JP5236920B2

JP5236920B2 - 無機質球状化粒子製造用バーナー及び無機質球状化粒子の製造方法及び装置

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Publication number: JP5236920B2
Application number: JP2007260504A
Authority: JP
Inventors: 康之山本; 公夫飯野; 義之萩原; 真二村上
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2027-10-04
Also published as: JP2009092254A

Description

本発明は、無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機質球状化粒子製造用バーナーに関し、さらに、この無機質球状化粒子製造用バーナーを用いて無機質球状化粒子を製造する無機質球状化粒子製造の製造方法及び装置に関する。

無機質球状化粒子は、粉砕した原料粉体を高温の火炎中で溶融し、表面張力により球状化させたものである。例えば、原料として珪石を用いる高純度シリカは、半導体素子のエポキシ封止材用の充填材として広く使用されており、球状化により樹脂フィラーの流動性の向上、高充填、耐摩耗性向上等の様々なメリットを得ることができる。

無機質球状化粒子の製造における原料粉体の球状化には、高温の火炎が必要であることから、通常は、酸素・ガス燃焼のバーナーが用いられている。このバーナーには、予混合型バーナーと、拡散型バーナーとがあり、予混合型バーナーは、酸素と燃焼ガスとを予め混合させて燃焼場に噴出させるものであり、バーナー内で、原料粉体、酸素、ＬＰＧが充分に混合され、バーナー先端に形成される火炎中に原料粉体が供給されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

拡散型バーナーは、酸素と燃焼ガスとを別々に噴出し、燃焼場で混合させるものであり、例えば、竪型炉に配置される拡散型バーナーとして、同心円状の二重管で構成され、その内管と外管との間に多数の小管を設け、珪素質原料をバーナーの中心管（内管）から自然流下（又は加圧流下）させ、小管からの可燃ガスと外管からの酸素ガスとで形成した火炎中に原料を投入し、溶融シリカ球状体を製造するものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、他の拡散型バーナーとしては、同心の五重管で構成され、中心部から酸素ガス又は酸素富化ガスを搬送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、さらにその外周から一次酸素と二次酸素とを供給するように形成され、最外周部にバーナーを冷却する冷却ジャケットが設けられているものが知られている（例えば、特許文献３，４参照。）。
特開昭６２−２４１５４３号公報特開昭５８−１４５６１３号公報特許第３３３１４９１号公報特許第３３１２２２８号公報

特許文献２に記載された拡散型バーナーでは、逆火の虞はないが、原料供給管と平行して燃料供給管が設けられていることから、原料粉体が火炎中で、主に火炎からの強制対流熱伝達により加熱・溶融され、表面張力によって球状化する際に、凝集状態で融着した粒子が生成されることがあった。さらに、特許文献３及び４に記載された構造の拡散型バーナーでは、燃焼室が設けられていることから、特許文献２に記載のバーナーに比べ、製造された無機質球状化粒子の凝集状態に改善が見られる。

しかし、種々の平均粒径を持つ無機質原料粉体を同一燃焼量で球状化処理したところ、平均粒径が小さくなるにつれて凝集がすすみ、球状化処理できる量が減少する傾向が見られた。また、火炎中で処理された後の球状化粒子の平均粒度が、原料の平均粒度より大きくなる傾向が見られた。したがって、平均粒径が、より小さい球状化粒子を得るためには、特許文献３や特許文献４に記載された拡散型バーナーでは不充分である。

そこで本発明は、原料粉体の特性（粒径・密度・比熱・溶解潜熱・融点・沸点等）に応じた球状化処理を行うことができる無機質球状化粒子製造用バーナー及び無機質球状化粒子製造の製造方法及び装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーの第１の構成は、無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機質球状化粒子製造用バーナーにおいて、前記無機質粉体原料を分散させる分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路と、該内側分散用ガス供給路の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路と、該原料粉体供給路の外側に配置される一次酸素供給路と、該一次酸素供給路の外側に配置される燃料流体供給路と、該燃料流体供給路の外側に配置される二次酸素供給路とを同心状に備えるとともに、前記各供給路の先端には、バーナー中心軸に直交する平面上に開口する噴出口がそれぞれ設けられていることを特徴としている。

また、本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーの第２の構成は、無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機質球状化粒子製造用バーナーにおいて、前記無機質粉体原料を分散させる分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路と、該内側分散用ガス供給路の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路と、該原料粉体供給路の外側に配置される燃料流体供給路と、該燃料流体供給路の外側に配置される一次酸素供給路と、該一次酸素供給路の外側に配置される二次酸素供給路とを同心状に備えるとともに、各供給路の先端に接続する出口側が拡径した燃焼室とを備え、前記内側分散用ガス供給路と、原料粉体供給路と、燃料流体供給路とは、前記燃焼室の基端側で、バーナー中心軸に直交する平面上に開口する噴出口をそれぞれ有し、前記一次酸素供給路は、前記燃焼室の拡開した内周面に開口し、旋回流を形成する方向に酸素を噴出する一次酸素噴出口を有し、前記二次酸素供給路は、前記燃焼室の拡径した内周面の前記一次酸素噴出口よりも出口側に開口し、前記バーナー中心軸に向かって酸素を噴出する二次酸素噴出口を有していることを特徴としている。

さらに、本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーは、前記両構成において、前記原料粉体供給路の前記噴出口が原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられていることが好ましい。また、前記原料粉体供給路と前記一次酸素供給路との間に外側分散用ガス供給路を備えるとともに、前記第１の構成では、外側分散用ガス供給路の先端には、前記各供給路の各噴出口と同一平面上で開口する噴出口を設けることが好ましく、前記第２の構成では、外側分散用ガス供給路の先端には、前記内側分散用ガス供給路、原料粉体供給路及び燃料流体供給路の各噴出口と同一平面上に開口する噴出口を設けることが好ましい。さらに、外側分散用ガス供給路は、両構成において、分散用ガスの噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられていることが好ましい。

また、本発明の無機質球状化の製造方法は、前記外側分散用ガス供給路を設けた構成の無機質球状化粒子製造用バーナーを用いて無機質球状化粒子を製造する無機質球状化粒子の製造方法において、前記内側分散用ガス供給路と前記外側分散ガス供給路とに供給する各分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御することを特徴としている。

また、本発明の無機質球状化の製造装置は、前記構成の無機質球状化粒子製造用バーナーを取り付けた炉を有する無機質球状化粒子製造装置であって、原料粉体をキャリアガスに同伴させて前記無機質球状化粒子製造用バーナーに搬送する手段と、酸素供給設備からの酸素及び燃料供給設備からの燃料を前記無機質球状化粒子製造用バーナーにそれぞれ供給する経路と、無機質球状化粒子製造用バーナーによって球状化された粒子を温度希釈用の空気に同伴させて炉内から抜き出して捕集、回収する手段とを備えていることを特徴としている。

本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーによれば、原料粉体供給路の噴出口の内周側から分散用ガスを噴出させることにより、この分散用ガスに原料粉体が引き込まれ、粉体流の広がり角が大きくなり、火炎中での原料粉体の分散性の向上を図ることができ、処理性能を向上させることができる。また、粉体の凝集が抑制され、粒径の粗大化を低減させることができる。さらに、原料粉体をバーナー中心から拡がる方向に噴出させることにより、原料粉体を火炎中により効果的に分散させることができる。そして、原料粉体供給路の噴出口の外周側からも分散用ガスを噴出させることにより、粉体流の広がりをさらに大きくすることができ、火炎中での原料粉体の分散性の向上を図ることができる。

また、内側分散用ガス供給路と外側分散ガス供給路とに供給する分散用ガスの流量を、それぞれ個別に制御することにより、原料粉体の噴出方向を制御することができる。例えば内側分散用ガスの流量を多くすれば、原料粉体のバーナー中心軸方向への広がりが大きくなり、外側分散用ガスの流量を多くすれば、原料粉体の外周側への広がりが大きくなる。このように、内側分散用ガスと外側分散用ガスの流量を調整することにより、原料粉体の噴出方向を調整して、火炎の高温度領域に原料粉体を通過させることができることから、処理性能を向上させることができる。

図１及び図２は本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーの第１形態例を示すもので、図１は図２のＩ−Ｉ断面図、図２は無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。

この無機質球状化粒子製造用バーナー（以下、単にバーナーという）１０は、中心から順に、無機質粉体原料を分散させるための分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路１１と、該内側分散用ガス供給路１１の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路１２と、該原料粉体供給路１２の外側に配置される一次酸素供給路１３と、該一次酸素供給路１３の外側に配置される燃料流体供給路１４と、該燃料流体供給路１４の外側に配置される二次酸素供給路１５と、該二次酸素供給路１５の外側に配置される水冷ジャケット１６とを同心状に備えている。

また、前記各供給路１１，１２，１３，１４，１５の先端には、バーナー中心軸に直交する一つの平面上に開口する複数の噴出口１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが同心状に設けられている。中心に１個設けられる噴出口１１ａ以外の各噴出口は、所定の径及び周方向間隔でそれぞれ設けられている。さらに、原料粉体供給路１２の噴出口１２ａは、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられている。

このようなバーナー１０では、原料粉体供給路１２の噴出口１２ａの内周側に設けた内側分散用ガス供給路１１の噴出口１１ａから分散用ガスを噴出させることにより、この分散用ガスに原料粉体供給路１２の噴出口１２ａから噴出した原料粉体が引き込まれ、粉体流の広がり角を大きくすることができ、一次酸素供給路１３及び二次酸素供給路１５の各噴出口１３ａ，１５ａからそれぞれ噴出する酸素と、燃料流体供給路１４の噴出口１４ａから噴出する燃料ガス、例えばＬＰＧとにより形成された火炎中に原料粉体を効果的に分散させることができるので、無機質球状化粒子の製造効率を向上させることができるとともに、加熱されて溶融状態となった粒子の凝集が抑制され、粒径の粗大化を抑えることができる。さらに、原料粉体供給路１２の噴出口１２ａを原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けることによって原料粉体の分散性をより高めることができる。

図３及び図４は本発明の第２形態例を示すもので、図３は図４のIII-III断面図、図４は無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。

本形態例のバーナー２０は、中心から順に、無機質粉体原料を分散させるための分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路２１と、該内側分散用ガス供給路２１の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路２２と、該原料粉体供給路２２の外側に配置される外側分散用ガス供給路２３と、該外側分散用ガス供給路２３の外側に配置される一次酸素供給路２４と、該一次酸素供給路２４の外側に配置される燃料流体供給路２５と、該燃料流体供給路２５の外側に配置される二次酸素供給路２６と、該二次酸素供給路２６の外側に配置される水冷ジャケット２７とを同心状に備えている。

また、前記各供給路２１，２２，２３，２４，２５，２６の先端には、前記第１形態例と同様に、バーナー中心軸に直交する同一平面上に開口する複数の噴出口２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａが同心状に設けられている。中心に１個設けられる噴出口２１ａ以外の各噴出口は、所定の径及び所定の周方向間隔でそれぞれ設けられている。さらに、原料粉体供給路２２の噴出口２２ａは、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられ、外側分散用ガス供給路２３の噴出口２３ａも、分散用ガスの噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられている。

また、内側分散用ガス供給路２１と外側分散ガス供給路２３とには、これら供給路２１，２３に供給する分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御する制御手段が設けられている。

本形態例のバーナーでは、原料粉体供給路２２の噴出口２２ａの内周側及び外周側から分散用ガスをそれぞれ噴出させることにより、原料粉体流の広がりを前記第１形態例に比べて更に大きくすることができ、火炎中での原料粉体の分散性の向上を図ることができる。

また、内側分散用ガス供給路２１と外側分散ガス供給路２３とに供給する分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御することにより、原料粉体の性状に応じて原料粉体の噴出方向を最適に制御することができる。すなわち、内側分散用ガス供給路２１の噴出口２１ａから噴出する分散用ガス流量を多くすることによって原料粉体の中心方向への広がりが大きくなり、外側分散ガス供給路２３の噴出口２２ａから噴出する分散用ガス流量を多くすることによって原料粉体の外周方向への広がりが大きくすることができる。したがって、火炎の高温度領域に原料粉体を通過させることができることから、最適な条件で処理することができ、原料粉体の特性（粒径・密度・比熱・溶解潜熱・融点・沸点等）に応じた球状化処理をより確実に行うことができ、無機質球状化粒子の製造効率を更に向上させることができる。

図５及び図６は本発明の第３形態例を示すもので、図５は図６のＶ-Ｖ断面図、図６は無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。このバーナー３０は、中心から順に、無機質粉体原料を分散させるための分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路３１と、該内側分散用ガス供給路３１の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路３２と、該原料粉体供給路３２の外側に配置された燃料流体供給路３３と、該燃料流体供給路３３の外側に配置される一次酸素供給路３４と、該一次酸素供給路３４の外側に配置される二次酸素供給路３５とを同心状に備えるとともに、各供給路３１，３２，３３，３４，３５の先端に接続する出口側が拡径した燃焼室３６と、該燃焼室３６及び二次酸素供給路３５の外周を囲むように配置される水冷ジャケット３７とを備えている。

燃焼室３６は、出口側が拡径したコーン形状に形成されており、内側分散用ガス供給路３１と、原料粉体供給路３２と、燃料流体供給路３３との各先端には、燃焼室３６の基端側の中央部で、バーナー中心軸に直交する同一平面上に開口する複数の噴出口３１ａ，３２ａ，３３ａが同心状に設けられ、中心に１個設けられる噴出口３１ａを除く噴出口３２ａ，３３ａは、所定の径及び所定の周方向間隔でそれぞれ設けられている。さらに、一次酸素供給路３４の先端には、燃焼室３６の拡開した内周面に開口し、旋回流を形成する方向に酸素を噴出する複数の一次酸素噴出口３４ａが周方向等間隔に設けられ、二次酸素供給路３５の先端には、燃焼室３６の拡径した内周面の前記一次酸素噴出口３４ａよりも出口側に開口し、バーナー中心軸に向かって酸素を噴出する複数の二次酸素噴出口３５ａが周方向等間隔に設けられている。さらに、原料粉体供給路４２の噴出口４２ａは、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられている。

本形態例のバーナー３０は、原料粉体供給路の噴出口の内周側から分散用ガスを噴出させ、また、一次酸素噴出口３４ａは、燃焼室３６の拡開した内周面から燃焼室３６の内周面に沿うような旋回流を形成する方向に酸素を噴出するように設けられ、二次酸素噴出口３５ａは、燃焼室３６の出口側からバーナー中心軸に向かって酸素を噴出するように設けられていることから、燃焼効率が向上するとともに、火炎中での原料粉体の分散性の向上を図ることができ、処理性能を大幅に向上させることができる。また、粉体の凝集が抑制され、粒径の粗大化を低減させることができる。

図７及び図８は本発明の第４形態例を示すもので、図７は図８のVII-VII断面図、図８は無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。本形態例のバーナー４０は、中心から順に、無機質粉体原料を分散させるための分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路４１と、該内側分散用ガス供給路４１の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路４２と、該原料粉体供給路４２の外側に配置された外側分散用ガス供給路４３と、該外側分散用ガス供給路４３の外側に配置される燃料流体供給路４４と、該燃料流体供給路４４の外側に配置される一次酸素供給路４５と、該一次酸素供給路４５の外側に配置される二次酸素供給路４６とを同心状に備えるとともに、各供給路４１，４２，４３，４４，４５，４６の先端に接続する出口側が拡径した燃焼室４７と、二次酸素供給路４６との外周を囲むように配置される水冷ジャケット４８とを備えている。

燃焼室４７は、出口側が拡径したコーン形状に形成されており、内側分散用ガス供給路４１と、原料粉体供給路４２と、外側分散用ガス供給路４３と、燃料流体供給路４４との先端には、燃焼室４７の基端側で、バーナー中心軸に直交する同一平面上に開口する複数の噴出口４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａがそれぞれ設けられている。中心に１個設けられる噴出口４１ａ以外の各噴出口は、所定の径及び所定の周方向間隔でそれぞれ設けられている。さらに、一次酸素供給路４５の先端には、燃焼室４７の拡開した内周面に開口し、旋回流を形成する方向に酸素を噴出する複数の一次酸素噴出口４５ａが設けられ、二次酸素供給路４６の先端には、燃焼室４７の拡径した内周面の一次酸素噴出口４５ａよりも出口側に開口し、バーナー中心軸に向かって酸素を噴出する複数の二次酸素噴出口４６ａが設けられている。また、原料粉体供給路４２の噴出口４２ａは、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられ、外側分散用ガス供給路４３の噴出口４３ａも、分散用ガスの噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられている。

さらに、前記内側分散用ガス供給路４１と、外側分散用ガス供給路４３とには、これら供給路４１，４３に供給する分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御する制御手段が設けられている。

本形態例のバーナー４０は、原料粉体供給路の噴出口の内周側及び外周側から分散用ガスを噴出させ、また、一次酸素噴出口４５ａは、燃焼室４７の拡開した内周面に沿うような旋回流を形成する方向に酸素を噴出するように設けられ、二次酸素噴出口４６ａは、燃焼室４７の出口側からバーナー中心軸に向かって酸素を噴出するように形成されていることから、前記同様に燃焼効率が向上するとともに、火炎中での原料粉体の分散性の更なる向上を図ることができ、処理性能を大幅に向上させることができる。また、粉体の凝集が抑制され、粒径の粗大化を低減させることができる。

また、内側分散用ガス供給路４１と外側分散ガス供給路４３とに供給する分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御することにより、前記同様に、内側分散用ガス供給路４１の噴出口４１ａから噴出する分散用ガス流量を多くすることによって原料粉体の中心方向への広がりが大きくなり、外側分散ガス供給路４３の噴出口４２ａから噴出する分散用ガス流量を多くすることによって原料粉体の外周方向への広がりが大きくすることができる。これにより、原料粉体の性状に応じて原料粉体の噴出方向を最適に制御することができ、火炎の高温度領域に原料粉体を通過させることができることから、最適な条件で原料粉体を溶融処理することができ、原料粉体の特性（粒径・密度・比熱・溶解潜熱・融点・沸点等）に応じた球状化処理をより確実に行うことができ、無機質球状化粒子の製造効率を更に向上させることができる。

なお、各形態例において、各噴出口の径や形状、配置状態、さらに、第３，第４形態例における燃焼室の形状等は、各供給路におけるガスの種類、ガスの供給量及びそのバランス、原料粉体の性状及び供給量、バーナーの径及び設置条件等の条件に応じて適宜設定することができる。また、内外の分散用ガスには、空気をはじめとする各種ガスを用いることが可能であるが、通常は、酸素又は酸素富化空気を用いることが好ましい。

各形態例に示すように形成されたバーナーは、例えば、図９に示されるような無機質球状化粒子製造装置５０に取り付けられて用いられる。無機質球状化粒子製造装置５０では、原料粉体は、通常のフィーダ５１から切り出され、キャリアガス導入経路５２から供給される酸素又は酸素富化空気からなるキャリアガスに同伴されて上述の構成を有するバーナー５３に搬送される。このバーナー５３には、酸素供給設備５４からの酸素と、燃料供給設備５５からの燃料ガス、例えばＬＰＧとがそれぞれ供給され、炉５６内の火炎中で球状化された粒子は、空気導入経路５７から炉５６に導入された空気により温度希釈されて炉５６内から抜き出され、後段のサイクロン５８や、バグフィルター５９で粒子が捕集されて回収される。

前記第１形態例に示したバーナー１０を、前記図９に示した無機質球状化粒子製造装置５０に取り付けてシリカ粉末を球状化する実験を行った。

燃料としてはＬＰＧを、キャリアガス、支燃性ガス、分散用ガスとしては純酸素を、原料粉体としては平均粒径２０μｍの粉体をそれぞれ用い、ＬＰＧ：３０Ｎｍ^３／ｈ，１次酸素：３６Ｎｍ^３／ｈ，２次酸素：８４Ｎｍ^３／ｈ，キャリアガス３０Ｎｍ^３／ｈとした。内側分散用ガス供給路１１に供給する酸素の流量を調整して噴出口１１ａから噴出する分散用ガスの流速を変化させ、各流速において、サイクロン５８で回収したシリカのガラス化率が９８％以上得られる最大処理量（単位ＬＰＧ流量当たりの粉体処理量）を調べた。その結果を図１０に示す。なお、前記特許文献４に記載された無機質球状化製造用バーナーを用いて同様の条件で実験を行った結果、最大処理量は、６．７ｋｇ／Ｎｍ^３−ＬＰＧであった。なお、単位のＮｍ^３におけるＮは標準状態を表す記号である。

前記第２形態例に示したバーナー２０を、前記図９に示した無機質球状化粒子製造装置５０に取り付けてシリカ粉末を球状化する実験を行った。燃料としてはＬＰＧを、キャリアガス、支燃性ガス、分散用ガスとしては純酸素を、原料粉体としては平均粒径２０μｍの粉体をそれぞれ用い、ＬＰＧ：３０Ｎｍ^３／ｈ，１次酸素：３６Ｎｍ^３／ｈ，２次酸素：８４Ｎｍ^３／ｈ，キャリアガス３０Ｎｍ^３／ｈとした。内側分散用ガス供給路２１と外側分散用ガス供給路２３とに同じ噴出速度になるように分散用ガスをそれぞれ供給するとともに分散用ガスの噴出流速を変化させ、サイクロン５８で回収したシリカのガラス化率が９８％以上得られる最大処理量を調べた。その結果を図１１に示す。

前記第３形態例に示したバーナー３０を、前記図９に示した無機質球状化粒子製造装置５０に取り付けてシリカ粉末を球状化する実験を行った。燃料としてはＬＰＧを、キャリアガス、支燃性ガス、分散用ガスとしては純酸素を、原料粉体としては平均粒径２０μｍの粉体をそれぞれ用い、ＬＰＧ：３０Ｎｍ^３／ｈ，１次酸素：３６Ｎｍ^３／ｈ，２次酸素：８４Ｎｍ^３／ｈ，キャリアガス流量３０Ｎｍ^３／ｈとした。内側分散用ガス供給路３１に供給する酸素の流量を調整して噴出口３１ａからの流速を変化させ、各流速において、サイクロン５８で回収したシリカのガラス化率が９８％以上得られる最大処理量を調べた。その結果を図１２に示す。

前記第４形態例に示したバーナー４０を、前記図９に示した無機質球状化粒子製造装置５０に取り付けてシリカ粉末を球状化する実験を行った。燃料としてはＬＰＧを、キャリアガス、支燃性ガス、分散用ガスとしては純酸素を、原料粉体としては平均粒径２０μｍの粉体をそれぞれ用い、ＬＰＧ：３０Ｎｍ^３／ｈ，１次酸素：３６Ｎｍ^３／ｈ，２次酸素：８４Ｎｍ^３／ｈ，キャリアガス流量３０Ｎｍ^３／ｈとした。

内側分散用ガス供給路４１と外側分散用ガス供給路４３とに同じ噴出速度になるように分散用ガスをそれぞれ供給するとともに分散用ガスの流速を変化させ、各流速において、サイクロン５８で回収したシリカのガラス化率が９８％以上得られる最大処理量を調べた。その結果を図１３に示す。

図２のＩ−Ｉ断面図である。本発明の第１形態例を示す無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。図４のIII-III断面図である。本発明の第２形態例を示す無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。図６のV-V断面図である。本発明の第３形態例を示す無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。図８のVII-VII断面図である。本発明の第４形態例を示す無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。無機質球状化粒子製造装置の一例を示す系統図である。実施例１における内側分散用ガスの流速と最大処理量との関係を示す図である。実施例２における内側分散用ガス及び外側分散用ガスの流速と最大処理量との関係を示す図である。実施例３における内側分散用ガスの流速と最大処理量との関係を示す図である。実施例４における内側分散用ガス及び外側分散用ガスの流速と最大処理量との関係を示す図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０…バーナー、１１，２１，３１，４１…内側分散用ガス供給路、１２，２２，３２，４２…原料粉体供給路、１３，２４，３４，４５…一次酸素供給路、１４，２５，３３，４４…燃料流体供給路、１５，２６，３５，４６…二次酸素供給路、１６，２７，３７，４８…水冷ジャケット、２３，４３…外側分散用ガス供給路、３６，４７…燃焼室、５０…無機質球状化粒子製造装置、５１…フィーダ、５２…キャリアガス導入経路、５３…バーナー、５４…酸素供給設備、５５…燃料供給設備、５６…炉、５７…空気導入経路、５８…サイクロン、５９…バグフィルター

Claims

無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機質球状化粒子製造用バーナーにおいて、前記無機質粉体原料を分散させる分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路と、該内側分散用ガス供給路の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路と、該原料粉体供給路の外側に配置される一次酸素供給路と、該一次酸素供給路の外側に配置される燃料流体供給路と、該燃料流体供給路の外側に配置される二次酸素供給路とを同心状に備えるとともに、前記各供給路の先端には、バーナー中心軸に直交する平面上に開口する噴出口がそれぞれ設けられていることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナー。
前記原料粉体供給路の前記噴出口は、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられていることを特徴とする請求項１記載の無機質球状化粒子製造用バーナー。
前記原料粉体供給路と前記一次酸素供給路との間に外側分散用ガス供給路を備えるとともに、該外側分散用ガス供給路の先端には、前記各供給路の各噴出口と同一平面上で開口する噴出口が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の無機質球状化粒子製造用バーナー。
前記外側分散用ガス供給路の噴出口は、分散用ガスの噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられていることを特徴とする請求項３記載の無機質球状化粒子製造用バーナー。
無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機質球状化粒子製造用バーナーにおいて、前記無機質粉体原料を分散させる分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路と、該内側分散用ガス供給路の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路と、該原料粉体供給路の外側に配置される燃料流体供給路と、該燃料流体供給路の外側に配置される一次酸素供給路と、該一次酸素供給路の外側に配置される二次酸素供給路とを同心状に備えるとともに、各供給路の先端に接続する出口側が拡径した燃焼室とを備え、前記内側分散用ガス供給路と、原料粉体供給路と、燃料流体供給路との先端には、前記燃焼室の基端側で、バーナー中心軸に直交する平面上に開口する噴出口がそれぞれ設けられ、前記一次酸素供給路の先端には、前記燃焼室の拡開した内周面に開口し、旋回流を形成する方向に酸素を噴出する一次酸素噴出口が設けられ、前記二次酸素供給路の先端には、前記燃焼室の拡径した内周面の前記一次酸素噴出口よりも出口側に開口し、前記バーナー中心軸に向かって酸素を噴出する二次酸素噴出口が設けられていることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナー。
前記原料粉体供給路の前記噴出口は、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられていることを特徴とする請求項５記載の無機質球状化粒子製造用バーナー。
前記原料粉体供給路と前記燃料流体供給路との間に外側分散用ガス供給路を備えるとともに、該外側分散用ガス供給路の先端には、前記内側分散用ガス供給路、原料粉体供給路及び燃料流体供給路の各噴出口と同一平面上に開口する噴出口が設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載の無機質球状化粒子製造用バーナー。
前記外側分散用ガス供給路の噴出口は、分散用ガスの噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられていることを特徴とする請求項７記載の無機質球状化粒子製造用バーナー。
請求項３又は４記載の無機質球状化粒子製造用バーナーを用いて無機質球状化粒子を製造する無機質球状化粒子の製造方法において、前記内側分散用ガス供給路と前記外側分散ガス供給路とに供給する各分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御す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又は８記載の無機質球状化粒子製造用バーナーを用いて無機質球状化粒子を製造する無機質球状化粒子の製造方法において、前記内側分散用ガス供給路と前記外側分散ガス供給路とに供給する各分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御す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１乃至８のいずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナーを取り付けた炉を有する無機質球状化粒子製造装置であって、原料粉体をキャリアガスに同伴させて前記無機質球状化粒子製造用バーナーに搬送する手段と、酸素供給設備からの酸素及び燃料供給設備からの燃料を前記無機質球状化粒子製造用バーナーにそれぞれ供給する経路と、無機質球状化粒子製造用バーナーによって球状化された粒子を温度希釈用の空気に同伴させて炉内から抜き出して捕集、回収する手段とを備えていることを特徴とする無機質球状化粒子の製造装置。