JP2009108356A - スポンジチタンの抜き出し方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロール法により製造されたスポンジチタンの抜き出し方法および装置において、反応容器内に生成したスポンジチタンを反応容器から効率よく抜き出すことができる方法および装置を提供する。
【解決手段】四塩化チタンのマグネシウム還元により反応容器内に生成したスポンジチタンを反応容器から抜き出す方法であって、反応容器の底部に開口部を形成し、この開口部に押し抜き棒を挿入し、反応容器内のスポンジチタンの下端部に押し抜き棒を当接させ、反応容器の自重により、反応容器とスポンジチタンとを互いに摺動させつつ反応容器を下方へ移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、四塩化チタンのマグネシウム還元によるスポンジチタンの製造方法および装置に係り、特に、製造されたスポンジチタンを容器から効率的に抜き出す方法および装置に関する。

金属チタンは、航空機産業のみならず近年の世界的な需要の拡大に伴い生産量も大幅に伸びてきている。金属チタンの原料となるスポンジチタンは、クロール法によって大量生産されており、この方法は、ステンレス製の反応容器内に装入保持した溶融マグネシウム浴面上に四塩化チタンを滴下することにより、前記反応容器内にスポンジチタンを生成させるものである。

続いて、減圧下にて高温で加熱して、反応容器内に生成されたスポンジチタン内に残留している塩化マグネシウムや金属マグネシウム等の不純物をスポンジチタンから分離することにより、スポンジチタン塊が得られる。

前記容器内に生成したスポンジチタン中の不純物が真空分離工程で除去された後、室温まで冷却されてから、反応容器の底部に接合された凹面状の部材を切断分離することで、反応容器の底部に開口部を形成する。この模式図を図３の反応容器１０として示す。図３に示すように、スポンジチタン１１を保持している反応容器１０の底部には、開口部１２が形成されている。

図３にはまた、生成したスポンジチタン１１を反応容器１０から取り出すための従来の抜き出し装置Ｎが示されている。抜き出し装置Ｎは、抜き出し装置本体２０と、支持台座２１と、押し抜き棒２２とからなる。反応容器１０内に生成されたスポンジチタン塊１１を押し抜くために、まず、反応容器１０の底部に設けた開口部１２から押し抜き棒２２を挿入し、前記スポンジチタン１１の底部に当接させた後、次いで、反応容器１０の頂部を固定冶具２４により抜き出し装置本体２０に固定し、反応容器１０の動きを拘束する。

引き続き、スポンジチタン１１の底部に当接させた押し抜き棒２２を支持台座に内蔵された油圧シリンダーの力を借りて上方に向かって徐々に移動させることにより、前記スポンジチタン１１は、反応容器１０に対して摺動しつつ徐々に上方に移動して、スポンジチタン１１を反応容器１０から抜き出すことができる。

しかしながら、前記したようなスポンジチタンの摺動抜き出しを可能とするには、押し抜き棒２２に対して充分な応力の伝達が要求され、その結果、前記押し抜き棒２２を駆動させるための大型の油圧シリンダーが必要となる。

前記の大型の油圧シリンダーの導入に際しては、工場内に充分な設置スペースが必要のみならず、前記油圧シリンダーの大きさに見合ったコストも計上する必要があり、更には工期も長期になることが見込まれる。

このような事情は、スポンジチタン製造設備を新設して、近年のスポンジチタンの旺盛な需要に対して短期間に応えるには不利な条件であり、省スペースであって、工期が短くしかもコストのかからないスポンジチタンの抜出し装置およびその装置を用いた抜き出し方法が望まれている。

スポンジチタンの押し抜き方法の具体例については、特開平６−１４５８２５号に開示されている（例えば、特許文献１参照）。当該公報では、反応容器内で生成したスポンジチタンのみならず、前記反応容器内で生成したスポンジチタンの上方にある反応容器内壁面に生成したスポンジチタンも効率的に抜き出す方法について記載されている。

しかしながら、前記したようなスポンジチタンを効率的に抜き出すことのできる方法に関して、工期が短く、しかも、初期投資が安価で、かつ省スペースなスポンジチタンの抜き出し方法に関する記載はない。

このように、初期投資が小さくて工期が短くしかも省スペースであるような、スポンジチタンの抜き出し方法およびこれに好適な装置が求められている。
特開平６−１４５８２５号公報

本発明は、クロール法により製造されたスポンジチタンの抜き出し方法およびこれに用いる装置であって、特に、反応容器内で製造されたスポンジチタンを前記反応容器から効率よく抜き出すことができる方法および装置の提供を目的としている。

かかる実情に鑑みて鋭意検討を重ねてきたところ、スポンジチタンを反応容器から抜き出す際に、スポンジチタン塊の底部に押し抜き棒を当接させ、反応容器の自重により、反応容器とスポンジチタンとを互いに摺動させつつスポンジチタンを反応容器内から効率よく抜き出すことができることを見出し、本願発明を完成するに至った。

即ち、本発明にかかるスポンジチタンの抜き出し方法は、四塩化チタンのマグネシウム還元により反応容器内に生成したスポンジチタンを上記反応容器から抜き出す方法であって、反応容器の底部に開口部を形成し、この開口部に押し抜き棒を挿入し、反応容器内のスポンジチタンの下端部に上記押し抜き棒を当接させ、反応容器の自重により、反応容器とスポンジチタンとを互いに摺動させつつ反応容器を下方へ移動させることを特徴とを特徴とするものである。

本発明のスポンジチタンの抜き出し方法においては、クレーンに係合されたワイヤーをスポンジチタンが生成した反応容器に接続して、押し抜き棒が上記スポンジチタン下端部に当接した状態でワイヤーを緩和することにより、反応容器を下方に摺動させることを好ましい態様としている。

また、スポンジチタンの抜き出しに先立って、反応容器内に生成したスポンジチタンの上方空間の容器内壁面に形成されたスポンジチタンを除去しておくことを好ましい態様としている。

さらに、上記の方法でスポンジチタンを反応容器内から全量抜き出す前に、抜き出し操作を停止して、反応容器に係合してあるワイヤーを外した後、反応容器外に抜き出されたスポンジチタンの部位にワイヤーもしくはトングを用いて接続し、スポンジチタンの全量を反応容器から抜き出すことを好ましい態様としている。

本発明のスポンジチタンの抜き出し装置は、上記の抜き出し方法に用いる装置であって、スポンジチタンが生成した反応容器を保持する抜き出し装置本体と、この抜き出し装置本体底部に設けられた支持台座と、この支持台座に支持されスポンジチタンの底部を押圧する押し抜き棒とから構成されていることを特徴としている。

本発明のスポンジチタンの抜き出し装置においては、支持台座に保持されている押し抜き棒の長さが変更可能なように構成されていることを好ましい態様としており、また、押し抜き棒の下端部に溝が鉛直方向に多段に形成されており、押し抜き棒と支持台座が、ピンを溝に係合させることによって任意の位置で固定されていることを好ましい態様としている。

本発明によれば、スポンジチタンを保持した反応容器の底部から押し抜き棒を挿入してスポンジチタンの底部を上方へ押圧することによって、反応容器の自重によって下向きの力を受ける反応容器と、押し抜き棒によって上向きの力を受けるスポンジチタンとが互いに摺動し、スポンジチタンを反応容器から押し抜くことができるので、押し抜きのために別途大型の油圧シリンダーを新設する必要がなく、結果として、少スペースでかつ初期投資を抑えたスポンジチタンの押し抜きを可能ならしめるものである。

本発明の最良の実施形態について図面を用いて以下に説明する。
図１は本願発明に用いるスポンジチタンの抜き出し装置の好適な装置構成例であって、スポンジチタンを保持した反応容器をこの抜き出し装置に設置した状態を表している。

まず、図示しない工程において、反応容器１０内に溶融マグネシウムを満たし、ここに四塩化チタンを滴下して四塩化チタンのマグネシウム還元を行い、スポンジチタン１１を生成させる。続いて、副生成物である塩化マグネシウムを大部分除去した後、反応容器１０を高温かつ減圧の雰囲気とし、残留する塩化マグネシウム等の不純物を除去する。次に、反応容器１０の底部に形成された突起部を切断することによって開口部１２を形成した後、クレーン１３に係合されたワイヤー１４にて懸架されて押し抜き装置Ｍに移送される。図１（ａ）は、このときの状態を示すものである。

図１（ａ）に示すように、押し抜き装置Ｍは、押し抜き装置本体２０と、その底部に設置された支持台座２１と、台座２１に立錐して配設されたスポンジチタンを押し抜くための押し抜き棒２２とから構成されている。

押し抜き装置Ｍに移送された反応容器１０の開口部１２より、押し抜き装置Ｍの押し抜き棒２２を、スポンジチタン１１と密着配置されているロストル１５の底面に当接するようにワイヤー１４の繰り出し状況を調整する。

次いで、前記の操作にてワイヤー１４の緩み具合により、押し抜き棒２２とロストル１５との当接状況が確認された後、前記ワイヤー１４を徐々に繰り出すことで、反応容器１０の自重により反応容器１０全体を下降させることができる。

反応容器１０内に生成されているスポンジチタン１１は、ロストル１５を通じて押し抜き棒２２に固定されているため、前記ワイヤー１４の繰り出しに応じて反応容器１０は、スポンジチタン１１に対して摺動しつつ下方に移動し、再び、ワイヤー１４の応力に抗したところで前記反応容器１０の下降は停止する。

よって、本願発明におけるワイヤー１４の繰り出し量は、反応容器１０の下降状況を見ながら適宜調整することができる。

前記した操作を繰り返すことにより、スポンジチタン１１は、ロストル１５を介して相対的に移動が拘束されており、ワイヤー１４の繰り出しにより、反応容器１０は、スポンジチタン１１と摺動しつつ、反応容器１０の自重により下方に移動させることができ、結果として、スポンジチタン１１を反応容器１０から抜き出すことができるという効果を奏する。

本願発明においては、前記スポンジチタン１１が反応容器１０から完全に抜き出される前に反応容器１０のフランジ１６が、抜き出し装置本体２０のフランジ２３と接触するように、押し抜き棒２２の長さを設定しておくことが好ましい。

図１（ｂ）は、前記の押し抜きを実施し、反応容器１０のフランジ１６が押し抜き装置本体２０のフランジ２３に当接するまでにスポンジチタン１１が押し抜かれた状況を模式的に表している。本願発明においては、前記スポンジチタン１１の抜き出し高さ、すなわち反応容器１０の端部から露出したスポンジチタン１１の長さ（図１（ｂ）において符号ａ）は、スポンジチタン１１の全長（同、符号ｂ）の５０％〜１００％の範囲となるように押し抜き棒２２の長さを調節しておくことが好ましい。

前記の態様に沿ってスポンジチタン１１を反応容器１０から全量抜き出す前に抜き出し操作を停止して、反応容器１０のフランジ１６に係合されているワイヤー１４を取り外した後、次いで、図２に示すように、反応容器１０から抜き出されているスポンジチタン１１の周囲に予め設けたワイヤー１７と接続し、更に、前記ワイヤー１４をクレーン１３に係合して上部に引き揚げることにより、スポンジチタン１１を反応容器１０から全量抜き出すことができる。

なお、本願発明においては、スポンジチタン１１の生成している反応容器１０の上部内壁面にスポンジチタンが付着成長している場合があり、この際には、前記した方法によるスポンジチタンの抜き出しに先立って、前記反応容器１１の上部内壁面に成長したスポンジチタンを予めハツリ除去しておくことが好ましい。

前記した本願発明に従えば、従来のように押し抜き棒２２を上方に繰り出し、スポンジチタン１１を反応容器１０から押し抜くことができるような油圧シリンダーは不要であり、初期投資コストを抑制することができる。また、前記油圧シリンダーを駆動するための電力やメンテナンスコストも不要となりこのためのランニングコストも削減することができるという効果を奏する。

更には、前記油圧シリンダー用の圧力生成装置も不要となり、そのスペースを確保する必要がなく、省スペースで抜き出し装置を現場に設置できるという効果を奏するものである。

次に、本願発明に用いる押し抜き装置Ｍの構成とその好ましい態様について以下に説明する。本願発明に用いる押し抜き装置Ｍは、図１に示すように押し抜き装置本体２０、押し抜き棒２２およびこれを支持するための支持台座２１から構成されている。

押し抜き棒２２は、スポンジチタン１１と反応容器１０の両者を加えた重量および反応容器１０の摺動の際に発生する摩擦力を支えることができるよう構成しておくことが好ましい。

本願発明においては、前記押し抜き棒２２は、例えば工具鋼で構成することができ、その際の押し抜き棒２２の径は、４００ｍｍ〜８００ｍｍの範囲に構成しておくことが好ましい。前記のような大きさの押し抜き棒２２で構成することにより、６ｔ／バッチ〜１５ｔ／バッチのスポンジチタンを効率よく押し抜くことができる。

本願発明においては、前記したように押し抜き棒２２は、従来のように上方に移動させる必要はなく、支持台座２１に固定して配置しておくだけでよい。ただし、押し抜き棒２２の長さを図１（ｂ）および図２に示したようにスポンジチタン１１が反応容器１０から全量押しぬかれる前に反応容器１０のフランジ１６が押し抜き装置本体２０のフランジ２３に載置されるように構成することが好ましいが、反応容器１０内のスポンジチタン１１の生成量は、多少ばらつきがある。

よって、押し抜き棒２２の長さは、変更できるように支持台座２１と押し抜き棒２２との接続方法を工夫しておくことが好ましい。具体的には、押し抜き棒２２の表面に複数の溝を鉛直方向に形成させ、前記溝に支持台座２１とピンで固定するように構成しても良い。このような装置構成とすることで、押し抜き棒２２の長さを調節することができ、反応容器１０内におけるスポンジチタン１１の全体長さのバラツキにも対応することができるという効果を奏するものである。

支持台座２１は、押し抜き棒２２を押し抜き装置本体２０に支持固定するための構成部材であり、スポンジチタン１１と反応容器１０の重量および反応容器１０の摺動の際に発生する応力を支持できるように構成しておけば良い。

押し抜き装置本体２０は、前記した構成部品を支持できるような大きさと材質で構成しておけばよく、一般的な構造用鋼で構成しておけば良い。あるいは、押し抜き装置本体２０の代わりに、ピットを構成し、その中に押し抜き装置Ｍを構成してもよい。そのような構成とすることで、スポンジチタン１１を反応容器１０から抜き出す際の作業性を改善することができるという効果を奏する。

以上述べたように、本願発明に係るスポンジチタンの押し抜き方法および装置を用いることにより、初期投資およびランニングコストを低く抑えつつ、しかも省スペースにてスポンジチタンを効率よく押し抜くことができるという効果を奏するものである。

図１に示すスポンジチタンの押し抜き装置を用いて、９ｔのスポンジチタン１０を反応容器から抜き出した。この操作を５バッチ実施した。前記５バッチの抜き出しに要した平均時間を表１に実施例として示した。また、図３に示す従来のスポンジチタンの押し抜き装置を用いた以外は実施例と同じ条件でスポンジチタン１０を反応容器１１から抜き出し、表１に比較例として併記した。

表１は、スポンジチタンの抜き出し時間、設備コストおよびスペースの観点から比較例を１００として実施例および比較例について整理した。図１に示した本願発明に係る抜き出し装置を用いた場合の抜き出し時間は、従来の装置を用いた場合と大きな差異は認められなかった。しかしながら、設備コストおよび設置スペースの点では、従来に比べて大幅に改善されていることが確認された。また、その結果、設備の工期も従来に比べて大幅に短縮できることも確認された。

近年需要が高まっている金属チタンの製造における低コスト化に寄与する。

本発明のスポンジチタン抜き出し装置を示す模式図断面図であって、（ａ）は抜き出し前の状態を、（ｂ）は抜き出し後の状態を示す。 本発明のスポンジチタン抜き出し装置におけるスポンジチタンの抜き出し方法を示す模式図断面図である。 従来のスポンジチタン抜き出し装置の模式断面図である。

符号の説明

Ｍ スポンジチタン抜き出し装置
Ｎ 従来のスポンジチタン抜き出し装置
１０ 反応容器
１１ スポンジチタン
１２ 開口部
１３ クレーン
１４ ワイヤー
１５ ロストル
１６ フランジ
１７ ワイヤー
２０ 抜き出し装置本体
２１ 支持台座
２２ 押し抜き棒
２３ フランジ
２４ 固定治具

Claims (8)

1. 四塩化チタンのマグネシウム還元により反応容器内に生成したスポンジチタンを上記反応容器から抜き出す方法であって、
   上記反応容器の底部に開口部を形成し、この開口部に押し抜き棒を挿入し、上記反応容器内のスポンジチタンの下端部に上記押し抜き棒を当接させ、上記反応容器の自重により、上記反応容器と上記スポンジチタンとを互いに摺動させつつ上記反応容器を下方へ移動させることを特徴とするスポンジチタンの抜き出し方法。
2. クレーンに係合されたワイヤーを前記スポンジチタンが生成した反応容器に接続して、前記押し抜き棒が上記スポンジチタン下端部に当接した状態で上記ワイヤーを緩和することにより、前記反応容器を下方に摺動させることを特徴とする請求項１に記載のスポンジチタンの抜き出し方法。
3. 前記スポンジチタンの抜き出しに先立って、前記反応容器内に生成したスポンジチタンの上方空間の容器内壁面に形成されたスポンジチタンを除去しておくことを特徴とする請求項１または２に記載のスポンジチタンの抜き出し方法。
4. 前記の方法で前記スポンジチタンを前記反応容器内から全量抜き出す前に、抜き出し操作を停止し、上記反応容器外に抜き出されたスポンジチタンの部位にワイヤーもしくはトングを用いて、上記スポンジチタンの全量を上記反応容器から抜き出すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスポンジチタンの抜き出し方法。
5. 前記反応容器から抜き出されたスポンジチタン塊を破砕・整粒して製品スポンジチタンとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスポンジチタンの抜き出し方法。
6. 請求項１〜５のスポンジチタンの抜き出し方法に用いるスポンジチタンの抜き出し装置であって、
   上記スポンジチタンの抜き出し装置は、スポンジチタンが生成した反応容器を保持する抜き出し装置本体と、この抜き出し装置本体底部に設けられた支持台座と、この支持台座に支持されスポンジチタンの底部を押圧する押し抜き棒とから構成されていることを特徴とするスポンジチタンの抜き出し装置。
7. 前記支持台座に保持されている押し抜き棒の長さが変更可能なように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のスポンジチタンの抜き出し装置。
8. 前記押し抜き棒の下端部に溝が鉛直方向に多段に形成されており、前記押し抜き棒と支持台座が、ピンを上記溝に係合させることによって任意の位置で固定されていることを特徴とする請求項７に記載のスポンジチタンの抜き出し装置。

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