专利名称：无机质球状化粒子制造用燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在制造无机质球状化粒子时使用的燃烧器以及使用该燃烧器的无机 质球状化粒子制造装置。本申请基于2008年8月4日在日本申请的日本专利申请第2008-201301号主张 优先权，在此引用其内容。
背景技术：
无机质球状化粒子为在高温火焰中熔融粉碎了二氧化硅等的原料粉末，利用表面 张力而球状化得到的粒子。例如，使用硅石作为原料的高纯度的球状二氧化硅被广泛用作半导体元件的环氧 密封材料用填充材料，通过球状化，可以得到填充材料的流动性的提高、高填充、耐磨损性 提高等各种优点。而且，在本说明书中，有时将无机质球状化粒子仅记载为球状化粒子。对于无机质球状化粒子的制造，作为现有技术存在专利文献1 4中公开的方法。为了原料粉末的球状化而需要高温火焰，所以通常使用氧气、气体燃烧方式的燃
/jm-nfr ο这些燃烧器存在预混合型燃烧器和扩散型燃烧器。预混合型指的是预先使氧气与 燃料气体混合并喷出到燃烧场所的情况，扩散型指的是分别喷出氧气和燃料气体，将它们 在燃烧场所混合的情况。专利文献2公开的方法中，使用预混合型燃烧器，专利文献1、3和4记载的方法 中，使用扩散型燃烧器。专利文献1的扩散型燃烧器为同心圆状的双层管，在其内管与外管之间设置有多 个小管。将该燃烧器设置于立式炉中，使硅质原料由燃烧器的中心管(内管)自然流下或 加压流下，向由来自小管的燃料气体和来自外管的氧气形成的火焰中投入原料粉末，制造 熔融二氧化硅球状体。专利文献2中记载的预混合型燃烧器中，在燃烧器内充分混合原料粉末、氧气、液 化石油气(LPG)，向形成在燃烧器顶端的火焰中供给原料粉末。专利文献3和4中记载的扩散型燃烧器为同心圆状的四层管结构，形成为由中心 将氧气或富氧气体作为载气向燃烧室供给原料粉末，由其外周供给燃料气体，由其更外周 供给一次氧气和二次氧气，在最外周设置有冷却燃烧器的冷却水通路。此外，专利文献3和4中公开了使用这种扩散型燃烧器制造无机质球状化粒子的
直ο在专利文献4中公开的无机质球状化粒子制造装置中，如图6所示，将原料粉末由 原料供给机A切出，与由载气供给装置A’供给的载气一起运送到燃烧器B中。向该燃烧器 B中供给来自氧气供给设备C的氧气和来自LPG供给设备D的液化石油气(LPG)。将在立式炉E内的火焰中包含球状化粒子的排出气体通过由路径F导入到立式炉E的底部的空气进行冷却，用后段的旋风分离器G、袋滤器H捕集球状化粒子。专利文献1 日本特开昭58-145613号公报专利文献2 日本特开昭62-241543号公报专利文献3 日本专利第3331491号公报专利文献4 日本专利第3312228号公报专利文献2中公开的预混合型燃烧器在燃烧器内预先混合氧气等和LPG等燃料气 体。这种燃烧器由于从喷嘴顶端喷出氧气和燃料气体的混合物，所以有可能会向燃烧器内 回火。另一方面，在专利文献1记载的扩散型燃烧器中，虽然不会回火，但由于原料喷出 孔与燃料喷出孔邻接，原料粒子与氧气的混合不充分而喷出到温度低的燃料气体中。因此， 不能通过火焰得到充分的加热，存在被称为熔融状态不充分、粒子的玻璃化率低的不良问 题。认为球状化粒子的玻璃化率不到98%而将其用作半导体元件的密封材料用填充材料 时，因热膨胀这点而不优选。可是，原料粉末通过在火焰中、主要是通过来自火焰的强制对流传热而进行加热、 熔融，利用表面张力而球状化。专利文献3和4中记载的扩散型燃烧器结构中，设置了燃烧室，与专利文献1中记 载的燃烧器相比，制造的无机质球状化粒子的凝聚状态得到改善。但是，以相同的燃烧量对具有各种平均粒径的原料粉末进行球状化处理时，随着 原料粉末的平均粒度减小，凝聚增强，存在可球状化处理的量减少的趋势。此外存在火焰中处理后的球状粒子的平均粒度大于原料粉末的平均粒度的趋势。因此，为了得到平均粒度更小的球状化粒子，专利文献3和4中记载的燃烧器是不 充分的。此外，在使用该燃烧器处理通过球磨粉碎而得到的那类粒度分布广的原料粉末 时，由于在火焰中发生微粒之间或微粒与粗粒子的熔融，所以观察到投入的原料粉末的粒 度分布与得到的球状化粒子制品的粒度分布不同的情况。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种能够不会回火地制造玻璃化率高的无机质球 状化粒子，进一步地，可得到原料粉末的平均粒径在粒状化的过程中变动少，具有目标粒度 分布的球状化粒子的无机质球状化粒子制造用燃烧器和无机质球状化粒子制造装置。为了解决上述课题，本发明的第一实施方式为无机质球状化粒子制造用燃烧器，具备第一原料供给路，用于供给伴随载气的原料粉末；燃料供给路，设置在该第一原料供给路的外周，用于供给燃料气体；第一氧气供给路，设置在该燃料供给路的外周，用于供给含氧气体；第二原料供给路，设置在该第一氧气供给路的外周，用于供给伴随载气的原料粉 末；第二氧气供给路，设置在该第二原料供给路的外周，用于供给含氧气体；原料分散室，通过形成有许多个小孔的粉末分散板与所述第一原料供给路的顶端连接；和燃烧室，与该原料分散室连接，出口侧的直径增大，燃料供给路、第一氧气供给路、第二原料供给路、第二氧气供给路的顶端在所述燃 烧室的圆锥状壁面分别开口，所述燃料供给路的开口部为从燃烧室的壁面，平行于燃烧器中心轴地喷出燃料的 喷出孔，所述第一氧气供给路的开口部为从燃烧室的壁面，在燃烧室内形成旋流的方向上 喷出含氧气体的第一氧气喷出孔，所述第二原料供给路的开口部为与第一氧气喷出孔相比，在燃烧器顶端侧开口的 喷出孔，所述第二氧气供给路的开口部为与第二原料喷出孔相比，在燃烧器顶端侧开口的 喷出孔。本发明的第二实施方式为无机质球状化粒子制造装置，包括在炉顶部垂直向下地 设置有所述燃烧器的立式球状化炉、以及在该球状化炉的下游捕集无机质球状化粒子的旋 风分离器和袋滤器。在本发明的第二实施方式中，优选具备分别独立地控制向所述燃烧器的第一原料 供给路和第二原料供给路供给的载气和原料粉末的控制单元。在本发明的第二实施方式中，优选具有经由旋风分离器而与袋滤器连接的通路和 未经由旋风分离器而与袋滤器连接的通路，且各通路可切换。此外，在本发明的第二实施方式中，优选设置有向所述燃烧器的第一原料供给路 和第二原料供给路供给不同粒径的原料粉末的两台原料供给装置。此外，在本发明的第二实施方式中，优选所述旋风分离器捕集粗粒子，袋滤器捕集 微粒。此外，在本发明的第二实施方式中，优选所述袋滤器一并捕集粒子。由于本发明的燃烧器为扩散型燃烧器，所以不会发生回火。此外，在第一原料供给 路供给粒径大的原料粉末，在第二原料供给路供给粒径小的原料粉末时，可在火焰外周部 的低温区域充分熔融粒径小的粒子，可在火焰中心部的高温区域充分熔融粒径大的粒子。 此外，由于粒径小的粒子的分散性不好，所以将其由分散体积变大的第二原料供给路喷射， 从而能够在火焰中良好地分散。另一方面，由于粒径大的粒子的分散性好，所以将其由分散体积变小的第一原料 供给路喷射，从而能够在火焰中良好地分散。因而，根据本发明的球状化粒子的制造装置， 无论是大粒径的粒子还是小粒径的粒子，均可几乎维持其粒径地进行球状化，且得到玻璃 化率高的粒子。因此，可制造具有与投入的原料对应的粒径或粒度分布的球状化粒子。
图1为表示本发明的燃烧器的一例的概要截面图。图2为表示本发明的燃烧器的一例的概要侧视图。图3为表示本发明的无机质球状化粒子制造装置的例子的概要结构图。
图4为表示实施例的一次氧气和二次氧气的流量比例与玻璃化率的关系的图。图5为表示实施例的一次氧气和二次氧气的流量比例与玻璃化率的关系的图。图6为表示现有的无机质球状化粒子的制造装置的概要结构图。
具体实施例方式图1和图2表示本发明的无机质球状化粒子制造用燃烧器(以下有时仅记载为燃 烧器)的一例。图1为沿着燃烧器的中心轴切断的截面图。图2为从燃烧器的顶端侧观察 燃烧器的侧视图。图2中仅示出了原料粉末、燃料和氧气的喷出孔。在这些图中，符号1表示第一原料供给管，其内部形成供给原料粉末和载气的混 合物的第一原料供给路1A。载气使用氧气、氧气浓度为20Vol%以上的富氧空气、空气等氧 气浓度为20Vol%以上的含氧气体。原料粉末使用粒子形态具有角的非球形粒子的氧化硅、氧化铝、玻璃等无机质粉末。原料粉末之中，粗粉是指平均粒径为约10 μ m以上粒径的大粉末，细粒是指平均 粒径不到约10 μ m粒径的小粉末。在该原料供给管1的出口端安装有粉末分散板2。该粉末分散板2将原料粉末和 载气的混合粉末向着燃烧器出口方向以放射状喷出，向着斜外方的多个第一原料喷出孔3、 3…等间隔地形成在圆周上。在第一原料供给管1的外侧设置同轴的燃料供给管4，原料供给管1与燃料供给 管4之间的空隙形成燃料供给路4A，形成为供给液化石油气(LPG)等燃料气体。燃料供给 路4A的出口端形成多个燃料气体喷出孔4B、4B···，形成为相对于燃烧器中心轴平行地喷出 燃料。这些多个燃料气体喷出孔4B、4B…等间隔地形成在圆周上。在燃料供给管4的外侧设置同轴的第一氧气供给管5，燃料供给管4与第一氧气供 给管5之间的空隙为第一氧气供给路5A，形成为供给氧气、氧气浓度为20vol %以上的富氧 空气、空气等氧气浓度为20Vol%以上的含氧气体。构成为第一氧气供给路5A的出口端形成多个第一氧气喷出孔5B、5B···，这些第一 氧气喷出孔5B、5B…的出口向着燃烧器中心轴开口，相对于燃烧器中心轴以直角方向喷射 氧气，在后述的燃烧室8内形成旋流。这些多个第一氧气喷出孔5B、5B···等间隔地形成在圆周上，且配置在与上述多个 燃料喷出孔4B、4B…在圆周上不同位置的两个燃料喷出孔4B、4B的中间。在第一氧气供给管5的外侧设置同轴的第二原料供给管6，第一氧气供给管5与第 二原料供给管6之间的空隙形成第二原料供给路6A。第二原料供给路6A的出口部分形成 多个第二原料喷出孔6B、6B···，形成为相对于燃烧器中心轴平行地喷出原料。多个第二原料喷出孔6B、6B…等间隔地形成在圆周上。在第二原料供给管6的外侧设置同轴的第二氧气供给管7，第二原料供给管6与第 二氧气供给管7之间的空隙形成第二氧气供给路7A。该第二氧气供给路7A与第一氧气供 给路5A相比，其截面积变大，形成为可供给更多的氧气。第二氧气供给路7A的出口端形成 多个第二氧气喷出孔7B、7B···，该第二氧气喷出孔7B、7B···等间隔地形成在圆周上。这些第 二氧气喷出孔7B、7B…相对于燃烧器中心轴在平行方向上开口，形成为相对于燃烧器中心轴以平行方向喷出含氧气体。此外，第二氧气供给管7，其厚度增厚，在其内部形成循环流通冷却水的冷却水通 路71，可冷却燃烧器自身。进一步地，燃烧器的顶端部分凹陷为向外方扩展的研钵状，该部分形成燃烧室8。S卩，燃烧室8的倾斜的壁部分通过倾斜地形成第二氧气供给管7、第二原料供给管 6和第一氧气供给管5的顶端部分来构成，燃烧室8的底部连接着圆筒状的原料分散室9。 原料分散室9通过原料供给管1的出口端部相比粉末分散板2向燃烧器的顶端方向变得更 薄地圆筒状地延伸而形成。进而，燃料气体喷出孔4B、4B···、第一氧气喷出孔5B、5B···、第二原料喷出孔6B、 6B…、第二氧气喷出孔7B、7B…分别在燃烧室8的圆锥状壁面上开口。此外，上述第二原料喷出孔6B与第一氧气喷出孔5B相比，在燃烧器的顶端侧开 口，上述第二氧气喷出孔7B与第二原料喷出孔6B相比，在燃烧器的顶端侧开口。如此构造的无机质球状化粒子制造用燃烧器由于通过第一原料供给路IA的顶端 具有多个小孔的粉末分散板2与原料分散室9连接，设置在第一原料供给路IA的外周的燃 料气体供给路4A和设置在该燃料气体供给路4A的外周的第一氧气供给路5A向着与各供 给路的顶端连接的出口侧直径扩大的燃烧室8开口，所以燃烧器火焰中的原料粉末的分散 性提高。如果分别向第一原料供给路IA和第二原料供给路6A供给粒度不同的原料粉末， 则可效率良好地使平均粒度大的粒子分散在火焰中心部的高温区域并进行处理，使平均粒 度小的粒子分散在火焰外周部的低温区域并进行处理。由于平均粒度大的粒子比较容易分散，所以由分散面积小、位于火焰中心部的第 一原料供给路IA供给，由于平均粒度小的粒子分散困难，所以由分散面积大的第二原料供 给路6A向火焰中供给。如此，可使原料粉末效率良好地分散在火焰中。因此，在本发明中，可在一个燃烧器中以最佳状态一次处理平均粒度大的粒子和 平均粒度小的粒子。图3为表示本发明的无机质球状化粒子制造装置的一例，图中符号11表示球状化 炉。该球状化炉11为圆筒形立式炉，在其顶板部使其顶端侧面对炉内地垂直安装有上述燃
烧器12 ο球状化炉11的底部附近形成有空气导入口 13，在此向内部导入冷却用空气，形成 为可降低排出的燃烧气体的温度。球状化炉11的底部附近形成有燃烧气体排出口 14，由燃烧气体搬送并导出在此 生成的球状化粒子，形成为通过管道15、风阀16送至旋风分离器17的入口。管道15在该风阀16的上游侧分支连接管道18，该管道18连接着袋滤器19的入□。管道18形成为在其中途中设置有空气导入孔20，通过由该孔20将适当空气引入 管道18中，可降低并调节管道18内流动的燃烧气体的温度。此外，旋风分离器17的出口与管道21连接，该管道21通过风阀22连接着袋滤器 19的入口。燃烧器2的第一原料供给路IA连接着第一原料供给管(图示略)，该第一原料供给管连接着第一原料进料器23。第一原料进料器23形成为储存粒径大的粗粒的原料粉末， 送入来自载气供给源M的载气，该载气运送规定量的原料粉末并通过上述第一原料供给 管送至燃烧器2的第一原料供给路1A。第一原料进料器23具备有根据来自未图示的控制装置的原料粉末供给量控制信 号送出规定量的原料粉末的送出机构。载气使用氧气、富氧空气、空气等氧气浓度为20Vol%以上的含氧气体。载气供给源M也具备有根据来自未图示的控制装置的载气供给量控制信号，将 规定量的载气分别送入第一原料进料器23和第二原料进料器25的流量调节阀。燃烧器2的第二原料供给路6A连接着第二原料供给管(图示略)，该第二原料供 给管连接着第二原料进料器25。第二原料进料器25形成为储存粒径小的细粒的原料粉末， 送入来自载气供给源M的载气，该载气运送规定量的原料粉末并通过上述第二原料供给 管送至燃烧器2的第二原料供给路6A。第二原料进料器25具备有根据来自未图示的控制装置的原料粉末供给量控制信 号送出规定量的原料粉末的送出机构。燃烧器2的燃料供给路4A连接着燃料供给管(图示略)，该燃料供给管连接着燃 料气体供给源26。燃料气体供给源沈形成为储存液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)等 燃料气体，并将其送出，通过上述燃料气体供给管向燃烧器2的燃料供给路4A送入规定量 的燃料气体。燃料气体供给源沈具备有根据来自未图示的控制装置的燃料气体供给量控制信 号送出规定量的燃料气体的送出机构。燃烧器2的第一氧气供给路5A连接着第一氧气供给管(图示略)，该第一氧气供 给管连接着第一氧气供给源27。第一氧气供给源27形成为储存上述含氧气体，并将其送 出，通过上述第一氧气供给管向燃烧器2的第一氧气供给路5A送入规定量的含氧气体。第一氧气供给源27具备有根据来自未图示的控制装置的第一氧气供给量控制信 号送出规定量的含氧气体的送出机构。燃烧器2的第二氧气供给路7A连接着第二氧气供给管(图示略)，该第二氧气供 给管连接着第二氧气供给源观。第二氧气供给源观形成为储存上述含氧气体，并将其送 出，通过上述第二氧气供给管向燃烧器2的第二氧气供给路7A送入规定量的含氧气体。第二氧气供给源观具备有根据来自未图示的控制装置的第二氧气供给量控制信 号送出规定量的含氧气体的送出机构。而且，可使第一氧气供给源27和第二氧气供给源观一体化，对其设置两台送出机 构，由各自的送出机构分别对第一氧气供给管和第二氧气供给管送入含氧气体，也可分别 对燃烧器2的第一氧气供给路5A和第二氧气供给路7A供给规定量的含氧气体。接着，对使用此制造装置的球状化粒子的制造方法进行说明。由第一原料进料器23将平均粒度10 μ m以上的粗粒的原料粉末送入燃烧器12的 第一原料供给路1A，由第一原料喷出孔3通过原料分散室9向燃烧室8喷出。由第二原料 进料器25将例如平均粒度不到10 μ m的细粒的原料粉末送入燃烧器12的第二原料供给路 6A，由第二原料喷出孔6B向燃烧室8喷出。在此，在原料粉末供给前以其平均粒度10 μ m进行区分的理由在于，不到10 μ m的原料粉末具有难以分散的特性。将规定量的含氧气体分别由第一氧气供给源27、第二氧气供给源观送入燃烧器 12的第一氧气供给路5A、第二氧气供给路7A，经过第一氧气喷出孔5B、第二氧气喷出孔7B 向燃烧室8喷出。将规定量的燃料气体由燃料气体供给源沈送入燃烧器12的燃料供给路 4A，经过燃料气体喷出孔4B向燃烧室8喷出。喷出到火焰中的粒径不同的两种原料粉末分别在火焰的高温中心区域、低温的外 侧区域加热熔融，进行球状化成为粒径不同的球状化粒子。该球状化粒子浮游在由燃烧器2生成的燃料气体和由空气导入口 13导入的空气 的气体中，由球状化炉11的燃烧气体排出口 14经管道15、风阀16送入旋风分离器17。通 过将空气与燃烧气体混合，导入旋风分离器17的气体温度下降，变成旋风分离器17中的适 合粒子捕集的温度。旋风分离器17捕集在气体中浮游的球状化粒子中的粗粒的球状化粒子。由旋风 分离器17排出的气体通过管道21送入袋滤器19，在此捕集球状化粒子中的细粒的球状化 粒子。此外，根据需要，也可将管道15的风阀16关闭，使气体流过管道18直接送入袋滤 器19，并在此捕集全部的球状化粒子。此时，需要使气体温度降低时，也可由空气导入孔20 将适量的空气混入气体中。通过以上操作，可效率良好地得到与原料粉末的粒度几乎一致的粒度的球状化粒子。实施例以下，示出具体例。(例1)使用图3所示的无机质球状化粒子制造装置制造球状化粒子。用由7. 5Nm3/h的氧气构成的载气运送作为原料粉末的总量为20kg/h的二氧化硅 粉末。供给作为燃料气体的5Nm3/h的LPG。将作为含氧气体的总量为20Nm3/h的氧气分成 两份导入燃烧器12来制造球状化粒子，寻求得到98%以上玻璃化率的球状化处理能力。此时，根据原料粉末的粒度，在一次氧气0 100%、二次氧气100 0%的范围内 改变供给到上述第一氧气喷出孔5B (—次氧气)和第二氧气喷出孔7B (二次氧气)的氧气 比例来研究可实现98%以上的玻璃化率的条件。对平均粒度30 μ m和平均粒度2 μ m的原料粉末的处理结果示于图4、图5、表1中。处理30 μ m原料时，由第一原料喷出孔3喷出原料粉末，处理2 μ m原料时，由第二 原料喷出孔6B喷出原料粉末。对于30 μ m的原料粉末，用旋风分离器17捕集，对于2 μ m的原料，不通过旋风分 离器17，用袋滤器19 一并捕集。而且，为了与现有技术比较，使用与专利文献3中记载的无机质球状化装置相同 型号的装置在上述条件下制造球状化粒子。[表1]
权利要求
1.一种无机质球状化粒子制造用燃烧器，具备 第一原料供给路，用于供给伴随载气的原料粉末；燃料供给路，设置在该第一原料供给路的外周，用于供给燃料气体； 第一氧气供给路，设置在该燃料供给路的外周，用于供给含氧气体； 第二原料供给路，设置在该第一氧气供给路的外周，用于供给伴随载气的原料粉末； 第二氧气供给路，设置在该第二原料供给路的外周，用于供给含氧气体； 原料分散室，通过形成有许多个小孔的粉末分散板与所述第一原料供给路的顶端连 接；和燃烧室，与该原料分散室连接，出口侧的直径增大，燃料供给路、第一氧气供给路、第二原料供给路、第二氧气供给路的顶端在所述燃烧室 的圆锥状壁面分别开口，所述燃料供给路的开口部为从燃烧室的壁面，平行于燃烧器中心轴地喷出燃料的喷出孔，所述第一氧气供给路的开口部为从燃烧室的壁面，在燃烧室内形成旋流的方向上喷出 含氧气体的第一氧气喷出孔，所述第二原料供给路的开口部为与第一氧气喷出孔相比，在燃烧器顶端侧开口的喷出孔，所述第二氧气供给路的开口部为与第二原料喷出孔相比，在燃烧器顶端侧开口的喷出孔。
2.一种无机质球状化粒子制造装置，包括在炉顶部垂直向下地设置有权利要求1所 述的燃烧器的立式球状化炉；以及在该球状化炉的下游捕集无机质球状化粒子的旋风分离 器和袋滤器。
3.根据权利要求2所述的无机质球状化粒子制造装置，具备分别独立地控制向所述燃 烧器的第一原料供给路和第二原料供给路供给的载气和原料粉末的控制单元。
4.根据权利要求2所述的无机质球状化粒子制造装置，具有经由旋风分离器而与袋滤 器连接的通路和未经由旋风分离器而与袋滤器连接的通路，且各通路能够切换。
5.根据权利要求2所述的无机质球状化粒子制造装置，设置有向所述燃烧器的第一原 料供给路和第二原料供给路供给不同粒径的原料粉末的两台原料供给装置。
6.根据权利要求2所述的无机质球状化粒子制造装置，所述旋风分离器捕集粗粒子， 袋滤器捕集微粒。
7.根据权利要求2所述的无机质球状化粒子制造装置，所述袋滤器一并捕集粒子。
全文摘要
本发明的无机质球状化粒子制造用燃烧器，具备第一原料供给路(1A)，用于供给伴随载气的原料粉末；燃料供给路(4A)，设置在该第一原料供给路(1A)的外周，用于供给燃料气体；第一氧气供给路(5A)，设置在该燃料供给路(4A)的外周，用于供给含氧气体；第二原料供给路(6A)，设置在该第一氧气供给路(5A)的外周，用于供给伴随载气的原料粉末；第二氧气供给路(7A)，设置在该第二原料供给路(6A)的外周，用于供给含氧气体；原料分散室(9)，通过形成有许多个小孔的粉末分散板(2)与所述第一原料供给路(7A)的顶端连接；和燃烧室(8)，与该原料分散室(9)连接，出口侧的直径增大。
文档编号B01J19/00GK102112217SQ200980130260
公开日2011年6月29日 申请日期2009年8月3日 优先权日2008年8月4日
发明者山本康之, 萩原义之 申请人:大阳日酸株式会社