜部の角度の位置（曲がり部）で抵抗を受け、排気抵抗が増して、吸引力が弱まる。また、搬送管の接続作業も難しくなる。よって、傾斜部の斜め下方を向く角度は７５°以下が好ましい。より好ましくは７０°以下である。
【００２２】
本発明において、アトマイズチャンバーの側部に、斜め下方を向くように接続されている搬送管の傾斜部は、長さを１０００ｍｍ以上とすることが好ましい（図１、２の「長さＬ１」を参照）。但し、搬送管がアトマイズチャンバーの側部に水平に接続されている図４のガスアトマイズ装置を検証すると、搬送管の入口付近での金属粉末の滞留位置は、搬送管の入口から少し中に入った位置であり、該位置までは吸引できているようである。このことを踏まえれば、本発明のガスアトマイズ装置において、搬送管の該位置までは搬送管の角度が「水平」であっても、本発明の金属粉末の滞留抑制の効果は発揮される。この点において、本発明に係る搬送管の傾斜部は、アトマイズチャンバー５の側部に、搬送管７が“斜め下向きに”なるように接続する構成でも良いし、アトマイズチャンバー５の側部に、搬送管７が水平に接続された後、傾斜部を設ける構成でも良い。これによって、アトマイズチャンバー側部への搬送管の接続作業を容易にすることができる。この水平部の長さは、長すぎると、図４と同様の課題が生じてしまうため、長すぎてはいけない。このため、この水平部の長さは、例えば、搬送管の入口から２００ｍｍ入ったところまでとする（図２の「長さＬ２」を参照）。
なお、本発明において、搬送管を斜め下方を向くように接続して、金属粉末の滞留抑制の効果を得た後には、該搬送管を水平にしても構わない。但し、搬送管の内壁と、その中を流れるガスとの摩擦を減らして、前記ガスを速やかに吸引および排出するためには、水平に保つ長さは短い方が好ましい。
【００２３】
（４）本発明のガスアトマイズ装置は、アトマイズチャンバーの下方に位置して、アトマイズチャンバー内の底部と通じ、アトマイズチャンバー内で凝固した金属粉末を落下させて回収するための回収容器を別に備えても良い。
本発明のガスアトマイズ装置がアトマイズチャンバーの下方に回収容器を有していることは、従来のガスアトマイズ装置と共通する。つまり、図１〜４において、それぞれのガスアトマイズ装置１は、アトマイズチャンバー５の下方に位置して、アトマイズチャンバー５内の底部と通じ、アトマイズチャンバー５内で凝固した金属粉末を落下させて回収するための回収容器８を有している。そして、この構成において、本発明のガスアトマイズ装置１（図１、２）は、アトマイズチャンバー５の底部にあった、サイクロン回収機６に通じる搬送管７の入口を、該底部から、側部に移したものである。そして、この移した後の搬送管７について、側部に接続する角度を”斜め下向きに”調整したものである。これによって、搬送管の入口付近での金属粉末の滞留を抑制することができる。また、凝固後の金属粉末の速やかな冷却を促して、金属粉末の表面酸化を抑制することもできる。
【実施例】
【００２４】
図１〜４のガスアトマイズ装置１を使用して、金属粉末を製造した。
図１は、本発明例のガスアトマイズ装置であり、搬送管７が、「斜め下方を向くように」、アトマイズチャンバー５の「側部」に接続されているガスアトマイズ装置である。搬送管７の傾斜部の角度θは、水平方向に対して６５°である。そして、搬送管の傾斜部の長さＬ１は１５００ｍｍである。
図２は、本発明例の別のガスアトマイズ装置であり、図１のガスアトマイズ装置に対して、搬送管７の入口付近に「若干の水平部を設けた」ガスアトマイズ装置である。そして、この若干の水平部を設けた搬送管７の長さＬ２は１５０ｍｍである。
【００２５】
図３は、従来のガスアトマイズ装置であり、搬送管７がアトマイズチャンバー５の「底部」に接続されているガスアトマイズ装置である。
図４は、従来の別のガスアトマイズ装置であり、搬送管７がアトマイズチャンバー５の「側部」から「水平に」接続されているガスアトマイズ装置である。
【００２６】
まず、鉄基合金でなる金属溶湯を、溶湯保持容器３内で１６００℃に維持した（図１〜４において、溶湯保持容器３の周囲を取り巻く「丸印の列」は、高周波誘導加熱装置のコイルを示す）。次に、この金属溶湯を、溶湯保持容器３の底部にある孔２（孔径６ｍｍ）から流下した。そして、この流下した金属溶湯に、ガスノズル４からアルゴンガスを吹き付けて、霧状の金属溶滴に飛散させた。そして、この飛散した金属溶滴を、アルゴンガス雰囲気のアトマイズチャンバー５の空間で凝固させて、金属粉末を得た。金属粉末は、搬送管７を通じてアトマイズチャンバー５と繋がったサイクロン回収機６、および、アトマイズチャンバー５の底部と通じた回収容器８によって回収した。
【００２７】
操業中のガスアトマイズ装置について、回収容器８内の金属粉末の温度を測定した。その結果、搬送管７がアトマイズチャンバー５の「底部」に接続されている図３のガスアトマイズ装置では、回収容器８内の金属粉末の温度は最高で３００℃にも達した。これに対して、搬送管７がアトマイズチャンバー５の「側部」に接続されている図１、２、４のガスアトマイズ装置では、回収容器８内の金属粉末の温度は最高でも１７５℃にまで低下した。そして、図１、２、４の回収容器８で回収された金属粉末の表面は、図３のそれに比して、酸化が抑制されていた。
【００２８】
そして、操業後のガスアトマイズ装置について、搬送管７の、アトマイズチャンバー５と接続している入口付近を、目視にて観察した。その結果、搬送管７が、アトマイズチャンバー５の側部から「斜め下方を向くように」接続されている図１のガスアトマイズ装置の場合、搬送管７の入口付近に、金属粉末の滞留が確認されなかった。また、図２のガスアトマイズ装置の場合でも、その「若干の水平部」を含む搬送管７の入口付近に、金属粉末の滞留が確認されなかった。
これに対して、搬送管７が、アトマイズチャンバー５の側部から、斜め下方を向くことなく「水平に」接続されている図４のガスアトマイズ装置の場合、搬送管７の入口付近に金属粉末の滞留が確認された。そして、搬送管７が、アトマイズチャンバー５の底部に接続されている図３のガスアトマイズ装置の場合、搬送管７の入口付近に、金属の溶着と共に、金属粉末の著しい滞留が確認された。
【符号の説明】
【００２９】
１  ガスアトマイズ装置
２  孔
３  溶湯保持容器
４  ガスノズル
５  アトマイズチャンバー
６  サイクロン回収機
７  搬送管
８  回収容器
【図１】
2016169419.tif 000003
【図２】
2016169419.tif 000004
【図３】
2016169419.tif 000005
【図４】
2016169419.tif 000006