原料拡散部品
【課題】耐摩耗性が向上した原料拡散部品、球状化粒子製造装置及び球状化粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品１０において、上記原料が接触する表面の少なくとも一部をセラミックスにより形成する。
【解決手段】原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品１０において、上記原料が接触する表面の少なくとも一部をセラミックスにより形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料拡散部品、球状化粒子製造装置及び球状化粒子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無機質球状化粒子は、一般に、原料粉体（本明細書において無機質粉体と同意義を有する）を、燃焼装置（ガス燃焼バーナ）による当該原料粉体の溶融温度以上の燃焼火炎（燃焼ガス）中に通し、粉体溶融炉にて当該原料粉体を溶融球状化することにより製造されている。
【０００３】
特許文献１には、粉体溶融炉の火炎形成域における雰囲気（燃焼ガス）温度を所定温度範囲内に維持して無機質球状化粒子を製造する無機質球状化粒子製造装置が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、原料粉体供給管の先端部内に特定の保炎板と特定形状の拡散手段を設けた球状粒子用バーナが開示されている。
【０００５】
特許文献３には、無機質粉体を供給する無機質粉体供給路に粉体分散板を装着してなる無機質球状化粒子製造装置が開示されている。
【０００６】
これらの拡散手段や粉体分散板には、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＳＫＨ（ハイス鋼）等の金属素材が使用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１６６１６１号公報
【特許文献２】特開２０００−３４６３１８号公報
【特許文献３】特開２００６−１５０２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、耐摩耗性が向上した原料拡散部品、球状化粒子製造装置及び球状化粒子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、原料を拡散させるための原料拡散部品を形成する材料としてセラミックスを用いることにより、当該原料拡散部品の耐摩耗性が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の原料拡散部品は、原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品であって、上記原料が接触する表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成されたものである。
【００１１】
また、本発明の球状化粒子製造装置は、原料を原料供給路から溶融炉中の燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子製造装置であって、表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成され、上記原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品が、上記原料供給路に設けられたものである。
【００１２】
また、本発明の球状化粒子の製造方法は、原料を原料供給路から溶融炉中の燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法であって、上記原料供給路に設けられ、その表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成された原料拡散部品に対して、上記原料を接触させて当該原料を拡散させ、拡散後の上記原料を上記燃焼火炎に供給して溶融球状化させるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、耐摩耗性が向上した原料拡散部品を提供することができ、かかる原料拡散部品を用いることにより、球状化率が高い等、球状化粒子を良好に製造することができる球状化粒子製造装置及び球状化粒子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る球状化粒子製造装置の構成例を示した概略断面図である。
【図２】ガスノズルの他の構成例を示した図であり、当該ガスノズルの概略断面図（左図）及び溶融炉側から見た図（右図）を示している。
【図３】図１の燃焼装置の一例をより詳細に示した断面図である。
【図４】図４は、原料拡散部品の構成例を示した図であり、メッシュ状（Ｉ）、パンチ状（ＩＩ）、ハニカム状（ＩＩＩ）及び開孔の形状が不定形（ＩＶ）のものをそれぞれ溶融炉側から見た図を示している。
【図５】原料拡散部品の構成例を示した断面図であり、原料拡散部品全体をセラミックスで形成したもの（Ｉ）、原料拡散部品の表面の一部をセラミックスで被覆したもの（ＩＩ）、原料拡散部品の表面全体をセラミックスで被覆したもの（ＩＩＩ）をそれぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
特許文献３に開示された装置では、無機質粉体供給路に粉体分散板を装着することにより、原料粉体が大粒径粒子の場合にも球状化率の高い良好な無機質球状化粒子を効率的に製造することができる。しかしながら、高温にもなりうる環境下で使用される当該粉体分散板は、従来使用されているＳＫＨ（ハイス鋼）などの比較的耐摩耗性の高い金属材料を用いて形成した場合であっても、耐摩耗性が十分であるとは言えなかった。
【００１６】
本発明で原料とは、液状流体、粉状流体等、広く流体であることが好ましく、本発明に係る原料拡散部品によって拡散された後に、そのまま最終用途に供されてもよく、さらに、例えば火炎溶融等されて球状化粒子にされるなどの加工がされてもよい。本発明に係る原料拡散部品の以下に示す効果、例えば、耐摩耗性の効果を奏するのは、原料が粉状流体であること、さらには、粉状物が無機質粉体である粉状流体である場合に顕著である。
【００１７】
なお、ここに、無機質粉体とは、以下の式（１）：
ｘＡｍＯｎ／ｙＢｐＯｑ ・・・（１）
（式中、Ａ及びＢは任意の金属原子、ｘ≧１；ｙ≧０；ｍ、ｎ、ｐ及びｑ≧１）
で表わされる成分を含む無機物質を原料として製造されるものをいう。式（１）で表わされる成分としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ・ＳｉＯ２、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２、ＺｒＯ２・ＳｉＯ２などが挙げられる。
【００１８】
このような無機質粉体としては、例えば、耐摩耗性の観点から、好ましくはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる群から選ばれる少なくとも１種、より好ましくはジルコニア（ＺｒＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる群から選ばれる少なくとも１種であるセラミックスである。なお、前記かっこ内は主成分である。特に、原料粉体が無機質粉体である場合には、当該無機質粉体に近い性質を有するセラミックスで原料拡散部品１０における原料が接触する表面の少なくとも一部を形成することにより、耐摩耗性を効果的に向上することができる。
【００１９】
また、球状化率とは、球状化粒子中における球形度０．９８以上の粒子の重量割合（％）をいう。球形度は、光学顕微鏡又はデジタルスコープ（例えば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）により当該粒子の像（写真）を得て、その得られた像を画像解析することにより、当該粒子の粒子投影断面の面積及び当該断面の周囲長を求め、次いで、{粒子投影断面の面積（ｍｍ２）と同じ面積の真円の円周長（ｍｍ）}／{粒子投影断面の周囲長（ｍｍ）}を計算し、任意の５０個の球状化粒子につき、それぞれ得られた値を平均することにより求める。なお、球形度が高いほど球状化率も高くなる。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る球状化粒子製造装置の構成例を示した概略断面図である。この球状化粒子製造装置では、粉体からなる原料（原料粉体）が原料粉体フィーダー１により一定量ずつ供給され、原料搬送用ガス供給路２から導入される原料搬送用ガス（酸素又は酸素富化空気；図では酸素）により搬送されて、燃焼装置３内の原料供給路４に供給されるようになっている。原料粉体としては、上述の無機質粉体を用いることができる。ただし、原料供給路４に供給される原料は、無機質粉体に限らず、他の原料粉体であってもよいし、粉体以外の液体などからなる原料であってもよい。
【００２１】
燃焼装置３は、上記原料供給路４の他に、当該原料供給路４の外周に配置された燃料ガス供給路５と、燃料ガス供給路５の外周に配置された燃焼用ガス供給路６とを有する多重管構造に構成されている。すなわち、径の異なる複数（図では３つ）の管状部品が同心軸上に配置されることにより、径の最も小さい第１管状部品内に原料供給路４が形成され、当該第１管状部品とその外側を覆う第２管状部品との間に燃料ガス供給路５が形成され、当該第２管状部品とその外側を覆う第３管状部品との間に燃焼用ガス供給路６が形成されている。
【００２２】
燃料ガス供給路５には、燃料ガス供給管７を介して燃料ガス（プロパン、ブタン、メタン、ＬＰＧなど）が供給される。また、燃焼用ガス供給路６には、燃焼用ガス供給管８を介して燃焼用ガス（酸素又は酸素富化空気）が供給される。燃焼装置３は、溶融炉１２に接続されており、燃焼装置３内に導入された原料粉体、燃料ガス及び燃焼用ガスは、それぞれ原料供給路４、燃料ガス供給路５及び燃焼用ガス供給路６内を同一方向に流れて、当該燃焼装置３における溶融炉１２側の一端から当該溶融炉１２内に供給される。原料供給路４、燃料ガス供給路５及び燃焼用ガス供給路６における溶融炉１２側の一端には、それぞれ噴出口が形成されており、これらの噴出口を介して燃焼装置３と溶融炉１２とが接続されている。
【００２３】
溶融炉１２内には、燃焼装置３から供給される燃料ガス及び燃焼用ガスが燃焼することにより燃焼火炎９が形成される。原料供給路４における溶融炉１２側の一端近傍には、複数の孔が形成された原料拡散部品１０が配置されており、原料搬送用ガスにより搬送される原料粉体が、これらの原料拡散部品１０の孔を通って燃焼火炎９内に噴射されるようになっている。原料粉体は、溶融炉１２内の燃焼火炎９により加熱されるとともに、原料拡散部品１０を通過する過程で、その少なくとも一部が当該原料拡散部品１０に接触して拡散される。このようにして拡散された原料粉体は、燃焼火炎９内に噴射されることにより、溶融若しくは軟化して表面張力により球状化されるようになっている。
【００２４】
ここで、「原料供給路４における溶融炉１２側の一端近傍」とは、原料供給路４の溶融炉１２側の一端における当該原料供給路４の長手方向に対する垂直断面の中心から、当該原料供給路４の全長の０％を超えて２０％までに相当する長さ、好ましくは１〜１０％に相当する長さだけ当該中心から上記長手方向に直線距離で他端側へ離れた位置をいうものとする。原料供給路４における溶融炉１２側の一端近傍に原料拡散部品１０を設けることにより、原料の分散が良くなると共に、粒子の火炎中への突入速度が緩和され、安定した球状化が達成される。
【００２５】
ただし、原料拡散部品１０は、上記のような位置に設けられるような構成に限らず、原料供給路４内における他の位置に設けられていてもよいし、原料粉体フィーダー１と原料供給路４とを接続する管の途中に設けられていてもよい。また、原料拡散部品１０は１つに限らず、上記の各位置から選択した任意の複数の位置に原料拡散部品１０を配置することも可能である。
【００２６】
原料粉体は、原料搬送用ガス中に分散した状態で燃焼装置３の原料供給路４を介して溶融炉１２に供給されるが、その際、原料粉体の分散性が悪いと球状化過程で粒子同士が融着し、形状不良となって大粒径化する。また、原料粉体の供給速度が大きく溶融炉１２での原料粉体の滞留時間が短いと原料粉体が十分に球状化せず、良質な球状化粒子が得られない。これらの傾向は、特に原料粉体が大粒径粒子である場合に顕著である。
【００２７】
本発明の球状化粒子製造装置においては、原料粉体は燃焼装置３中の原料供給路４に配置された原料拡散部品１０を介して溶融炉１２に供給されることから、良好な分散状態で原料粉体を燃焼火炎９中に供給することができ、しかも、原料粉体が原料拡散部品１０に衝突することで溶融炉１２への供給速度が低下し、適度な滞留時間で原料粉体を燃焼火炎９中に維持することができる。したがって、本発明の球状化粒子製造装置によれば、原料粉体の平均粒径が好ましくは１μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１００μｍ以上の大粒径粒子である場合でも、単分散体からなる球状化率の高い良好な球状化粒子を効率的に製造することができる。
【００２８】
なお、「単分散体からなる球状化粒子」とは、原料粉体の粒子同士が実質的に融着しておらず、個々の原料粉体に対応して得られた球状化粒子をいう。球状化粒子がそのような状態にあるか否かは、光学顕微鏡又はデジタルスコープ（例えば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）で当該粒子の像を観察することにより容易に把握することができる。
【００２９】
原料供給路４は、例えば、円筒状の管状部品（第１管状部品）の先端部分にガスノズル１１を装着して構成される。ガスノズル１１は、原料供給路４の溶融炉１２側に位置しており、当該ガスノズル１１における溶融炉１２側の一端は、原料供給路４における溶融炉１２側に相当する。よって、原料供給路４における溶融炉１２側の一端近傍に少なくとも１つの原料拡散部品１０を配置する具体的態様としては、当該ガスノズル１１内に原料拡散部品１０を少なくとも１つ配置する態様が挙げられる。
【００３０】
原料粉体の分散性と燃焼火炎９中への滞留状態をより安定させる観点から、原料拡散部品１０をガスノズル１１内に少なくとも１つ配置することが好ましく、当該ガスノズル１１内に原料拡散部品１０を２つ装着すればより好ましい。なお、原料拡散部品１０を２つ以上配置する場合には、各原料拡散部品１０が互いに接触しないように配置することが好ましい。
【００３１】
図２は、ガスノズル１１の他の構成例を示した図であり、当該ガスノズル１１の概略断面図（左図）及び溶融炉１２側から見た図（右図）を示している。この例では、ガスノズル１１内に２つの原料拡散部品Ａ，Ｂが配置されている。これらの２つの原料拡散部品Ａ，Ｂは、それぞれガスノズル１１（原料供給路４）の長手方向に対して直交方向に延びており、互いに間隔を隔てて平行に配置されている。本発明では、球状化率を高める観点から、ガスノズル１１内に複数の原料拡散部品を配置することが好ましい。このような配置とすることにより、燃焼火炎９中での原料粉体の分散状態、及び、滞留状態が向上し、球状化率や球形度がより高い粒子を得ることができる。本発明の原料拡散部品は、ガスノズル内に１〜４個設置することが好ましく、２〜３個設置すればより好ましい。
【００３２】
原料拡散部品Ａ，Ｂの装着状態は上記構成に限定されるものではないが、原料粉体の分散性と燃焼火炎９中への滞留状態をより安定させる観点から、原料供給路４の長手方向に対して略垂直に、しかも装着位置での原料供給路４の長手方向に対して垂直な断面形状と合致する状態で装着してもよい。すなわち、原料供給路４の長手方向に沿って複数配置された原料拡散部品を上記長手方向に沿って見たときに、各原料拡散部品に形成されている孔が互いに重なり合うように各原料拡散部品が配置された構成であってもよい。また、各原料拡散部品に形成されている孔が互いに重なり合う状態から、少なくとも１つの原料拡散部品が所定角度だけ回転された構成であってもよい。球状化率を上げる観点から、回転する角度は２０°〜７０°が好ましく、３０°〜６０°がより好ましく、４０°〜５０°が更に好ましい。
【００３３】
図３は、図１の燃焼装置３の一例をより詳細に示した断面図である。この図３において、左側が原料供給路４の原料粉体供給側であり、右側が原料供給路４の溶融炉１２側である。図中の各矢印は、原料供給路４内を通過する原料粉体の向き、燃料ガス供給路５内を通過する燃料ガスの向き、燃焼用ガス供給路６内を通過する燃焼用ガスの向きをそれぞれ示している。また、燃焼用ガス供給路６の外側を覆う燃焼装置外筒（第３管状部品）を符号１３で示している。ガスノズル１１は、図中に破線で示した楕円形状の領域内に装着されている。
【００３４】
原料粉体の分散性と燃焼火炎９中への滞留状態をより安定させるとの観点から、原料拡散部品１０の好適な構造について説明する。原料拡散部品１０の開孔率は、２５〜９５％が好ましく、４０〜９０％がより好ましく、５０〜８５％がさらに好ましい。また、平均孔径としては、円換算直径（同じ孔面積を有する円の直径をいう）で、０．１〜５ｍｍが好ましく、０．２〜４ｍｍがより好ましく、０．５〜３ｍｍがさらに好ましい。原料拡散部品１０の最大開孔径は、円換算直径で１〜３０ｍｍが好ましく、２〜２０ｍｍがより好ましい。原料拡散部品１０の厚さは、原料拡散部品１０の円換算直径に対する割合（厚さ／円換算直径）として表すと、５〜５０％が好ましく、１０〜４０％がより好ましい。
【００３５】
ここで、原料拡散部品１０の開孔率とは、原料拡散部品１０の正射影全面積に占める開孔部の正射影全面積の割合（開孔部正射影全面積／原料拡散部品正射影全面積）と定義される。平均孔径とは、全開孔部の円換算直径の平均と定義される。原料拡散部品１０の円換算の最大開孔径とは、全開孔部の中で円換算直径が最大のものと定義される。原料拡散部品１０の開孔部の円換算直径とは、開孔部の正射影面積と同じ面積を有する円の直径と定義される。
【００３６】
原料拡散部品１０の形状としては、例えば、メッシュ状、開孔の形状が円又は楕円であるパンチ状（レンコン状）、ハニカム状、開孔の形状が異形又は不定形であるものなどが挙げられ、これらの形状に特に限定されるものではないが、製造が容易であるという観点から、メッシュ状、パンチ状及びハニカム状からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。また、原料粉体が大粒径粒子の場合には、より球状化率が高く良好な球状化粒子を得る観点から、パンチ状又はハニカム状がより好ましく、パンチ状がさらに好ましい。２つ以上の原料拡散部品１０を原料供給路４に配置する場合、同一又は異なる形状の原料拡散部品１０を任意に使用することができるが、原料粉体供給側の原料拡散部品１０の平均孔径の方が大きく、溶融炉１２側の原料拡散部品１０の平均孔径の方が小さくなるような組み合わせであってもよい。また、前述のように、本発明では、球状化率を高める観点から、ガスノズル１１内に複数の原料拡散部品を配置することが好ましい。この場合、ノズル詰まりを防止する観点から、同じ形状の原料拡散部品を用いてもよい。例えば、２つの原料拡散部品が設けられた構成の場合には、これらの２つの原料拡散部品に形成されている孔が互いに重なり合う状態から、一方の原料拡散部品を４５°回転させれば、球状化率や球形度がより高い粒子を得ることができる。
【００３７】
図４は、原料拡散部品１０の構成例を示した図であり、メッシュ状（Ｉ）、パンチ状（ＩＩ）、ハニカム状（ＩＩＩ）及び開孔の形状が不定形（ＩＶ）のものをそれぞれ溶融炉１２側から見た図を示している。
【００３８】
図４（Ｉ）の例では、板状部品に対して矩形状の開孔が格子状に複数形成されることにより、メッシュ状の原料拡散部品１０が構成されている。図４（ＩＩ）の例では、円又は楕円形状の開孔が等間隔で複数形成されることにより、パンチ状の原料拡散部品１０が構成されている。図４（ＩＩＩ）の例では、六角形状の開孔が互いに各辺が対向するように複数形成されることにより、ハニカム状の原料拡散部品１０が構成されている。図４（ＩＶ）の例では、異形又は不定形の開孔が複数形成されることにより原料拡散部品１０が構成されている。
【００３９】
ただし、原料拡散部品１０の形状は、上記のような形状に限られるものではなく、上記の例とは異なる形状の開孔が形成された構成であってもよい。また、原料拡散部品１０は、原料が通過するための孔が形成されたものに限らず、原料の少なくとも一部を接触させて拡散させることができるような構成であれば、他の各種構成を採用することができる。
【００４０】
本発明の原料拡散部品１０及びこれを用いた球状化粒子製造装置は、原料拡散部品１０の耐摩耗性の観点から、原料拡散部品１０における原料が接触する表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成されていることを１つの大きな特徴としている。原料拡散部品１０の表面におけるセラミックスが形成される部分の割合は、１〜１００％が好ましく、１０〜１００％がより好ましく、５０〜１００％がさらに好ましく、９０〜１００％がさらにより好ましく、実質１００％であることがさらに好ましい。実質１００％である場合とは、原料拡散部品１０の表面を全て前記セラミックスで被覆する設計がなされることであり、本発明の効果が損なわれない範囲で不純物が含まれる場合を含む。ここで、被覆するとは、内部の構成物に対して、表面を別途形成させてもよいし、内部の構成物がそのまま表面に露出している態様でもよい。また、原料拡散部品１０の耐摩耗性の観点から、原料拡散部品１０の表面だけでなく、内部を含む全体において、セラミックスで形成される部分の割合が、１０〜１００％が好ましく、５０〜１００％がより好ましく、９０〜１００％がさらに好ましく、実質１００％であることがよりさらに好ましい。実質１００％である場合とは、原料拡散部品１０の全てを前記セラミックスで構成する設計がなされることであり、本発明の効果が損なわれない範囲で不純物が含まれる場合を含む。原料拡散部品１０は、燃焼火炎９からの熱により高温下で使用される場合もあるが、このような高温下であっても、上記のように原料拡散部品１０における原料が接触する表面の少なくとも一部をセラミックスで形成することにより、耐摩耗性を向上することができる。
【００４１】
上記セラミックスとしては、特に限定されるものではないが、耐摩耗性の観点から、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。なお、前記かっこ内は主成分である。特に、原料粉体が無機質粉体である場合には、当該無機質粉体に近い性質を有するセラミックスで原料拡散部品１０における原料が接触する表面の少なくとも一部を形成することにより、耐摩耗性を効果的に向上することができる。
【００４２】
図５は、原料拡散部品１０の構成例を示した断面図であり、原料拡散部品１０全体をセラミックスで形成したもの（Ｉ）、原料拡散部品１０の表面の一部をセラミックスで被覆したもの（ＩＩ）、原料拡散部品１０の表面全体をセラミックスで被覆したもの（ＩＩＩ）をそれぞれ示している。
【００４３】
図５（Ｉ）の例では、セラミックスにより形成された板状部品に複数の開孔１０ａが形成されることにより、全体がセラミックスで形成された原料拡散部品１０が構成されている。
【００４４】
図５（ＩＩ）の例では、ＳＫＨなどの金属材料により形成された板状部品に複数の開孔１０ａが形成され、その表面の一部がセラミックス被膜１０ｂで被覆されることにより原料拡散部品１０が構成されている。セラミックス被膜１０ｂが形成される領域は、特に限定されるものではないが、少なくとも開孔１０ａの内周面に形成されていることが好ましく、図５（ＩＩ）の例のように、当該原料拡散部品１０における原料粉体供給側の表面にも形成されていればさらに好ましい。
【００４５】
図５（ＩＩＩ）の例では、ＳＫＨなどの金属材料により形成された板状部品に複数の開孔１０ａが形成され、その表面全体がセラミックス被膜１０ｂで被覆されることにより原料拡散部品１０が構成されている。
【００４６】
本発明の製造装置の操業は、従来の方法に従って行えばよい。なお、原料搬送用ガスの流速等は以下の条件を満たすのが好適である。
【００４７】
原料粉体は、原料搬送用ガスに同伴されて燃焼装置３に供給され、原料供給路４の原料拡散部品１０に至ることになるが、その際の原料搬送用ガスの流速としては、好ましくは２〜２０ｍ／秒、より好ましくは５〜１０ｍ／秒である。原料搬送用ガスの流速がかかる範囲にあれば、原料粉体が原料拡散部品１０に衝突した際に十分な分散性が得られ、また、適度に減速されて、溶融炉１２における滞留時間が良好となる。
【００４８】
上記減速の程度としては、特に限定されるものではないが、原料拡散部品１０を通過する前の原料粉体の速度をＩ０、原料拡散部品１０を通過した後の原料粉体の速度をＩとすると、それらの比率Ｉ／Ｉ０（％）が、Ｉ／Ｉ０≦５０％を満たすのが好ましい。比率Ｉ／Ｉ０（％）を上記のような範囲とすることにより、火炎中での滞留時間が長くなり、粒径が大きい粒子でも好適に球状化される。なお、Ｉ／Ｉ０は、原料拡散部品１０の前後での原料粉体の通過速度を測定することにより算出される。通過速度は、例えば光学的手法（高速度カメラ等）により求められる。
【００４９】
原料搬送用ガス中の原料粉体濃度としては、原料粉体の十分な分散性を確保する観点から、好ましくは０．１〜１０ｋｇ／Ｎｍ３、より好ましくは０．５〜５ｋｇ／Ｎｍ３である。溶融炉１２における滞留時間とは、原料粉体が溶融炉１２に至ってから球状化溶融粒子が燃焼火炎９域外へ飛散するまでの時間をいい、原料粉体の粒径によるが、０．００１〜５秒程度であるのが好ましい。なお、燃焼火炎９の温度としては特に限定はないが、通常、１５００〜３０００℃程度であるのが好ましい。
【００５０】
本発明の球状化粒子製造装置によれば、例えば、単分散体からなる球状化率の高い良好な、平均粒径１〜５００μｍ程度の球状化粒子を効率的に製造することができる。なお、使用される原料粉体の平均粒径は、当該製造装置を経ることにより実質的に変化するものではなく、原料粉体の平均粒径と得られる球状化粒子の平均粒径とは実質的に同じである。
【００５１】
上記平均粒径は、以下のようにして求めることができる。球状化粒子の粒子投影断面からの球形度＝１の場合は直径（ｍｍ）を測定し、一方、球形度＜１の場合はランダムに配向させた球状化粒子の長軸径（ｍｍ）と短軸径（ｍｍ）を測定して、（長軸径＋短軸径）／２を求め、任意の１００個の球状化粒子につき、それぞれ得られた値を平均して平均粒径（ｍｍ）とする。長軸径と短軸径は、以下のように定義される。粒子を平面上に安定させ、その粒子の平面上への投影像を２本の平行線で挟んだとき、その平行線の間隔が最小となる粒子の幅を短軸径といい、一方、この平行線に直角な方向の２本の平行線で粒子を挟むときの距離を長軸径という。球状化粒子の長軸径と短軸径は、当該粒子の像（写真）を得て、その得られた像を画像解析することにより求めることができる。なお、原料粉体の場合も同様にして「平均粒径」を求める。
【００５２】
次に、原料を原料供給路４から溶融炉１２中の燃焼火炎９に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法であって、上記原料供給路４に設けられ、その表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成された原料拡散部品１０に対して、上記原料を接触させて当該原料を拡散させ、拡散後の上記原料を上記燃焼火炎９に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、上述した球状化粒子製造装置を使用することにより好適に実施することができる。本発明の製造方法は、従来の球状化粒子製造装置の操業の方法に従い、好ましくは原料搬送用ガスの流速等の前記好適な条件の下、本発明の球状化粒子製造装置を使用して球状化粒子を製造することにより実施される。
【００５３】
本発明の方法によれば、例えば、特開２００４−２０２５７７号公報に記載の、流動性に優れ、高強度かつ表面が平滑な鋳造用鋳型を製造するのに好適な球状鋳物砂を効率的に製造することができる。なお、製造条件等の詳細については当該公報を参照されたい。
【００５４】
このようにして得られる球状鋳物砂は、流動性に非常に優れたものであり、単独で、又は当該鋳物砂が所定の割合で含まれるように公知の鋳物砂と適宜混合して使用される。鋳型の製造において当該鋳物砂を用いると、使用するバインダーの量を少なくできることから、それらの鋳物砂は、鋳物砂として効率的に再生することができる。かかる球状鋳物砂は、鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅及びこれらの合金等の鋳型用途に好適に使用され得るとともに、金属、プラスチック等への充填材としても使用することができる。
【実施例】
【００５５】
本願発明者は、同一形状からなる原料拡散部品１０の材質を各種変更し、それぞれについて耐摩耗性及び球状化率を評価する実験を行った。より具体的には、図１に示すような球状化粒子製造装置における一定の装着位置に対して、以下に説明するような各実施例及び比較例の原料拡散部品１０を順次に装着し、実際に原料供給路４から溶融炉１２中の燃焼火炎９に原料粉体を供給して溶融球状化させることにより実験を行った。なお、球形度が高くなると球状化率も高くなる。
【００５６】
原料拡散部品１０としては、開孔率が６５％、平均孔径が２．０ｍｍ、最大開孔径が２．０ｍｍ、厚さが５ｍｍのメッシュ状のものを使用した。原料搬送用ガスの流速は、１１ｍ／秒とし、Ｉ／Ｉ０は、３５％とした。また、原料粉体としては、ムライトからなる平均粒径０．１９μｍの無機質粉体を使用し、原料粉体濃度を３９ｋｇ／Ｎｍ３とした。なお、以下の各実施例及び比較例において、減量比は、{（実験前の重量）―（実験後の重量）}／（実験前の重量）×１００（％）により求めた。
【００５７】
実施例１
全体がアルミナで形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００５８】
実施例２
全体がジルコニアで形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００５９】
実施例３
全体がムライトで形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６０】
実施例４
全体が炭化ケイ素で形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６１】
実施例５
全体が窒化ケイ素で形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６２】
実施例６
図２に示した態様により、全体がアルミナで形成された２つの原料拡散部品Ａ，Ｂが設けられたガスノズル１１を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。原料拡散部品Ａ，Ｂとしては、上記実施例１に係る原料拡散部品１０と同じものを使用し、これらの原料拡散部品Ａ，Ｂをガスノズル１１（原料供給路４）の長手方向に対して直交方向に延びるように、互いに３５ｍｍの間隔を隔てて平行に配置した。また、２つの原料拡散部品Ａ，Ｂに形成されている孔が互いに重なり合うような状態から、一方の原料拡散部品を４５°回転させた状態とした。実験前の当該原料拡散部品Ａ，Ｂの重量、実験後の当該原料拡散部品Ａ，Ｂの重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６３】
比較例１
全体がＳＫＨで形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１の結果が示すように、アルミナ、ジルコニア、ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素などのセラミックスで原料拡散部品１０を形成すれば、セラミックス以外の材料（例えばＳＫＨ）で形成する場合よりも、減量比が極めて小さく、耐摩耗性を飛躍的に向上させることができるとともに、粒子の球形度が向上し、球形度がより高い粒子を得ることができる。また、実施例１と実施例６とを比較すれば分かるように、ガスノズル１１内に複数の原料拡散部品を配置することにより、粒子の球形度がさらに向上し、球形度が極めて高い粒子を得ることができる。このような効果は、他のセラミックスで原料拡散部品１０を形成した場合や、原料拡散部品１０の全体ではなく表面の少なくとも一部をセラミックスで形成した場合にも得られるものと推定できる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 原料粉体フィーダー
２ 原料搬送用ガス供給路
３ 燃焼装置
４ 原料供給路
５ 燃料ガス供給路
６ 燃焼用ガス供給路
７ 燃料ガス供給管
８ 燃焼用ガス供給管
９ 燃焼火炎
１０ 原料拡散部品
１１ ガスノズル
１２ 溶融炉
１３ 燃焼装置外筒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料拡散部品、球状化粒子製造装置及び球状化粒子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無機質球状化粒子は、一般に、原料粉体（本明細書において無機質粉体と同意義を有する）を、燃焼装置（ガス燃焼バーナ）による当該原料粉体の溶融温度以上の燃焼火炎（燃焼ガス）中に通し、粉体溶融炉にて当該原料粉体を溶融球状化することにより製造されている。
【０００３】
特許文献１には、粉体溶融炉の火炎形成域における雰囲気（燃焼ガス）温度を所定温度範囲内に維持して無機質球状化粒子を製造する無機質球状化粒子製造装置が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、原料粉体供給管の先端部内に特定の保炎板と特定形状の拡散手段を設けた球状粒子用バーナが開示されている。
【０００５】
特許文献３には、無機質粉体を供給する無機質粉体供給路に粉体分散板を装着してなる無機質球状化粒子製造装置が開示されている。
【０００６】
これらの拡散手段や粉体分散板には、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＳＫＨ（ハイス鋼）等の金属素材が使用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１６６１６１号公報
【特許文献２】特開２０００−３４６３１８号公報
【特許文献３】特開２００６−１５０２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、耐摩耗性が向上した原料拡散部品、球状化粒子製造装置及び球状化粒子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、原料を拡散させるための原料拡散部品を形成する材料としてセラミックスを用いることにより、当該原料拡散部品の耐摩耗性が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の原料拡散部品は、原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品であって、上記原料が接触する表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成されたものである。
【００１１】
また、本発明の球状化粒子製造装置は、原料を原料供給路から溶融炉中の燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子製造装置であって、表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成され、上記原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品が、上記原料供給路に設けられたものである。
【００１２】
また、本発明の球状化粒子の製造方法は、原料を原料供給路から溶融炉中の燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法であって、上記原料供給路に設けられ、その表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成された原料拡散部品に対して、上記原料を接触させて当該原料を拡散させ、拡散後の上記原料を上記燃焼火炎に供給して溶融球状化させるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、耐摩耗性が向上した原料拡散部品を提供することができ、かかる原料拡散部品を用いることにより、球状化率が高い等、球状化粒子を良好に製造することができる球状化粒子製造装置及び球状化粒子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る球状化粒子製造装置の構成例を示した概略断面図である。
【図２】ガスノズルの他の構成例を示した図であり、当該ガスノズルの概略断面図（左図）及び溶融炉側から見た図（右図）を示している。
【図３】図１の燃焼装置の一例をより詳細に示した断面図である。
【図４】図４は、原料拡散部品の構成例を示した図であり、メッシュ状（Ｉ）、パンチ状（ＩＩ）、ハニカム状（ＩＩＩ）及び開孔の形状が不定形（ＩＶ）のものをそれぞれ溶融炉側から見た図を示している。
【図５】原料拡散部品の構成例を示した断面図であり、原料拡散部品全体をセラミックスで形成したもの（Ｉ）、原料拡散部品の表面の一部をセラミックスで被覆したもの（ＩＩ）、原料拡散部品の表面全体をセラミックスで被覆したもの（ＩＩＩ）をそれぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
特許文献３に開示された装置では、無機質粉体供給路に粉体分散板を装着することにより、原料粉体が大粒径粒子の場合にも球状化率の高い良好な無機質球状化粒子を効率的に製造することができる。しかしながら、高温にもなりうる環境下で使用される当該粉体分散板は、従来使用されているＳＫＨ（ハイス鋼）などの比較的耐摩耗性の高い金属材料を用いて形成した場合であっても、耐摩耗性が十分であるとは言えなかった。
【００１６】
本発明で原料とは、液状流体、粉状流体等、広く流体であることが好ましく、本発明に係る原料拡散部品によって拡散された後に、そのまま最終用途に供されてもよく、さらに、例えば火炎溶融等されて球状化粒子にされるなどの加工がされてもよい。本発明に係る原料拡散部品の以下に示す効果、例えば、耐摩耗性の効果を奏するのは、原料が粉状流体であること、さらには、粉状物が無機質粉体である粉状流体である場合に顕著である。
【００１７】
なお、ここに、無機質粉体とは、以下の式（１）：
ｘＡｍＯｎ／ｙＢｐＯｑ ・・・（１）
（式中、Ａ及びＢは任意の金属原子、ｘ≧１；ｙ≧０；ｍ、ｎ、ｐ及びｑ≧１）
で表わされる成分を含む無機物質を原料として製造されるものをいう。式（１）で表わされる成分としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ・ＳｉＯ２、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２、ＺｒＯ２・ＳｉＯ２などが挙げられる。
【００１８】
このような無機質粉体としては、例えば、耐摩耗性の観点から、好ましくはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる群から選ばれる少なくとも１種、より好ましくはジルコニア（ＺｒＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる群から選ばれる少なくとも１種であるセラミックスである。なお、前記かっこ内は主成分である。特に、原料粉体が無機質粉体である場合には、当該無機質粉体に近い性質を有するセラミックスで原料拡散部品１０における原料が接触する表面の少なくとも一部を形成することにより、耐摩耗性を効果的に向上することができる。
【００１９】
また、球状化率とは、球状化粒子中における球形度０．９８以上の粒子の重量割合（％）をいう。球形度は、光学顕微鏡又はデジタルスコープ（例えば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）により当該粒子の像（写真）を得て、その得られた像を画像解析することにより、当該粒子の粒子投影断面の面積及び当該断面の周囲長を求め、次いで、{粒子投影断面の面積（ｍｍ２）と同じ面積の真円の円周長（ｍｍ）}／{粒子投影断面の周囲長（ｍｍ）}を計算し、任意の５０個の球状化粒子につき、それぞれ得られた値を平均することにより求める。なお、球形度が高いほど球状化率も高くなる。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る球状化粒子製造装置の構成例を示した概略断面図である。この球状化粒子製造装置では、粉体からなる原料（原料粉体）が原料粉体フィーダー１により一定量ずつ供給され、原料搬送用ガス供給路２から導入される原料搬送用ガス（酸素又は酸素富化空気；図では酸素）により搬送されて、燃焼装置３内の原料供給路４に供給されるようになっている。原料粉体としては、上述の無機質粉体を用いることができる。ただし、原料供給路４に供給される原料は、無機質粉体に限らず、他の原料粉体であってもよいし、粉体以外の液体などからなる原料であってもよい。
【００２１】
燃焼装置３は、上記原料供給路４の他に、当該原料供給路４の外周に配置された燃料ガス供給路５と、燃料ガス供給路５の外周に配置された燃焼用ガス供給路６とを有する多重管構造に構成されている。すなわち、径の異なる複数（図では３つ）の管状部品が同心軸上に配置されることにより、径の最も小さい第１管状部品内に原料供給路４が形成され、当該第１管状部品とその外側を覆う第２管状部品との間に燃料ガス供給路５が形成され、当該第２管状部品とその外側を覆う第３管状部品との間に燃焼用ガス供給路６が形成されている。
【００２２】
燃料ガス供給路５には、燃料ガス供給管７を介して燃料ガス（プロパン、ブタン、メタン、ＬＰＧなど）が供給される。また、燃焼用ガス供給路６には、燃焼用ガス供給管８を介して燃焼用ガス（酸素又は酸素富化空気）が供給される。燃焼装置３は、溶融炉１２に接続されており、燃焼装置３内に導入された原料粉体、燃料ガス及び燃焼用ガスは、それぞれ原料供給路４、燃料ガス供給路５及び燃焼用ガス供給路６内を同一方向に流れて、当該燃焼装置３における溶融炉１２側の一端から当該溶融炉１２内に供給される。原料供給路４、燃料ガス供給路５及び燃焼用ガス供給路６における溶融炉１２側の一端には、それぞれ噴出口が形成されており、これらの噴出口を介して燃焼装置３と溶融炉１２とが接続されている。
【００２３】
溶融炉１２内には、燃焼装置３から供給される燃料ガス及び燃焼用ガスが燃焼することにより燃焼火炎９が形成される。原料供給路４における溶融炉１２側の一端近傍には、複数の孔が形成された原料拡散部品１０が配置されており、原料搬送用ガスにより搬送される原料粉体が、これらの原料拡散部品１０の孔を通って燃焼火炎９内に噴射されるようになっている。原料粉体は、溶融炉１２内の燃焼火炎９により加熱されるとともに、原料拡散部品１０を通過する過程で、その少なくとも一部が当該原料拡散部品１０に接触して拡散される。このようにして拡散された原料粉体は、燃焼火炎９内に噴射されることにより、溶融若しくは軟化して表面張力により球状化されるようになっている。
【００２４】
ここで、「原料供給路４における溶融炉１２側の一端近傍」とは、原料供給路４の溶融炉１２側の一端における当該原料供給路４の長手方向に対する垂直断面の中心から、当該原料供給路４の全長の０％を超えて２０％までに相当する長さ、好ましくは１〜１０％に相当する長さだけ当該中心から上記長手方向に直線距離で他端側へ離れた位置をいうものとする。原料供給路４における溶融炉１２側の一端近傍に原料拡散部品１０を設けることにより、原料の分散が良くなると共に、粒子の火炎中への突入速度が緩和され、安定した球状化が達成される。
【００２５】
ただし、原料拡散部品１０は、上記のような位置に設けられるような構成に限らず、原料供給路４内における他の位置に設けられていてもよいし、原料粉体フィーダー１と原料供給路４とを接続する管の途中に設けられていてもよい。また、原料拡散部品１０は１つに限らず、上記の各位置から選択した任意の複数の位置に原料拡散部品１０を配置することも可能である。
【００２６】
原料粉体は、原料搬送用ガス中に分散した状態で燃焼装置３の原料供給路４を介して溶融炉１２に供給されるが、その際、原料粉体の分散性が悪いと球状化過程で粒子同士が融着し、形状不良となって大粒径化する。また、原料粉体の供給速度が大きく溶融炉１２での原料粉体の滞留時間が短いと原料粉体が十分に球状化せず、良質な球状化粒子が得られない。これらの傾向は、特に原料粉体が大粒径粒子である場合に顕著である。
【００２７】
本発明の球状化粒子製造装置においては、原料粉体は燃焼装置３中の原料供給路４に配置された原料拡散部品１０を介して溶融炉１２に供給されることから、良好な分散状態で原料粉体を燃焼火炎９中に供給することができ、しかも、原料粉体が原料拡散部品１０に衝突することで溶融炉１２への供給速度が低下し、適度な滞留時間で原料粉体を燃焼火炎９中に維持することができる。したがって、本発明の球状化粒子製造装置によれば、原料粉体の平均粒径が好ましくは１μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１００μｍ以上の大粒径粒子である場合でも、単分散体からなる球状化率の高い良好な球状化粒子を効率的に製造することができる。
【００２８】
なお、「単分散体からなる球状化粒子」とは、原料粉体の粒子同士が実質的に融着しておらず、個々の原料粉体に対応して得られた球状化粒子をいう。球状化粒子がそのような状態にあるか否かは、光学顕微鏡又はデジタルスコープ（例えば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）で当該粒子の像を観察することにより容易に把握することができる。
【００２９】
原料供給路４は、例えば、円筒状の管状部品（第１管状部品）の先端部分にガスノズル１１を装着して構成される。ガスノズル１１は、原料供給路４の溶融炉１２側に位置しており、当該ガスノズル１１における溶融炉１２側の一端は、原料供給路４における溶融炉１２側に相当する。よって、原料供給路４における溶融炉１２側の一端近傍に少なくとも１つの原料拡散部品１０を配置する具体的態様としては、当該ガスノズル１１内に原料拡散部品１０を少なくとも１つ配置する態様が挙げられる。
【００３０】
原料粉体の分散性と燃焼火炎９中への滞留状態をより安定させる観点から、原料拡散部品１０をガスノズル１１内に少なくとも１つ配置することが好ましく、当該ガスノズル１１内に原料拡散部品１０を２つ装着すればより好ましい。なお、原料拡散部品１０を２つ以上配置する場合には、各原料拡散部品１０が互いに接触しないように配置することが好ましい。
【００３１】
図２は、ガスノズル１１の他の構成例を示した図であり、当該ガスノズル１１の概略断面図（左図）及び溶融炉１２側から見た図（右図）を示している。この例では、ガスノズル１１内に２つの原料拡散部品Ａ，Ｂが配置されている。これらの２つの原料拡散部品Ａ，Ｂは、それぞれガスノズル１１（原料供給路４）の長手方向に対して直交方向に延びており、互いに間隔を隔てて平行に配置されている。本発明では、球状化率を高める観点から、ガスノズル１１内に複数の原料拡散部品を配置することが好ましい。このような配置とすることにより、燃焼火炎９中での原料粉体の分散状態、及び、滞留状態が向上し、球状化率や球形度がより高い粒子を得ることができる。本発明の原料拡散部品は、ガスノズル内に１〜４個設置することが好ましく、２〜３個設置すればより好ましい。
【００３２】
原料拡散部品Ａ，Ｂの装着状態は上記構成に限定されるものではないが、原料粉体の分散性と燃焼火炎９中への滞留状態をより安定させる観点から、原料供給路４の長手方向に対して略垂直に、しかも装着位置での原料供給路４の長手方向に対して垂直な断面形状と合致する状態で装着してもよい。すなわち、原料供給路４の長手方向に沿って複数配置された原料拡散部品を上記長手方向に沿って見たときに、各原料拡散部品に形成されている孔が互いに重なり合うように各原料拡散部品が配置された構成であってもよい。また、各原料拡散部品に形成されている孔が互いに重なり合う状態から、少なくとも１つの原料拡散部品が所定角度だけ回転された構成であってもよい。球状化率を上げる観点から、回転する角度は２０°〜７０°が好ましく、３０°〜６０°がより好ましく、４０°〜５０°が更に好ましい。
【００３３】
図３は、図１の燃焼装置３の一例をより詳細に示した断面図である。この図３において、左側が原料供給路４の原料粉体供給側であり、右側が原料供給路４の溶融炉１２側である。図中の各矢印は、原料供給路４内を通過する原料粉体の向き、燃料ガス供給路５内を通過する燃料ガスの向き、燃焼用ガス供給路６内を通過する燃焼用ガスの向きをそれぞれ示している。また、燃焼用ガス供給路６の外側を覆う燃焼装置外筒（第３管状部品）を符号１３で示している。ガスノズル１１は、図中に破線で示した楕円形状の領域内に装着されている。
【００３４】
原料粉体の分散性と燃焼火炎９中への滞留状態をより安定させるとの観点から、原料拡散部品１０の好適な構造について説明する。原料拡散部品１０の開孔率は、２５〜９５％が好ましく、４０〜９０％がより好ましく、５０〜８５％がさらに好ましい。また、平均孔径としては、円換算直径（同じ孔面積を有する円の直径をいう）で、０．１〜５ｍｍが好ましく、０．２〜４ｍｍがより好ましく、０．５〜３ｍｍがさらに好ましい。原料拡散部品１０の最大開孔径は、円換算直径で１〜３０ｍｍが好ましく、２〜２０ｍｍがより好ましい。原料拡散部品１０の厚さは、原料拡散部品１０の円換算直径に対する割合（厚さ／円換算直径）として表すと、５〜５０％が好ましく、１０〜４０％がより好ましい。
【００３５】
ここで、原料拡散部品１０の開孔率とは、原料拡散部品１０の正射影全面積に占める開孔部の正射影全面積の割合（開孔部正射影全面積／原料拡散部品正射影全面積）と定義される。平均孔径とは、全開孔部の円換算直径の平均と定義される。原料拡散部品１０の円換算の最大開孔径とは、全開孔部の中で円換算直径が最大のものと定義される。原料拡散部品１０の開孔部の円換算直径とは、開孔部の正射影面積と同じ面積を有する円の直径と定義される。
【００３６】
原料拡散部品１０の形状としては、例えば、メッシュ状、開孔の形状が円又は楕円であるパンチ状（レンコン状）、ハニカム状、開孔の形状が異形又は不定形であるものなどが挙げられ、これらの形状に特に限定されるものではないが、製造が容易であるという観点から、メッシュ状、パンチ状及びハニカム状からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。また、原料粉体が大粒径粒子の場合には、より球状化率が高く良好な球状化粒子を得る観点から、パンチ状又はハニカム状がより好ましく、パンチ状がさらに好ましい。２つ以上の原料拡散部品１０を原料供給路４に配置する場合、同一又は異なる形状の原料拡散部品１０を任意に使用することができるが、原料粉体供給側の原料拡散部品１０の平均孔径の方が大きく、溶融炉１２側の原料拡散部品１０の平均孔径の方が小さくなるような組み合わせであってもよい。また、前述のように、本発明では、球状化率を高める観点から、ガスノズル１１内に複数の原料拡散部品を配置することが好ましい。この場合、ノズル詰まりを防止する観点から、同じ形状の原料拡散部品を用いてもよい。例えば、２つの原料拡散部品が設けられた構成の場合には、これらの２つの原料拡散部品に形成されている孔が互いに重なり合う状態から、一方の原料拡散部品を４５°回転させれば、球状化率や球形度がより高い粒子を得ることができる。
【００３７】
図４は、原料拡散部品１０の構成例を示した図であり、メッシュ状（Ｉ）、パンチ状（ＩＩ）、ハニカム状（ＩＩＩ）及び開孔の形状が不定形（ＩＶ）のものをそれぞれ溶融炉１２側から見た図を示している。
【００３８】
図４（Ｉ）の例では、板状部品に対して矩形状の開孔が格子状に複数形成されることにより、メッシュ状の原料拡散部品１０が構成されている。図４（ＩＩ）の例では、円又は楕円形状の開孔が等間隔で複数形成されることにより、パンチ状の原料拡散部品１０が構成されている。図４（ＩＩＩ）の例では、六角形状の開孔が互いに各辺が対向するように複数形成されることにより、ハニカム状の原料拡散部品１０が構成されている。図４（ＩＶ）の例では、異形又は不定形の開孔が複数形成されることにより原料拡散部品１０が構成されている。
【００３９】
ただし、原料拡散部品１０の形状は、上記のような形状に限られるものではなく、上記の例とは異なる形状の開孔が形成された構成であってもよい。また、原料拡散部品１０は、原料が通過するための孔が形成されたものに限らず、原料の少なくとも一部を接触させて拡散させることができるような構成であれば、他の各種構成を採用することができる。
【００４０】
本発明の原料拡散部品１０及びこれを用いた球状化粒子製造装置は、原料拡散部品１０の耐摩耗性の観点から、原料拡散部品１０における原料が接触する表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成されていることを１つの大きな特徴としている。原料拡散部品１０の表面におけるセラミックスが形成される部分の割合は、１〜１００％が好ましく、１０〜１００％がより好ましく、５０〜１００％がさらに好ましく、９０〜１００％がさらにより好ましく、実質１００％であることがさらに好ましい。実質１００％である場合とは、原料拡散部品１０の表面を全て前記セラミックスで被覆する設計がなされることであり、本発明の効果が損なわれない範囲で不純物が含まれる場合を含む。ここで、被覆するとは、内部の構成物に対して、表面を別途形成させてもよいし、内部の構成物がそのまま表面に露出している態様でもよい。また、原料拡散部品１０の耐摩耗性の観点から、原料拡散部品１０の表面だけでなく、内部を含む全体において、セラミックスで形成される部分の割合が、１０〜１００％が好ましく、５０〜１００％がより好ましく、９０〜１００％がさらに好ましく、実質１００％であることがよりさらに好ましい。実質１００％である場合とは、原料拡散部品１０の全てを前記セラミックスで構成する設計がなされることであり、本発明の効果が損なわれない範囲で不純物が含まれる場合を含む。原料拡散部品１０は、燃焼火炎９からの熱により高温下で使用される場合もあるが、このような高温下であっても、上記のように原料拡散部品１０における原料が接触する表面の少なくとも一部をセラミックスで形成することにより、耐摩耗性を向上することができる。
【００４１】
上記セラミックスとしては、特に限定されるものではないが、耐摩耗性の観点から、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。なお、前記かっこ内は主成分である。特に、原料粉体が無機質粉体である場合には、当該無機質粉体に近い性質を有するセラミックスで原料拡散部品１０における原料が接触する表面の少なくとも一部を形成することにより、耐摩耗性を効果的に向上することができる。
【００４２】
図５は、原料拡散部品１０の構成例を示した断面図であり、原料拡散部品１０全体をセラミックスで形成したもの（Ｉ）、原料拡散部品１０の表面の一部をセラミックスで被覆したもの（ＩＩ）、原料拡散部品１０の表面全体をセラミックスで被覆したもの（ＩＩＩ）をそれぞれ示している。
【００４３】
図５（Ｉ）の例では、セラミックスにより形成された板状部品に複数の開孔１０ａが形成されることにより、全体がセラミックスで形成された原料拡散部品１０が構成されている。
【００４４】
図５（ＩＩ）の例では、ＳＫＨなどの金属材料により形成された板状部品に複数の開孔１０ａが形成され、その表面の一部がセラミックス被膜１０ｂで被覆されることにより原料拡散部品１０が構成されている。セラミックス被膜１０ｂが形成される領域は、特に限定されるものではないが、少なくとも開孔１０ａの内周面に形成されていることが好ましく、図５（ＩＩ）の例のように、当該原料拡散部品１０における原料粉体供給側の表面にも形成されていればさらに好ましい。
【００４５】
図５（ＩＩＩ）の例では、ＳＫＨなどの金属材料により形成された板状部品に複数の開孔１０ａが形成され、その表面全体がセラミックス被膜１０ｂで被覆されることにより原料拡散部品１０が構成されている。
【００４６】
本発明の製造装置の操業は、従来の方法に従って行えばよい。なお、原料搬送用ガスの流速等は以下の条件を満たすのが好適である。
【００４７】
原料粉体は、原料搬送用ガスに同伴されて燃焼装置３に供給され、原料供給路４の原料拡散部品１０に至ることになるが、その際の原料搬送用ガスの流速としては、好ましくは２〜２０ｍ／秒、より好ましくは５〜１０ｍ／秒である。原料搬送用ガスの流速がかかる範囲にあれば、原料粉体が原料拡散部品１０に衝突した際に十分な分散性が得られ、また、適度に減速されて、溶融炉１２における滞留時間が良好となる。
【００４８】
上記減速の程度としては、特に限定されるものではないが、原料拡散部品１０を通過する前の原料粉体の速度をＩ０、原料拡散部品１０を通過した後の原料粉体の速度をＩとすると、それらの比率Ｉ／Ｉ０（％）が、Ｉ／Ｉ０≦５０％を満たすのが好ましい。比率Ｉ／Ｉ０（％）を上記のような範囲とすることにより、火炎中での滞留時間が長くなり、粒径が大きい粒子でも好適に球状化される。なお、Ｉ／Ｉ０は、原料拡散部品１０の前後での原料粉体の通過速度を測定することにより算出される。通過速度は、例えば光学的手法（高速度カメラ等）により求められる。
【００４９】
原料搬送用ガス中の原料粉体濃度としては、原料粉体の十分な分散性を確保する観点から、好ましくは０．１〜１０ｋｇ／Ｎｍ３、より好ましくは０．５〜５ｋｇ／Ｎｍ３である。溶融炉１２における滞留時間とは、原料粉体が溶融炉１２に至ってから球状化溶融粒子が燃焼火炎９域外へ飛散するまでの時間をいい、原料粉体の粒径によるが、０．００１〜５秒程度であるのが好ましい。なお、燃焼火炎９の温度としては特に限定はないが、通常、１５００〜３０００℃程度であるのが好ましい。
【００５０】
本発明の球状化粒子製造装置によれば、例えば、単分散体からなる球状化率の高い良好な、平均粒径１〜５００μｍ程度の球状化粒子を効率的に製造することができる。なお、使用される原料粉体の平均粒径は、当該製造装置を経ることにより実質的に変化するものではなく、原料粉体の平均粒径と得られる球状化粒子の平均粒径とは実質的に同じである。
【００５１】
上記平均粒径は、以下のようにして求めることができる。球状化粒子の粒子投影断面からの球形度＝１の場合は直径（ｍｍ）を測定し、一方、球形度＜１の場合はランダムに配向させた球状化粒子の長軸径（ｍｍ）と短軸径（ｍｍ）を測定して、（長軸径＋短軸径）／２を求め、任意の１００個の球状化粒子につき、それぞれ得られた値を平均して平均粒径（ｍｍ）とする。長軸径と短軸径は、以下のように定義される。粒子を平面上に安定させ、その粒子の平面上への投影像を２本の平行線で挟んだとき、その平行線の間隔が最小となる粒子の幅を短軸径といい、一方、この平行線に直角な方向の２本の平行線で粒子を挟むときの距離を長軸径という。球状化粒子の長軸径と短軸径は、当該粒子の像（写真）を得て、その得られた像を画像解析することにより求めることができる。なお、原料粉体の場合も同様にして「平均粒径」を求める。
【００５２】
次に、原料を原料供給路４から溶融炉１２中の燃焼火炎９に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法であって、上記原料供給路４に設けられ、その表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成された原料拡散部品１０に対して、上記原料を接触させて当該原料を拡散させ、拡散後の上記原料を上記燃焼火炎９に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、上述した球状化粒子製造装置を使用することにより好適に実施することができる。本発明の製造方法は、従来の球状化粒子製造装置の操業の方法に従い、好ましくは原料搬送用ガスの流速等の前記好適な条件の下、本発明の球状化粒子製造装置を使用して球状化粒子を製造することにより実施される。
【００５３】
本発明の方法によれば、例えば、特開２００４−２０２５７７号公報に記載の、流動性に優れ、高強度かつ表面が平滑な鋳造用鋳型を製造するのに好適な球状鋳物砂を効率的に製造することができる。なお、製造条件等の詳細については当該公報を参照されたい。
【００５４】
このようにして得られる球状鋳物砂は、流動性に非常に優れたものであり、単独で、又は当該鋳物砂が所定の割合で含まれるように公知の鋳物砂と適宜混合して使用される。鋳型の製造において当該鋳物砂を用いると、使用するバインダーの量を少なくできることから、それらの鋳物砂は、鋳物砂として効率的に再生することができる。かかる球状鋳物砂は、鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅及びこれらの合金等の鋳型用途に好適に使用され得るとともに、金属、プラスチック等への充填材としても使用することができる。
【実施例】
【００５５】
本願発明者は、同一形状からなる原料拡散部品１０の材質を各種変更し、それぞれについて耐摩耗性及び球状化率を評価する実験を行った。より具体的には、図１に示すような球状化粒子製造装置における一定の装着位置に対して、以下に説明するような各実施例及び比較例の原料拡散部品１０を順次に装着し、実際に原料供給路４から溶融炉１２中の燃焼火炎９に原料粉体を供給して溶融球状化させることにより実験を行った。なお、球形度が高くなると球状化率も高くなる。
【００５６】
原料拡散部品１０としては、開孔率が６５％、平均孔径が２．０ｍｍ、最大開孔径が２．０ｍｍ、厚さが５ｍｍのメッシュ状のものを使用した。原料搬送用ガスの流速は、１１ｍ／秒とし、Ｉ／Ｉ０は、３５％とした。また、原料粉体としては、ムライトからなる平均粒径０．１９μｍの無機質粉体を使用し、原料粉体濃度を３９ｋｇ／Ｎｍ３とした。なお、以下の各実施例及び比較例において、減量比は、{（実験前の重量）―（実験後の重量）}／（実験前の重量）×１００（％）により求めた。
【００５７】
実施例１
全体がアルミナで形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００５８】
実施例２
全体がジルコニアで形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００５９】
実施例３
全体がムライトで形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６０】
実施例４
全体が炭化ケイ素で形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６１】
実施例５
全体が窒化ケイ素で形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６２】
実施例６
図２に示した態様により、全体がアルミナで形成された２つの原料拡散部品Ａ，Ｂが設けられたガスノズル１１を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。原料拡散部品Ａ，Ｂとしては、上記実施例１に係る原料拡散部品１０と同じものを使用し、これらの原料拡散部品Ａ，Ｂをガスノズル１１（原料供給路４）の長手方向に対して直交方向に延びるように、互いに３５ｍｍの間隔を隔てて平行に配置した。また、２つの原料拡散部品Ａ，Ｂに形成されている孔が互いに重なり合うような状態から、一方の原料拡散部品を４５°回転させた状態とした。実験前の当該原料拡散部品Ａ，Ｂの重量、実験後の当該原料拡散部品Ａ，Ｂの重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６３】
比較例１
全体がＳＫＨで形成された原料拡散部品１０を球状化粒子製造装置に装着し、上記の条件で当該球状化粒子製造装置を７２時間連続運転した。実験前の当該原料拡散部品１０の重量、実験後の当該原料拡散部品１０の重量、及び減量比、並びに、得られた粒子の球形度を、それぞれ表１に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１の結果が示すように、アルミナ、ジルコニア、ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素などのセラミックスで原料拡散部品１０を形成すれば、セラミックス以外の材料（例えばＳＫＨ）で形成する場合よりも、減量比が極めて小さく、耐摩耗性を飛躍的に向上させることができるとともに、粒子の球形度が向上し、球形度がより高い粒子を得ることができる。また、実施例１と実施例６とを比較すれば分かるように、ガスノズル１１内に複数の原料拡散部品を配置することにより、粒子の球形度がさらに向上し、球形度が極めて高い粒子を得ることができる。このような効果は、他のセラミックスで原料拡散部品１０を形成した場合や、原料拡散部品１０の全体ではなく表面の少なくとも一部をセラミックスで形成した場合にも得られるものと推定できる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 原料粉体フィーダー
２ 原料搬送用ガス供給路
３ 燃焼装置
４ 原料供給路
５ 燃料ガス供給路
６ 燃焼用ガス供給路
７ 燃料ガス供給管
８ 燃焼用ガス供給管
９ 燃焼火炎
１０ 原料拡散部品
１１ ガスノズル
１２ 溶融炉
１３ 燃焼装置外筒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品であって、上記原料が接触する表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成された原料拡散部品。
【請求項２】
上記セラミックスが、アルミナ、ジルコニア、ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１記載の原料拡散部品。
【請求項３】
上記原料に含まれる粉体が通過するための孔が形成された請求項１又は２記載の原料拡散部品。
【請求項４】
上記粉体が、無機質粉体である請求項３記載の原料拡散部品。
【請求項５】
上記粉体が上記原料拡散部品により拡散され、燃焼火炎により溶融球状化される請求項３又は４記載の原料拡散部品。
【請求項６】
原料を原料供給路から溶融炉中の燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子製造装置であって、表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成され、上記原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品が、上記原料供給路に設けられた球状化粒子製造装置。
【請求項７】
上記原料供給路における上記溶融炉側の一端近傍に、上記原料拡散部品が少なくとも１つ設けられた請求項６記載の球状化粒子製造装置。
【請求項８】
上記溶融炉は、上記原料供給路と、上記原料供給路の外周に配置された燃料ガス供給路と、上記燃料ガス供給路の外周に配置された燃焼用ガス供給路とを有する多重管構造に構成されてなる燃焼装置に接続されており、上記燃焼装置と上記溶融炉との接続が、上記原料供給路、上記燃料ガス供給路及び上記燃焼用ガス供給路のそれぞれの噴出口を介してなされたものである請求項６又は７記載の球状化粒子製造装置。
【請求項９】
原料を原料供給路から溶融炉中の燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法であって、上記原料供給路に設けられ、その表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成された原料拡散部品に対して、上記原料を接触させて当該原料を拡散させ、拡散後の上記原料を上記燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法。
【請求項１】
原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品であって、上記原料が接触する表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成された原料拡散部品。
【請求項２】
上記セラミックスが、アルミナ、ジルコニア、ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１記載の原料拡散部品。
【請求項３】
上記原料に含まれる粉体が通過するための孔が形成された請求項１又は２記載の原料拡散部品。
【請求項４】
上記粉体が、無機質粉体である請求項３記載の原料拡散部品。
【請求項５】
上記粉体が上記原料拡散部品により拡散され、燃焼火炎により溶融球状化される請求項３又は４記載の原料拡散部品。
【請求項６】
原料を原料供給路から溶融炉中の燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子製造装置であって、表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成され、上記原料に接触して当該原料を拡散させるための原料拡散部品が、上記原料供給路に設けられた球状化粒子製造装置。
【請求項７】
上記原料供給路における上記溶融炉側の一端近傍に、上記原料拡散部品が少なくとも１つ設けられた請求項６記載の球状化粒子製造装置。
【請求項８】
上記溶融炉は、上記原料供給路と、上記原料供給路の外周に配置された燃料ガス供給路と、上記燃料ガス供給路の外周に配置された燃焼用ガス供給路とを有する多重管構造に構成されてなる燃焼装置に接続されており、上記燃焼装置と上記溶融炉との接続が、上記原料供給路、上記燃料ガス供給路及び上記燃焼用ガス供給路のそれぞれの噴出口を介してなされたものである請求項６又は７記載の球状化粒子製造装置。
【請求項９】
原料を原料供給路から溶融炉中の燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法であって、上記原料供給路に設けられ、その表面の少なくとも一部がセラミックスにより形成された原料拡散部品に対して、上記原料を接触させて当該原料を拡散させ、拡散後の上記原料を上記燃焼火炎に供給して溶融球状化させる球状化粒子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２２６３９９（Ｐ２００９−２２６３９９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４２６０２（Ｐ２００９−４２６０２）
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【出願人】（０００２１１１２３）中外炉工業株式会社 (170)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【出願人】（０００２１１１２３）中外炉工業株式会社 (170)
【Ｆターム（参考）】
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