(57)【要約】【課題】融点が酸素燃焼の断熱理論火炎温度以上の無機質粉体も溶融することが可能な無機質球状化粒子製造用バーナを提供する。【解決手段】同心の五重管構造を有し、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとを用いた酸素燃焼バーナであって、当該バーナの軸方向に沿って設けられ、第１粉体を供給する第１粉体供給路２Ａと、第１粉体供給路２Ａの外周に設けられ、燃料ガスを供給する第１燃料供給路３Ａと、第１燃料供給路３Ａの外周に設けられ、第２粉体を供給する第２粉体供給路４Ａと、第２粉体供給路４Ａの外周に設けられ、燃料ガスを供給する第２燃料供給路５Ａと、第２燃料供給路５Ａの外周に設けられ、支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給路６Ａと、を備えることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナ１を選択する。【選択図】図１
2016023853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心の五重管構造を有し、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとを用いた酸素燃焼バーナであって、
バーナの中央に、当該バーナの軸方向に沿って設けられ、第１粉体を供給する第１粉体供給路と、
前記第１粉体供給路の外周に設けられ、燃料ガスを供給する第１燃料供給路と、
前記第１燃料供給路の外周に設けられ、第２粉体を供給する第２粉体供給路と、
前記第２粉体供給路の外周に設けられ、燃料ガスを供給する第２燃料供給路と、
前記第２燃料供給路の外周に設けられ、支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給路と、を備えることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナ。
【請求項２】
当該バーナの先端面に、前記第１粉体供給路、前記第１燃焼供給路、前記第２粉体供給路、前記第２燃料供給路及び前記支燃性ガス供給路の先端がそれぞれ開口していることを特徴とする請求項１に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
【請求項３】
前記第１粉体供給路の開口部が第１粉体供給孔であり、
前記第１燃料供給路の開口部が第１燃料供給孔であり、
前記第２粉体供給路の開口部が第２粉体供給孔であり、
前記第２燃料供給路の開口部が第２燃料供給孔であり、
前記支燃性ガス供給路の開口部が支燃性ガス供給孔であるとともに、
当該バーナの先端面を平面視した際に、
当該バーナの中心部に前記第１粉体供給孔が設けられ、
前記第１粉体供給孔の外側を囲むように、複数の孔からなる前記第１燃料供給孔が円環状に設けられ、
前記第１燃料供給孔の外側を囲むように、複数の孔からなる前記第２粉体供給孔が円環状に設けられ、
前記第２粉体供給孔の外側を囲むように、複数の孔からなる前記２燃料供給孔が円環状に設けられ、
前記第２燃料供給孔の外側を囲むように、複数の孔からなる前記支燃性ガス供給孔が円環状に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
【請求項４】
前記第１粉体供給路が、前記第１粉体を搬送するための第１搬送ガスの供給源と接続されており、
前記第２粉体供給路が、前記第２粉体を搬送するための第２搬送ガスの供給源と接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
【請求項５】
請求項１に記載の無機質球状化粒子製造用バーナと、
前記無機質球状化粒子製造用バーナを、炉頂部に垂直下向きに接続する竪型の球状化炉と、
前記球状化炉の下流に設けられたサイクロン及びバグフィルターと、を備えることを特徴とする無機質球状化粒子製造装置。
【請求項６】
燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼により形成されたバーナ火炎により無機質粉体を溶融し、球状化する無機質球状化粒子の製造方法であって、
無機質粉体を溶融し、球状化するための熱量の一部に、無機元素の未酸化物を酸化させる際に発生する酸化熱を用いることを特徴とする無機質球状化粒子の製造方法。
【請求項７】
前記無機質粉体が、前記無機元素を含む無機酸化物であり、
燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼により形成されたバーナ火炎雰囲気と、前記未酸化物を酸化させる際に発生する酸化熱雰囲気と、を隣接させるとともに、
前記バーナ火炎雰囲気と前記酸化熱雰囲気とのあいだに前記無機酸化物を供給することを特徴とする請求項６に記載の無機質球状化粒子の製造方法。
【請求項８】
前記無機酸化物がＳｉＯ２であり、前記未酸化物がＳｉであることを特徴とする請求項６又は７に記載の無機質球状化粒子の製造方法。
【請求項９】
前記無機酸化物がＡｌ２Ｏ３であり、前記未酸化物がＡｌであることを特徴とする請求項６又は７に記載の無機質球状化粒子の製造方法。
【請求項１０】
前記無機酸化物がＭｇＯであり、前記未酸化物がＭｇであることを特徴とする請求項６又は７に記載の無機質球状化粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記無機酸化物がＦｅ２Ｏ３であり、前記未酸化物がＦｅであることを特徴とする請求項６又は７に記載の無機質球状化粒子の製造方法。
【請求項１２】
２８００℃以上の融点を有する無機酸化物であることを特徴とする無機質球状化粒子。
【請求項１３】
前記無機酸化物が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ又はＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項１２に記載の無機質球状化粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機質球状化粒子製造用バーナ、無機質球状化粒子製造装置、無機質球状化粒子の製造方法及び無機質球状化粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無機質の粉体原料を火炎中に通すことにより、無機質球状化粒子（以下、単に「球状化粒子」ということがある）を製造する方法が知られている（特許文献１〜３）。
【０００３】
例えば、特許文献２〜３に開示されている無機質球状化粒子製造装置においては、図４に示すように、原料粉体が原料供給機Ａから切り出され、キャリアガス供給装置Ａ’から供給されるキャリアガスに同伴されてバーナＢに搬送される。このバーナＢには、酸素供給設備Ｃからの酸素と、ＬＰＧ供給設備Ｄからの液化石油ガス（ＬＰＧ）とが供給される。そして、竪型炉Ｅ内の火炎中で球状化された粒子を含む排ガスは、経路Ｆから竪型炉Ｅの底部に導入された空気により冷却され、後段のサイクロンＧ、バグフィルターＨで球状化粒子が捕集される。
【０００４】
ここで、原料粉体をバーナで形成した火炎中で球状化する為には、高温の火炎が必要であることから、図４中に示すバーナＢとして、通常は、ガス燃料と純酸素とを用いた酸素燃焼バーナ（以下、単に「酸素バーナ」ということがある）が用いられている。
【０００５】
このような酸素バーナとして、例えば、特許文献１には、同心円状の二重管であって、その内管と外管との間に多数の小管を設けた構造の拡散型バーナが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２，３には、同心の四重管構造を有する拡散型の酸素バーナが開示されている。具体的には、特許文献２，３に開示された拡散型バーナは、中心から酸素ガス又は酸素富化ガスをキャリアガスとして原料粉体を燃焼室に供給し、その外周から燃料ガスを、更にその外周から１次酸素と２次酸素を供給するように形成されており、最外周には、バーナを冷却する冷却水通路が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−１４５６１３号公報
【特許文献２】特許第３３３１４９１号公報
【特許文献３】特許第３３１２２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、バーナで形成した火炎中に無機質原料粉体を投入し、この無機質原料粉体を火炎により溶融させて効率よく球状粒子を得ようとした場合、火炎温度を投入した無機質原料粉体の融点以上とする必要がある。
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献２，３に開示された構造の酸素バーナでは、燃料と支燃性ガス（酸素ガス）とを燃焼室で混合、燃焼させるため、高温の酸素燃焼火炎を得る事が出来るが、その最高温度は断熱理論火炎温度である２８００℃までであった。
【００１０】
したがって、従来の酸素バーナでは、酸素燃焼の断熱理論火炎温度である２８００℃以上の融点を持つ無機質粉体、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ、融点：２８５２℃）等を溶融する事は、理論上不可能であり、これらの球状化粒子を得ることができないという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、融点が酸素燃焼の断熱理論火炎温度以上の無機質粉体も溶融することが可能な無機質球状化粒子製造用バーナを提供することを課題とする。
【００１２】
また、本発明は、融点が酸素燃焼の断熱理論火炎温度以上の無機質原料粉体も溶融可能であり、効率よく球状化することが可能な無機質球状化粒子製造装置及び無機質球状化粒子の製造方法を提供することを課題とする。
【００１３】
さらに本発明は、融点が酸素燃焼の断熱理論火炎温度以上の無機質球状化粒子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる課題を解決するため、本発明者らは、鋭意研究した結果、火炎中に供給する無機質原料粉体が無機酸化物である場合、この無機酸化物を構成する無機元素の未酸化の粉体を酸化させる際に発生する酸化熱を利用する事で、酸素燃焼の断熱理論火炎温度（すなわち、２８００℃）以上の温度場を形成する事が可能あることを見出して、本発明を完成させた。
【００１５】
すなわち、請求項１に係る発明は、同心の五重管構造を有し、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとを用いた酸素燃焼バーナであって、
バーナの中央に、当該バーナの軸方向に沿って設けられ、第１粉体を供給する第１粉体供給路と、
前記第１粉体供給路の外周に設けられ、燃料ガスを供給する第１燃料供給路と、
前記第１燃料供給路の外周に設けられ、第２粉体を供給する第２粉体供給路と、
前記第２粉体供給路の外周に設けられ、燃料ガスを供給する第２燃料供給路と、
前記第２燃料供給路の外周に設けられ、支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給路と、を備えることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。
【００１６】
請求項２に係る発明は、当該バーナの先端面に、前記第１粉体供給路、前記第１燃焼供給路、前記第２粉体供給路、前記第２燃料供給路及び前記支燃性ガス供給路の先端がそれぞれ開口していることを特徴とする請求項１に記載の無機質球状化粒子製造用バーナである。
【００１７】
請求項３に係る発明は、前記第１粉体供給路の開口部が第１粉体供給孔であり、
前記第１燃料供給路の開口部が第１燃料供給孔であり、
前記第２粉体供給路の開口部が第２粉体供給孔であり、
前記第２燃料供給路の開口部が第２燃料供給孔であり、
前記支燃性ガス供給路の開口部が支燃性ガス供給孔であるとともに、
当該バーナの先端面を平面視した際に、
当該バーナの中心部に前記第１粉体供給孔が設けられ、
前記第１粉体供給孔の外側を囲むように、複数の孔からなる前記第１燃料供給孔が円環状に設けられ、
前記第１燃料供給孔の外側を囲むように、複数の孔からなる前記第２粉体供給孔が円環状に設けられ、
前記第２粉体供給孔の外側を囲むように、複数の孔からなる前記２燃料供給孔が円環状に設けられ、
前記第２燃料供給孔の外側を囲むように、複数の孔からなる前記支燃性ガス供給孔が円環状に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の無機質球状化粒子製造用バーナである。
【００１８】
請求項４に係る発明は、前記第１粉体供給路が、前記第１粉体を搬送するための第１搬送ガスの供給源と接続されており、
前記第２粉体供給路が、前記第２粉体を搬送するための第２搬送ガスの供給源と接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナである。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の無機質球状化粒子製造用バーナと、
前記無機質球状化粒子製造用バーナを、炉頂部に垂直下向きに接続する竪型の球状化炉と、
前記球状化炉の下流に設けられたサイクロン及びバグフィルターと、を備えることを特徴とする無機質球状化粒子製造装置である。
【００２０】
請求項６に係る発明は、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼により形成されたバーナ火炎により無機質粉体を溶融し、球状化する無機質球状化粒子の製造方法であって、
無機質粉体を溶融し、球状化するための熱量の一部に、無機元素の未酸化物を酸化させる際に発生する酸化熱を用いることを特徴とする無機質球状化粒子の製造方法である。
【００２１】
請求項７に係る発明は、前記無機質粉体が、前記無機元素を含む無機酸化物であり、
燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼により形成されたバーナ火炎雰囲気と、前記未酸化物を酸化させる際に発生する酸化熱雰囲気と、を隣接させるとともに、
前記バーナ火炎雰囲気と前記酸化熱雰囲気とのあいだに前記無機酸化物を供給することを特徴とする請求項６に記載の無機質球状化粒子の製造方法である。
【００２２】
請求項８に係る発明は、前記無機酸化物がＳｉＯ２であり、前記未酸化物がＳｉであることを特徴とする請求項６又は７に記載の無機質球状化粒子の製造方法である。
【００２３】
請求項９に係る発明は、前記無機酸化物がＡｌ２Ｏ３であり、前記未酸化物がＡｌであることを特徴とする請求項６又は７に記載の無機質球状化粒子の製造方法である。
【００２４】
請求項１０に係る発明は、前記無機酸化物がＭｇＯであり、前記未酸化物がＭｇであることを特徴とする請求項６又は７に記載の無機質球状化粒子の製造方法である。
【００２５】
請求項１１に係る発明は、前記無機酸化物がＦｅ２Ｏ３であり、前記未酸化物がＦｅであることを特徴とする請求項６又は７に記載の無機質球状化粒子の製造方法である。
【００２６】
請求項１２に係る発明は、２８００℃以上の融点を有する無機酸化物であることを特徴とする無機質球状化粒子である。
【００２７】
請求項１３に係る発明は、前記無機酸化物が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ又はＦｅ２Ｏ３であることを特徴とする請求項１２に記載の無機質球状化粒子である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の無機質球状化粒子製造用バーナは、バーナの中央に当該バーナの軸方向に沿って設けられた第１粉体を供給する第１粉体供給路と、この第１粉体供給路の外周に設けられた燃料ガスを供給する第１燃料供給路と、を備えるとともに、第２粉体を供給する第２粉体供給路と、この第２粉体供給路の外周に設けられた燃料ガスを供給する第２燃料供給路と、支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給路と、を備える構成となっている。
この無機質球状化粒子製造用バーナによれば、第１粉体として無機元素の未酸化物を用い、この無機元素の未酸化物を酸化させることで、バーナの中央に酸化熱雰囲気を形成するとともに、バーナの外周に、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼によるバーナ火炎雰囲気を形成することにより、酸化熱雰囲気の周囲をバーナ火炎雰囲気で包み込むことができる。そして、第２粉体として原料となる無機質粉体を用い、この無機質粉体をバーナの中央の酸化熱雰囲気と、その外周に形成されたバーナ火炎雰囲気との間に供給することができるため、無機質粉体を溶融する際に、無機元素の未酸化物を酸化させる際に発生する酸化熱を効率的に用いることができる。
したがって、本発明の無機質球状化粒子製造用バーナは、融点が酸素燃焼の断熱理論火炎温度（すなわち、２８００℃）以上の無機質粉体も溶融することが可能である。
【００２９】
また、本発明の無機質球状化粒子製造装置及び無機質球状化粒子の製造方法は、上述の無機質球状化粒子製造用バーナを用いるため、融点が酸素燃焼の断熱理論火炎温度（すなわち、２８００℃）以上の無機質原料粉体も溶融可能であり、効率よく球状化することができる。
【００３０】
さらに、本発明の無機質球状化粒子は、従来、球状化が困難であった、２８００℃以上の融点を有する無機酸化物からなる、新規な球状化粒子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用した一実施形態であるバーナを模式的示す断面図である。
【図２】本発明を適用した一実施形態であるバーナを模式的に示す平面図である。
【図３】本発明を適用した無機質球状化粒子の製造装置の構成の一例を示す系統図である。
【図４】従来の無機質球状化粒子の製造装置の構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を適用した一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナについて、これを用いた無機質球状化粒子の製造装置及び製造方法、並びに製造された無機質球状化粒子とともに図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００３３】
＜無機質球状化粒子製造用バーナ＞
先ず、本発明を適用した一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナの構成について、説明する。
図１及び図２は、本発明を適用した一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナ（以下、単にバーナと呼ぶことがある）を示しており、図１はバーナの中心軸に沿って切断した断面図であり、図２はバーナをその先端側から眺めた平面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態のバーナ１は、当該バーナ１の中心側から、第１粉体供給管２、第１燃料供給管３、第２粉体供給管４、第２燃料供給管５及び支燃性ガス供給管６から構成される、同心の五重管構造を有している。また、本実施形態のバーナ１は、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとを用いた酸素燃焼バーナである。
【００３４】
第１粉体供給管２は、図１及び図２に示すように、バーナ１の同心五重管構造の最内側に、当該バーナ１の軸方向に沿って設けられている。この第１粉体供給管２の内側の空間は、第１粉体供給路２Ａとなっており、第１粉体と第１キャリアガス（第１搬送ガス）との混合物を供給可能となっている。
【００３５】
第１粉体供給路２Ａの先端は、バーナ１の先端面１ａに開口している。そして、この第１粉体供給路２Ａの開口部が第１粉体供給孔２ａとなっており、バーナ中心軸に対して平行な方向に第１粉体を噴出するようになっている。また、第１粉体供給路２Ａは、第１粉体を搬送するための第１キャリアガス（第１搬送ガス）の供給源（図示略）と接続されている。
【００３６】
第１粉体は、酸化させる際に酸化熱を生じる化合物であれば、特に限定されるものではない。このような化合物としては、無機元素の未酸化物が挙げられる。具体的には、例えば、ケイ素（Ｓｉ）の無機粉末や、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）等の金属粉末が挙げられる。
【００３７】
また、第１粉体の粒子形態は、特に限定されるものではなく、角を有する非球形の粒子であってもよいし、角を有さない球形の粒子であってもよい。
【００３８】
また、第１粉体の粒子径としては、１０〜１００μｍの範囲であることが好ましく、２０〜３０μｍの範囲であることがより好ましい。ここで、第１粉体の粒子径が１０未満であると、保管中に空気中の酸素と反応しやすくなるために好ましくない。一方、第１粉体の粒子径が１００μｍを超えると、火炎中で全て反応する事が出来ず、金属粉末のままで回収されるために好ましくない。これに対して、上記範囲内であると、保管も容易であり、且つ十分に反応させる事が出来る為に好ましい。
【００３９】
第１キャリアガス（第１搬送ガス）は、第１粉体を搬送可能な気体であれば、特に限定されるものではない。第１キャリアガスとしては、具体的には、例えば、安全性を考慮する場合には、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。一方、第１粉体が、粒子径の大きな金属粉末であり、酸化雰囲気中での燃焼が遅い場合には、空気もしくは酸素富化空気等を用いる事ができる。
【００４０】
第１燃料供給管３は、図１及び図２に示すように、第１粉体供給管２の外側に、当該第１粉体供給管２と同軸的に設けられている。また、図１に示すように、第１燃料供給管３と第１粉体供給管２との間に設けられた空間は、第１燃料供給路３Ａとなっており、燃料ガスを供給可能となっている。換言すると、第１燃料供給路３Ａは、第１粉体供給路２Ａの外周に設けられている。
【００４１】
第１燃料供給路３Ａの先端は、バーナ１の先端面１ａに開口している。そして、図１及び図２に示すように、この第１燃料供給路３Ａの出口端（開口部）は、複数の第１燃料供給孔３ａ，３ａ・・・となっており、バーナ中心軸に対して平行な方向に燃料ガスを噴出するようになっている。具体的には、図２に示すように、第１粉体供給孔２ａの外側を囲むように、複数の第１燃料供給孔３ａ，３ａ・・・が円環状となるように、等間隔に配設されている。
【００４２】
また、第１燃料供給路３Ａの先端側には、図１に示すように、燃料ガスの流れを均一化させるための第１燃料整流ノズル３ｂが設けられている。さらに、第１燃料供給路３Ａは、燃料ガスの供給源（図示略）と接続されている。
【００４３】
燃料ガスは、第１粉体供給孔２ａから噴出される無機元素の未酸化物（第１粉体）の酸化反応の助燃用燃料として機能するものであれば、特に限定されるものではない。このような燃料ガスとしては、具体的には、例えば、メタン（ＣＨ４）やプロパン（Ｃ３Ｈ８）等の気体燃料を用いることができる。また、第１粉体供給孔２ａあるいは第１燃料清流ノズル３ｂのいずれかが液体霧化機構を設けた場合であれば、灯油、アルコール等の液体燃料を用いることもできる。
【００４４】
ところで、第１燃料供給孔３ａから噴出される燃料ガスによって形成される火炎は、第１粉体供給孔２ａから噴出される無機元素の未酸化物を確実に包囲する必要がある。このためには、第１燃料供給管３において、第１燃料整流ノズル３ｂから第１燃料供給孔３ａまでの距離を適正に設けることが重要となる。
【００４５】
具体的には、図１に示すように、第１燃料整流ノズル３ｂから第１燃料供給孔３ａまでの距離Ｌは、第１燃料整流ノズル３ｂに設けられたマルチホール３ｃの孔径ｄに対して、５〜１０倍の範囲とすることが好ましい。
【００４６】
第２粉体供給管４は、図１及び図２に示すように、第１燃料供給管３の外側に、第１粉体供給管２及び第１燃料供給管３と同軸的に設けられている。また、図１に示すように、第２粉体供給管４と第１燃料供給管３との間に設けられた空間は、第２粉体供給路４Ａとなっており、第２粉体（すなわち、原料粉体）を供給可能となっている。換言すると、第２粉体供給路４Ａは、第１燃料供給路３Ａの外周に設けられている。
【００４７】
第２粉体供給路４Ａの先端は、バーナ１の先端面１ａに開口している。そして、図１及び図２に示すように、この第２粉体供給路４Ａの出口端（開口部）は、複数の第２粉体供給孔４ａ，４ａ・・・となっており、バーナ中心軸に対して平行な方向に原料粉体を噴出するようになっている。具体的には、図２に示すように、第１燃料供給孔３ａの外側を囲むように、複数の第２粉体供給孔４ａ，４ａ・・・が円環状となるように、等間隔に配設されている。これにより、第１粉体供給孔２ａから噴出された無機元素の未酸化物による酸化熱を、効率よく粉体原料に受熱させることができる。
【００４８】
また、第２粉体供給路４Ａの先端側には、図１に示すように、粉体原料を均一に分散させるための分散板４ｂが設けられている。さらに、第２粉体供給路４Ａは、原料粉体（第２粉体）を搬送するための第２キャリアガス（第２搬送ガス）の供給源（図示略）と接続されている。
【００４９】
第２粉体は、球状粒子を得たい化合物の原料粉体であれば、特に限定されるものではない。このような化合物としては、具体的には、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ又はＦｅ２Ｏ３等の無機酸化物が挙げられる。
【００５０】
また、第２粉体としては、第１粉体として用いる無機元素の未酸化物に対応するものが好ましい。具体的には、未酸化物がＳｉである場合には、無機酸化物がＳｉＯ２であることが好ましい。また、未酸化物がＡｌである場合には、無機酸化物がＡｌ２Ｏ３であることが好ましい。また、未酸化物がＭｇである場合には、無機酸化物がＭｇＯであることが好ましい。また、未酸化物がＦｅである場合には、無機酸化物がＦｅ２Ｏ３であることが好ましい。
【００５１】
また、第２粉体の粒子形態は、特に限定されるものではなく、角を有する非球形の粒子であってもよいし、角を有さない球形の粒子であってもよい。
【００５２】
また、第２粉体の粒子径としては、１〜５００μｍの範囲であることが好ましく、１〜１００μｍの範囲であることが好ましい。ここで、第２粉体の粒子径が１μｍ未満であると、粒子同士が静電気で凝集し、５００μｍを超えると、バーナ火炎中で十分に加熱する事が出来なくなるために好ましくない。これに対して、上記範囲内であると、火炎中で適切に分散されつつ、十分に加熱・球状化する事が可能となる為に好ましい。
【００５３】
第２キャリアガス（第２搬送ガス）は、第２粉体を搬送可能な気体であれば、特に限定されるものではない。第２キャリアガスとしては、具体的には、例えば、安全性を考慮する場合には、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。一方、第２キャリアガスとして酸素もしくは酸素富化空気等を用いた場合には、原料粉体である第２粉体の酸化剤として用いることができる。
【００５４】
第２燃料供給管５は、図１及び図２に示すように、第２粉体供給管４の外側に、第１粉体供給管２、第１燃料供給管３及び第２粉体供給管４と同軸的に設けられている。また、図１に示すように、第２粉体供給管４と第２燃料供給管５との間に設けられた空間は、第２燃料供給路５Ａとなっており、燃料ガスを供給可能となっている。換言すると、第２燃料供給路５Ａは、第２粉体供給路４Ａの外周に設けられている。
【００５５】
第２燃料供給路５Ａの先端は、バーナ１の先端面１ａに開口している。そして、図１及び図２に示すように、この第２燃料供給路５Ａの出口端（開口部）は、複数の第２燃料供給孔５ａ，５ａ・・・となっており、バーナ中心軸に対して平行な方向に燃料ガスを噴出するようになっている。具体的には、図２に示すように、第２粉体供給孔４ａの外側を囲むように、複数の第２燃料供給孔５ａ，５ａ・・・が円環状となるように、等間隔に配設されている。
【００５６】
また、第２燃料供給路５Ａの先端側には、図１に示すように、燃料ガスの流れを均一化させるための第２燃料整流ノズル５ｂが設けられている。さらに、第２燃料供給路５Ａは、燃料ガスの供給源（図示略）と接続されている。
【００５７】
燃料ガスは、酸素と反応して燃焼するガスであれば、特に限定されるものではない。このような燃料ガスとしては、具体的には、例えば、メタン（ＣＨ４）やプロパン（Ｃ３Ｈ８）等の気体燃料を用いることができる。また、第２燃料供給孔５ａあるいは第２燃料清流ノズル５ｂのいずれかが液体霧化機構を設けた場合であれば、灯油、アルコール等の液体燃料を用いることもできる。
【００５８】
支燃性ガス供給管６は、図１及び図２に示すように、第２燃料供給管５の外側に、第１粉体供給管２、第１燃料供給管３、第２粉体供給管４及び第２燃料供給管５と同軸的に設けられている。また、図１に示すように、第２燃料供給管５と支燃性ガス供給管６の間に設けられた空間は、支燃性ガス供給路６Ａとなっており、支燃性ガスを供給可能となっている。換言すると、支燃性ガス供給管６Ａは、第２燃料供給路５Ａの外周に設けられている。
【００５９】
支燃性ガス供給路６Ａの先端は、バーナ１の先端面１ａに開口している。そして、図１及び図２に示すように、この支燃性ガス供給管６Ａの出口端（開口部）は、複数の支燃性ガス供給孔６ａ，６ａ・・・となっており、バーナ中心軸に対して平行な方向に支燃性ガスを噴出するようになっている。具体的には、図２に示すように、第２燃料供給孔５ａの外側を囲むように、複数の支燃性ガス供給孔６ａ，６ａ・・・が円環状となるように、等間隔に配設されている。
【００６０】
また、支燃性ガス供給路６Ａの先端側には、図１に示すように、支燃性ガスの流れを均一化させるための支燃性ガス整流ノズル６ｂが設けられている。さらに、支燃性ガス供給路６Ａは、支燃性ガスの供給源（図示略）と接続されている。
【００６１】
支燃性ガスは、燃料ガスと反応して火炎雰囲気を形成可能なガスであれば、特に限定されるものではない。このような支燃性ガスとしては、具体的には、例えば、酸素や酸素富化空気等を用いることができる。
【００６２】
このように、第２燃料供給路５Ａの外周に支燃性ガス供給路６Ａが設けられているため、バーナ１の外周に、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼によるバーナ火炎雰囲気を形成することができる。また、このバーナ火炎は、原料粉体（第２粉体）の溶融・球状化に寄与する一方で、バーナ１の周囲からの巻き込み空気もしくは炉内燃焼排ガスを遮断する。これにより、バーナ１の中央に形成した第１粉体の酸化熱が奪われる事を防止するため、無機質粉体の溶融・球状化の効率を高めることができる。
【００６３】
＜無機質球状化粒子の製造装置＞
次に、上述したバーナ１を用いた無機質球状化粒子の製造装置の構成について、説明する。図３は、本発明を適用した無機質球状化粒子製造装置１０の一例を示すもので、図中符号１１は球状化炉を示す。この球状化炉１１は、円筒形の竪型炉であって、その天井部（炉頂部）には上述のバーナ１が、その先端側を炉内に臨ませるようにして垂直下向きに取り付けられている。
球状化炉１１の底部付近には空気導入口１２が形成されており、ここから冷却用空気を内部に導入し、排出される燃焼ガスの温度を下げることができるようになっている。
【００６４】
球状化炉１１の底部付近には燃焼ガス排出口１３が形成されており、ここから生成した球状化粒子が燃焼ガスに搬送されて導出され、ダクト１４を介してサイクロン１５の入口に送られるようになっている。
また、サイクロン１５の出口にはダクト１６が接続され、このダクト１６はバグフィルター１７の入口に接続されている。
【００６５】
バーナ１の第１粉体供給路２Ａ（図１を参照）には、第１粉体供給パイプ（図示略）が接続され、この第１粉体供給パイプは第１粉体フィーダー１８に接続されている。第１粉体フィーダー１８には、第１粉体が貯えられ、第１キャリアガス（第１搬送ガス）供給源１９からの第１キャリアガスが送られ、このキャリアガスに所定量の第１粉体が搬送されて前記第１粉体供給パイプを介してバーナ１の第１粉体供給路２Ａに送られるようになっている。
【００６６】
バーナ１の第１燃料供給路３Ａ（図１を参照）には、第１燃料供給パイプ（図示略）が接続され、この第１燃料供給パイプは第１燃料ガス供給源２０に接続されている。第１燃料ガス供給源２０は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）などの燃料ガスを貯えて、これを送り出すものであって、所定量の燃料ガスが前記第１燃料供給パイプを介してバーナ１の第１燃料供給路３Ａに送られるようになっている。
【００６７】
バーナ１の第２粉体供給路４Ａ（図１を参照）には、第１粉体供給パイプ（図示略）が接続され、この第１粉体供給パイプは原料粉体フィーダー２１に接続されている。原料粉体フィーダー２１には、原料粉体が貯えられ、第２キャリアガス供給源２２からの第２キャリアガスが送られ、この第２キャリアガスに所定量の原料粉体が搬送されて前記第１粉体供給パイプを介してバーナ１の第２粉体供給路４Ａに送られるようになっている。
【００６８】
バーナ１の第２燃料供給路５Ａ（図１を参照）には、第２燃料供給パイプ（図示略）が接続され、この第２燃料供給パイプは第２燃料供給源２３に接続されている。第２燃料供給源２３は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）などの燃料ガスを貯えて、これを送り出すものであって、所定量の燃料ガスが前記第２燃料ガス供給パイプを介してバーナ１の第２燃料供給路５Ａに送られるようになっている。
【００６９】
バーナ１の支燃性ガス供給路６Ａ（図１を参照）には、支燃性ガス供給パイプ（図示略）が接続され、この支燃性ガス供給パイプは支燃性ガス供給源２４に接続されている。支燃性ガス供給源２４は、酸素や酸素富化空気等などの支燃性ガスを貯えて、これを送り出すものであって、所定量の支燃性ガスが前記支燃性ガス供給パイプを介してバーナ１の支燃性ガス供給路６Ａに送られるようになっている。
【００７０】
＜無機質球状化粒子の製造方法＞
次に、上述したバーナ１を備えた製造装置１０を用いた球状化粒子の製造方法について、説明する。
図１〜図３に示すように、先ず、第１粉体フィーダー１８から、無機元素の未酸化物である第１粉体を、第１搬送ガス供給源１９から供給された第１搬送ガスを用いてバーナ１の第１粉体供給路２Ａにおくり、第１粉体噴出孔２ａから球状化炉１１に向けて噴出する。
同時に、バーナ１の第１燃料供給路３Ａに所定量の燃料ガスを第１燃料供給源２０から送り込み、第１燃料ガス噴出孔３ａを経て球状化炉１１に向けて噴出する。
この際、第１燃料ガス噴出孔３ａから噴出される燃料ガスで形成される火炎によって、第１粉体を包囲することにより、第１粉体の酸化反応が起こり、酸化熱が発生する。これにより、バーナ１の中央に酸化熱による高温雰囲気（以下、「酸化熱雰囲気」ということがある）を形成する。
【００７１】
一方、バーナ１の第２燃料供給路５Ａに所定量の燃料ガスを第２燃料供給源２３から送り込み、第２燃料噴出孔５ａを経て球状化炉１１に向けて噴出する。また、バーナ１の支燃性ガス供給路６Ａに所定量の支燃性ガスを支燃性ガス供給源２４から送り込み、支燃性ガス噴出孔６ａを経て球状化炉１１に向けて噴出する。この第２燃焼と支燃性ガスとを燃焼させることにより、バーナ１の外周に、上述した酸化熱による高温雰囲気（酸化熱雰囲気）と隣接させるとともに、当該高温雰囲気の周囲を覆うように、燃料の燃焼による火炎（以下、「バーナ火炎雰囲気」ということがある）を形成する。
【００７２】
次に、第２粉体フィーダー２１から、無機質球状化粒子とするための原料粉体である第２粉体を、第２搬送ガス供給源２２から供給された第２搬送ガスとともにバーナ１の第２粉体供給路４Ａにおくり、第２粉体噴出孔４ａから球状化炉１１に向けて噴出する。
【００７３】
ここで、バーナ１の第２粉体噴出孔４ａから噴出された原料粉体は、バーナ１の中央に形成された高温雰囲気（酸化熱雰囲気）と、バーナ１の外周に形成された燃料の燃焼による火炎（バーナ火炎雰囲気）との間に供給されることとなる。このように、隣接したバーナ火炎雰囲気と酸化熱雰囲気とのあいだに原料粉体を供給することにより、原料粉体を溶融する際に、無機元素の未酸化物（第１粉体）を酸化させる際に発生する酸化熱を効率的に用いることができる。したがって、融点が酸素燃焼の断熱理論火炎温度（すなわち、２８００℃）以上の無機質粉体であっても溶融・球状化することができる。
【００７４】
球状化した粒子は、バーナ１から生成した燃焼ガスと空気導入口１２から導入される空気とのガスに浮遊して球状化炉１１の燃焼ガス排出口１３からダクト１４を経てサイクロン１５に送られる。燃焼ガスに空気を混合することでサイクロン１５に導入されるガスの温度が低下し、サイクロン１５での粒子捕集に適した温度となる。
【００７５】
サイクロン１５では、ガス中に浮遊している球状化粒子のうち、粗粒の球状化粒子が捕集される。サイクロン１５から導出されたガスはダクト１６を介してバグフィルター１７に送られ、ここで球状化粒子のうち、細粒の球状化粒子が捕集される。
【００７６】
ここで、サイクロン１５で捕集される粒子の粒子径は、原料となる酸化物（原料粉体）の粒子径によって異なるものとなる。具体的には、例えば、３μｍの酸化アルミニウムを原料粉体として用いた場合、サイクロン１５では平均粒径で３〜１０μｍ程度の酸化アルミニウムの球状化粒子が回収される。一方、バグフィルター１７では、平均粒径で３μｍ未満の粒子が捕集される。なお、アルミニウムの金属粒子は、酸化、燃焼して微細化されてしまうため、全てバグフィルター１７で捕集されるような、微細な粒子（酸化物）となる。
【００７７】
＜無機質球状化粒子＞
本実施形態の無機質球状化粒子は、上述したバーナ１を用いた製造装置１及び製造方法によって製造されたものであり、酸素燃焼の断熱理論火炎温度（すなわち、２８００℃）以上の融点を有する球状の無機酸化物である。具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ又はＦｅ２Ｏ３の球状化粒子である。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態のバーナ（無機質球状化粒子製造用バーナ）１によれば、バーナの中央に当該バーナの軸方向に沿って設けられた第１粉体を供給する第１粉体供給路２Ａと、この第１粉体供給路２Ａの外周に設けられた燃料ガスを供給する第１燃料供給路３Ａと、を備えるとともに、第２粉体を供給する第２粉体供給路４Ａと、この第２粉体供給路４Ａの外周に設けられた燃料ガスを供給する第２燃料供給路５Ａと、支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給路６Ａと、を備える構成となっている。このバーナ１によれば、第１粉体として無機元素の未酸化物を用い、この無機元素の未酸化物を酸化させることで、バーナ１の中央に酸化熱雰囲気を形成するとともに、バーナ１の外周に、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼によるバーナ火炎雰囲気を形成することにより、酸化熱雰囲気の周囲をバーナ火炎雰囲気で包み込むことができる。そして、第２粉体として原料となる無機質粉体を用い、この無機質粉体をバーナ１の中央の酸化熱雰囲気と、その外周に形成されたバーナ火炎雰囲気との間に供給することができるため、無機質粉体を溶融する際に、無機元素の未酸化物を酸化させる際に発生する酸化熱を効率的に用いることができる。
したがって、本実施形態のバーナ１は、融点が酸素燃焼の断熱理論火炎温度（すなわち、２８００℃）以上の無機質粉体も溶融することが可能である。
【００７９】
また、本実施形態の無機質球状化粒子製造装置１０及び無機質球状化粒子の製造方法によれば、上述のバーナ１を用いるため、融点が酸素燃焼の断熱理論火炎温度（すなわち、２８００℃）以上の無機質原料粉体も溶融可能であり、効率よく球状化することができる。
【００８０】
さらに、本実施形態の無機質球状化粒子は、従来、球状化が困難であった、２８００℃以上の融点を有する無機酸化物からなる、新規な球状化粒子を提供することができる。
【００８１】
以下に、本発明を用いて無機質球状化粒子を製造した際の具体例を示す。
（実施例）
図１及び図２に示すバーナを備える無機質球状化粒子製造装置（図３を参照）を用いて、酸化アルミニウム球状粒子を製造した。酸化アルミニウム球状粒子の製造に際して、バーナの運転条件は下表１に示す通りとした。
【００８２】
【表１】
2016023853.tif 000003
【００８３】
表１に示すように、実施例のバーナには、燃料としてプロパンを用いた。また、第一粉体には、平均粒径２０μのアルミニウム粉体を用いた。第二粉体には、平均粒径３μの酸化アルミニウム粉体を用いた。さらに、第一粉体の搬送には窒素ガスを用い、第二粉体の搬送には酸素ガスを用いた。更にまた、支燃性ガスには、酸素ガスを用いた。
【００８４】
ここで、バーナへのプロパンの供給量は、サイクロンで回収される粒子の円形度を測定し、その値が０．９以上となるように調整した。
なお、粒子の円形度は、市販のフロー式粒子像分析装置（Ｓｙｓｍｅｘ社製、「ＦＰＩＡ−３０００」）を用いて測定した。また、上記装置において測定される円形度は、「円形度＝（粒子面積と等しい円の周囲長）／（粒子周囲長さ）」で定義される。
【００８５】
（比較例）
上述した特許文献２，３に示された拡散型バーナ（以下、「従来バーナ」ともいう）を備える無機質球状化粒子製造装置（図４を参照）を用いて、酸化アルミニウム球状粒子を製造した。酸化アルミニウム球状粒子の製造に際して、従来バーナの運転条件は下表２に示す通りとした。
【００８６】
【表２】
2016023853.tif 000004
【００８７】
表２に示すように、従来バーナには、燃料としてプロパンを用いた。また、従来バーナに供給する原料粉体には、平均粒径３μの酸化アルミニウム粉体を用いた。さらに、原料粉体の搬送には酸素ガスを用いた。更にまた、支燃性ガスには、酸素ガスを用いた。
【００８８】
ここで、従来バーナへのプロパンの供給量は、上記実施例と同様に、サイクロンで回収される粒子の円形度を測定し、その値が０．９以上となるように調整した。
【００８９】
＜比較検証＞
実施例および比較例において、酸化アルミニウム球状化粒子の製造を行い、サイクロン及びバグフィルターにて粒子を回収し、その重量を測定した。実施例および比較例について、回収率（％）と回収重量（ｋｇ）との結果を下表３に示す。なお、下表３において、回収率とは、サイクロン及びバグフィルターの合計を１００％とした際の、それぞれの割合を示している。また、回収重量は、無機質球状化粒子製造装置を運転した際の、１時間当たりに回収される重量を示している。
【００９０】
【表３】
2016023853.tif 000005
【００９１】
ここで、酸化アルミニウムの融点は、２０７２℃であるため、従来バーナを備える比較例の無機質球状化粒子製造装置においても酸化アルミニウムの球状化粒子を製造することが可能である。
しかしながら、表３に示すように、本発明の無機質球状化粒子製造装置によれば、燃料ガスとして用いるプロパンガスの使用量を低減可能な上に、サイクロンにおいて粗粒の酸化アルミニウムの球状化粒子の回収率を高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００９２】
１・・・バーナ（無機質球状化粒子製造用バーナ）
２・・・第１粉体供給管
２Ａ・・・第１粉体供給路
２ａ・・・第１粉体供給孔
３・・・第１燃料供給管
３Ａ・・・第１燃料供給路
３ａ・・・第１燃料供給孔
３ｂ・・・第１燃料整流ノズル
４・・・第２粉体供給管
４Ａ・・・第２粉体供給路
４ａ・・・第２粉体供給孔
５・・・第２燃料供給管
５Ａ・・・第２燃料供給路
５ａ・・・第２燃料供給孔
５ｂ・・・第２燃料整流ノズル
６・・・支燃性ガス供給管
６Ａ・・・支燃性ガス供給路
６ａ・・・支燃性ガス供給孔
１０・・・無機質球状化粒子製造装置
１１・・・球状化炉
１５・・・サイクロン
１７・・・バグフィルター
【図１】
2016023853.tif 000006
【図２】
2016023853.tif 000007
【図３】
2016023853.tif 000008
【図４】
2016023853.tif 000009