(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-24
(54)【発明の名称】特に粉末冶金目的のために金属溶融物を噴霧する噴霧ユニット
(51)【国際特許分類】
B22F 9/08 20060101AFI20241017BHJP
B22D 23/00 20060101ALI20241017BHJP
F27D 11/06 20060101ALI20241017BHJP
F27D 11/02 20060101ALI20241017BHJP
F27B 14/18 20060101ALI20241017BHJP
F27B 14/14 20060101ALI20241017BHJP
【FI】
B22F9/08 A
B22D23/00 E
F27D11/06 A
F27D11/02 A
F27B14/18
F27B14/14
【審査請求】有
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2024519862
(86)(22)【出願日】2022-11-02
(85)【翻訳文提出日】2024-04-01
(86)【国際出願番号】 EP2022080526
(87)【国際公開番号】W WO2023078911
(87)【国際公開日】2023-05-11
(31)【優先権主張番号】102021212367.8
(32)【優先日】2021-11-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390035426
【氏名又は名称】エス・エム・エス・グループ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス=ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】ペーター ヴァイラント
(72)【発明者】
【氏名】ノルベルト フォーグル
(72)【発明者】
【氏名】ライナー ピュアリンク
(72)【発明者】
【氏名】ルーカス ゲリングス
【テーマコード(参考)】
4K017
4K046
4K063
【Fターム(参考)】
4K017EB07
4K017FA14
4K046AA01
4K046CD02
4K046CD03
4K046CE08
4K046HA01
4K063AA04
4K063AA12
4K063FA15
4K063FA34
(57)【要約】
本発明は、特に粉末冶金目的のために金属溶融物を噴霧する噴霧ユニット(1)であって、底部出口(4)を備えた溶融るつぼ(2)と、底部出口(4)の下方に配置された溶融物ノズル(16)と、溶融物ノズル(16)に対して好適には同心的に配置されたガスノズル(9)とを含み、溶融物ノズル(16)は、複数の部分から形成されていて、周壁体とノズルコア(17)とを有しており、ノズルコア(17)は、周壁体内の円錐座を貫通している、噴霧ユニット(1)に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
特に粉末冶金目的のために金属溶融物を噴霧する噴霧ユニット(1)であって、底部出口(4)を備えた溶融るつぼ(2)と、前記底部出口(4)の下方に配置された溶融物ノズル(16)と、該溶融物ノズル(16)に対して好適には同心的に配置されたガスノズル(9)とを含む、噴霧ユニット(1)において、
前記溶融物ノズル(16)は、複数の部分から形成されていて、周壁体とノズルコア(17)とを有しており、該ノズルコア(17)は、前記周壁体内の円錐座を貫通していることを特徴とする、噴霧ユニット(1)。
【請求項2】
前記周壁体は、ノズルれんが(7)として形成されている、請求項1記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項3】
前記周壁体は、加熱可能に形成されている、請求項1または2記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項4】
前記ノズルコア(17)は、前記周壁体と、前記溶融るつぼ(2)の底部との間に保持される、請求項1から3までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項5】
前記ノズルコア(17)は、環状のつば(18)でもって、前記周壁体の前記円錐座内に同心的にかつ形状結合式に保持される、請求項1から4までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項6】
前記周壁体は、該周壁体に埋め込まれた少なくとも1つの抵抗加熱素子を有している、請求項1から5までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項7】
前記周壁体は、好適には該周壁体の接触面に接触する少なくとも1つの加熱体(12)を有している、請求項1から6までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項8】
前記加熱体(12)は、ヒートパッドとして形成されており、前記周壁体と、前記ガスノズルのガスノズル体(8)との間に埋め込まれている、請求項1から7までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項9】
前記加熱体(12)は、セラミック加熱素子として形成されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項10】
前記加熱体(12)は、前記周壁体の底部側の凹部に挿入されており、前記周壁体にも前記ガスノズル体(8)にも熱伝導接触している、請求項1から9までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項11】
前記ノズルコア(17)の外側輪郭が、前記溶融るつぼ(2)と前記周壁体と共に、ラビリンスシールとして形成された分離接合部を形成している、請求項1から10までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に粉末冶金目的のために金属溶融物を噴霧する噴霧ユニットであって、底部出口を備えた溶融るつぼと、底部出口の下方に配置された溶融物ノズルと、溶融物ノズルに対して同心的に配置されたガスノズルとを含む、噴霧ユニットに関する。
【0002】
冒頭で述べた形式の噴霧ユニットは、例えば独国特許発明第10044364号明細書から公知である。この刊行物から公知の霧化ユニットは、底部出口を備えた溶融るつぼと、るつぼを取り囲む、壁を備えた支持るつぼと、同軸的な底部開口とを含む。この霧化ユニットはさらに、溶融物噴流を形成するための溶融物ノズルと、溶融物ノズルに対応して配置されており、溶融物ノズルに対して同心的な環状スリットノズルが配置されたノズル体と、環状スリットノズルに噴霧ガスを供給するための少なくとも1つのガス通路とを含む。独国特許発明第10044364号明細書に記載のユニットでは、支持るつぼおよびノズル体が断熱材により包囲されていて、断熱材の外側に、溶融物と、溶融るつぼと、支持るつぼと、ノズル体とを加熱する誘導コイルが配置されており、ガス通路が、噴霧ガスを予熱するために、支持るつぼの壁を貫通して案内されていることにより、溶融物の冷却を阻止することが想定されている。
【0003】
別の従来技術が、独国特許出願公開第3311343号明細書、独国特許発明第3533964号明細書、独国特許出願公開第4011392号明細書、独国特許出願公開第19738682号明細書、米国特許出願公開第5366204号明細書および特開2019-059989号明細書の各刊行物から公知である。この従来技術、特に独国特許発明第10044364号明細書に記載の従来技術は、溶融るつぼおよびその内部に位置する溶融物の加熱と、噴霧ガスの予熱とが、外部に位置する単一の誘導コイルにより行われ、この誘導コイルは、支持るつぼおよびノズル体を外側から包囲する断熱材を介して加熱を生ぜしめる、という欠点を有している。
【0004】
溶融るつぼが支持るつぼにより包囲されており、支持るつぼを貫通して環状スリットノズル用のガス通路が案内されているため、この配置は特に構造的にも手間がかかる。
【0005】
これに対して本発明の根底を成す課題は、よりコンパクトかつより簡単に構成された、冒頭で述べた形式の噴霧ユニットを提供することにある。さらに本発明の根底を成す課題は、比較的小さな絶縁手間を伴うが、それでもなお溶融物の凝固が確実に阻止される、このような噴霧ユニットを提供することにある。
【0006】
固相温度を下回る溶融物の冷却は、噴霧ユニットが通常運転される粉末霧化装置のプロセス確実性を脅かす。上述の形式の噴霧ユニットを用いる粉末噴霧装置の場合には、いわば連続運転が経済的に有意であり、追求するに値する。したがって、このようなユニットのプロセス確実性は、1つの重要な品質基準である。さらに、噴霧ユニットまたは霧化ユニットは、可能な限り簡単に構成されていることが望ましく、これにより、溶融物ノズルの簡単かつ迅速な保守整備が可能になる。
【0007】
この課題は、請求項1記載の特徴を有する噴霧ユニットにより解決される。
【0008】
噴霧ユニットの有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【0009】
本発明の1つの観点は、特に粉末冶金目的のために金属溶融物を噴霧する噴霧ユニットであって、底部出口を備えた溶融るつぼと、底部出口の下方に配置された注型ノズルと、溶融物ノズルに対して同心的に配置されたガスノズルとを含み、溶融物ノズルは、複数の部分から形成されていて、周壁体とノズルコアとを有しており、ノズルコアは、周壁体に設けられた円錐座を貫通している、噴霧ユニットに関する。周壁体は、特に周壁が、ノズルコアの周面の大部分にわたり、ノズルコアに接触して、ノズルコアを少なくとも部分的に包囲することにより、ノズルコアの断熱を生ぜしめる。さらに周壁体は、ノズルコアの機械的な安定化をも生ぜしめる。ノズルコアは、好適には交換可能に、周壁体内に挿入されており、周壁体により保持される。
【0010】
好適には、周壁体は、ノズルれんがとして形成されており、ノズルれんがは、ノズルコア用の座として円錐形の貫通案内部を有している。ノズルコアは、ノズル先端部の領域において周壁体から突出するかもしくは飛び出るように形成されていてよい。この領域において、溶融物ノズルはガスノズル体内に延びていてよい。ガスノズル体は、複数の部分から形成されていてよく、ノズルコアと共に噴霧ガス用の環状スリットノズルを形成していてよい。
【0011】
好適には、周壁体は加熱可能に形成されており、このようにして、ノズルコアを間接的に加熱することができる。周壁体は、合理的にはノズルコアに直接、熱的に結合されている。
【0012】
本発明による噴霧ユニットの1つの好適な変化形では、ノズルコアは、周壁体と、溶融るつぼの底部との間に保持される、ということが想定されている。
【0013】
ノズルコアは、例えば環状のつばを有していてよく、つばでもって、ノズルコアは周壁体の円錐座内に同心的にかつ形状結合式に保持される。このために周壁体の座は、その溶融るつぼに面した側に、環状の円筒状の段部を形成していてよく、この段部にノズルコアのつばが挿入される。
【0014】
周壁体は、例えばこの周壁体に埋め込まれた少なくとも1つの抵抗加熱素子を有していてよい。抵抗加熱素子は、らせん状の導体として形成されていてよく、導体は、周壁体の材料内に完全に埋め込まれていてよく、これにより、抵抗加熱素子は、周壁体を貫通する孔の円錐形の包囲部を形成することになる。本発明では、溶融るつぼも、溶融るつぼの周面を包囲する抵抗加熱素子により加熱される、ということが想定されている。
【0015】
追加的に、溶融物ノズルの周壁体は、少なくとも1つの加熱体を有しており、加熱体は、好適には周壁体の接触面に接触している、ということが想定されてよい。加熱体は、例えばヒートパッドとして形成されていてよい。
【0016】
好適には、加熱体は、周壁体と、ガスノズルのガスノズル体との間で周壁体内に埋め込まれている。例えば1つまたは複数の加熱体が、溶融物ノズルの周壁体の底部に組み込まれていてよい。
【0017】
好適には、加熱体は、セラミック加熱素子として形成されている。セラミック加熱素子は、例えば完全に窒化ケイ素または窒化アルミニウムから成っていてよい。特に、加熱素子は熱間プレスされた窒化ケイ素リングとして形成されていてよく、窒化ケイ素リングは、例えば周壁体の、相補的に形成された底部側の凹部内に挿入されている。好適には、加熱体は、周壁体にもガスノズル体にも熱伝導接触しており、このようにして、周壁体とガスノズル体の両方の加熱、ひいてはガスノズル体を通流する噴霧ガスの加熱も可能になる。
【0018】
本発明では、溶融物ノズルは、ノズルれんが内に設けられた加熱コイルにより直接加熱され、ガスノズル体は、ノズルれんがとガスノズル体の上側の部分もしくは上面との間に位置する加熱体もしくはヒートパッドにより直接加熱される、ということが想定されている。
【0019】
本発明による噴霧ユニットの1つの好適かつ合理的な変化形では、ノズルコアの外側輪郭が、溶融るつぼと周壁体と共に、ラビリンスシールとして形成された分離接合部を形成しており、これにより、底部出口から分離接合部内に侵入する材料は、分離接合部内で複数回、迂回することにより凝固することになり、このようにして確実なシールが形成される、ということが想定されている。
【0020】
以下に、本発明を図示の実施例に関して説明する。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【
図2】本発明による噴霧ユニットの加熱体の斜視図である。
【0022】
図1に断面図で示す噴霧ユニット1は、壁3を備えた耐火材料から成る溶融るつぼ2を含む。溶融るつぼ2の周面ひいては壁3は、るつぼヒータ13により包囲されており、るつぼヒータ13は、溶融るつぼ2の加熱を生ぜしめると共に、溶融るつぼ2内に存在する溶湯の加熱を間接的に生ぜしめる。るつぼヒータ13は、抵抗加熱手段であってよいが、しかしまた、グラファイトサセプタを介して溶融るつぼ2を加熱する誘導ヒータとして形成されていてもよい。溶融るつぼ2は、底部出口4を有しており、底部出口4には、複数の部分から成る溶融物ノズル16が接続されている。溶融物ノズル16は、周壁体としてのノズルれんが7と、周壁体もしくはノズルれんが7に挿入されたノズルコア17とを有している。ノズルれんが7は、ノズルれんが7に対して相補的に形成されたノズルコア17のための円錐座を形成しており、ノズルコア17は、環状のつば18でもって、ノズルれんが7の円錐座に挿入されている。つば18は、ノズルれんが7の円筒状の段部19に支持されている。ノズルコア17は、ノズルれんが7に交換可能に挿入されている。さらに、ノズルコア17は、円筒状のカラー21を有しており、カラー21は、溶融るつぼ2の底部に相応に形成された凹部22内に挿入されている。ノズルれんが7と溶融るつぼ2の底部とは、ノズルれんが7を貫通して、このようにして形状結合式に固定されたノズルコア17の両側の包囲部を形成している。
【0023】
溶融るつぼ2の底部出口4とノズルコア17とは、溶融物通路20を形成しており、溶融物通路20は、ノズルコア17の案内端部にノズル先端部5を形成している。ノズルコア17の案内端部は、ガスノズル体8を貫通して延びており、ガスノズル体8は、上側のノズル部分14と下側のノズル部分15とから構成されていて、注型ノズルのところに環状スリットノズル9を形成しており、環状スリットノズル9を介して噴霧ガスが、ノズル先端部5から流出する溶融金属の噴流に供給され、このとき溶融物の霧化もしくは噴霧を生ぜしめて金属粉末を形成する。ノズル先端部5は、噴霧塔(図示せず)内に開口しており、噴霧塔内に金属粉末が捕集される。噴霧ガスは、ガス通路10を介してガスノズル体を通り半径方向に供給される。
【0024】
ノズルコア17の断熱と機械的な安定化とを生ぜしめるノズルれんが7は、加熱コイル11を有しており、加熱コイル11は、例えば1つまたは複数の抵抗加熱素子から成り、ノズルコア17付近でノズルれんが7に埋め込まれている。加熱コイル11に給電することにより、ノズルれんが7の直接的な加熱と、このノズルれんが7内に交換可能に挿入されたノズルコア17の、熱伝導による間接的な加熱とが生ぜしめられる。
【0025】
さらに、溶融物ノズル16は、完全にセラミックの、好適には環状の加熱素子として形成されていて、一種のヒートパッドを形成する加熱体12を有している。加熱体は、
図2に斜視図で示されている。加熱体12は、ノズルれんがの底部に設けられた相応する環状の凹部23内に挿入されており、ノズルれんが7と、ガスノズル体8の上側のノズル部分14の両方に熱伝導接触している。加熱体12は、例えば窒化ケイ素から成っていてよく、電圧源を介した給電時に、ガスノズル体8およびノズルれんが7の直接的な加熱もしくは暖めを生ぜしめ、これにより、ノズルコア17と、ガスノズル体8を通流する噴霧ガスとの間接的な加熱を生ぜしめる。
【符号の説明】
【0026】
1 噴霧ユニット
2 溶融るつぼ
3 溶融るつぼの壁
4 底部出口
5 ノズル先端部
7 溶融物ノズルのノズルれんが
8 ガスノズル体
9 環状スリットノズル
10 ガス通路
11 加熱コイル
12 加熱体
13 るつぼヒータ
14 ガスノズルの上側のノズル部分
15 ガスノズルの下側のノズル部分
16 溶融物ノズル
17 溶融物ノズルのノズルコア
18 ノズルコアのつば
19 円錐シール座の段部
20 溶融物通路
21 ノズルコアのカラー
22 溶融るつぼの底部に設けられた凹部
23 ノズルれんがの底部に設けられた凹部
【手続補正書】
【提出日】2023-08-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0003】
別の従来技術が、独国特許出願公開第3311343号明細書、独国特許発明第3533964号明細書、独国特許出願公開第4011392号明細書、独国特許出願公開第19738682号明細書、米国特許出願公開第5366204号明細書、特開2019-059989号明細書、独国特許出願公開第10340606号明細書、欧州特許出願公開第0451552号明細書および米国特許出願公開第4449902号明細書の各刊行物から公知である。この従来技術、特に独国特許発明第10044364号明細書に記載の従来技術は、溶融るつぼおよびその内部に位置する溶融物の加熱と、噴霧ガスの予熱とが、外部に位置する単一の誘導コイルにより行われ、この誘導コイルは、支持るつぼおよびノズル体を外側から包囲する断熱材を介して加熱を生ぜしめる、という欠点を有している。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0011】
本発明では、周壁体は加熱可能に形成されており、このようにして、ノズルコアを間接的に加熱することができる。周壁体は、合理的にはノズルコアに直接、熱的に結合されている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0015】
本発明では、溶融物ノズルの周壁体は、少なくとも1つの加熱体を有しており、加熱体は、周壁体の接触面に接触している、ということが想定されている。加熱体は、例えばヒートパッドとして形成されていてよい。
【手続補正4】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
特に粉末冶金目的のために金属溶融物を噴霧する噴霧ユニット(1)であって、底部出口(4)を備えた溶融るつぼ(2)と、前記底部出口(4)の下方に配置された溶融物ノズル(16)と、該溶融物ノズル(16)に対して好適には同心的に配置されたガスノズル(9)とを含
み、前記溶融物ノズル(16)は、複数の部分から形成されていて、周壁体とノズルコア(17)とを有しており、該ノズルコア(17)は、前記周壁体内の円錐座を貫通している
、噴霧ユニット(1)において、
前記周壁体は、該周壁体の接触面に接触する少なくとも1つの加熱体(12)を有していることを特徴とする、噴霧ユニット(1)。
【請求項2】
前記周壁体は、ノズルれんが(7)として形成されている、請求項1記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項3】
前記ノズルコア(17)は、前記周壁体と、前記溶融るつぼ(2)の底部との間に保持される、請求項1
または2記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項4】
前記ノズルコア(17)は、環状のつば(18)でもって、前記周壁体の前記円錐座内に同心的にかつ形状結合式に保持される、請求項1から
3までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項5】
前記周壁体は、該周壁体に埋め込まれた少なくとも1つの抵抗加熱素子を有している、請求項1から
4までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項6】
前記加熱体(12)は、ヒートパッドとして形成されており、前記周壁体と、前記ガスノズルのガスノズル体(8)との間に埋め込まれている、請求項1から
5までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項7】
前記加熱体(12)は、セラミック加熱素子として形成されている、請求項1から
6までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項8】
前記加熱体(12)は、前記周壁体の底部側の凹部に挿入されており、前記周壁体にも前記ガスノズル体(8)にも熱伝導接触している、請求項1から
7までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項9】
前記ノズルコア(17)の外側輪郭が、前記溶融るつぼ(2)と前記周壁体と共に、ラビリンスシールとして形成された分離接合部を形成している、請求項1から
8までのいずれか1項記載の噴霧ユニット(1)。
【手続補正書】
【提出日】2024-04-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
特に粉末冶金目的のために金属溶融物を噴霧する噴霧ユニット(1)であって、底部出口(4)を備えた溶融るつぼ(2)と、前記底部出口(4)の下方に配置された溶融物ノズル(16)と、該溶融物ノズル(16)に対して好適には同心的に配置されたガスノズル(9)とを含み、前記溶融物ノズル(16)は、複数の部分から形成されていて、周壁体とノズルコア(17)とを有しており、該ノズルコア(17)は、前記周壁体内の円錐座を貫通している、噴霧ユニット(1)において、
前記周壁体は、該周壁体の接触面に接触する少なくとも1つの加熱体(12)を有していることを特徴とする、噴霧ユニット(1)。
【請求項2】
前記周壁体は、ノズルれんが(7)として形成されている、請求項1記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項3】
前記ノズルコア(17)は、前記周壁体と、前記溶融るつぼ(2)の底部との間に保持される、請求項1または2記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項4】
前記ノズルコア(17)は、環状のつば(18)でもって、前記周壁体の前記円錐座内に同心的にかつ形状結合式に保持される、請求項1
または2記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項5】
前記周壁体は、該周壁体に埋め込まれた少なくとも1つの抵抗加熱素子を有している、請求項1
または2記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項6】
前記加熱体(12)は、ヒートパッドとして形成されており、前記周壁体と、前記ガスノズルのガスノズル体(8)との間に埋め込まれている、請求項1
または2記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項7】
前記加熱体(12)は、セラミック加熱素子として形成されている、請求項1
または2記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項8】
前記加熱体(12)は、前記周壁体の底部側の凹部に挿入されており、前記周壁体にも前記ガスノズル体(8)にも熱伝導接触している、請求項1
または2記載の噴霧ユニット(1)。
【請求項9】
前記ノズルコア(17)の外側輪郭が、前記溶融るつぼ(2)と前記周壁体と共に、ラビリンスシールとして形成された分離接合部を形成している、請求項1
または2記載の噴霧ユニット(1)。
【国際調査報告】