JP7328796B2 - METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING METAL POWDER - Google Patents
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Description
本発明は、金属粉末を製造する方法および装置に関するものであり、殊に微細な金属粉末の製造に関する。 The present invention relates to methods and apparatus for producing metal powders, and more particularly to the production of fine metal powders.
金属粉末は産業において重要な素材であり、その特性に応じて電子材料、触媒、電池の活物質、工具、医薬品、宝飾品など様々な用途に使用されている。これらの中でも、電子材料などの用途においては、近年製造される電子装置などの製品の小型化、製品の構成部品の集積化が急速に進み、金属粉末のさらなる微細化が求められ、粒子径の小さい金属粉末を収率高く製造できる方法が望まれている。 Metal powder is an important material in industry, and depending on its characteristics, it is used in various applications such as electronic materials, catalysts, battery active materials, tools, medicines, and jewelry. Among these, in applications such as electronic materials, the miniaturization of products such as electronic devices manufactured in recent years and the integration of product components have progressed rapidly. A method that can produce small metal powder with high yield is desired.
従来、微細な金属粉末の製造方法としては、例えば特許文献1に開示されているような、1100℃以上の高温の溶融金属に高圧水を吹き付けて粉砕および急冷を行う水アトマイズ法が知られており、この方法によれば、安価に金属粉末を提供することができる。 Conventionally, as a method for producing fine metal powder, for example, the water atomization method disclosed in Patent Document 1 is known, in which high-pressure water is sprayed on molten metal at a temperature of 1100° C. or higher to pulverize and rapidly cool the metal. Therefore, according to this method, metal powder can be provided at low cost.
その他、ガスアトマイズ法(例えば特許文献2)、金属素材にプラズマジェットを吹き付ける方法(例えば特許文献3)、溶融金属にフレームジェットを噴射する方法(例えば特許文献4)もある。さらに、例えば特許文献5には、水アトマイズ法とガスアトマイズ法とを併用することが示唆されている。これは、先ずガスアトマイズ法で溶融金属を粉砕し、続けて水アトマイズ法でさらに粉砕する方法であると考えられる。
In addition, there are a gas atomization method (eg Patent Document 2), a method of spraying a plasma jet onto a metal material (eg Patent Document 3), and a method of injecting a flame jet onto molten metal (eg Patent Document 4). Further, for example,
また、例えば特許文献6には、溶融金属に対してフレームジェットを噴射し、フレームジェットの噴射により得られた溶融金属粉末を冷却媒体で冷却する金属粉末の製造方法が記載されている。これは、コストに着目し、水アトマイズ法などでかかる各種設備、装置の費用を低減し、さらに低コストで金属粉末を提供しようとしたものである。 Further, for example, Patent Document 6 describes a method for producing metal powder in which a flame jet is injected into molten metal and the molten metal powder obtained by the injection of the flame jet is cooled with a cooling medium. Focusing on the cost, this is intended to reduce the cost of various equipment and devices required in the water atomization method and the like, and to provide a metal powder at a low cost.
上述の通り、金属粉末のさらなる微細化が求められている。
上記特許文献1に記載されている水アトマイズ法では、溶融金属に高圧水が衝突してせん断力がかかる(これにより溶融金属の粉砕が起こる)と同時に急冷が起こり固化するため、得られる粉末の微細化には限度がある。
As described above, further miniaturization of metal powder is required.
In the water atomization method described in Patent Document 1, high-pressure water collides with the molten metal to apply a shearing force (this causes the molten metal to pulverize), and at the same time, rapid cooling occurs and solidifies, so that the powder obtained is There is a limit to miniaturization.
また、上記特許文献2~4のいずれの方法でも、溶融金属を粉砕する力が弱く、得られる金属粉末の粒径は、せいぜい水アトマイズ法と同レベルである。さらに、上記特許文献5に記載されているように水アトマイズ法とガスアトマイズ法を併用する方法についても、ガスと接触した時点で溶融金属が冷却されて固化するため、水アトマイズによる粉砕は不十分になり、やはり粉末の微細化には限度があるという問題がある。
In addition, in any of the methods of Patent Documents 2 to 4, the force for pulverizing the molten metal is weak, and the particle size of the obtained metal powder is at most the same level as that of the water atomization method. Furthermore, in the method of using both the water atomization method and the gas atomization method as described in
上記特許文献6には、水アトマイズ法で使用されるような高圧ポンプが不要である旨が記載されており、特許文献6における冷却媒体の噴射は冷却のみを目的としたものである。このため特許文献6に記載された方法で得られる金属粉末の粒径は、特許文献1~5記載の方法で得られる金属粉末のものと同程度と考えられる。 Patent Document 6 described above does not require a high-pressure pump such as that used in the water atomization method, and the injection of the cooling medium in Patent Document 6 is intended only for cooling. Therefore, the particle size of the metal powder obtained by the method described in Patent Document 6 is considered to be about the same as that of the metal powder obtained by the methods described in Patent Documents 1 to 5.
一方、金属粉末の製造方法として、溶液中で金属イオンを還元することにより金属粉末を合成する湿式反応も知られている。湿式反応プロセスによれば、水アトマイズ法等よりも微細な金属粉末が得られることが知られているが、反応においてさまざまな薬剤を使用するため、これらが金属粉末中に不純物として混入するという問題がある。さらに、湿式反応は、水アトマイズ法に比べてコストが高い。 On the other hand, as a method for producing metal powder, a wet reaction is also known in which metal powder is synthesized by reducing metal ions in a solution. The wet reaction process is known to produce finer metal powder than the water atomization process, but the use of various chemicals in the reaction causes the problem of contamination of the metal powder with impurities. There is In addition, wet reactions are more costly than water atomization methods.
以上の従来技術に伴う問題を解決するため、本発明は、不純物量が低減された、従来の水アトマイズ法等により得られる金属粉末よりも微細な金属粉末を低コストで製造する方法、およびそのための装置を提供することを目的とする。 In order to solve the problems associated with the above-described conventional techniques, the present invention provides a method for producing, at a low cost, a metal powder with a reduced amount of impurities, which is finer than the metal powder obtained by the conventional water atomization method or the like, and The object is to provide an apparatus for
上記問題を解決するため、本発明は、溶融金属粒に対して水圧90MPa~400MPaの高圧水を吹き付けて前記溶融金属粒を粉砕する水アトマイズ工程を有し、前記溶融金属粒が、溶融金属に対して、前記溶融金属の融点以上の高温流体を噴射して前記溶融金属を粗粉砕することにより供給され、前記溶融金属粒の供給は、前記溶融金属を落下させながら、前記溶融金属の落下速度よりも高速で前記高温流体を噴射して行われ、前記高温流体は、フレームであり、前記溶融金属の流れの横断面の外周側の、前記流れの中心線に対して対称な複数の位置から、前記中心線に対して外周側からそれぞれ同じ傾斜角度でフレームを噴射し、前記高圧水を、前記溶融金属粒の流れの横断面の外周側の、前記中心線に対して対称な複数の位置から、前記中心線に対して外周側からそれぞれ同じ傾斜角度で噴射し、前記フレームが直線状に噴射されたと仮定した場合の、フレーム同士が最初に衝突する仮想交点と、前記高圧水が直線状に噴射されたと仮定した場合の、高圧水同士が最初に衝突する仮想交点との距離を、前記高圧水の水圧で除した値A(mm/MPa)が、1.25mm/MPa以上である、金属粉末の製造方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention has a water atomization step of spraying high-pressure water at a water pressure of 90 MPa to 400 MPa to the molten metal particles to crush the molten metal particles, and the molten metal particles are turned into molten metal. On the other hand, the molten metal particles are supplied by jetting a high-temperature fluid having a temperature higher than the melting point of the molten metal and coarsely pulverizing the molten metal. The hot fluid is a frame, and the hot fluid is jetted from a plurality of positions symmetrical with respect to the centerline of the flow on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal. , flames are jetted at the same inclination angle from the outer peripheral side with respect to the center line, and the high-pressure water is sprayed at a plurality of positions symmetrical with respect to the center line on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal particles. Assuming that the flames are jetted in a straight line, the imaginary intersection point where the frames first collide with each other and the high-pressure water is in a straight line A value A (mm / MPa) obtained by dividing the distance between the virtual intersection where the high-pressure water first collides by the water pressure of the high-pressure water is 1.25 mm / MPa or more. A method for producing metal powder is provided.
フレームの噴射速度が500m/s以上であってもよい。また、フレームの噴射速度が1200m/s以下であってもよい。前記水アトマイズ工程は、前記溶融金属粒に、水圧90MPa~400MPa、水量100L/min以上の高圧水を吹き付けて行われてもよい。
The jet speed of the flame may be 500 m/s or more. Also, the flame ejection speed may be 1200 m/s or less. The water atomizing step may be performed by spraying high-pressure water at a water pressure of 90 MPa to 400 MPa and a water flow rate of 100 L/min or more onto the molten metal grains.
前記値Aが1.25mm/MPa~1.60mm/MPaであることがより好ましい。 More preferably, the value A is 1.25 mm/MPa to 1.60 mm/MPa.
また、本発明は、 水アトマイズ法を用いて、溶融金属粒から金属粉末を製造する装置であって、溶融金属粒を供給する供給手段と、前記供給手段により供給される前記溶融金属粒に水圧90MPa~400MPaの高圧水を吹き付けて溶融金属粒を粉砕する高圧水噴射機構とを有し、前記供給手段が、溶融金属を供給する溶融金属供給手段と、前記溶融金属供給手段により供給される前記溶融金属に対して、前記溶融金属の融点以上の高温流体を噴射する高温流体噴射機構とを有し、前記高温流体噴射機構がフレームジェット噴射機構であり、前記フレームジェット噴射機構は、前記溶融金属供給手段により供給された溶融金属の流れの横断面の外周側に、前記流れの中心線に対して対称位置となるように複数設置されたジェットバーナーを有し、各ジェットバーナーからは、前記中心線に対して外周側からそれぞれ同じ傾斜角度でフレームが噴射され、前記高圧水噴射機構は、前記溶融金属粒の流れの横断面の外周側に、前記中心線に対して対称位置となるように複数設置された注水ノズルを有し、各注水ノズルからは、前記中心線に対して外周側からそれぞれ同じ傾斜角度で高圧水が噴射され、各ジェットバーナーからフレームが直線状に噴射されたと仮定した場合の、フレーム同士が最初に衝突する仮想交点と、各注水ノズルから高圧水が直線状に噴射されたと仮定した場合の、高圧水同士が最初に衝突する仮想交点との距離を、前記高圧水の水圧で除した値A(mm/MPa)が、1.25mm/MPa以上である、金属粉末の製造装置を提供する。 The present invention also provides an apparatus for producing metal powder from molten metal grains using a water atomization method, comprising: a feeding means for feeding molten metal grains ; a high-pressure water injection mechanism for spraying high-pressure water of 90 MPa to 400 MPa to pulverize the molten metal grains , wherein the supply means includes molten metal supply means for supplying molten metal, and the molten metal supply means supplied by the molten metal supply means. a high-temperature fluid injection mechanism for injecting a high-temperature fluid having a temperature equal to or higher than the melting point of the molten metal, wherein the high-temperature fluid injection mechanism is a flame jet injection mechanism, and the flame jet injection mechanism is the molten metal. A plurality of jet burners are installed on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal supplied by the supply means so as to be symmetrical with respect to the center line of the flow. Flames are jetted at the same angle of inclination from the outer circumference side with respect to the line, and the high-pressure water injection mechanism is positioned symmetrically with respect to the center line on the outer circumference side of the cross section of the flow of the molten metal particles. It was assumed that a plurality of water injection nozzles were installed, and from each water injection nozzle, high-pressure water was injected at the same inclination angle from the outer peripheral side with respect to the center line, and flames were injected in a straight line from each jet burner. In this case, the distance between the virtual intersection where the frames first collide and the virtual intersection where the high-pressure water first collides, assuming that the high-pressure water is injected in a straight line from each water injection nozzle, is defined as the high-pressure water A value A (mm/MPa) divided by the water pressure of is 1.25 mm/MPa or more .
前記溶融金属供給手段が、その底部に、前記溶融金属を出湯し、落下させるノズルを有していてもよい。 The molten metal supply means may have, at its bottom, a nozzle for pouring out and dropping the molten metal.
前記値Aが1.25mm/MPa~1.60(mm/MPa)であることが好ましい。
The value A is preferably 1.25 mm/MPa to 1.60 (mm/MPa).
本発明によれば、不純物量が低減された微細な金属粉末を低コストで製造することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, fine metal powder with a reduced amount of impurities can be produced at low cost.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
[金属粉末の製造方法]
まず、本発明の金属粉末の製造方法について説明する。本発明は、アトマイズ法を用いて溶融金属粒から金属粉末を製造する方法である。従来のアトマイズ法等では、粉砕力が不十分で、微細な金属粉末を効率よく得ることが困難であった。また、水アトマイズ法とガスアトマイズ法との併用では、形式上は2段階の粉砕となるものの、最初の粉砕であるガスアトマイズを行った時点で溶融金属が粉砕されるとともに冷却されて、固化するため、次の水アトマイズによる粉砕は不十分なものとなる。
[Method for producing metal powder]
First, the method for producing the metal powder of the present invention will be explained. The present invention is a method for producing metal powder from molten metal particles using an atomizing method. In the conventional atomizing method, etc., it was difficult to obtain fine metal powder efficiently due to insufficient pulverization force. In addition, in the combined use of the water atomization method and the gas atomization method, although it is formally a two-stage pulverization, the molten metal is pulverized and cooled and solidified when the gas atomization, which is the first pulverization, is performed. Subsequent comminution by water atomization is unsatisfactory.
このように、粉砕の回数を増やしたとしても、各粉砕が効果的に行われなければ、微細な金属粉末は得られない。そこで本発明では、溶融した状態の金属粒に対して水アトマイズ工程を実施することで、ある程度粒径の小さな金属粒をさらに効果的に粉砕し、微細な金属粉末を製造することを可能とした。 Thus, even if the number of pulverizations is increased, fine metal powder cannot be obtained unless each pulverization is effectively performed. Therefore, in the present invention, by performing the water atomizing process on metal particles in a molten state, it is possible to more effectively pulverize metal particles having a relatively small particle size and produce fine metal powder. .
本発明の金属粉末の製造方法が対象とする金属種に特に限定はないが、本発明によれば微細な金属粉末を提供することができるので、微細な粉末が求められる用途に使用される金属が対象として好適である。そのような金属として具体的には、元素周期表第2族から第15族の元素のうちの1種以上が挙げられ、本発明の金属粉末の製造方法が好適に適用できる観点から、好ましくはAu、Ag、Cu、Pd、Ni、Co、Al、Si、P、B、Ti、Cr、Fe、Zn、In、Sn、Te、Bi、Mg、Mnのうちの1種以上が挙げられる。これらの金属を単独で使用して金属粉末としてもよいし、複数を使用して合金粉末としてもよい。さらに、1種又は複数の金属をメインとしてこれに他の金属を微量添加して、得られる金属(合金)粉末に所望の特性を付与してもよい。 There is no particular limitation on the type of metal targeted by the method for producing a metal powder of the present invention. is suitable as a target. Specific examples of such metals include one or more of the elements of Groups 2 to 15 of the periodic table, and from the viewpoint that the method for producing a metal powder of the present invention can be suitably applied, Au, Ag, Cu, Pd, Ni, Co, Al, Si, P, B, Ti, Cr, Fe, Zn, In, Sn, Te, Bi, Mg, and Mn. These metals may be used singly to form a metal powder, or a plurality of these metals may be used to form an alloy powder. Furthermore, one or more metals may be used as the main material, and other metals may be added in small amounts to impart desired properties to the resulting metal (alloy) powder.
<溶融金属粒の供給(粗粉砕工程)>
本発明においては、溶融金属粒は公知の方法で供給することができる。例えば、金属をその融点以上に加熱して溶融金属とし、これに、その金属の融点以上の高温流体を噴射することで、溶融金属にせん断力を付与して粗粉砕する。溶融金属へ高温流体を噴射する方法は特に限定されないが、溶融金属粒の製造効率の観点から、炉などにおいて溶融させた金属をその底部の開口部から落下させ、これに高温流体を噴射して粗粉砕することが好ましい。
<Supply of Molten Metal Particles (Coarse Grinding Step)>
In the present invention, molten metal particles can be supplied by known methods. For example, a metal is heated to a temperature higher than its melting point to form a molten metal, and a high-temperature fluid having a temperature higher than the melting point of the metal is jetted to the molten metal, thereby imparting a shearing force to the molten metal and coarsely pulverizing it. The method of injecting the high-temperature fluid to the molten metal is not particularly limited, but from the viewpoint of the production efficiency of the molten metal grains, the metal melted in a furnace or the like is dropped from the opening at the bottom, and the high-temperature fluid is injected into it. Coarse pulverization is preferred.
このような粗粉砕工程に使用できる高温流体の種類は特に制限されないが、粉砕力の観点から、高速で噴射できる高温流体として、フレーム、プラズマ、およびガスが好ましい。これらは1種単独で使用してもよいし2種以上をあわせて使用してもよい。また、これらを多段階で噴射することによって、溶融金属を複数回粗粉砕してもよい。これによって、次の水アトマイズ工程に供給される溶融金属粒の粒径が小さくなり、最終的に得られる金属粉末がより微細なものとなると考えられる。コストの観点からは、高温流体として、フレームが特に好ましい。 Although the type of high-temperature fluid that can be used in such a coarse pulverization step is not particularly limited, flame, plasma, and gas are preferred as high-temperature fluids that can be jetted at high speed from the viewpoint of pulverization force. These may be used singly or in combination of two or more. Further, the molten metal may be coarsely pulverized multiple times by injecting these in multiple stages. As a result, the grain size of the molten metal grains supplied to the subsequent water atomization step is reduced, and the finally obtained metal powder is considered to be finer. From the viewpoint of cost, a flame is particularly preferable as the high-temperature fluid.
高温流体の温度は、粗粉砕する金属の融点以上であればよいが、これにより生成した溶融金属粒が次の水アトマイズ工程に移行するまでに一定の冷却を受けるので、この冷却によって溶融金属粒が固化しないようにする。すなわち、高温流体の温度は、溶融金属の比熱、高温流体との接触時間等から勘案し、溶融金属粒が水アトマイズ工程に移行するまで溶融状態を維持できるだけのエネルギーを与えられる程度にする。 The temperature of the high-temperature fluid should be higher than the melting point of the metal to be coarsely pulverized. prevent it from solidifying. That is, the temperature of the high-temperature fluid is set to the extent that the molten metal granules can be given enough energy to maintain the molten state until the molten metal particles shift to the water atomization process, taking into consideration the specific heat of the molten metal, the contact time with the high-temperature fluid, and the like.
高温流体の噴射速度は、溶融金属に適切なせん断力を付与できれば特に制限されないが、上記のように溶融金属を炉などから落下させる場合には、その落下速度よりも速いことが好ましく、せん断力の観点から100m/s~2500m/sであることがより好ましい。さらに好ましくは150m/s~2000m/sであるとよい。 The injection speed of the high-temperature fluid is not particularly limited as long as it can impart an appropriate shearing force to the molten metal. from the viewpoint of 100 m/s to 2500 m/s. More preferably, it should be 150 m/s to 2000 m/s.
なお、高温流体としてフレームを使用する場合、フレームを形成するガス(以下「フレーム形成ガス」ともいう)の噴射速度(流速)は通常240m/s~1500m/sである。本発明においては、高温流体がフレームである場合、フレーム形成ガスの噴射速度がフレームの噴射速度であるとみなす。得られる金属粉末の粒径を小さくする観点から、フレーム形成ガスの噴射速度すなわちフレームの噴射速度が500m/s以上であることが好ましい。また同様な観点から、フレームの噴射速度が1200m/s以下であることが好ましく、630m/s以下であることが更に好ましい。 When a flame is used as the high-temperature fluid, the injection velocity (flow velocity) of the flame-forming gas (hereinafter also referred to as "flame-forming gas") is usually 240 m/s to 1500 m/s. In the present invention, when the hot fluid is a flame, the injection velocity of the flame forming gas is considered to be the injection velocity of the flame. From the viewpoint of reducing the particle size of the metal powder to be obtained, it is preferable that the injection speed of the flame forming gas, that is, the injection speed of the flame is 500 m/s or more. From the same point of view, the flame injection speed is preferably 1200 m/s or less, more preferably 630 m/s or less.
また、フレーム形成ガスは、燃料ガスと酸素ガスの混合ガスである。燃料ガスとしては従来燃焼に使用されているガスが特に制限なく使用可能であるが、その例としては、アセチレン、プロパン、エチレン及びメタンが挙げられる。これらの中でもコストの点からプロパンが好ましい。また、例えばプロパンと酸素の理論的燃焼割合はモル比で1(プロパン):5(酸素)であるが、実際の燃焼においては酸素ガスの一部が燃焼に使用されない場合もあり、また不完全燃焼を避けるために、理論的燃焼割合よりも酸素を多く混合することが好ましい。 Also, the flame forming gas is a mixed gas of fuel gas and oxygen gas. As the fuel gas, any gas conventionally used for combustion can be used without particular limitation, and examples thereof include acetylene, propane, ethylene and methane. Among these, propane is preferable from the viewpoint of cost. In addition, for example, the theoretical combustion ratio of propane and oxygen is 1 (propane): 5 (oxygen) in molar ratio, but in actual combustion, part of the oxygen gas may not be used for combustion, or may be incomplete. To avoid burning, it is preferable to mix more oxygen than the stoichiometric burning rate.
また、粗粉砕工程においては、粉砕の効率や設備コストの観点から、炉などにおいて溶融金属を調製し、その底部の開口部からこれを落下させ、そして以下のようにフレームを噴射することが好ましい。すなわち、落下する溶融金属の流れの横断面の外周側の、溶融金属の流れの中心線に対して対称な複数の位置から、前記溶融金属の流れの中心線に対して外周側からそれぞれ略同じ傾斜角度でフレームを噴射する。この構成の詳細については、後述の本発明の金属粉末の製造装置の実施の形態の説明において、図1及び2を参照しながら説明する。なお中心線とは、落下する溶融金属の流れの、流れ方向における中心を通る直線を意味する。 In the coarse pulverization step, from the viewpoint of pulverization efficiency and equipment cost, it is preferable to prepare the molten metal in a furnace or the like, drop it from the opening at the bottom, and then spray the flame as follows. . That is, from a plurality of positions symmetrical with respect to the center line of the molten metal flow on the outer peripheral side of the cross section of the falling molten metal flow, from the outer peripheral side with respect to the center line of the molten metal flow. Shoot the flame at an angle of inclination. The details of this configuration will be described later with reference to FIGS. Note that the center line means a straight line passing through the center of the flowing molten metal in the direction of flow.
以上の粗粉砕工程によって、溶融金属粒が供給される。 Molten metal grains are supplied by the coarse pulverization process described above.
<水アトマイズ工程>
次に、水アトマイズ工程について説明する。例えば上記の粗粉砕工程によって供給された溶融金属粒に対して高圧水を吹き付けることで、溶融金属粒がさらに粉砕されて粉末化し、微細な金属粉末が製造される。
<Water atomization process>
Next, the water atomizing process will be explained. For example, by spraying high-pressure water onto the molten metal particles supplied in the coarse pulverization step, the molten metal particles are further pulverized into powder, producing fine metal powder.
水アトマイズ工程においては、溶融金属粒に、好ましくは水圧90MPa~400MPa(より好ましくは100MPa~350MPa、さらに好ましくは120MPa~280MPa)で、好ましくは水量100L/min以上(より好ましくは130L/min~400L/min)で、水を吹き付ける。これに使用される水のpHは特に制限されないが、金属を腐食したり溶解するようなpH領域は避ける。 In the water atomizing step, the molten metal particles are preferably subjected to a water pressure of 90 MPa to 400 MPa (more preferably 100 MPa to 350 MPa, still more preferably 120 MPa to 280 MPa) and a water amount of 100 L/min or more (more preferably 130 L/min to 400 L). /min) to spray water. The pH of the water used for this is not particularly limited, but the pH range that corrodes or dissolves metals should be avoided.
溶融金属粒は、高圧水を吹き付けられることでせん断されて更に粒径が小さくなるとともに、急冷凝固する。このようにして得られた金属粉末は微細となる。さらに本発明によれば、湿式反応のように様々な薬剤を使用することなく粉末を製造することから、得られる金属粉末中の不純物量が少なく、これに起因する様々な不利点(例えば粉末を焼成した際のガス発生)が改善される。このような特性から、本発明の金属粉末の製造方法により製造された金属粉末は、その金属種にもよるが、電子材料、触媒、電池の活物質、工具、医薬品、宝飾品などの様々な用途に利用可能である。 The molten metal particles are sheared by being sprayed with high-pressure water to further reduce the particle size and rapidly solidify. The metal powder thus obtained is fine. Furthermore, according to the present invention, since the powder is produced without using various chemicals as in the wet reaction, the amount of impurities in the obtained metal powder is small, and various disadvantages resulting from this (for example, powder Gas generation at the time of firing) is improved. Due to these characteristics, the metal powder produced by the method for producing metal powder of the present invention can be used in various applications such as electronic materials, catalysts, battery active materials, tools, medicines, and jewelry, depending on the type of metal. available for use.
上述の通り粗粉砕工程においては、溶融金属を落下させ、溶融金属の流れの横断面の外周側の対称な複数の位置から、前記流れの中心線に対して外周側からそれぞれ略同じ傾斜角度でフレームを噴射することが好ましい。そして製造される金属粉末の粒度の均一性の観点から、水アトマイズ工程における高圧水の噴射は、フレームの噴射と同心円状に行われることが好ましい。すなわち、前記高圧水を、溶融金属粒の流れの横断面の外周側の、溶融金属の流れの中心線に対して対称な複数の位置から、溶融金属の流れの中心線に対して外周側からそれぞれ略同じ傾斜角度で噴射することが好ましい。この構成の詳細については、後述の本発明の金属粉末の製造装置の実施の形態の説明において、図1及び2を参照しながら説明する。 As described above, in the coarse pulverization step, the molten metal is dropped from a plurality of symmetrical positions on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal at approximately the same inclination angle from the outer peripheral side with respect to the center line of the flow. It is preferred to jet the flame. From the viewpoint of the uniformity of the particle size of the metal powder to be produced, it is preferable that the high-pressure water jetting in the water atomizing step is performed concentrically with the flame jetting. That is, the high-pressure water is supplied from a plurality of positions symmetrical with respect to the center line of the molten metal flow on the outer peripheral side of the cross section of the flow of molten metal particles, and from the outer peripheral side with respect to the center line of the flow of molten metal. It is preferable to jet at substantially the same inclination angle. The details of this configuration will be described later with reference to FIGS.
なおこの構成の場合において、フレームによる粗粉砕が行われてから高圧水による水アトマイズが行われるまでの間隔と高圧水の水圧が所定の関係を満足すると、より微細な金属粉末を得ることができる。具体的には、まず前記の間隔は、前記フレームが直線状に噴射されたと仮定した場合の、フレーム同士が最初に衝突する仮想交点と、前記高圧水が直線状に噴射されたと仮定した場合の、高圧水同士が最初に衝突する仮想交点との距離(仮想交点間距離)として定義する。なおフレーム及び高圧水ともに「直線状に噴射された」と仮定するのは、重力の影響や高圧水の噴射により生ずる陰圧の影響などの理由で、これらは完全な直線状には噴射されないと考えられるからである。またここでいう「直線状に噴射された」とは、フレーム(フレーム形成ガス)及び水の各々が、噴射される噴射口の口径と同じ径で、曲がるなどすることなく噴射される(と仮定する)という意味である。更に、溶融金属の粗粉砕が複数回行われる場合は、上記「フレーム同士が最初に衝突する仮想交点」は、最後に(粒となっている)溶融金属に対して噴射されるフレーム同士が最初に衝突する仮想交点とする。 In the case of this configuration, if the water pressure of the high-pressure water and the interval between the coarse pulverization by the flame and the water atomization by the high-pressure water satisfy a predetermined relationship, finer metal powder can be obtained. . Specifically, first, the above-mentioned interval is the virtual intersection point where the frames first collide, assuming that the flames are jetted in a straight line, and the point of intersection, assuming that the high-pressure water is jetted in a straight line. , is defined as the distance from the virtual intersection where the high-pressure water collides first (distance between virtual intersections). It should be noted that the assumption that both the flame and the high-pressure water were jetted "in a straight line" is because of the effects of gravity and negative pressure caused by the jetting of high-pressure water, and that they are not jetted in a perfect straight line. Because it is possible. In addition, "injected in a straight line" here means that each of the flame (flame-forming gas) and water is injected with the same diameter as the diameter of the injection port, and is injected without bending. to do). Furthermore, when the molten metal is coarsely pulverized multiple times, the above "virtual intersection point where the frames first collide" is the first flame to be sprayed against the molten metal (granulated) at the end. Let it be a virtual intersection that collides with
本構成において、仮想交点間距離を高圧水の水圧で除した値A(mm/MPa)が、1.25mm/MPa以上であることが好ましい。高圧水の噴射による陰圧の影響で、高圧水の上段のフレームが高圧水側に吸われることとなり、実際のフレーム同士が最初に衝突する点と高圧水同士が最初に衝突する点との距離は、仮想交点間距離よりも小さくなる。この小さくなる度合いは、高圧水の水圧が高くなるほど大きくなる。溶融金属がフレームにより十分に粉砕されるためには、溶融金属がフレームに衝突してから高圧水に衝突するまでに一定の距離があることが望ましいと考えられる。それの指標である仮想交点間距離は、前記の通り高圧水の水圧により影響を受けるので、前者を後者で割ることにより、水圧による影響を除いた。製造される金属粉末の粒子径を特に微細にする観点からは、前記値Aは、1.25mm/MPa~1.60mm/MPaであることがより好ましい。 In this configuration, the value A (mm/MPa) obtained by dividing the virtual inter-intersection distance by the water pressure of the high-pressure water is preferably 1.25 mm/MPa or more. Due to the negative pressure caused by the injection of high-pressure water, the upper frame of the high-pressure water is sucked into the high-pressure water side. is smaller than the distance between virtual intersections. The degree of this decrease increases as the water pressure of the high-pressure water increases. In order for the molten metal to be sufficiently pulverized by the flame, it is considered desirable that there is a certain distance between the collision of the molten metal with the flame and the collision with the high-pressure water. Since the virtual intersection distance, which is an index thereof, is affected by the water pressure of high-pressure water as described above, the influence of water pressure was eliminated by dividing the former by the latter. The value A is more preferably 1.25 mm/MPa to 1.60 mm/MPa from the viewpoint of making the particle size of the metal powder to be produced particularly fine.
なお、水アトマイズ工程の実施により金属粉末が水中に分散したスラリーが得られるが、このスラリーを濾過して金属粉末を回収し、さらにこれを水洗、乾燥、解砕、分級等してもよい。 By carrying out the water atomization process, a slurry in which metal powder is dispersed in water is obtained. This slurry may be filtered to recover the metal powder, which may then be washed with water, dried, pulverized, and classified.
以上説明した本発明の金属粉末の製造方法では、溶融金属粒に対して水アトマイズすることで、金属粒を効果的に粉砕するため、従来のアトマイズ法等に比較してより微細な金属粉末を製造することができる。 In the metal powder production method of the present invention described above, the metal particles are effectively pulverized by water atomizing the molten metal particles. can be manufactured.
[金属粉末の製造装置]
次に、本発明の実施形態にかかる金属粉末の製造装置の例を参照して、本発明の金属粉末の製造方法の具体的な実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる金属粉末の製造装置を示し、金属粉末の製造時の様子を模式的に示す断面図である。なお符号4及び5がつけられたリング状の部位については立体的に示している。
[Metal powder manufacturing equipment]
Next, a specific embodiment of the metal powder manufacturing method of the present invention will be described with reference to an example of a metal powder manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a metal powder manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and schematically showing a state during metal powder manufacturing. Note that the ring-shaped portions denoted by
製造装置1は、溶融金属粒12を供給する供給手段2と、供給手段2により供給された溶融金属粒12に高圧水13を吹き付けて溶融金属粒12を粉砕する高圧水噴射機構5とを有している。供給手段2は、具体的には、溶融金属10を供給する溶融金属供給手段3(例えばタンディッシュ)と、溶融金属10の融点以上の高温流体を噴射する高温流体噴射機構4(例えばフレームジェット噴射機構)とを有している。以下、溶融金属供給手段をタンディッシュ3、高温流体噴射機構をフレームジェット噴射機構4として説明する。
The manufacturing apparatus 1 has a supply means 2 for supplying molten metal particles 12 and a high-pressure
溶融金属10の供給手段であるタンディッシュ3は、金属を融点以上に加熱して溶融させることができ、溶融金属10を収容するとともに、底部に、溶融金属10を出湯するノズル3aを有している。タンディッシュ3内の溶融金属10は、融点以上の温度に加熱されるとともにその温度が保持されており、ノズル3aを介して下方へ溶融金属10を落下させることができる。 The tundish 3, which is a means for supplying the molten metal 10, can melt the metal by heating it to a temperature above its melting point, accommodates the molten metal 10, and has a nozzle 3a at the bottom for discharging the molten metal 10. there is The molten metal 10 in the tundish 3 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point and maintained at that temperature, so that the molten metal 10 can drop downward through the nozzle 3a.
タンディッシュ3の下方には、フレームジェット噴射機構4としてのジェットバーナーが設けられている。ジェットバーナーは、ノズル3aから落下する溶融金属10の流れの横断面の外周側に、この流れの中心線に対して対称位置となるように複数設置されていることが好ましい。各ジェットバーナーは、落下する溶融金属10に対して、溶融金属10の融点以上の高温のフレーム11を、溶融金属10の外周側から斜め下方に向かって均等に噴射する。
A jet burner as a flame
ここで、図1中に示した符号4aは、フレームジェット噴射機構4としてのジェットバーナーの噴射口の配列(以下、「フレーム噴射口配列4a」)を示している。ノズル3aから落下する溶融金属10の流れの横断面の外周側に、この流れの中心線に対して対称位置となるようにジェットバーナーが複数設置されることにより、フレーム噴射口配列4aは、ノズル3aから落下する溶融金属10の流れの中心線L(溶融金属10の流れの、流れ方向における中心を通る直線)を中心とし、互いに水平面内にあるリング状に配置されることとなる。また、各ジェットバーナーからは、落下する溶融金属10に対して、溶融金属10の融点以上の高温のフレーム11を、溶融金属10の外周側から中心線Lに対してそれぞれ同じ傾斜角度で斜め下方に向かって噴射する。これにより、フレーム11は複数のジェットバーナー(フレーム噴射口配列4a)から下方に向かって略円錐形状に噴射されることとなる。
Here,
フレーム11の噴射速度(各ジェットバーナーの噴射口における噴射速度)は、溶融金属10の落下速度よりも高速であり、例えば溶融金属10の落下速度が2.0m/s程度の場合、噴射速度を100m/s~2500m/s程度、好ましくは150m/s~2000m/s程度とする。このようなフレームジェット噴射機構4により、ノズル3aから落下する溶融金属10に対して下方に向かって略円錐形状にフレームが噴射されることにより、溶融金属10を粗粉砕する粗粉砕工程が行われ、粗粉砕されてできた溶融金属粒12が、さらに下方に向けて落下する。粗粉砕されてできる溶融金属粒12が広がらないように、フレームジェット噴射機構4と高圧水噴射機構5との間において、溶融金属粒12を包むように所定径のバレルを設置してもよい(図示せず)。なお、フレーム11が直線状に噴射されていると仮定した場合の、フレーム11によって形成される円錐形状の頂角θは好ましくは15°~60°である。この場合の円錐形状は、各ジェットバーナーの噴射口の内縁(フレーム噴射口配列4aの内縁)を底面とし、フレーム11が直線状に噴射されたと仮定した場合のフレーム11の噴射方向の内側面で定義する。「直線状に噴射された」の意味は、上記本発明の金属粉末の製造方法の実施の形態に関して説明したものと同様である。
The injection speed of the flame 11 (the injection speed at the injection port of each jet burner) is higher than the drop speed of the molten metal 10. For example, when the drop speed of the molten metal 10 is about 2.0 m/s, the injection speed is It is about 100 m/s to 2500 m/s, preferably about 150 m/s to 2000 m/s. By such a flame
フレームジェット噴射機構4の下方には、高圧水を吹き付ける高圧水噴射機構5が設けられ、フレームジェット噴射機構4で粗粉砕されてできた溶融金属粒12に向けて高圧水13を吹き付けて溶融金属粒12をさらに粉砕する水アトマイズ工程を行う。高圧水噴射機構5は、高圧ポンプおよび複数の注水ノズルを有し、注水ノズルは、溶融金属粒12の流れの横断面の外周側に、溶融金属の流れの中心線に対して対称位置となるように複数設置されていることが好ましい。各注水ノズルは、落下する溶融金属粒12に対して、高圧水13を斜め下方に噴射するように設置され、落下する溶融金属粒12に対して、外周側から斜め下方に向かって均等に噴射する。
A high-pressure
ここで、図1中に示した符号5aは、高圧水噴射機構5としての注水ノズルの噴射口の配列(以下、「注水噴射口配列5a」)を示している。フレームジェット噴射機構4で粗粉砕されて落下する溶融金属粒12の流れの横断面の外周側に、溶融金属粒12の流れの中心線L’(ノズル3aから落下する溶融金属10の流れの中心線Lと同一の直線となると考えられる。)に対して対称位置となるように注水ノズルが複数設置されることにより、注水噴射口配列5aは、フレーム11により粗粉砕されて落下する溶融金属粒12の流れの中心線L’を中心とし、互いに水平面内にあるリング状に配置されることとなる。また、各注水ノズルからは、落下する溶融金属粒12に対して、溶融金属粒12の外周側から中心線L’に対してそれぞれ同じ傾斜角度で斜め下方に向かって高圧水13を噴射する。これにより、高圧水13は複数の注水ノズル(注水噴射口配列5a)から下方に向かって略円錐形状に噴射されることとなる。なおこの場合も、円錐形状は、各注水ノズルの噴射口の内縁(注水噴射口配列5aの内縁)を底面とし、高圧水13が直線状に噴射されたと仮定した場合の高圧水13の噴射方向の内側面で定義する。「直線状に噴射された」の意味は、上記本発明の金属粉末の製造方法の実施の形態に関して説明したものと同様である。
Here,
図2に示すように、高圧水13の噴射は、金属粉末14の粒度の均一性の観点から、フレームジェット噴射機構4によるフレーム11の噴射と同心円状に行われることが好ましい。すなわち、フレーム噴射口配列4aと注水噴射口配列5aは、いずれもノズル3aから落下する溶融金属10の流れの中心線Lを中心にしてリング状に配置する。また、フレーム11が直線状に噴射されたと仮定した場合にこれによって形成される円錐形状の頂点(各ジェットバーナーからフレーム11が直線状に噴射されたと仮定した場合の、フレーム11同士が最初に衝突する仮想交点11a)と、高圧水13が直線状に噴射されたと仮定した場合にこれによって形成される円錐形状の頂点(各注水ノズルから高圧水13が直線状に噴射されたと仮定した場合の、高圧水13同士が最初に衝突する仮想交点13a)との距離(以下、「仮想交点間距離X」)を、高圧水13の水圧で除した値A(mm/MPa)は、製造される金属粉末14の微細化効果を高めるために、1.25mm/MPa以上であることが好ましく、1.25mm/MPa~1.60mm/MPaであることがより好ましい。
As shown in FIG. 2, it is preferable that the high-
この高圧水噴射機構5では、上記で説明した水圧や水量の条件で、高圧水13を溶融金属粒12に向けて噴射して、フレーム11により粗粉砕された溶融金属粒12をさらに粉砕して微細化させ、同時に急冷凝固させることによって、溶融金属粒12を粉末化する。
The high-pressure
以上のような製造装置1のフレームジェット噴射機構4および高圧水噴射機構5は、例えばチャンバー21内に設けられ、チャンバー21の底部に金属粉末14が水とともにスラリーとして堆積する。得られた金属粉末14のスラリーは、ろ過、水洗、乾燥、解砕、分級等の工程を経て、製品として使用される。
The flame
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person skilled in the art can conceive various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims, and these are also within the technical scope of the present invention. be understood to belong to
[実施例1]
図1で説明した金属粉末の製造装置を用い、銅の溶湯から、フレームジェットによる粗粉砕工程と水アトマイズ工程とを併用する製造方法で銅粉末を製造した。
[Example 1]
Copper powder was produced from molten copper using the apparatus for producing metal powder described with reference to FIG.
具体的には、タンディッシュ炉3中にて銅を1300℃に加熱して溶湯とし、タンディッシュ炉3の底部に設けられたノズル3aより出湯させた。 Specifically, copper was heated to 1300° C. in the tundish furnace 3 to form a molten metal, which was discharged from a nozzle 3 a provided at the bottom of the tundish furnace 3 .
出湯した銅の溶湯10に対して、この溶湯10の流れの横断面の外周側に、溶湯10の流れの中心線に対して対称位置に設置された複数のジェットバーナーからフレーム11を噴射し、溶湯10を粗粉砕した。ここで、フレーム形成ガスとしてはプロパンガス、酸素ガス及び圧縮空気の混合ガスを使用し、プロパンガスの噴射速度(流速)を33m/sとし、酸素ガスの流速を72m/sとし、圧縮空気の流速を510m/sとした。これらのガスは同じ方向で噴射させることで、フレーム形成ガスの流速を高めて(フレーム形成ガスとしての流速は615m/s)フレーム11の噴射速度を速くし、またこれらのガスはフレーム着火部分近傍で合流させた。なお、フレーム11の温度を、マテリアルエコリファイン株式会社製手動式浸漬型光ファイバー温度計FIMTHERM-HMIIをジェットバーナーの噴射口に近づけ測定したところ、温度は2146℃であった。
A
続いて、フレーム11による粗粉砕によりできた溶融金属粒12に対して、高圧水噴射機構5により高圧水13を吹き付けて粉砕を行った。具体的には、溶融金属粒12に対して、大気雰囲気下、水圧115MPa、水量160L/分で水を吹き付けて急冷凝固させ、銅粉末が水に分散したスラリーを得た。このスラリーを濾過し、得られた固形物を水洗し、乾燥して、銅粉末を得た。なお、仮想交点間距離Xは204.4mmであり、これを高圧水13の水圧で割った値Aは1.777mm/MPaであった。
Subsequently, high-
得られた銅粉末について、BET比表面積、タップ密度、粒度分布、酸素量及び炭素量の測定を行った。具体的には以下の通りである。 The BET specific surface area, tap density, particle size distribution, oxygen content and carbon content of the obtained copper powder were measured. Specifically, it is as follows.
BET比表面積:BET比表面積測定器(ユアサアイオニクス株式会社製の4ソーブUS)を使用して、測定器内に105℃で20分間窒素ガスを流して脱気した後、窒素とヘリウムの混合ガス(N2:30体積%、He:70体積%)を流しながら、BET1点法により測定した。 BET specific surface area: Using a BET specific surface area measuring instrument (4Sorb US manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd.), nitrogen gas was flowed into the measuring instrument at 105°C for 20 minutes to deaerate, and then nitrogen and helium were mixed. It was measured by the BET one-point method while flowing gas (N 2 : 30% by volume, He: 70% by volume).
タップ密度:特開2007-263860号公報に記載された方法と同様に、銅粉末を内径6mm×高さ11.9mmの有底円筒形のダイに容積の80%まで充填して銅粉末層を形成し、この銅粉末層の上面に0.160N/m2の圧力を均一に加え、この圧力で銅粉末がこれ以上密に充填されなくなるまで前記銅粉末層を圧縮した後、銅粉末層の高さを測定し、この銅粉末層の高さの測定値と、充填された銅粉末の重量とから、銅粉末の密度を求め、これを銅粉末のタップ密度とした。 Tap density: In the same manner as the method described in JP-A-2007-263860, a copper powder layer was formed by filling a bottomed cylindrical die with an inner diameter of 6 mm and a height of 11.9 mm up to 80% of the volume. A pressure of 0.160 N/m 2 is uniformly applied to the upper surface of this copper powder layer, and after compressing the copper powder layer with this pressure until the copper powder is no longer densely packed, the copper powder layer is The height was measured, and the density of the copper powder was obtained from the measured value of the height of the copper powder layer and the weight of the filled copper powder, and this was taken as the tap density of the copper powder.
粒度分布:レーザー回折式粒度分布測定装置(SYMPATEC社製のへロス粒度分布測定装置(HELOS&RODOS(気流式の分散モジュール)))を使用して、分散圧5barで測定した。 Particle size distribution: Measured at a dispersion pressure of 5 bar using a laser diffraction particle size distribution analyzer (HELOS & RODOS (airflow dispersion module) manufactured by SYMPATEC).
酸素量:酸素・窒素分析装置(株式会社堀場製作所製のEMGA-920)により測定した。 Oxygen content: Measured with an oxygen/nitrogen analyzer (EMGA-920 manufactured by Horiba, Ltd.).
炭素量:炭素・硫黄分析装置(株式会社堀場製作所製のEMIA-220V)により測定した。 Carbon content: Measured with a carbon/sulfur analyzer (EMIA-220V manufactured by Horiba, Ltd.).
以上の銅粉末の製造条件を後記表1に、測定結果を後記表2にまとめる。 The manufacturing conditions of the above copper powder are summarized in Table 1 below, and the measurement results are summarized in Table 2 below.
[実施例2~6]
プロパンガスの流速(m/s)、酸素ガスの流速(m/s)、圧縮空気の流速(m/s)、及び仮想交点間距離X(mm)を後記表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして銅粉末を製造し、各種測定を実施した。測定結果を後記表2に示す。
[Examples 2 to 6]
Propane gas flow rate (m/s), oxygen gas flow rate (m/s), compressed air flow rate (m/s), and virtual intersection distance X (mm) were changed as shown in Table 1 below. produced copper powder in the same manner as in Example 1, and carried out various measurements. The measurement results are shown in Table 2 below.
[比較例1]
水アトマイズ装置を使用して、実施例1の水アトマイズ工程と同様な条件で、銅粉末の製造を行った。具体的には、銅を大気雰囲気中において1300℃に加熱して溶解した溶湯をタンディッシュ炉の下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気雰囲気中において水圧115MPa、水量160L/分で水を吹き付けて急冷凝固させ、得られたスラリーを濾過し、得られた固形物を水洗し、乾燥して、銅粉末を得た。得られた銅粉末について、実施例1と同様にして各種測定を実施した。
[Comparative Example 1]
Using a water atomizer, copper powder was produced under the same conditions as the water atomization process of Example 1. Specifically, copper is heated to 1,300° C. in an air atmosphere and molten metal is dropped from the bottom of a tundish furnace, and water is sprayed at a water pressure of 115 MPa and a water volume of 160 L/min in an air atmosphere from a water atomizer. The resulting slurry was filtered, and the resulting solid was washed with water and dried to obtain copper powder. Various measurements were carried out in the same manner as in Example 1 for the obtained copper powder.
以上の結果を下記表1及び2に示す。 The above results are shown in Tables 1 and 2 below.
なお表2において、BET径とは銅粉末のBET比表面積から計算した真球換算の粒子径であり、式「BET径=6/(BET比表面積×銅の密度(8.94g/cm3))」に従って求めた。 In Table 2, the BET diameter is the particle diameter in terms of true spheres calculated from the BET specific surface area of the copper powder, and the formula "BET diameter = 6/(BET specific surface area x density of copper (8.94 g/cm 3 ) )”.
比較例1及び実施例1の比較から、水アトマイズのみを行った場合に比べて、フレームによる粗粉砕と水アトマイズによる更なる粉砕の併用により、得られる銅粉末のD90が小さくなったことが分かる。 From the comparison of Comparative Example 1 and Example 1, it can be seen that the D90 of the resulting copper powder was reduced by combining coarse pulverization with a flame and further pulverization by water atomization, compared to the case where only water atomization was performed. .
フレーム形成ガスの流速すなわちフレームの噴射速度に関しては、実施例2~5の比較から、フレーム形成ガス流速が615m/s~627m/sの範囲において、(比較例で得られた銅粉末に比べて)D50及びD90の小さい、微細な銅粉末が得られた。フレーム形成ガスの流速がこの範囲にない実施例5は、銅粉末のD50は比較例のものとほぼ変わらないが、D90は小さくなっていた。 Regarding the flow velocity of the flame-forming gas, that is, the flame injection velocity, from a comparison of Examples 2 to 5, when the flame-forming gas flow velocity was in the range of 615 m/s to 627 m/s, (compared to the copper powder obtained in the comparative example), ) A fine copper powder with small D50 and D90 was obtained. In Example 5, in which the flow rate of the flame forming gas was not within this range, the D50 of the copper powder was almost the same as that of the comparative example, but the D90 was smaller.
[実施例7~10]
溶湯原料として銀を使用し、プロパンガスの流速(m/s)、酸素ガスの流速(m/s)、圧縮空気の流速(m/s)、仮想交点間距離X(mm)、及び水アトマイズ条件(高圧水の水圧及び溶湯温度)を後記表3に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして銀粉末を製造し、各種測定を実施した。測定結果を後記表4に示す。
[Examples 7 to 10]
Using silver as a molten metal raw material, propane gas flow rate (m / s), oxygen gas flow rate (m / s), compressed air flow rate (m / s), virtual intersection distance X (mm), and water atomization Silver powder was produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions (water pressure of high-pressure water and molten metal temperature) were changed as shown in Table 3 below, and various measurements were performed. The measurement results are shown in Table 4 below.
[比較例2]
水アトマイズ装置を使用して、実施例7の水アトマイズ工程と同様な条件で、銀粉末の製造を行った。具体的には、銀を大気雰囲気中において1600℃に加熱して溶解した溶湯をタンディッシュ炉の下部から落下させながら、水アトマイズ装置により大気雰囲気中において水圧150MPa、水量160L/分で水を吹き付けて急冷凝固させ、得られたスラリーを濾過し、得られた固形物を水洗し、乾燥して、銀粉末を得た。得られた銀粉末について、実施例1と同様にして各種測定を実施した。
[Comparative Example 2]
Using a water atomizer, silver powder was produced under the same conditions as the water atomization process of Example 7. Specifically, silver was melted by heating it to 1600°C in an air atmosphere, and the molten metal was dropped from the bottom of the tundish furnace, and water was sprayed at a water pressure of 150 MPa and a water volume of 160 L/min in an air atmosphere from a water atomizer. The resulting slurry was filtered, and the resulting solid was washed with water and dried to obtain silver powder. Various measurements were carried out in the same manner as in Example 1 for the obtained silver powder.
以上の結果を下記表3及び4に示す。 The above results are shown in Tables 3 and 4 below.
比較例2及び実施例7の比較から、水アトマイズのみを行った場合に比べて、フレームによる粗粉砕と水アトマイズによる更なる粉砕の併用により、得られる銀粉末のD90が小さくなったことが分かる。 From the comparison of Comparative Example 2 and Example 7, it can be seen that the D90 of the resulting silver powder was reduced by combining coarse pulverization with a flame and further pulverization by water atomization, compared to the case where only water atomization was performed. .
仮想交点間距離Xと高圧水の水圧の関係に関しては、実施例7と実施例8~10の比較から、値Aを1.25mm/MPa以上とすることで、D50及びD90の小さい、微細な銀粉末が得られた。 Regarding the relationship between the virtual intersection distance X and the water pressure of high-pressure water, from a comparison between Example 7 and Examples 8 to 10, by setting the value A to 1.25 mm / MPa or more, D50 and D90 are small, fine A silver powder was obtained.
さらに実施例1~6と実施例8~10との比較から、値Aが1.25mm/MPa~1.60mm/MPaのときに、水アトマイズのみを行った場合に比べてD50が非常に小さくなった金属粉末が得られたことがわかる。 Further, from a comparison between Examples 1 to 6 and Examples 8 to 10, when the value A is 1.25 mm/MPa to 1.60 mm/MPa, D50 is much smaller than when only water atomization is performed. It can be seen that a fine metal powder was obtained.
本発明は、溶融金属から金属の微細な粉末を製造する際に適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to the production of fine metal powder from molten metal.
1 製造装置
2 供給手段
3 溶融金属供給手段(タンディッシュ)
3a ノズル
4 高温流体噴射機構(フレームジェット噴射機構)
4a フレーム噴射口配列
5 高圧水噴射機構
5a 注水噴射口配列
10 溶融金属
11 フレーム
11a 仮想交点
12 溶融金属粒
13 高圧水
13a 仮想交点
14 金属粉末
21 チャンバー
X 仮想交点間距離
1 manufacturing apparatus 2 supply means 3 molten metal supply means (tundish)
4a Frame
Claims (8)
前記溶融金属粒が、溶融金属に対して、前記溶融金属の融点以上の高温流体を噴射して前記溶融金属を粗粉砕することにより供給され、
前記溶融金属粒の供給は、前記溶融金属を落下させながら、前記溶融金属の落下速度よりも高速で前記高温流体を噴射して行われ、
前記高温流体は、フレームであり、前記溶融金属の流れの横断面の外周側の、前記流れの中心線に対して対称な複数の位置から、前記中心線に対して外周側からそれぞれ同じ傾斜角度でフレームを噴射し、
前記高圧水を、前記溶融金属粒の流れの横断面の外周側の、前記中心線に対して対称な複数の位置から、前記中心線に対して外周側からそれぞれ同じ傾斜角度で噴射し、
前記フレームが直線状に噴射されたと仮定した場合の、フレーム同士が最初に衝突する仮想交点と、前記高圧水が直線状に噴射されたと仮定した場合の、高圧水同士が最初に衝突する仮想交点との距離を、前記高圧水の水圧で除した値A(mm/MPa)が、1.25mm/MPa以上である、金属粉末の製造方法。 a water atomizing step of pulverizing the molten metal particles by spraying high-pressure water at a water pressure of 90 MPa to 400 MPa against the molten metal particles ;
The molten metal particles are supplied to the molten metal by injecting a high-temperature fluid having a temperature higher than the melting point of the molten metal to coarsely pulverize the molten metal,
The supply of the molten metal particles is performed by injecting the high-temperature fluid at a higher speed than the falling speed of the molten metal while dropping the molten metal,
The high-temperature fluid is a frame, and from a plurality of positions on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal, symmetrical with respect to the center line of the flow, the same inclination angle from the outer peripheral side with respect to the center line. to fire the frame with
the high-pressure water is jetted from a plurality of positions on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal particles symmetrically with respect to the center line at the same inclination angle from the outer peripheral side with respect to the center line;
A virtual intersection where the frames first collide with each other assuming that the flames are jetted in a straight line, and a virtual intersection where the high-pressure waters first collide with each other assuming that the high-pressure water is jetted in a straight line. is 1.25 mm/MPa or more .
溶融金属粒を供給する供給手段と、前記供給手段により供給される前記溶融金属粒に水圧90MPa~400MPaの高圧水を吹き付けて溶融金属粒を粉砕する高圧水噴射機構とを有し、
前記供給手段が、溶融金属を供給する溶融金属供給手段と、前記溶融金属供給手段により供給される前記溶融金属に対して、前記溶融金属の融点以上の高温流体を噴射する高温流体噴射機構とを有し、
前記高温流体噴射機構がフレームジェット噴射機構であり、
前記フレームジェット噴射機構は、前記溶融金属供給手段により供給された溶融金属の流れの横断面の外周側に、前記流れの中心線に対して対称位置となるように複数設置されたジェットバーナーを有し、各ジェットバーナーからは、前記中心線に対して外周側からそれぞれ同じ傾斜角度でフレームが噴射され、
前記高圧水噴射機構は、前記溶融金属粒の流れの横断面の外周側に、前記中心線に対して対称位置となるように複数設置された注水ノズルを有し、各注水ノズルからは、前記中心線に対して外周側からそれぞれ同じ傾斜角度で高圧水が噴射され、
各ジェットバーナーからフレームが直線状に噴射されたと仮定した場合の、フレーム同士が最初に衝突する仮想交点と、各注水ノズルから高圧水が直線状に噴射されたと仮定した場合の、高圧水同士が最初に衝突する仮想交点との距離を、前記高圧水の水圧で除した値A(mm/MPa)が、1.25mm/MPa以上である、金属粉末の製造装置。 An apparatus for producing metal powder from molten metal particles using a water atomization method,
a supply means for supplying molten metal grains; and a high-pressure water injection mechanism for spraying high-pressure water at a water pressure of 90 MPa to 400 MPa onto the molten metal grains supplied by the feeding means to pulverize the molten metal grains ;
The supply means comprises a molten metal supply means for supplying molten metal, and a high-temperature fluid injection mechanism for injecting a high-temperature fluid having a temperature equal to or higher than the melting point of the molten metal to the molten metal supplied by the molten metal supply means. have
the high-temperature fluid injection mechanism is a flame jet injection mechanism,
The flame jet injection mechanism has a plurality of jet burners installed on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal supplied by the molten metal supply means so as to be symmetrical with respect to the center line of the flow. and from each jet burner, flames are jetted at the same angle of inclination from the outer peripheral side with respect to the center line,
The high-pressure water injection mechanism has a plurality of water injection nozzles installed on the outer peripheral side of the cross section of the flow of the molten metal particles so as to be symmetrical with respect to the center line, and from each water injection nozzle, the High-pressure water is jetted at the same angle of inclination from the outer circumference with respect to the center line,
The imaginary intersection point where flames collide first when it is assumed that flames are jetted in a straight line from each jet burner, and the high-pressure water when it is assumed that high-pressure water is jetted in a straight line from each water injection nozzle. An apparatus for producing metal powder, wherein a value A (mm/MPa) obtained by dividing a distance from the first colliding imaginary intersection by the water pressure of the high-pressure water is 1.25 mm/MPa or more.
8. The apparatus for producing metal powder according to claim 7 , wherein the value A is 1.25 mm/MPa to 1.60 mm/MPa.
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