专利名称：无机质球状化粒子的制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无机质球状化粒子的制造装置以及无机质球状化粒子的制造方法。
背景技术：
无机质球状化粒子通常采用如下方法进行制造即让原料粉体(在本说明书中与无机质粉体具有相同的含义)在由燃烧装置(气体燃烧器)产生的、温度为该原料粉体的熔融温度或以上的燃烧火焰(燃烧气体)中通过，利用粉体熔融炉将该原料粉体熔融或软化，从而使其球状化。目前正在进行的研究旨在有效地实现由这样的熔融或软化所产生的球状化，且获得稳定的高球状化率。
日本专利特开2002-166161号公报公开了一种无机质球状化粒子的制造装置，其将粉体熔融炉中火焰形成区的气氛(燃烧气体)温度维持在预定的温度范围内，从而制造出无机质球状化粒子。
日本专利特开2000-346318号公报公开了在原料粉体供给管的短的尖端部分(the short tip portion)内设置特定的火焰稳定板和特定形状的扩散手段的球状粒子用燃烧器。
发明内容
也就是说，本发明所涉及的要点如下(1)一种无机质球状化粒子的制造装置，其将无机质粉体从无机质粉体供给通路供给到粉体熔融炉中的燃烧火焰中，经由熔融或软化而使无机质粉体球状化，其中在上述无机质粉体供给通路中安装着粉体分散板；以及(2)一种无机质球状化粒子的制造方法，其中使用了上述(1)所述的无机质球状化粒子的制造装置。
图1是表示本发明的无机质球状化粒子制造装置的一个实例的示意图。
图2表示一个实例，左图为安装着本发明的无机质球状化粒子制造装置所使用的2片粉体分散板的气体喷嘴的剖面图，以及右图为从粉体熔融炉侧观察到的该气体喷嘴的图面。
图3是更详细地横向表示图1所示的燃烧装置3的一个例子的示意图。
图4表示的是本发明的粉体分散板的一个例子，(I)网状，(II)莲藕状，(III)蜂窝状，或者(IV)开孔形状为不定形。
符号说明1原料粉体送料器 2原料输送用气体供给通路3燃烧装置(气体燃烧器)4原料粉体供给通路5燃料气体供给通路6燃烧用气体供给通路7燃料气体供给通路8燃烧用气体供给管9燃烧火焰10、A、B粉体分散板11气体喷嘴 12粉体熔融炉13燃烧装置外筒具体实施方式
本发明涉及无机质球状化粒子制造装置以及无机质球状化粒子的制造方法，其中当原料粉体为大粒径粒子时，也可以有效地制造球状化率较高且优良的无机质球状化粒子。
根据本发明，可以提供一种无机质球状化粒子的制造装置，其中当原料粉体为大粒径粒子时，该装置也可以适于使用；根据这样的制造装置，当原料粉体为大粒径粒子时，也可以有效地制造球状化率较高且优良的无机质球状化粒子。
通过下述说明，可以清楚地了解本发明的上述优点以及其它优点。
在经由熔融或软化而得以球状化的无机质球状化粒子的制造方面，以前为了追求高效率并获得稳定的高球状化率而进行研究的装置，例如日本专利特开2002-166161号公报所公开的装置，因为温度调节机构成为必须的构成，因而不得不使装置的构成变得复杂一些。日本专利特开2000-346318号公报所公开的装置在向火焰中喷射原料粉体时，因原料粉体的滞留状态不稳定而使球状化率的稳定性存在限制，特别是在原料粉体的平均粒径为50μm或以上的大粒径粒子的情况下，高球状化率的稳定是不够充分的。
在此，所谓无机质球状化粒子是指以无机质粉体为原料而制造的球状化粒子，其中所述无机质粉体含有用下式(1)表示的成分。
xAmOn·yBpOq(1)(式中A以及B为任意的金属原子，x≥1；y≥0；m、n、p以及q≥1)作为用式(1)表示的成分，例如可以列举出Al2O3、SiO2、MgO、TiO2、3Al2O3·2SiO2、MgO·Al2O3、MgO·SiO2、2MgO·SiO2、ZrO2·SiO2等。
本发明的无机质球状化粒子制造装置的较大的特征之一在于在燃烧装置中的无机质粉体供给通路上安装着预定的粉体分散板。原料粉体分散在原料输送用气体中，而且在这样的状态下，通过燃烧装置的无机质粉体供给通路而供给至粉体熔融炉，此时，如果原料粉体的分散性差，则在球状化过程中，粒子彼此之间产生热粘接，导致形状变坏，同时引起粒径增加。另外，当原料粉体的投入速度较大且原料粉体在粉体熔融炉中的滞留时间较短时，则原料粉体不会充分球状化，从而不能得到优质的无机质球状化粒子。这种倾向在原料粉体为大粒径粒子时尤其显著。在本发明的制造装置中，原料粉体通过安装在燃烧装置中的无机质粉体供给通路上的预定的粉体分散板进入粉体熔融炉，由此可以推测本发明的制造装置能够以良好的分散状态将原料粉体供给至燃烧火焰中，而且原料粉体通过与粉体分散板的碰撞，导致向粉体熔融炉的投入速度降低，从而能够以适度的滞留时间将原料粉体维持在燃烧火焰中。因此，根据本发明的制造装置，即使在原料粉体为大粒径粒子的情况下，也能够有效地制造由单一分散体构成的、球状化率高而良好的无机质球状化粒子。本发明的无机质球状化粒子的制造方法使用这样的无机质球状化粒子制造装置，根据该方法，能够有效地制造如上所述的良好的无机质球状化粒子。
此外，在本说明书中，所谓“球状化率”是指球形度为0.98或以上的粒子在无机质球状化粒子中的重量比(％)。球形度可以采用下述方法来求出首先，利用光学显微镜或数字式示波器(例如，KEYENCE公司制、VH-8000型)获得该粒子的图像(照片)，并将得到的图像进行图像解析，由此求出该粒子的粒子投影断面的面积以及该断面的周长；其次，计算[面积与粒子投影断面的面积(mm2)相同的真圆的圆周长(mm)]/[粒子投影断面的周长(mm)]，并对任意的50个无机质球状化粒子，将各自得到的值进行平均，其平均值即为球形度。
所谓“由单一分散体构成的无机质球状化粒子”，是指原料粉体粒子彼此之间实质上没有产生热粘接而与各个原料粉体相对应所得到的无机质球状化粒子。无机质球状化粒子是否处于这样的状态，利用光学显微镜或数字式示波器(例如，KEYENCE公司制、VH-8000型)观察该粒子的图像，这样便可以很容易地进行判断。
在本说明书中，“平均粒径”按以下的方法求出。也就是说，从无机质球状化粒子的粒子投影断面看，球形度＝1时测定直径(mm)，另一方面，当球形度＜1时，测定随机取向的无机质球状化粒子的长轴径(mm)和短轴径(mm)，并求出(长轴径+短轴径)/2的值，对于任意的100个无机质球状化粒子，将各自得到的值进行平均，该平均值便设定为平均粒径(mm)。长轴径和短轴径的定义如下所述使粒子在平面上处于稳定，用2根平行线夹住所述粒子在平面上的投影像时，该平行线的间隔变为最小的粒子的宽度称为短轴径，另一方面，用该平行线的垂直方向上的2根平行线夹住粒子时的距离称为长轴径。无机质球状化粒子的长轴径和短轴径可以采用下述的方法求出即获取该粒子的图像(照片)，然后将得到的图像进行图像解析。此外，在原料粉体的情况下，也同样地求出“平均粒径”。
具体地说，所谓本发明的无机质球状化粒子制造装置是这样一种装置，其将无机质粉体从无机质粉体供给通路供给到粉体熔融炉中，然后在该熔融炉内使该粉体通过燃烧火焰，经由熔融或软化后，使无机质粉体得以球状化，另外，在所述无机质粉体供给通路中安装着粉体分散板。此外，本发明的装置能够以从前的无机质球状化粒子制造装置为标准进行制造。
下面举出合适的具体例进行详细的说明，但本发明的装置以及制造方法并不限于以下的具体例。
本发明的制造装置具有燃烧装置和粉体熔融炉。燃烧装置例如由多重管结构构成，优选由同心多重管结构构成，其中多重管结构从中心起依次具有无机质粉体供给通路，配置在无机质粉体供给通路的外周的燃料气体供给通路，以及配置在燃料气体供给通路的外周的燃烧用气体供给通路；另外，在上述无机质粉体供给通路中安装着粉体分散板。燃烧装置与粉体熔融炉通常通过燃烧装置的无机质粉体供给通路、燃料气体供给通路以及燃烧用气体供给通路各自的喷出口进行连接。
无机质粉体供给通路中的粉体分散板的安装位置以及安装片数并没有特别的限制，从以更好的分散状态将原料粉体供给至燃烧火焰中、以更为适度的滞留时间将原料粉体维持在燃烧火焰中的角度考虑，优选在无机质粉体供给通路中粉体熔融炉侧的一端附近安装至少1片粉体分散板。
此外，所谓“无机质粉体供给通路中粉体熔融炉侧的一端附近”是指这样的一个位置，它位于该供给通路侧，且沿着该供给通路的长度方向，从无机质粉体供给通路的粉体熔融炉侧的一端的、与该供给通路的长度方向垂直的断面的中心起算，其间的直线距离相当于超过该供给通路全长的0％但不高于20％的长度，优选为相当于1～10％的长度。
无机质粉体供给通路的构成通常是在圆管的顶端部分安装气体喷嘴。该气体喷嘴位于无机质粉体供给通路的粉体熔融炉侧，气体喷嘴的粉体熔融炉侧的一端相当于无机质粉体供给通路的粉体熔融炉侧的一端。因此，作为在无机质粉体供给通路的粉体熔融炉侧的一端附近安装至少1片粉体分散板的具体方案，可以列举出在该气体喷嘴内安装至少1片粉体分散板的方案。从原料粉体的分散性和在火焰中的滞留状态变得更加稳定的角度考虑，优选在气体喷嘴内安装1片粉体分散板，更为优选的是安装2片。此外，在安装2片或以上的粉体分散板的情况下，优选以各粉体分散板不相接触的方式进行安装。
图1是表示本发明的制造装置的一个例子的示意图，其中在无机质粉体供给通路的粉体熔融炉侧的一端附近安装有1片粉体分散板。在该图中，粉体分散板10安装在气体喷嘴11内。在图1中，从原料粉体送料器1中每次排出一定量的原料粉体，使用由原料输送用气体供给通路2导入的原料输送用气体(氧气或富氧的空气，图中为氧气)进行输送，以供给至燃烧装置3内的原料粉体供给通路4。用管将原料粉体送料器1与原料粉体供给通路4连接起来，在该管的途中，也可以任意地安装至少1片与本发明的粉体分散板同样的粉体分散板。在图1中，燃烧装置3通过其剖面示意地表示出来。燃料气体(丙烷、丁烷、甲烷、LPG等)以及燃烧用气体(氧气或富氧的空气)分别由供给源导入到燃料气体供给通路7和燃烧用气体供给管8，然后分别供给至燃烧装置3内的燃料气体供给通路5和燃烧用气体供给通路6。燃烧装置3与粉体熔融炉12连接，在粉体熔融炉12内形成燃烧火焰9。原料粉体被供给至燃烧装置3内的原料粉体供给通路4，并通过安装在原料粉体供给通路4中的粉体分散板10，利用原料输送用气体向燃烧火焰9内喷射，经由熔融或软化，在表面张力的作用下，最终使原料粉体实现球状化。
另外，图2表示一个实例，左图为安装着本发明的制造装置所使用的2片粉体分散板的气体喷嘴的剖面图，以及右图为从粉体熔融炉侧观察到的该气体喷嘴的图面。在该图中，气体喷嘴11内安装的2片粉体分散板A和B以相隔最远的状态而存在。当在气体喷嘴内安装2片粉体分散板时，这样的安装是特别优选的。
图3是更详细地横向表示图1所示的燃烧装置3的一个例子的示意图(虚线部分，略)。在该图中，左侧是无机质粉体供给通路(原料粉体供给通路4)的无机质粉体供给侧，右侧是无机质粉体供给通路(原料粉体供给通路4)的粉体熔融炉侧。箭头分别表示通过原料粉体供给通路4内的原料粉体的方向、通过燃料气体供给通路5内的燃料气体的方向、以及通过燃烧用气体供给通路6内的燃烧用气体的方向。另外，覆盖燃烧用气体供给通路6外侧的燃烧装置外筒用13表示。气体喷嘴通常安装在图中虚线椭圆所示的位置。
再者，也可以在无机质粉体供给通路中无机质粉体供给侧的一端附近安装至少1片粉体分散板。在这种情况下，粉体分散板安装在构成无机质粉体供给通路的圆管中。此外，所谓“无机质粉体供给通路中无机质粉体供给侧的一端附近”是指这样的一个位置，它位于该供给通路侧，且沿着该供给通路的长度方向，从无机质粉体供给通路的无机质粉体供给侧的一端的、与该供给通路的长度方向垂直的断面的中心起算，其间的直线距离相当于超过该供给通路全长的0％但不高于20％的长度，优选为相当于1～10％的长度。当在圆管中安装粉体分散板时，从原料粉体的分散性和在火焰中的滞留状态变得更加稳定的角度考虑，优选在圆管中安装1片粉体分散板，更优选的是安装2片。
因此，作为本发明的制造装置，也可以在无机质粉体供给通路的无机质粉体供给侧的一端附近、以及在无机质粉体供给通路的粉体熔融炉侧的一端附近，分别安装至少1片粉体分散板。
粉体分散板的安装状态没有特别的限制，但是从原料粉体的分散性以及在火焰中的滞留状态变得更加稳定的角度考虑，优选的安装状态是，与无机质粉体供给通路的长度方向大致垂直，且与安装位置的、和无机质供给通路的长度方向垂直的断面形状相匹配。
从原料粉体的分散性以及在火焰中的滞留状态变得更加稳定的角度考虑，下面就粉体分散板优选的结构进行说明。粉体分散板的开孔率优选为25～95％，更优选为40～90％，进一步优选为50～85％。另外，作为平均孔径，以换算圆直径(指具有相同孔面积的圆直径)计，优选为0.1～5mm，更优选为0.2～4mm，进一步优选为0.5～3mm。粉体分散板的最大开孔直径以换算圆直径计，优选为1～30mm，更优选为2～20mm。粉体分散板的厚度当以相对于粉体分散板的换算圆直径的比例(厚度/换算圆直径)表示时，优选为5～50％，更优选为10～40％。
在此，所谓粉体分散板的开孔率被定义为开孔部的整个正交投影的面积在粉体分散板的整个正交投影的面积中所占的比例(开孔部的整个正交投影的面积/粉体分散板的整个正交投影的面积)。所谓平均孔径被定义为所有开孔部的换算圆直径的平均值。所谓粉体分散板的换算圆的最大开孔直径被定义为整个开孔部中最大的换算圆直径。所谓粉体分散板的开孔部的换算圆直径被定义为面积与开孔部的正交投影面积相同的圆直径。
作为粉体分散板的形状，例如可以列举出网状、开孔的形状为圆形或椭圆形的莲藕状、蜂窝状、以及开孔的形状为异形以及不定形等。虽然并没有特别的限制，但从便于制造的角度考虑，优选的是选自网状、莲藕状以及蜂窝状之中的至少1种。在原料粉体为大粒径粒子的情况下，从获得球状化率高、且优良的无机质球状化粒子的角度考虑，更优选为莲藕状和/或蜂窝状，进一步优选为莲藕状。在无机质粉体供给通路上安装2片或以上的粉体分散板的情况下，可以任意地使用具有同一形状或不同形状的粉体分散板，但优选的粉体分散板的组合是，在无机质粉体供给侧的粉体分散板的平均孔径大一些，而在粉体熔融炉侧的粉体分散板的平均孔径小一些。
图4表示的是本发明的粉体分散板的一个例子，(I)网状，(II)莲藕状，(III)蜂窝状，或者(IV)开孔形状为不定形。
本发明的制造装置的操作可以按照以前的方法进行。另外，原料输送用气体的流速等优选满足以下的条件。
作为本发明所说的原料粉体，只要是作为无机质球状化粒子的原料使用，就没有什么特别的限制，例如可以列举出Al2O3、SiO2、莫来石(3Al2O3·2SiO2)、TiO2、尖晶石(MgO·Al2O3)等氧化物、复合氧化物等。另外，原料粉体在供给本发明的制造装置时的形态也没有特别的限制。
原料粉体伴随着原料输送用气体而供给至燃烧装置，从而到达无机质粉体供给通路的粉体分散板。作为此时的原料输送用气体的流速，优选为2～20m/秒，更优选为5～10m/秒。如果原料输送用气体的流速在这样的范围，则原料粉体在碰撞粉体分散板时可以得到足够的分散性，而且可适度减速，从而使粉体熔融炉中的滞留时间恰倒好处。作为减速的程度，并没有特别的限制，但当将通过粉体分散板前的原料粉体的粒子速度设定为I0、通过粉体分散板后的原料粉体的粒子速度设定为I时，则优选它们的比例I/I0(％)满足I/I0≤50％。此外，I/I0通过测定原料粉体通过粉体分散板前后的通过速度来计算。通过速度例如可以通过光学方法(例如高速摄像等)求出。作为原料输送用气体中的原料粉体浓度，从确保原料粉体充分的分散性的角度考虑，优选为0.1～10kg/Nm3，更优选为0.5～5kg/Nm3。所谓在粉体熔融炉中的滞留时间，是指原料粉体从到达粉体熔融炉开始至球状化熔融粒子向燃烧火焰区域外飞散为止的时间，滞留时间随原料粉体粒径的不同而不同，但优选的是0.001～5秒钟左右。此外，作为燃烧火焰的温度并没有特别的限制，通常优选为1500～3000℃左右。
根据本发明的制造装置，例如能够有效地制造由单一分散体构成的、球状化率高而良好的、平均粒径为1～500μm左右的无机质球状化粒子。此外，所使用的原料粉体经过该制造装置，其平均粒径实质上不会发生变化，从而原料粉体的平均粒径与获得的无机质球状化粒子的平均粒径实质上是相同的。
下面就使用本发明的无机质球状化粒子制造装置的无机质球状化粒子的制造方法进行说明。
本发明的制造方法可以按照以前的无机质球状化粒子制造装置的操作方法，优选在诸如上述原料输送用气体的流速之类的合适条件下，通过使用本发明的制造装置制造无机质球状化粒子的方式来加以实施。
根据本发明的方法，可以有效地制造例如日本专利特开2004-202577号公报所公开的、流动性优良的、高强度且表面平滑以及适于制造铸造用铸型的球状型砂。此外，有关制造条件等的细节，请参照该公报。
这样获得的球状型砂具有非常优良的流动性，既能够单独使用，也能够以含有预定比例的该型砂的方式，适当混合公知的型砂而加以使用。当在铸型的制造中使用该型砂时，因为可以减少粘合剂的使用量，所以这些型砂可以有效地再生成为型砂。这样的球状型砂可以适用于铸钢、铸铁、铝、铜以及它们的合金等的铸型用途，而且也能够作为金属、塑料等的填充材料加以使用。
实施例下面通过实施例更进一步说明和公开本发明的方案。该实施例只是本发明的例示，并不意味着对本发明进行任何限定。
实施例1～10以及比较例1～5粉体分散板的安装片数、安装位置以及性状如以下的表1所示，无机质球状化粒子制造装置的型号与图1所示的装置相同，首先制造这样的无机质球状化粒子制造装置，然后使用该装置进行无机质球状化粒子的制造。
此外，在表1中，粉体分散板的安装位置由括号内的A或B表示。该符号表示的位置与图2所示的气体喷嘴内的粉体分散板A或者B的位置相当。气体喷嘴位于无机质粉体供给通路侧，且沿着该供给通路的长度方向，从无机质粉体供给通路的无机质粉体供给侧的一端的、与该供给通路的长度方向垂直的断面的中心起算，其间的直线距离相当于该供给通路全长的10％以内。
作为原料粉体，使用的是莫来石粉末(柴田陶瓷公司制造，合成莫来石粉末)，其含有Al2O3和SiO2的总量为97重量％，Al2O3/SiO2的重量比为1.7，含水率为0重量％。此外，使用的原料粉体的平均粒径如表1所示。关于含水率，通过10g粉末粒子在800℃加热1小时前后的重量减少量而求出。
使用氧气作为原料输送用气体，将原料粉体投入到由对氧的比例(容积比)为1.1的LPG(丙烷气体)燃烧而形成的火焰(约2000℃)中，便得到单一分散的无机质球状化粒子。制造无机质球状化粒子时的I/I0、以及得到的无机质球状化粒子的球状化率一并表示在表1中。
表1
比较表1的实施例与比较例的结果可知通过使用本发明的制造装置，可以获得球状化率较高、从小粒径到大粒径的优良的球状型砂。特别是使用形状为莲藕状或蜂窝状的粉体分散板，适于得到大粒径的球状型砂。另外，实施例得到的任何一种球状型砂都表现出良好的单一分散性。
根据本发明，在原料粉体为大粒径粒子的情况下，也可以提供能够使球状化率较高且优良的无机质球状化粒子得以有效制造的无机质球状化粒子制造装置、以及无机质球状化粒子的制造方法。
以上所述的本发明，明显存在许多可以进行等同置换的范围，这种多样性不能看作是背离了本发明的意图和范围，本领域的技术人员清楚了解的所有这些改变，均包含在所附的权利要求书所记载的技术范围内。
权利要求
1.一种无机质球状化粒子的制造装置，其将无机质粉体从无机质粉体供给通路供给到粉体熔融炉中的燃烧火焰中，经由熔融或软化而使所述无机质粉体球状化，其中在所述无机质粉体供给通路中安装着粉体分散板。
2.根据权利要求1所述的无机质球状化粒子的制造装置，其中在无机质粉体供给通路的粉体熔融炉侧的一端附近安装着至少1片粉体分散板。
3.根据权利要求1或2所述的无机质球状化粒子的制造装置，其中所述粉体分散板的开孔率为25～95％。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的无机质球状化粒子的制造装置，其中所述粉体分散板的形状为选自网状、莲藕状以及蜂窝状之中的至少1种。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的无机质球状化粒子的制造装置，其中通过粉体分散板前的无机质粉体的粒子速度I0以及通过粉体分散板后的无机质粉体的粒子速度I的比例I/I0(％)为I/I0≤50％。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的无机质球状化粒子的制造装置，其具有燃烧装置和粉体熔融炉，其中所述粉体熔融炉与所述燃烧装置相连接，所述燃烧装置由多重管结构构成，所述多重管结构从中心起依次具有无机质粉体供给通路，配置在无机质粉体供给通路的外周的燃料气体供给通路，以及配置在燃料气体供给通路的外周的燃烧用气体供给通路；而且所述燃烧装置与所述粉体熔融炉通过燃烧装置的无机质粉体供给通路、燃料气体供给通路以及燃烧用气体供给通路各自的喷出口进行连接。
7.一种无机质球状化粒子的制造方法，其使用了权利要求1～6的任一项所述的无机质球状化粒子的制造装置。
全文摘要
本发明涉及一种无机质球状化粒子的制造装置，其将无机质粉体从无机质粉体供给通路供给到粉体熔融炉中的燃烧火焰中，经由熔融或软化而使所述无机质粉体球状化，其中在所述无机质粉体供给通路中安装着粉体分散板；以及涉及一种无机质球状化粒子的制造方法，其使用了上述的无机质球状化粒子的制造装置。
文档编号F23D14/48GK1781593SQ20051012538
公开日2006年6月7日 申请日期2005年11月16日 优先权日2004年11月30日
发明者阪口美喜夫, 藤井邦夫, 友泽健一 申请人:花王株式会社