JP2010014398A - Dissolution apparatus and dissolution method using the same - Google Patents

Dissolution apparatus and dissolution method using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2010014398A
JP2010014398A JP2009068441A JP2009068441A JP2010014398A JP 2010014398 A JP2010014398 A JP 2010014398A JP 2009068441 A JP2009068441 A JP 2009068441A JP 2009068441 A JP2009068441 A JP 2009068441A JP 2010014398 A JP2010014398 A JP 2010014398A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
hearth
molten
salt
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2009068441A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuomi Azuma
和臣 東
Makoto Yamaguchi
誠 山口
Yoshitake Natsume
義丈 夏目
Toru Uenishi
徹 上西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Titanium Technologies Co Ltd
Original Assignee
Osaka Titanium Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Titanium Technologies Co Ltd filed Critical Osaka Titanium Technologies Co Ltd
Priority to JP2009068441A priority Critical patent/JP2010014398A/en
Priority to PCT/JP2009/060045 priority patent/WO2009148043A2/en
Publication of JP2010014398A publication Critical patent/JP2010014398A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/04Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces of multiple-hearth type; of multiple-chamber type; Combinations of hearth-type furnaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00Obtaining refractory metals
    • C22B34/10Obtaining titanium, zirconium or hafnium
    • C22B34/12Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
    • C22B34/1295Refining, melting, remelting, working up of titanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
    • C22B4/005Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys using plasma jets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
    • C22B4/08Apparatus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16Remelting metals
    • C22B9/22Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
    • C22B9/226Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation by electric discharge, e.g. plasma
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/105Slag chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/20Arrangements of heating devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/08Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001Heating elements or systems
    • F27D99/0006Electric heating elements or system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001Heating elements or systems
    • F27D99/0006Electric heating elements or system
    • F27D2099/0031Plasma-torch heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To employ moving plasma with excellent energy efficiency in a dissolution method in which metal powder is dissolved and separated from a mixture of a metal salt and metal powder, and a dissolution apparatus used for the method. <P>SOLUTION: A inner face member 15 comprising a second metal is inserted to cover side faces and upper edges of the side faces of a bath 10 comprising a first metal. Then, the mixture 1 comprising the metal salt and the metal powder is introduced into a mixture introduction region 16 of the bath 10 partitioned by a skimmer 13, and maintaining a state that the whole of the mixture 1 has been dissolved using plasma 19a, two layers comprising an upper layer (molten salt 6 where the metal salt has been molten) and a lower layer (molten metal 7) are formed as a result of a difference in specific gravity. The formation of a molten salt layer which is an insulator formed by the solidification of the molten salt 6 on the inner face of the bath 10 is prevented by maintaining the temperature of the portion of the inner face member 15 brought into contact with the molten salt 6 not lower than the melting point of the molten salt 6. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属粒と金属塩との混合物から金属粒を構成する金属を分離するのに用いる溶解装置であって、熱効率に優れた移行型プラズマを用いて安定した動作が可能な溶解装置、およびこれを用いた溶解方法に関する。   The present invention is a melting apparatus used for separating the metal constituting the metal particles from the mixture of the metal particles and the metal salt, the melting apparatus capable of stable operation using a transfer type plasma having excellent thermal efficiency, And a dissolution method using the same.

金属Tiの工業的な製法としては、TiCl4をMgにより還元するクロール法が一般的であり、この方法によれば高純度の製品を製造することが可能である。しかし、生成したTi粉が凝集した状態で沈降し、反応容器外へ回収することが困難であるため、操業をバッチ方式で行わざるを得ない。また、TiCl4が反応容器内の溶融Mg液の液面に上方から液体状で供給され、溶融Mg液の液面近傍だけで反応が行われるので、TiCl4の利用効率の低下を回避し、反応に伴う局所的な発熱を避けるため、TiCl4の供給速度が制限される。その結果、製造コストが嵩み、製品価格が非常に高くなる。 As an industrial method for producing metal Ti, a crawl method in which TiCl 4 is reduced with Mg is generally used. According to this method, a high-purity product can be produced. However, since the generated Ti powder settles in an aggregated state and is difficult to recover outside the reaction vessel, the operation must be performed in a batch mode. Further, since TiCl 4 is supplied in liquid form from above to the liquid surface of the molten Mg liquid in the reaction vessel, and the reaction is performed only near the liquid surface of the molten Mg liquid, avoiding a decrease in the utilization efficiency of TiCl 4 , In order to avoid local exotherm accompanying the reaction, the feed rate of TiCl 4 is limited. As a result, the manufacturing cost increases and the product price becomes very high.

そのため、クロール法以外の金属Tiの製造方法に関して多くの研究開発がなされてきた。例えば、特許文献1には、反応容器内にCaCl2の溶融金属塩(以下、単に「溶融塩」ともいう)を保持し、その溶融塩中に上方から金属Ca粉末を供給して、溶融塩中にCaを溶け込ませるとともに、下方からTiCl4ガスを供給して、CaCl2の溶融塩中で溶解CaとTiCl4を反応させる方法が記載されている。しかし、金属Caの粉末が極めて高価であり、加えて、反応性が強いCaは取り扱いが非常に難しく、この方法は工業的な金属Ti製造法としては成立し得ない。 Therefore, many researches and developments have been made on methods for producing metal Ti other than the crawl method. For example, in Patent Document 1, a molten metal salt of CaCl 2 (hereinafter, also simply referred to as “molten salt”) is held in a reaction vessel, and metal Ca powder is supplied into the molten salt from above, to obtain a molten salt. A method is described in which Ca is dissolved therein, TiCl 4 gas is supplied from below, and dissolved Ca and TiCl 4 are reacted in a molten salt of CaCl 2 . However, metallic Ca powder is extremely expensive, and in addition, highly reactive Ca is very difficult to handle, and this method cannot be established as an industrial metallic Ti production method.

そこで、本発明者らは、Ca還元による金属Tiの製造方法を工業的に確立するには、TiCl4のCaによる還元が不可欠であり、還元反応で消費される溶融塩中のCaを経済的に補充する必要があると考え、溶融CaCl2の電気分解により生成するCaを利用するとともに、このCaを循環使用する方法、即ち「OYIK法(オーイック法)」を提案した(特許文献2および3参照)。 Therefore, the inventors of the present invention need to reduce TiCl 4 with Ca in order to industrially establish a method for producing metal Ti by Ca reduction, and economically use Ca in molten salt consumed in the reduction reaction. In addition to utilizing Ca produced by electrolysis of molten CaCl 2 , a method of circulating and using this Ca, ie, the “OYIK method (Oic method)” was proposed (Patent Documents 2 and 3). reference).

特許文献2では、電気分解によりCaが生成、補充され、Ca濃度が高められた溶融CaCl2を反応容器に導入し、Ca還元によるTi粒子の生成に使用する方法が記載され、特許文献3では、更に、陰極として合金電極(例えば、Mg−Ca電極)を用いることにより、電解に伴うバックリアクションを効果的に抑制する方法が示されている。バックリアクションとは、分離工程でTiが分離された後の溶融塩を電解槽に戻したときに、溶融塩中のCaと電気分解により生成したCl2との反応をいい、バックリアクションが生じると、電流効率が低下する。 Patent Document 2 describes a method in which Ca is generated and replenished by electrolysis, and molten CaCl 2 with an increased Ca concentration is introduced into a reaction vessel and used to generate Ti particles by Ca reduction. Furthermore, a method of effectively suppressing back reaction accompanying electrolysis by using an alloy electrode (for example, Mg—Ca electrode) as a cathode is shown. Back reaction refers to the reaction between Ca in the molten salt and Cl 2 generated by electrolysis when the molten salt from which Ti has been separated in the separation step is returned to the electrolytic cell, and back reaction occurs. , Current efficiency decreases.

特許文献4には、前記OYIK法に立脚したTiの製造方法が記載されており、還元反応で生成したTi粒を含有する溶融塩からTiを分離する方法として、まず高温デカンターで遠心沈降によりTi粒を溶融塩から分離し、次いで分離槽でプラズマトーチから照射されるプラズマによりTi粒を加熱、溶融して、Ti粒に付着している溶融塩を除去する方法が記載されている。そして、溶融したTiは鋳型に流し込まれインゴットとなる。   Patent Document 4 describes a method for producing Ti based on the OYIK method. As a method for separating Ti from a molten salt containing Ti particles produced by a reduction reaction, first, Ti is precipitated by centrifugal sedimentation in a high-temperature decanter. A method is described in which the grains are separated from the molten salt, and then the Ti grains are heated and melted by plasma irradiated from a plasma torch in a separation tank to remove the molten salt adhering to the Ti grains. The molten Ti is poured into a mold and becomes an ingot.

米国特許第4820339号明細書U.S. Pat. No. 4,820,339 特開2005−133195号公報JP 2005-133195 A 特開2005−133196号公報JP 2005-133196 A 国際公開第2007/105616号パンフレットInternational Publication No. 2007/105616 Pamphlet

図1は、分離槽およびプラズマトーチを備える従来の溶解装置の構成例を示す図である。分離槽であるハース10は底面11と側面12からなり、内部がスキマー13によって混合物投入領域16と溶融Ti領域17とに区分されている。両領域16、17はスキマー13の下部に設けられた連通口14によって連通している。側面12の上縁は、混合物投入領域16側の方が溶融Ti領域17側よりも高く設定されており、双方の側面12の上縁には液体等の流動物の排出のための溝(図示せず)が形成されている。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional melting apparatus including a separation tank and a plasma torch. The hearth 10 as a separation tank is composed of a bottom surface 11 and a side surface 12, and the inside is divided into a mixture charging region 16 and a molten Ti region 17 by a skimmer 13. Both the regions 16 and 17 communicate with each other through a communication port 14 provided at the lower portion of the skimmer 13. The upper edge of the side surface 12 is set higher on the mixture charging region 16 side than the molten Ti region 17 side, and a groove for discharging a fluid such as a liquid (see FIG. (Not shown) is formed.

ハース10の上方には、首振り運動が可能であり、混合物投入領域16と溶融Ti領域17にプラズマ19aの照射が可能なプラズマトーチ19が配置されている。ハース10としては、水冷銅ハースが一般的に用いられる。また、スキマー13としては、Y23等のセラミックスを使用することができる。 Above the hearth 10, there is disposed a plasma torch 19 that can swing, and can irradiate the mixture charging region 16 and the molten Ti region 17 with the plasma 19a. As the hearth 10, a water-cooled copper hearth is generally used. As the skimmer 13, ceramics such as Y 2 O 3 can be used.

次に、ハース10における操作について説明する。還元反応で生成したTi粒と、CaCl2を含む溶融塩との混合物(以下、固液混合物1という)を、ハース10の混合物投入領域16に投入する。固液混合物1に、プラズマトーチ19からプラズマ19aを照射して、Tiの融点以上に加熱し、固液混合物1の全体を溶融状態とする。そして、この溶融物をTiの融点以上に保持し、Tiと溶融塩との比重差によって、溶融Tiを沈降させ、上層(溶融塩6)と、下層(溶融Ti7)の上下2層に分離させる。 Next, the operation in the hearth 10 will be described. A mixture of Ti particles generated by the reduction reaction and a molten salt containing CaCl 2 (hereinafter referred to as solid-liquid mixture 1) is charged into the mixture charging region 16 of the hearth 10. The solid-liquid mixture 1 is irradiated with the plasma 19a from the plasma torch 19 and heated to the melting point of Ti or higher to bring the entire solid-liquid mixture 1 into a molten state. And this molten material is hold | maintained more than melting | fusing point of Ti, molten Ti is settled according to the specific gravity difference of Ti and molten salt, and it isolate | separates into the upper and lower layers (molten salt 6) and the upper and lower layers (molten Ti7). .

そして、固液混合物1をさらに投入すると、溶融物は2層に分離した状態で混合物投入領域16と溶融Ti領域17において液面が上昇し、溶融Ti領域17側の側壁12の上縁から溶融塩が排出され始める。溶融塩が全て排出されると、溶融Ti領域17は溶融Ti7のみが占める状態となり、溶融Ti7が排出される。一方、混合物投入領域16においても液面が上昇し、液面が混合物投入領域16側の側壁12の上縁よりも高くなると、溶融塩6が排出され始める。   When the solid-liquid mixture 1 is further charged, the liquid level rises in the mixture charging region 16 and the molten Ti region 17 in a state where the melt is separated into two layers, and melts from the upper edge of the side wall 12 on the molten Ti region 17 side. Salt begins to drain. When all the molten salt is discharged, the molten Ti region 17 is occupied by only the molten Ti7, and the molten Ti7 is discharged. On the other hand, when the liquid level rises also in the mixture charging region 16 and the liquid level becomes higher than the upper edge of the side wall 12 on the mixture charging region 16 side, the molten salt 6 starts to be discharged.

従来、ハース10で固液混合物1を溶解するのに用いられるプラズマトーチ19としては、トーチ単独でプラズマを発生させることができ、使用が簡便な非移行型プラズマトーチが用いられていた。しかし、非移行型プラズマトーチは熱効率が10%以下と低いため、本発明者らは、30%以上の優れた熱効率を有する移行型プラズマトーチを用いたハース10における固液混合物1の溶解を試行した。移行型プラズマトーチでは、プラズマを発生させるためにトーチと被加熱体との間に通電しなければならないため、プラズマトーチ19とハース10との間に電源を配置した。固液混合物1はTi粒を含む電気伝導体であるため、移行型プラズマトーチを用いた場合でもプラズマによる溶解が可能である。   Conventionally, as the plasma torch 19 used for dissolving the solid-liquid mixture 1 with the hearth 10, a plasma can be generated by the torch alone, and a non-migration type plasma torch that is easy to use has been used. However, since the non-transfer type plasma torch has a low thermal efficiency of 10% or less, the present inventors tried to dissolve the solid-liquid mixture 1 in the hearth 10 using the transfer type plasma torch having an excellent thermal efficiency of 30% or more. did. In the transfer type plasma torch, since it is necessary to energize between the torch and the object to be heated in order to generate plasma, a power source is disposed between the plasma torch 19 and the hearth 10. Since the solid-liquid mixture 1 is an electrical conductor containing Ti particles, it can be dissolved by plasma even when a transfer type plasma torch is used.

ところが、溶解を連続して行っているうちに、プラズマトーチ19からプラズマが発生しなくなった。また、プラズマが発生しなくなった際にトーチに流す電流を増加するのにともないしばらくはプラズマが発生するものの、ハースの内面が局部的に損傷するという問題が生じた。この原因について検討したところ、ハース10の内面全体に、溶融塩6が凝固した金属塩層が生成していることが分かった。   However, plasma was no longer generated from the plasma torch 19 while melting was continuously performed. Further, although the plasma is generated for a while as the current flowing through the torch is increased when the plasma is not generated, the inner surface of the hearth is locally damaged. When this cause was examined, it was found that a metal salt layer in which the molten salt 6 was solidified was formed on the entire inner surface of the hearth 10.

図2は、ハース10の内面に金属塩層8が形成された状態を示す図である。金属塩は絶縁体であるため、金属塩層8によってハース10と溶融Ti7とが絶縁され、溶融Ti7に通電しなくなり、プラズマが発生しなくなったと考えられる。また、ハース10の内面の局部的損傷は、金属塩層8が広がる途中の段階で、ハース10の内面のわずかにチタンが露出している部分を通じて溶融Ti7との間で放電し、溶解したものと考えられる。   FIG. 2 is a view showing a state in which the metal salt layer 8 is formed on the inner surface of the hearth 10. Since the metal salt is an insulator, the metal salt layer 8 insulates the hearth 10 from the molten Ti7, and it is considered that the molten Ti7 is not energized and plasma is no longer generated. In addition, the local damage on the inner surface of the hearth 10 was caused by discharging and melting with the molten Ti 7 through the portion where the titanium was slightly exposed on the inner surface of the hearth 10 in the middle of the spreading of the metal salt layer 8. it is conceivable that.

このように金属塩層8が生成する理由は、以下のように考えられる。ハース10は水冷されているため、固液混合物1を収容した状態ではプラズマ19aが照射されてもハース10の内面の温度はTiおよびCaCl2の融点以下に保たれる。そのため、固液混合物1がプラズマによって溶解された後、プラズマが照射されている状態であっても、ハース10の内面ではTiおよびCaCl2が凝固し、TiおよびCaCl2の混合物からなるシェル4が形成される。 The reason why the metal salt layer 8 is generated in this way is considered as follows. Since the hearth 10 is cooled with water, the temperature of the inner surface of the hearth 10 is kept below the melting point of Ti and CaCl 2 even when the plasma 19a is irradiated in the state where the solid-liquid mixture 1 is accommodated. Therefore, even when the plasma is irradiated after the solid-liquid mixture 1 is dissolved by plasma, Ti and CaCl 2 are solidified on the inner surface of the hearth 10, and the shell 4 made of a mixture of Ti and CaCl 2 is formed. It is formed.

シェル4は、プラズマトーチ19の首振り運動等の要因から温度が変動するため、収縮、膨張する。そして、シェル4が収縮した際にできるハース10の内面とシェル4との間の隙間に、混合物投入領域16に上層として存在する溶融塩6が流れ込み、凝固する。このようなシェル4の収縮、膨張が繰り返されるうちに、溶融塩6の流れ込む部分がハース10の内面に次第に広がり、金属塩層8が形成される。このような現象は、固液混合物1中の金属塩とTi粒との比率にかかわらず生じる可能性がある。   The shell 4 contracts and expands because the temperature fluctuates due to factors such as the swing motion of the plasma torch 19. The molten salt 6 existing as an upper layer in the mixture charging region 16 flows into the gap between the inner surface of the hearth 10 and the shell 4 formed when the shell 4 contracts, and solidifies. While the shrinkage and expansion of the shell 4 are repeated, the portion into which the molten salt 6 flows gradually spreads on the inner surface of the hearth 10 to form the metal salt layer 8. Such a phenomenon may occur regardless of the ratio between the metal salt and the Ti grains in the solid-liquid mixture 1.

そこで、本発明は、金属粒と金属塩の混合物を溶解して金属粒を構成する金属を分離するのに用いる溶解装置であって、熱効率に優れた移行型プラズマを用いて安定した動作が可能な溶解装置、およびこれを用いた溶解方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention is a melting apparatus used for melting a mixture of metal particles and a metal salt to separate the metal constituting the metal particles, and can be stably operated using a transfer type plasma having excellent thermal efficiency. An object of the present invention is to provide a melting apparatus and a melting method using the same.

上記の課題を解決するために、本発明者らが、ハース10の内面とシェル4との間に金属塩層8を生成させない方法について検討したところ、金属塩層8の生成の起点となるのは混合物投入領域16におけるシェル4と上層の溶融塩6とが接する部分であることから、この部分での溶融塩6の凝固を防止することに着想した。   In order to solve the above problems, the present inventors have examined a method for preventing the metal salt layer 8 from being formed between the inner surface of the hearth 10 and the shell 4. Is the portion where the shell 4 and the molten salt 6 in the upper layer are in contact with each other in the mixture charging region 16, and therefore the idea was to prevent the molten salt 6 from solidifying in this portion.

本発明は、上述の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記(1)の溶解装置および下記(2)の溶解方法にある。   The present invention has been made on the basis of the above-mentioned findings, and the gist of the present invention is the following (1) dissolution apparatus and the following (2) dissolution method.

(1)側面と底面を有し、第1の金属からなる水冷ハースと、前記水冷ハースの内面にプラズマを照射可能に配置された移行型のプラズマトーチとを備える溶解装置であって、前記水冷ハースの内面のうち少なくとも側面および側面の上縁を覆うように、第2の金属からなる内面部材が嵌め込まれたことを特徴とする溶解装置。   (1) A melting apparatus comprising a water-cooled hearth made of a first metal and having a side surface and a bottom surface, and a transition type plasma torch arranged to irradiate plasma on the inner surface of the water-cooled hearth, A melting apparatus, wherein an inner surface member made of a second metal is fitted so as to cover at least a side surface and an upper edge of the side surface among inner surfaces of the hearth.

前記(1)に記載の溶解装置において、前記内面部材が前記水冷銅ハースの内面の底面も覆うことが望ましく、前記内面部材が一体に形成されていることがより望ましい。また、前記第1の金属をCu、前記第2の金属をTiとすることができる。Tiは金属Tiであっても、合金Tiであってもよい。   In the melting apparatus according to (1), it is preferable that the inner surface member also covers a bottom surface of the inner surface of the water-cooled copper hearth, and it is more preferable that the inner surface member is integrally formed. The first metal may be Cu and the second metal may be Ti. Ti may be metal Ti or alloy Ti.

(2)前記(1)に記載の溶解装置において、金属塩と前記第2の金属からなる金属粉との混合物を前記水冷ハースに収容し、前記プラズマトーチの照射するプラズマによって溶解する溶解方法であって、前記内面部材の前記金属塩に接する部分の温度を前記金属塩の融点以上に保つことを特徴とする溶解方法。水冷ハースに投入する時点での金属塩は、固体状態であっても液体状態であってもよい。   (2) In the melting apparatus according to (1), a melting method in which a mixture of a metal salt and a metal powder composed of the second metal is accommodated in the water-cooled hearth and is melted by plasma irradiated by the plasma torch. And the temperature of the part which contact | connects the said metal salt of the said inner surface member is maintained above melting | fusing point of the said metal salt, The melting method characterized by the above-mentioned. The metal salt at the time of charging into the water-cooled hearth may be in a solid state or a liquid state.

前記(2)に記載の溶解方法において、前記水冷ハースの内面を、スキマーにより複数の領域に区分され、前記複数の領域がそれぞれ前記スキマーの下部に設けられた連通口により連通されたものとし、前記混合物を前記水冷ハースの1の領域でプラズマによって溶解し、比重差によって、前記金属粉が溶解した溶融金属からなる層と、前記金属塩が溶解した溶融塩からなる層の上下二層に分離し、上層を前記領域の上部から、下層を前記連通口から排出することとしてもよい。これにより、金属粉を構成する第2の金属と、金属塩とを容易に分離することが可能となる。   In the melting method according to (2), the inner surface of the water-cooled hearth is divided into a plurality of regions by a skimmer, and the plurality of regions are respectively communicated by a communication port provided at a lower portion of the skimmer. The mixture is melted by plasma in one region of the water-cooled hearth and separated into two upper and lower layers by a specific gravity difference, a layer made of a molten metal in which the metal powder is dissolved and a layer made of a molten salt in which the metal salt is dissolved. The upper layer may be discharged from the upper part of the region and the lower layer may be discharged from the communication port. Thereby, it becomes possible to easily separate the second metal constituting the metal powder and the metal salt.

前記(2)に記載の溶解方法において、前記金属塩をCaCl2、前記第2の金属をTiとすることができる。Tiは金属Tiであっても、合金Tiであってもよい。合金Tiの場合は、内面部材を、金属粉を構成する合金元素とすることにより、分離されたTi合金の汚染を防止することができる。 In the dissolution method according to (2), the metal salt may be CaCl 2 and the second metal may be Ti. Ti may be metal Ti or alloy Ti. In the case of alloy Ti, contamination of the separated Ti alloy can be prevented by using the inner surface member as an alloy element constituting metal powder.

本発明の溶解装置および溶解方法によれば、内面部材を設けることにより、水冷ハースの内面に絶縁体である金属塩層が形成されるのを防ぐことができるため、トーチと被加熱体との間に通電が必要な移行型プラズマを用いても、安定して金属粒と金属塩(溶融塩)の混合物から金属粒を構成する金属を分離することができる。また、内面部材を構成する金属を分離する金属と同じものとするため、分離する金属を汚染することもない。   According to the melting apparatus and the melting method of the present invention, by providing the inner surface member, it is possible to prevent a metal salt layer that is an insulator from being formed on the inner surface of the water-cooled hearth. Even when transitional plasma that requires energization between them is used, the metal constituting the metal particles can be stably separated from the mixture of the metal particles and the metal salt (molten salt). Moreover, since it is the same as the metal which isolate | separates the metal which comprises an inner surface member, the metal to isolate | separate is not contaminated.

従来の溶解装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional melt | dissolution apparatus. 従来の溶解装置においてプラズマが発生しなくなった場合の模式図である。It is a schematic diagram when a plasma is no longer generated in a conventional melting apparatus. 本発明の第1の実施形態にかかる溶解装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the melt | dissolution apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態にかかる溶解装置の別の構成例を示す図であり、(a)は底板を設けた場合、(b)はハースの内面全体を一体化した内面部材で覆った場合である。It is a figure which shows another structural example of the melting | dissolving apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention, (a) provided the bottom plate, (b) covered the whole inner surface of the hearth with the integrated inner surface member. Is the case. 本発明の第2の実施形態にかかる溶解装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the melt | dissolution apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態にかかる溶解装置の動作を示す図であり、(a)は溶融塩を排出している状態、(b)は溶融Tiを排出している状態を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the melt | dissolution apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention, (a) is the state which is discharging | emitting molten salt, (b) is a figure which shows the state which is discharging | emitting molten Ti. .

〈第1の実施形態〉
図3は、本発明の第1の実施形態にかかる溶融装置の構成例を示す図である。図3に示す溶融装置は、プラズマトーチが移行式である点およびハースの内側の側面に内面部材が設けられている点以外は、図1に示すものと同等であり、同一の符号を付している。
<First Embodiment>
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the melting apparatus according to the first embodiment of the present invention. The melting apparatus shown in FIG. 3 is the same as that shown in FIG. 1 except that the plasma torch is a transfer type and that an inner surface member is provided on the inner side surface of the hearth. ing.

図3に示すように、プラズマトーチ19は、移行型であり、プラズマトーチ19とハース10との間には、電源20が接続されている。ハース10および固液混合物1は電気伝導体であるため、固液混合物1をハース10に投入した状態で電源20によって電圧を印加するとプラズマトーチ19とハース10および固液混合物1との間でプラズマ19aが発生する。本実施形態において、溶融塩と金属粒からなる固液混合物1に代えて、固体状態の金属塩と金属粒との混合物をハース10に投入してもよい。   As shown in FIG. 3, the plasma torch 19 is a transition type, and a power source 20 is connected between the plasma torch 19 and the hearth 10. Since the hearth 10 and the solid-liquid mixture 1 are electrical conductors, when a voltage is applied by the power source 20 in a state where the solid-liquid mixture 1 is put into the hearth 10, plasma is generated between the plasma torch 19, the hearth 10, and the solid-liquid mixture 1. 19a occurs. In the present embodiment, instead of the solid-liquid mixture 1 made of molten salt and metal particles, a mixture of metal salt and metal particles in a solid state may be put into the hearth 10.

また、本実施形態のハース10には、側面12の上縁および内面を覆うように、Tiからなる内面部材15が嵌め込まれている。この内面部材15の厚さやハース10との密着度等を調整することにより、ハース10と内面部材15との間の熱伝導量を調整し、プラズマ19aを照射して固液混合物1を溶解している間の内面部材15の溶融塩6に接する面の温度を金属塩の融点以上とすることができる。以下、収容物がない場合に露出しているハース10の内面および内面部材15の露出している面(ハース10の内面が露出していない場合は内面部材15の溶融塩6に接する面)を総称してハース10の内面という。   Further, an inner surface member 15 made of Ti is fitted into the hearth 10 of the present embodiment so as to cover the upper edge and the inner surface of the side surface 12. By adjusting the thickness of the inner surface member 15 and the degree of adhesion with the hearth 10, etc., the amount of heat conduction between the hearth 10 and the inner surface member 15 is adjusted, and the solid-liquid mixture 1 is dissolved by irradiating the plasma 19a. The temperature of the surface of the inner surface member 15 that is in contact with the molten salt 6 can be equal to or higher than the melting point of the metal salt. Hereinafter, the exposed inner surface of the hearth 10 and the exposed surface of the inner surface member 15 when there is no container (the surface that contacts the molten salt 6 of the inner surface member 15 when the inner surface of the hearth 10 is not exposed). Collectively, it is called the inner surface of Hearth 10.

これにより、ハース10の内面でTiが凝固してシェル4が形成され、シェル4の収縮によってハース10の内面との間にできた隙間に、混合物投入領域16に上層として存在する溶融塩6が流れ込んだとしても、溶融塩6が凝固しない。そのため、流れ込んだ溶融塩6はシェル4が膨張した際に上層に押し戻される。また、シェル4と内面部材15とが一体化した場合には、シェル4とハース10の内面との間には隙間ができない。そのため、ハース10の内面に絶縁物である金属塩層8が形成されることがない。   Thereby, Ti solidifies on the inner surface of the hearth 10 to form the shell 4, and the molten salt 6 existing as an upper layer in the mixture charging region 16 is formed in the gap formed between the inner surface of the hearth 10 due to the shrinkage of the shell 4. Even if it flows, the molten salt 6 does not solidify. Therefore, the molten salt 6 that has flowed in is pushed back to the upper layer when the shell 4 expands. Further, when the shell 4 and the inner surface member 15 are integrated, there is no gap between the shell 4 and the inner surface of the hearth 10. Therefore, the metal salt layer 8 that is an insulator is not formed on the inner surface of the hearth 10.

ハース10の側面12の上縁も内面部材15によって覆われている。そのため、混合物投入領域16に上層として存在する溶融塩6が混合物投入領域16の上部から外部に排出される際に、ハース10と内面部材15との間に入り込まず、ハース10と内面部材15との間の通電状態は維持される。また、内面部材15の下部は溶融Ti7と接しており、ハース10と内面部材15との間に溶融Ti7が入り込んで凝固したとしても、シェル4の一部となるため、ハース10と内面部材15との間の通電状態は維持される。したがって、電源20から溶融Ti7への通電状態およびプラズマ19aの発生が安定して維持される。   The upper edge of the side surface 12 of the hearth 10 is also covered with the inner surface member 15. Therefore, when the molten salt 6 existing as an upper layer in the mixture charging region 16 is discharged from the upper part of the mixture charging region 16 to the outside, the molten salt 6 does not enter between the hearth 10 and the inner surface member 15. The energized state during is maintained. Further, the lower portion of the inner surface member 15 is in contact with the molten Ti 7, and even if the molten Ti 7 enters and solidifies between the hearth 10 and the inner surface member 15, it becomes a part of the shell 4. The energized state between is maintained. Therefore, the energized state from the power source 20 to the molten Ti7 and the generation of the plasma 19a are stably maintained.

また、ハース10が浅い場合や、プラズマトーチ19の出力が大きい場合等、ハース10内全体にプラズマ19aの熱が行き渡り、シェル4が形成されない場合には、ハース10の内面で溶融塩6が凝固しないことおよび溶融Ti7よりも溶融塩6の比重が小さいことから溶融塩6は混合物投入領域16に上層として存在することとなる。この場合にも、溶融Ti7への通電状態およびそれによるプラズマ19aの発生が維持される。   Further, when the hearth 10 is shallow or when the output of the plasma torch 19 is large, when the heat of the plasma 19a spreads throughout the hearth 10 and the shell 4 is not formed, the molten salt 6 is solidified on the inner surface of the hearth 10. The molten salt 6 exists in the mixture charging region 16 as an upper layer because the specific gravity of the molten salt 6 is smaller than that of the molten Ti 7. Also in this case, the energized state of the molten Ti7 and the generation of the plasma 19a thereby are maintained.

したがって、上述のように、シェルの有無にかかわらず、熱効率に優れた移行型プラズマトーチを用いて安定したTiと溶融塩との分離を行うことができる。また、内面部材15は、Tiからなるため、分離されたTiを汚染することがない。Ti粒をTi合金とする場合には、内面部材15を、Ti粒を構成する合金元素からなるものとすることにより、分離されたTi合金の汚染を防止することができる。   Therefore, as described above, stable separation of Ti and molten salt can be performed using a transfer type plasma torch having excellent thermal efficiency regardless of the presence or absence of a shell. Further, since the inner surface member 15 is made of Ti, it does not contaminate the separated Ti. In the case where the Ti grains are made of a Ti alloy, contamination of the separated Ti alloy can be prevented by making the inner surface member 15 from an alloy element constituting the Ti grains.

図4は、本実施形態にかかる溶解装置の別の構成例を示す図である。本実施形態において、図4(a)に示すように、ハース10の側面12の上縁および内面を覆う内面部材15に加えて、ハース10の底面11の内面を覆う底板15aを設けてもよい。また、同図(b)に示すように、内面部材15を一体でハース10の内面全体および側面12の上縁を覆うものとしてもよい。図4では、シェルが形成されていない状態を示す。   FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the melting apparatus according to the present embodiment. In this embodiment, as shown to Fig.4 (a), in addition to the inner surface member 15 which covers the upper edge and inner surface of the side surface 12 of the hearth 10, you may provide the baseplate 15a which covers the inner surface of the bottom face 11 of the hearth 10. . Further, as shown in FIG. 2B, the inner surface member 15 may be integrated to cover the entire inner surface of the hearth 10 and the upper edge of the side surface 12. FIG. 4 shows a state where no shell is formed.

これらの場合、底面11も含めたハース10の内面の温度を金属塩の融点以上とすることができるため、シェルが形成された後、溶融塩6が底面まで侵入することがあったとしても、金属塩層の形成を防止することができ、より安定した、移行型プラズマトーチを用いたTiと溶融塩との分離を行うことができる。   In these cases, since the temperature of the inner surface of the hearth 10 including the bottom surface 11 can be equal to or higher than the melting point of the metal salt, even if the molten salt 6 may penetrate into the bottom surface after the shell is formed, Formation of a metal salt layer can be prevented, and Ti and molten salt can be separated more stably using a transfer type plasma torch.

〈第2の実施形態〉
図5は、本発明の第2の実施形態にかかる溶融装置の構成例を示す図である。図5に示す溶融装置は、ハースが傾動可能である点およびハース内にスキマーが設けられていない点以外は、図3に示すものと同等であり、実質的に同一の部分には同一の符号を付している。
<Second Embodiment>
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a melting apparatus according to the second embodiment of the present invention. The melting apparatus shown in FIG. 5 is the same as that shown in FIG. 3 except that the hearth can be tilted and no skimmer is provided in the hearth, and substantially the same parts have the same reference numerals. Is attached.

本実施形態では、ハース10に投入された固液混合物1にプラズマトーチ19からプラズマ19aを照射して、固液混合物1を溶融塩の融点以上Tiの融点未満に加熱する。さらに、固液混合物1をこの温度に保持し、ハース10の底面11に溶融塩6が広がり、溶融塩6中に固体Ti3が分散した状態とする。固液混合物1を構成する固体Tiが、Ti粒が焼結等により結合し、多孔質の塊状となっている場合には、このTi塊の溶融塩6から露出している部分では、Ti塊内部の隙間に存在していた溶融塩または金属塩が外部に排出される。   In the present embodiment, the solid-liquid mixture 1 charged in the hearth 10 is irradiated with plasma 19a from the plasma torch 19, and the solid-liquid mixture 1 is heated to the melting point of the molten salt or more and less than the melting point of Ti. Further, the solid-liquid mixture 1 is maintained at this temperature, and the molten salt 6 spreads on the bottom surface 11 of the hearth 10 so that the solid Ti 3 is dispersed in the molten salt 6. In the case where the solid Ti constituting the solid-liquid mixture 1 is bonded to the Ti particles by sintering or the like to form a porous lump, the Ti lump is exposed at the portion exposed from the molten salt 6 of the Ti lump. Molten salt or metal salt present in the internal gap is discharged to the outside.

図6は、本発明の第2の実施形態にかかる溶融装置の動作を示す図であり、(a)は溶融塩を排出している状態、(b)は溶融Tiを排出している状態を示す図である。図6では、プラズマトーチ等は省略している。溶融塩6をハース10の底面11に広がった状態とした後、ハース10を、図6(a)に示すように左側が下がるように傾動させ、溶融塩6をハース10の左下に配置された溶融塩容器21に排出し、ハース10内に固体Ti3と排出されなかったわずかな溶融塩とが存在する状態とする。固体Ti3が小さい粒状または粉状である場合には、溶融塩6中で沈降させ、溶融塩6を攪拌しないように排出することにより、溶融塩6とともに排出される固体Ti3を最小限とすることができる。   FIG. 6 is a diagram showing the operation of the melting apparatus according to the second embodiment of the present invention, where (a) shows a state in which molten salt is discharged, and (b) shows a state in which molten Ti is discharged. FIG. In FIG. 6, the plasma torch and the like are omitted. After making the molten salt 6 spread to the bottom surface 11 of the hearth 10, the hearth 10 is tilted so that the left side is lowered as shown in FIG. 6A, and the molten salt 6 is arranged at the lower left of the hearth 10. The molten salt container 21 is discharged, and the hearth 10 is in a state where solid Ti3 and a small amount of molten salt that has not been discharged exist. When the solid Ti3 is in the form of small particles or powders, the solid Ti3 discharged together with the molten salt 6 should be minimized by precipitating in the molten salt 6 and discharging the molten salt 6 without stirring. Can do.

続いて、ハース10を水平に戻して、ハース10内に残存した固体Ti3に、プラズマトーチ19からプラズマ19aを照射して固体Ti3を溶解し、ハース10を右側が下がるように傾動させ、溶融Ti7をハース10の左下に配置されたTi容器22に排出する。固体Ti3は、全体を溶解してから排出してもよいし、部分的に溶解しながら順次Ti容器22に排出してもよい。   Subsequently, the hearth 10 is returned to the horizontal position, the solid Ti3 remaining in the hearth 10 is irradiated with the plasma 19a from the plasma torch 19 to dissolve the solid Ti3, and the hearth 10 is tilted so that the right side is lowered, and the molten Ti7 Is discharged into a Ti container 22 arranged at the lower left of the hearth 10. The solid Ti3 may be discharged after dissolving the whole, or may be sequentially discharged to the Ti container 22 while partially dissolving.

その後、再びハース10に固液混合物1を投入し、固液混合物1の溶解、溶融塩の排出、Tiの溶解およびTiの排出を繰り返す。固液混合物1の投入は、Tiを全て排出してから行ってもよいし、ハース10内に固体や液体のTiが一部残存した状態で行ってもよい。ハース10内にTiが一部残存した状態で固液混合物1を投入すると、残存した高温のTiによって固液混合物1が加熱されるため、エネルギー効率の面で優れている。   Thereafter, the solid-liquid mixture 1 is again charged into the hearth 10, and dissolution of the solid-liquid mixture 1, discharge of molten salt, dissolution of Ti, and discharge of Ti are repeated. The solid-liquid mixture 1 may be charged after all the Ti has been discharged, or may be performed with some solid or liquid Ti remaining in the hearth 10. When the solid-liquid mixture 1 is introduced with a part of Ti remaining in the hearth 10, the solid-liquid mixture 1 is heated by the remaining high temperature Ti, which is excellent in terms of energy efficiency.

本実施形態においても、プラズマ19aの照射により、固液混合物1や固体Ti3を溶解している間の内面部材15の溶融塩やTiに接する面の温度を、金属塩の融点以上とすることができる。そのため、ハース10の内面で溶解したTiが再び凝固してシェルが形成され、シェルの収縮によってシェルとハース10の内面との間にできた隙間に溶融塩が流れ込んだとしても、内面部材15の溶融塩やTiに接する面の温度を金属塩の融点以上となるようにプラズマ19aを照射することにより、その隙間内での溶融塩の凝固を抑制できる。したがって、ハース10の内面に絶縁物である金属塩層8が形成されることがなく、電源20と、被加熱体である固液混合物1や固体Ti3との間の通電状態は維持され、プラズマ19aの発生が安定して維持される。また、本実施形態によれば、スキマーを必要としないため、溶融装置を簡単な構成とすることができる。   Also in this embodiment, the temperature of the surface in contact with the molten salt or Ti of the inner surface member 15 while the solid-liquid mixture 1 or the solid Ti3 is dissolved is set to be equal to or higher than the melting point of the metal salt by the irradiation of the plasma 19a. it can. Therefore, even if Ti dissolved on the inner surface of the hearth 10 is solidified again to form a shell, and the molten salt flows into the gap formed between the shell and the inner surface of the hearth 10 due to the shrinkage of the shell, the inner member 15 By irradiating the plasma 19a so that the temperature of the surface in contact with the molten salt or Ti is equal to or higher than the melting point of the metal salt, solidification of the molten salt in the gap can be suppressed. Therefore, the metal salt layer 8 that is an insulator is not formed on the inner surface of the hearth 10, and the energized state between the power source 20 and the solid-liquid mixture 1 or solid Ti3 that is the object to be heated is maintained. The generation of 19a is stably maintained. Moreover, according to this embodiment, since a skimmer is not required, a melting apparatus can be made a simple structure.

本実施形態の溶融装置を用いて得られた溶融Tiは、微量の溶融塩を含有する。この溶融Tiを、溶融状態を維持したままで別のハースへ移動させ、溶融塩を除去することにより、Tiを精製することができる。このTiの精製用のハースとしては、上述の第1の実施形態のハースを用いることができる。   The molten Ti obtained using the melting apparatus of this embodiment contains a trace amount of molten salt. The molten Ti is moved to another hearth while maintaining the molten state, and the molten salt is removed, so that Ti can be purified. As the hearth for purification of Ti, the hearth of the first embodiment described above can be used.

図6では、溶融塩を排出する場合とTiを排出する場合とで、ハース10を傾動させる方向が異なる。しかし、溶融塩容器21とTi容器22が移動可能である場合など、ハース10に対して同じ側に位置する場合には、ハース10を傾動させる方向は同じであってもよい。   In FIG. 6, the direction in which the hearth 10 is tilted is different between when the molten salt is discharged and when Ti is discharged. However, when the molten salt container 21 and the Ti container 22 are movable, the directions in which the hearth 10 is tilted may be the same when they are located on the same side with respect to the hearth 10.

本実施形態において、溶融塩と金属粒からなる固液混合物1に代えて、固体状態の金属塩と金属粒との混合物をハース10に投入してもよい。また、ハースの側面の高さは前記図3および図4に示すように左右で異なっていてもよいし、前記図5および図6に示すように均一であってもよい。   In the present embodiment, instead of the solid-liquid mixture 1 made of molten salt and metal particles, a mixture of metal salt and metal particles in a solid state may be put into the hearth 10. Further, the height of the side surface of the hearth may be different on the left and right as shown in FIG. 3 and FIG. 4, or may be uniform as shown in FIG. 5 and FIG.

本実施形態において、内面部材15が図4(a)に示すようにハース10の側面12の上縁および内面のみを覆うものと底板とからなるものであっても、図4(b)に示すようにハースの側面の上面および内面のみを覆うものであってもよい。いずれの場合であっても、底面11も含めたハース10の内面の温度を金属塩の融点以上とすることができるため、シェルが形成された後、溶融塩6が底面まで侵入することがあったとしても、内面部材とシェルとの間における金属塩層の形成を防止することができ、より安定した、移行型プラズマトーチを用いたTiと溶融塩との分離を行うことができる。   In this embodiment, even if the inner surface member 15 is composed of a material that covers only the upper edge and inner surface of the side surface 12 of the hearth 10 and a bottom plate as shown in FIG. Thus, only the upper surface and the inner surface of the side surface of the hearth may be covered. In any case, since the temperature of the inner surface of the hearth 10 including the bottom surface 11 can be made higher than the melting point of the metal salt, the molten salt 6 may enter the bottom surface after the shell is formed. Even so, the formation of the metal salt layer between the inner surface member and the shell can be prevented, and Ti and molten salt can be separated more stably using the transfer type plasma torch.

本発明の金属の溶解装置および溶解方法の効果を確認するため、下記の溶解実験を行い、その結果を評価した。   In order to confirm the effects of the metal melting apparatus and the melting method of the present invention, the following melting experiments were conducted and the results were evaluated.

〈試験1〉
1.溶解条件
図4(b)に示す溶解装置を用いて、Ti粒と固体状態のCaCl2の混合物からなる原料を溶融塩と溶融Tiに分離した後、Tiのインゴットを鋳造した。表1は、用いた製造装置の条件である。表1に示すように、チャンバー内雰囲気はアルゴン雰囲気とした。また、本発明例は、水冷ハースにハース内面全体および側面の上縁を覆う一体形成の内面部材を嵌め込み、比較例は、内面部材を用いないこととした。
<Test 1>
1. Melting conditions Using a melting apparatus shown in FIG. 4 (b), a raw material composed of a mixture of Ti grains and solid CaCl 2 was separated into molten salt and molten Ti, and then a Ti ingot was cast. Table 1 shows the conditions of the manufacturing apparatus used. As shown in Table 1, the atmosphere in the chamber was an argon atmosphere. Further, in the example of the present invention, an integrally formed inner surface member that covers the entire inner surface of the hearth and the upper edge of the side surface is fitted into the water-cooled hearth, and the inner surface member is not used in the comparative example.

表2は、原料組成、重量および溶解電流量の条件である。原料は、本発明例、比較例ともに、Ti粒を10重量%とCaCl2を90重量%含有する混合物とし、5000〜6000g用いた。 Table 2 shows the conditions of the raw material composition, weight, and dissolution current amount. Raw material, examples present invention, in both comparative examples, the Ti particles was 10 wt% and the CaCl 2 mixture containing 90 wt% was used 5000~6000G.

溶解電流とは、プラズマトーチに流す電流であり、本発明例、比較例ともに、ハースの上部では、原料全体が溶解するように設定した。   The dissolution current is a current that flows through the plasma torch, and both the inventive example and the comparative example were set so that the entire raw material was dissolved in the upper part of the hearth.

Figure 2010014398
Figure 2010014398

Figure 2010014398
Figure 2010014398

2.試験結果
上記条件で行ったTiインゴットの鋳造について、表3に示すように、ハースの損耗の有無および溶解中断後の溶解の再開の可否を指標として評価を行った。
2. Test Results As shown in Table 3, the casting of the Ti ingot performed under the above conditions was evaluated using as an index whether or not Haas was worn and whether or not the melting could be resumed after the melting was interrupted.

Figure 2010014398
Figure 2010014398

比較例、本発明例ともに、Tiインゴットの鋳造は可能であった。しかし、表3に示すように、本発明例ではハースの損耗が発生しなかったものの、比較例では発生した。これは、比較例ではハースの内面とシェルとの間に金属塩層の形成が進行しており、ハースの内面の露出している部分において溶融Tiとの間で局部的な放電が発生したためと考えられる。   In both the comparative example and the example of the present invention, casting of a Ti ingot was possible. However, as shown in Table 3, although Haas wear did not occur in the inventive example, it occurred in the comparative example. This is because in the comparative example, the formation of a metal salt layer progresses between the inner surface of the hearth and the shell, and a local discharge occurs between the molten Ti and the exposed portion of the inner surface of the hearth. Conceivable.

また、本発明例では、溶解を中断し、溶融塩および溶融Tiが凝固した後でも、プラズマトーチからプラズマが発生し、溶解の再開も可能であった。しかし、比較例では、溶解を中断した後では、ハースの内面とシェルとの間に金属塩層が形成されていたため、プラズマトーチからプラズマが発生せず、溶解を再開することができなかった。   Further, in the example of the present invention, even after the melting was interrupted and the molten salt and the molten Ti were solidified, the plasma was generated from the plasma torch, and the melting could be resumed. However, in the comparative example, after the melting was interrupted, a metal salt layer was formed between the inner surface of the hearth and the shell, so that no plasma was generated from the plasma torch, and the melting could not be resumed.

原料としてTi粒と液体状態のCaCl2との混合物を用いた場合にも、同様の結果となった。 Similar results were obtained when a mixture of Ti grains and liquid CaCl 2 was used as a raw material.

〈試験2〉
1.溶解条件
実験1と同様の溶解実験を、前記図5に示す溶解装置を用いて行った。表4は、用いた製造装置の条件である。本発明例では水冷ハースにハース内面全体および側面の上縁を覆う一体形成の内面部材を嵌め込み、比較例は、内面部材を用いなかった。
<Test 2>
1. Dissolution condition A dissolution experiment similar to Experiment 1 was performed using the dissolution apparatus shown in FIG. Table 4 shows the conditions of the manufacturing apparatus used. In the present invention example, an integrally formed inner surface member that covers the entire inner surface of the hearth and the upper edge of the side surface was fitted into the water-cooled hearth, and the inner surface member was not used in the comparative example.

表5は、原料組成、重量および溶解電流量の条件である。原料は、本発明例、比較例ともに、多孔質の塊状に焼結したTi粒を40重量%とCaCl2を60重量%含有する混合物とした。 Table 5 shows the conditions of the raw material composition, weight, and dissolution current amount. The raw material was a mixture containing 40% by weight of Ti grains sintered in a porous lump and 60% by weight of CaCl 2 in both the inventive example and the comparative example.

Figure 2010014398
Figure 2010014398

Figure 2010014398
Figure 2010014398

そして、前記図6に示すように、ハースを左に傾動させて溶融塩を排出し、右に傾動させて溶融Tiを排出し、溶融Tiが残った状態で原料を追加する操作を、原料の全量を溶解するまで繰り返した。プラズマの照射はこの操作の間停止しなかった。   Then, as shown in FIG. 6, the hearth is tilted to the left to discharge the molten salt, the tilt is moved to the right to discharge the molten Ti, and the operation of adding the raw material with the molten Ti remaining is performed by Repeated until all was dissolved. Plasma irradiation did not stop during this operation.

また、上記の連続溶解試験を行ったハースを用いて、溶融塩がハースの底面に広がった状態とした後、プラズマの照射を中断し、Ti粒と金属塩が凝固した状態とした後、再度プラズマの照射を行った。   In addition, using the hearth that has been subjected to the above continuous dissolution test, after the molten salt has spread to the bottom surface of the hearth, the plasma irradiation is interrupted, the Ti particles and the metal salt are solidified, and again Plasma irradiation was performed.

2.試験結果
上記溶解実験について、表6に示すように、上述の試験1と同様にハースの損耗の有無および溶解中断後の溶解の再開の可否を指標として評価を行った。
2. Test Results As shown in Table 6, the dissolution experiments were evaluated using the presence or absence of Haas wear and the possibility of resuming dissolution after dissolution interruption, as in Test 1 above.

Figure 2010014398
Figure 2010014398

比較例、本発明例ともに溶融Tiを得ることができた。しかし、試験1と同様に、ハースの損耗は、本発明例では発生せず、比較例では発生した。これは、比較例ではハースの内面とシェルとの間に金属塩層の形成が進行しており、ハースの内面の露出している部分において溶融Tiとの間で局部的な放電が発生したためと考えられる。   Molten Ti could be obtained in both the comparative example and the inventive example. However, as in Test 1, Haas wear did not occur in the example of the present invention, but occurred in the comparative example. This is because in the comparative example, the formation of a metal salt layer progresses between the inner surface of the hearth and the shell, and a local discharge occurs between the molten Ti and the exposed portion of the inner surface of the hearth. Conceivable.

また、原料の溶解を中断した後の再開は、本発明例ではプラズマトーチからプラズマが発生したため可能であった。しかし、比較例では、ハースの内面(内面部材の表面)とシェルとの間に金属塩層が形成されていたため、プラズマトーチからプラズマが発生せず、溶解を再開することができなかった。   In addition, the restart after the melting of the raw material was interrupted was possible because plasma was generated from the plasma torch in the example of the present invention. However, in the comparative example, since a metal salt layer was formed between the inner surface of the hearth (the surface of the inner surface member) and the shell, plasma was not generated from the plasma torch, and dissolution could not be resumed.

本発明の溶解装置および溶解方法によれば、金属粉と金属塩の混合物を溶融させて、金属粒を構成する金属を分離する際に、水冷ハースの内面に絶縁体である金属塩層が形成されるのを防ぐことができるため、熱効率に優れているが、トーチと被加熱体との間の通電が必要な移行型プラズマトーチを用いても、安定して分離動作を行うことができる。   According to the melting apparatus and the melting method of the present invention, a metal salt layer that is an insulator is formed on the inner surface of the water-cooled hearth when the metal powder and the metal salt are melted to separate the metal constituting the metal particles. Therefore, even if a transfer type plasma torch that requires energization between the torch and the object to be heated is used, the separation operation can be performed stably.

したがって、本発明の溶解装置および溶解方法は、金属粉が溶融塩と混合した状態で得られる、溶融塩中で金属の塩化物等を還元することによる金属の製造において有効に利用することができる。   Therefore, the melting apparatus and the melting method of the present invention can be effectively used in the production of a metal obtained by reducing metal chlorides or the like in a molten salt obtained by mixing the metal powder with the molten salt. .

1:固液混合物、 3:固体Ti、 4:シェル、 6:溶融塩、 7:溶融Ti、
8:金属塩層、 10:ハース、 11:底面、 12:側面、 13:スキマー、
14:連通口、 15:内面部材、 15a:底板、 16:混合物投入領域、
17:溶融Ti領域、 19:プラズマトーチ、 19a:プラズマ、 20:電源
21:溶融塩容器、 22:Ti容器
1: solid-liquid mixture, 3: solid Ti, 4: shell, 6: molten salt, 7: molten Ti,
8: Metal salt layer, 10: Hearth, 11: Bottom surface, 12: Side surface, 13: Skimmer,
14: communication port, 15: inner surface member, 15a: bottom plate, 16: mixture injection region,
17: Molten Ti region, 19: Plasma torch, 19a: Plasma, 20: Power supply
21: Molten salt container, 22: Ti container

Claims (7)

側面と底面を有し、第1の金属からなる水冷ハースと、前記水冷ハースの内面にプラズマを照射可能に配置された移行型のプラズマトーチとを備える溶解装置であって、
前記水冷ハースの内面のうち少なくとも側面および側面の上縁を覆うように、第2の金属からなる内面部材が嵌め込まれたことを特徴とする溶解装置。
A melting apparatus comprising a water-cooled hearth made of a first metal having a side surface and a bottom surface, and a transitional plasma torch arranged so that plasma can be irradiated on the inner surface of the water-cooled hearth,
A melting apparatus, wherein an inner surface member made of a second metal is fitted so as to cover at least a side surface and an upper edge of the side surface of the inner surface of the water-cooled hearth.
前記内面部材が前記水冷ハースの内面の底面も覆うことを特徴とする請求項1に記載の溶解装置。   The melting device according to claim 1, wherein the inner surface member also covers a bottom surface of the inner surface of the water-cooled hearth. 前記内面部材が一体に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の溶解装置。   The melting apparatus according to claim 2, wherein the inner surface member is integrally formed. 前記第1の金属がCuであり、前記第2の金属がTiであることを特徴とする請求項1に記載の溶解装置。   The melting apparatus according to claim 1, wherein the first metal is Cu, and the second metal is Ti. 請求項1〜4のいずれかに記載の溶解装置において、金属塩と前記第2の金属からなる金属粉との混合物を前記水冷ハースに収容し、前記プラズマトーチの照射するプラズマによって溶解する溶解方法であって、
前記内面部材の前記金属塩に接する部分の温度を前記金属塩の融点以上に保つことを特徴とする溶解方法。
The melting method according to any one of claims 1 to 4, wherein a mixture of a metal salt and a metal powder composed of the second metal is accommodated in the water-cooled hearth and is melted by the plasma irradiated by the plasma torch. Because
A melting method, characterized in that the temperature of the portion of the inner surface member in contact with the metal salt is maintained at or above the melting point of the metal salt.
前記水冷ハースの内面を、スキマーにより複数の領域に区分され、前記複数の領域がそれぞれ前記スキマーの下部に設けられた連通口により連通されたものとし、
前記混合物を前記水冷ハースの1の領域でプラズマによって溶解し、比重差によって、前記金属粉が溶解した溶融金属からなる層と、前記金属塩が溶解した溶融塩からなる層の上下二層に分離し、上層を前記領域の上部から、下層を前記連通口から排出することを特徴とする請求項5に記載の溶解方法。
It is assumed that the inner surface of the water-cooled hearth is divided into a plurality of regions by a skimmer, and the plurality of regions are communicated with each other through a communication port provided at a lower portion of the skimmer,
The mixture is melted by plasma in one region of the water-cooled hearth and separated into two upper and lower layers by a specific gravity difference, a layer made of a molten metal in which the metal powder is dissolved and a layer made of a molten salt in which the metal salt is dissolved. The dissolution method according to claim 5, wherein the upper layer is discharged from the upper part of the region and the lower layer is discharged from the communication port.
前記金属塩がCaCl2であり、前記第2の金属がTiであることを特徴とする請求項5または6に記載の溶解方法。 The dissolution method according to claim 5 or 6, wherein the metal salt is CaCl 2 and the second metal is Ti.
JP2009068441A 2008-06-06 2009-03-19 Dissolution apparatus and dissolution method using the same Withdrawn JP2010014398A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009068441A JP2010014398A (en) 2008-06-06 2009-03-19 Dissolution apparatus and dissolution method using the same
PCT/JP2009/060045 WO2009148043A2 (en) 2008-06-06 2009-06-02 Fusion apparatus and a fusing method using same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008148972 2008-06-06
JP2009068441A JP2010014398A (en) 2008-06-06 2009-03-19 Dissolution apparatus and dissolution method using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010014398A true JP2010014398A (en) 2010-01-21

Family

ID=41398632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009068441A Withdrawn JP2010014398A (en) 2008-06-06 2009-03-19 Dissolution apparatus and dissolution method using the same

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2010014398A (en)
WO (1) WO2009148043A2 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04116377A (en) * 1990-09-06 1992-04-16 Toshiba Corp Container for melting metal
JP3098733B2 (en) * 1996-12-25 2000-10-16 株式会社神戸製鋼所 Melt processing equipment

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009148043A3 (en) 2010-01-28
WO2009148043A2 (en) 2009-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2383636C2 (en) Installation for producing or refining metals and methods related to this installation
JP4747689B2 (en) Continuous production method of copper alloy
JP5445725B1 (en) Method for producing Al-Sc alloy
WO2005080642A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING Ti OR Ti ALLOY BY REDUCTION OF Ca
AU2002349139A1 (en) Electrochemical processing of solid materials in fused salt
KR101878652B1 (en) Refining Method of Metal Using Integrated Electroreduction and Electrorefining process
JP2007063585A (en) MOLTEN SALT ELECTROLYSIS METHOD, ELECTROLYTIC CELL, AND METHOD FOR PRODUCING Ti BY USING THE SAME
CN111940704A (en) Method for smelting heterogeneous ingot in electric furnace
JP6230847B2 (en) Aluminum melting and holding furnace
JP2007084847A (en) METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING Ti
US3768543A (en) Electro-slag furnace for producing continuous ingot
JP2019520984A (en) High quality, void and inclusion free alloy wire
WO2009150961A2 (en) Metal manufacturing method
WO2009148043A2 (en) Fusion apparatus and a fusing method using same
JP3759933B2 (en) Electron beam melting method for refractory metals
JP4263366B2 (en) Method and apparatus for melting rare earth magnet scrap
US8917754B2 (en) Aluminum melting apparatus
CN114134356A (en) Zinc alloy production process
JPH0639635B2 (en) Electroslag remelting method for copper and copper alloys
Weirauch Jr Technologically significant capillary phenomena in high-temperature materials processing: Examples drawn from the aluminum industry
RU2209842C2 (en) Metal melting and pouring method
JP4701521B2 (en) Cold crucible dissolution method
JP2003293051A (en) METHOD FOR MANUFACTURING Ti ALLOY CONTAINING LOW MELTING POINT METAL AND REFRACTORY METAL
JPH0421727A (en) Method and apparatus for producing titanium cast ingot
JPH06182525A (en) Method and device for melting and pouring active metal

Legal Events

Date Code Title Description
A761 Written withdrawal of application

Effective date: 20100511

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761