JP2021004399A - Method for producing sponge titanium - Google Patents

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吉田 稔
Minoru Yoshida
稔 吉田
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Abstract

To provide a method for producing sponge titanium which can suppress formation of thick wall surface production sponge titanium onto an inner surface of a side wall of a metallic reduction reaction vessel.SOLUTION: A method for producing sponge titanium includes a reduction step of supplying titanium tetrachloride to a molten bath containing metal magnesium in a metallic reduction reaction vessel to produce a sponge titanium lump, in the reduction step, every time 10 mass% of the titanium tetrachloride based on the total supply amount is supplied until the supply amount of the titanium tetrachloride reaches at least 50 mass% of the total supply amount of the titanium tetrachloride, the total movement distance of the bath surface of the molten bath is set at 0.12 or more in terms a ratio to an effective space height in the metallic reduction reaction vessel, and a temperature of the side wall of the metallic reduction reaction vessel at the position of the bath surface in the height direction is within a range of 700-950°C.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、金属製還元反応容器内で、金属マグネシウムを含む溶融浴に四塩化チタンを供給し、スポンジチタン塊を生成して、スポンジチタンを製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing titanium sponge by supplying titanium tetrachloride to a molten bath containing metallic magnesium to generate titanium sponge lumps in a metal reduction reaction vessel.

たとえば、工業的に広く利用されているクロール法によりスポンジチタンを製造するには、金属製還元反応容器内に予め溶融状態の金属マグネシウムを貯留させて溶融浴とし、その浴面上に四塩化チタンを滴下する還元工程を行う。還元工程では、金属マグネシウムが還元材として働いて四塩化チタンが金属チタンに還元され、金属製還元反応容器の内部で該金属チタンがスポンジチタン塊として成長する。 For example, in order to produce titanium sponge by the Kroll process, which is widely used in industry, metallic magnesium in a molten state is stored in advance in a metal reduction reaction vessel to form a molten bath, and titanium tetrachloride is formed on the bath surface. Is dropped to perform a reduction step. In the reduction step, metallic magnesium acts as a reducing material to reduce titanium tetrachloride to metallic titanium, and the metallic titanium grows as a sponge titanium mass inside the metallic reduction reaction vessel.

ここで、金属製還元反応容器内では、次のような反応が起こると考えられる。上方側から滴下された四塩化チタンは、浴面付近で金属マグネシウムと反応し、そこで金属チタン及び塩化マグネシウムが生成される。浴面付近で生成したこの塩化マグネシウムは金属マグネシウムとの比重の差に起因して浴面より深いほうに沈降する一方で、金属マグネシウムは浴面に向かって浮上する。この浴流れの結果、浴面には金属マグネシウムが存在することになり、当該浴面付近で金属マグネシウムによる四塩化チタンの還元反応が継続して起こる。 Here, it is considered that the following reaction occurs in the metal reduction reaction vessel. Titanium tetrachloride dropped from the upper side reacts with metallic magnesium near the bath surface, where metallic titanium and magnesium chloride are produced. This magnesium chloride generated near the bath surface settles deeper than the bath surface due to the difference in specific gravity with the metallic magnesium, while the metallic magnesium floats toward the bath surface. As a result of this bath flow, metallic magnesium is present on the bath surface, and the reduction reaction of titanium tetrachloride by metallic magnesium continues to occur in the vicinity of the bath surface.

なお、還元工程の後は一般に、分離工程が行われる。分離工程では、金属製還元反応容器内の塩化マグネシウムや、残留する場合は金属マグネシウムを液抜きし、その後、たとえば金属製還元反応容器を高温に加熱しつつ、その内部の圧力を低下させる。分離工程により、金属製還元反応容器内に残留した金属マグネシウムや副生成物の塩化マグネシウム等は、金属製還元反応容器内のスポンジチタン塊から分離される。その後、スポンジチタン塊を金属製還元反応容器から取り出して破砕し、粒状のスポンジチタンとする。 After the reduction step, a separation step is generally performed. In the separation step, magnesium chloride in the metal reduction reaction vessel and, if residual, metallic magnesium are drained, and then, for example, the metal reduction reaction vessel is heated to a high temperature while the pressure inside the metal reduction reaction vessel is reduced. By the separation step, the metallic magnesium remaining in the metal reduction reaction vessel, magnesium chloride as a by-product, and the like are separated from the sponge titanium mass in the metal reduction reaction vessel. Then, the titanium sponge mass is taken out from the metal reduction reaction vessel and crushed to obtain granular titanium sponge.

特許文献1、2には、還元工程での金属製還元反応容器からの塩化マグネシウムの排出、金属製還元反応容器内への金属マグネシウムの供給に着目した技術について記載されている。
具体的には、特許文献1は、「MgCl2のタップ操作及び溶融Mgのチャージ操作に起因する収量減少を阻止することにより、生産性の増大を可能にするスポンジチタン製造方法を提供すること」を目的として、「反応容器内に収容された溶融MgにTiCl4を滴下添加することによりスポンジチタンを製造する際に、副生するMgCl2を容器内から抜き取るタップ操作を間欠的に行うと共に、そのMgCl2のタップ量を反応後半で反応前半より少なくすることを特徴とするスポンジチタン製造方法」を開示している。
Patent Documents 1 and 2 describe techniques focusing on the discharge of magnesium chloride from the metal reduction reaction vessel in the reduction step and the supply of metallic magnesium into the metal reduction reaction vessel.
Specifically, Patent Document 1 "provides a method for producing titanium sponge that enables an increase in productivity by preventing a decrease in yield due to a tap operation of MgCl 2 and a charge operation of molten Mg". For the purpose of "when producing sponge titanium by dropping and adding TiCl 4 to the molten Mg contained in the reaction vessel, a tap operation for extracting the by-product MgCl 2 from the vessel is performed intermittently, and at the same time. A method for producing titanium sponge, characterized in that the tapping amount of MgCl 2 is reduced in the latter half of the reaction than in the first half of the reaction, is disclosed.

また、特許文献2では、「本発明の目的は、還元操業途中にチャージされる溶融Mgの利用率を高めて生産性(チタン収率)の向上を図り、なおかつチャージによる品質低下を抑制できる高品質で経済的なスポンジチタン製造方法を提供することにある。」とし、「クロール法により還元反応容器内でスポンジチタンを製造する際に、還元反応途中にTiCl4の供給を一次停止し、その停止中に還元反応容器の上方から容器内に溶融Mgの追加投入を行うスポンジチタン製造方法」を提案している。 Further, in Patent Document 2, "The object of the present invention is to increase the utilization rate of molten Mg charged during the reduction operation to improve productivity (titanium yield), and to suppress quality deterioration due to charging. The purpose is to provide a high-quality and economical method for producing titanium sponge. "" When producing titanium sponge in a reduction reaction vessel by the crawl method, the supply of TiCl 4 was temporarily stopped during the reduction reaction, and the supply thereof was stopped. We are proposing a method for producing titanium sponge, in which molten Mg is additionally charged into the container from above the reduction reaction container while it is stopped.

他方、特許文献3には、「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において、反応容器に溶融マグネシウムを満たし、上記還元反応が進行する溶融マグネシウム浴の反応面近傍と接する反応容器の壁面の平均温度を塩化マグネシウムの融点以下に保持し、上記四塩化チタンを上記溶融マグネシウム浴の反応面近傍に供給することを特徴とするスポンジチタンの製造方法」が記載されている。これによれば、「純度の高いスポンジチタンを効率よく製造でき、その結果、高純度チタンを歩留まり良く製造できる」とされている。 On the other hand, Patent Document 3 states, "In the method for producing sponge titanium by reducing magnesium tetrachloride, the reaction vessel is filled with molten magnesium, and the wall surface of the reaction vessel is in contact with the vicinity of the reaction surface of the molten magnesium bath in which the reduction reaction proceeds. A method for producing titanium sponge, which comprises maintaining the average temperature of magnesium chloride below the melting point of magnesium chloride and supplying the titanium tetrachloride to the vicinity of the reaction surface of the molten magnesium bath ”is described. According to this, "high-purity titanium sponge can be efficiently produced, and as a result, high-purity titanium can be produced with good yield."

特開2004−43872号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-43872 特開2012−184476号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-184476 特開2008−190024号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-190024

ところで、還元工程では、還元反応の進行に伴い、図4に示すように、金属製還元反応容器51内の底部53側でスポンジチタン塊TSが成長する他、側壁52の内面上方側で浴面Sbの位置付近に、該内面から盛り上がるほぼ環状の壁面生成スポンジチタンWSが形成される。 By the way, in the reduction step, as the reduction reaction progresses, as shown in FIG. 4, the titanium sponge lump TS grows on the bottom 53 side in the metal reduction reaction vessel 51, and the bath surface is on the upper side of the inner surface of the side wall 52. A substantially annular wall-generated sponge titanium WS that rises from the inner surface is formed near the position of Sb.

この壁面生成スポンジチタンWSが、図5に示すように大きく内側に盛り上がって形成されると、たとえば次のような問題がある。
金属製還元反応容器51内の浴面Sb付近は、還元反応の発熱で高温になることから、蓋体の損傷を低減する目的で、また容器内部を所期の温度域に制御する目的で金属製還元反応容器51の外部から空冷等により冷却されることがある。しかしながら、浴面Sb付近で側壁52の内面から内側に向かって厚い層として形成された壁面生成スポンジチタンWSは、浴面Sb付近のこの冷却の効果を低下させる。
When this wall surface-generated sponge titanium WS is formed by being greatly raised inward as shown in FIG. 5, for example, there are the following problems.
Since the temperature near the bath surface Sb in the metal reduction reaction vessel 51 becomes high due to the heat generated by the reduction reaction, the metal is used for the purpose of reducing damage to the lid and for controlling the inside of the vessel to the desired temperature range. It may be cooled by air cooling or the like from the outside of the reduction reaction vessel 51. However, the wall surface-generated sponge titanium WS formed as a thick layer from the inner surface of the side wall 52 toward the inside in the vicinity of the bath surface Sb reduces the effect of this cooling in the vicinity of the bath surface Sb.

また、浴面Sb付近に大きな壁面生成スポンジチタンWSが形成された場合、それによって浴面Sbの面積が減少することから、上述した金属マグネシウムと塩化マグネシウムの浴流れが円滑に行われず、還元反応が阻害される。
そしてまた、側壁52の内面から内側に大きく盛り上がって形成された壁面生成スポンジチタンWSは、金属製還元反応容器51からのスポンジチタン塊TSの取出しを妨げるので、スポンジチタン塊TSの取出しの作業性を悪化させる。
Further, when a large wall surface-generated sponge titanium WS is formed in the vicinity of the bath surface Sb, the area of the bath surface Sb is reduced, so that the above-mentioned bath flow of metallic magnesium and magnesium chloride is not smoothly performed, and the reduction reaction occurs. Is inhibited.
Further, since the wall surface-generated titanium sponge WS formed by swelling from the inner surface of the side wall 52 to the inside hinders the removal of the sponge titanium lump TS from the metal reduction reaction vessel 51, the workability of taking out the sponge titanium lump TS To make it worse.

このような大きな壁面生成スポンジチタンWSの形成及び、それに起因する問題に対しては、有効な対処法ないし解決策が見つかっていないのが現状である。特許文献1〜3でも、上記の壁面生成スポンジチタンWSについては何ら検討されていない。 At present, no effective countermeasure or solution has been found for the formation of such a large wall-generated sponge titanium WS and the problems caused by the formation. In Patent Documents 1 to 3, the above-mentioned wall surface-generated sponge titanium WS has not been studied at all.

この発明の目的は、金属製還元反応容器の側壁の内面上への厚い壁面生成スポンジチタンの形成を抑制することができるスポンジチタンの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing titanium sponge, which can suppress the formation of thick wall-formed titanium sponge on the inner surface of the side wall of a metal reduction reaction vessel.

発明者は鋭意検討の結果、還元工程の序盤から中盤の所定の期間内に、溶融浴の浴面を特定の温度に維持しながら、溶融浴の浴面の高さをある程度大きく変動させることにより、壁面生成スポンジチタンの形成傾向を変化させることができることを見出した。 As a result of diligent studies, the inventor made a large fluctuation in the height of the bath surface of the molten bath while maintaining the bath surface of the molten bath at a specific temperature within a predetermined period from the beginning to the middle of the reduction process. , It was found that the formation tendency of wall surface-generated sponge titanium can be changed.

このような知見の下、金属製還元反応容器内で、金属マグネシウムを含む溶融浴に四塩化チタンを供給し、スポンジチタン塊を生成する還元工程を含み、前記還元工程で、四塩化チタンの供給量が、少なくとも、四塩化チタンの総供給量の50質量%に達するまでの間、四塩化チタンを前記総供給量の10質量%供給する毎に、前記溶融浴の浴面の総移動距離を、金属製還元反応容器内の有効空間高さに対する比で、0.12以上とし、かつ、高さ方向における前記浴面の位置での金属製還元反応容器の側壁の温度を、700℃〜950℃の範囲内とするというものである。 Based on such knowledge, a reduction step of supplying titanium tetrachloride to a molten bath containing metallic magnesium to form a sponge titanium mass in a metal reduction reaction vessel is included, and the titanium tetrachloride is supplied in the reduction step. Every time 10% by mass of titanium tetrachloride is supplied, the total moving distance of the bath surface of the molten bath is calculated until the amount reaches at least 50% by mass of the total supply of titanium tetrachloride. The ratio of the effective space height in the metal reduction reaction vessel to the effective space height is 0.12 or more, and the temperature of the side wall of the metal reduction reaction vessel at the position of the bath surface in the height direction is 700 ° C. to 950. It is to be within the range of ° C.

前記還元工程では、金属製還元反応容器内で生成する塩化マグネシウムを、金属製還元反応容器から断続的に排出することが好ましい。 In the reduction step, it is preferable that magnesium chloride produced in the metal reduction reaction vessel is intermittently discharged from the metal reduction reaction vessel.

また、前記還元工程では、金属製還元反応容器内に金属マグネシウムを断続的に供給することができる。 Further, in the reduction step, metallic magnesium can be intermittently supplied into the metal reduction reaction vessel.

この発明のスポンジチタンの製造方法によれば、金属製還元反応容器の側壁の内面上方側での厚い壁面生成スポンジチタンの形成を抑制することができる。 According to the method for producing titanium sponge of the present invention, it is possible to suppress the formation of thick wall-generated titanium sponge on the upper side of the inner surface of the side wall of the metal reduction reaction vessel.

この発明の一の実施形態に係るスポンジチタンの製造方法の還元工程で用いることのできる金属製還元反応容器の一例を、還元炉とともに示す縦断面図である。It is a vertical cross-sectional view which shows an example of the metal reduction reaction vessel which can be used in the reduction step of the manufacturing method of sponge titanium which concerns on one Embodiment of this invention together with a reduction furnace. この発明の一の実施形態に係るスポンジチタンの製造方法の還元工程で生成される壁面生成スポンジチタンを模式的に示す拡大縦断面図である。It is an enlarged vertical cross-sectional view which shows typically the wall surface-generated sponge titanium produced in the reduction step of the manufacturing method of sponge titanium which concerns on one Embodiment of this invention. 図3(a)及び(b)はそれぞれ、四塩化チタンの供給量に対する浴面高さの比(Hs/He)の変化の一部を表すグラフの一例である。3 (a) and 3 (b) are examples of graphs showing a part of the change in the ratio of bath surface height (Hs / He) to the supply amount of titanium tetrachloride. 従来の還元工程にて金属製還元反応容器内で生成されるスポンジチタン塊及び壁面生成スポンジチタンを示す、金属製還元反応容器の縦断面図である。It is a vertical cross-sectional view of the metal reduction reaction vessel which shows the sponge titanium mass and the wall surface formation sponge titanium produced in the metal reduction reaction vessel in the conventional reduction step. 従来の還元工程で生成される壁面生成スポンジチタンを模式的に示す拡大縦断面図である。It is an enlarged vertical sectional view which shows typically the wall surface formation sponge titanium produced by the conventional reduction process.

以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態に係るスポンジチタンの製造方法は、金属製還元反応容器内で、金属マグネシウムを含む溶融浴に四塩化チタンを供給し、スポンジチタン塊を生成する還元工程を含むものである。そして特に、還元工程では、四塩化チタンの供給量が、少なくとも、四塩化チタンの総供給量の50質量%に達するまでの間、四塩化チタンを前記総供給量の10質量%供給する毎に、前記溶融浴の浴面の総移動距離を、金属製還元反応容器内の有効空間高さに対する比で、0.12以上とし、かつ、高さ方向における前記浴面の位置での金属製還元反応容器の側壁の温度を、700℃〜950℃の範囲内とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The method for producing titanium sponge according to one embodiment of the present invention includes a reduction step of supplying titanium tetrachloride to a molten bath containing metallic magnesium in a metal reduction reaction vessel to produce titanium sponge lumps. In particular, in the reduction step, every time 10% by mass of titanium tetrachloride is supplied, at least until the supply amount of titanium tetrachloride reaches at least 50% by mass of the total supply amount of titanium tetrachloride. The total moving distance of the bath surface of the melting bath is 0.12 or more as a ratio to the effective space height in the metal reduction reaction vessel, and the metal reduction at the position of the bath surface in the height direction. The temperature of the side wall of the reaction vessel is set in the range of 700 ° C. to 950 ° C.

還元工程の後は、多くの場合、金属製還元反応容器内の液体状の塩化マグネシウム、金属マグネシウムを抜き取り、その後さらに、金属製還元反応容器内の圧力を低下させて、スポンジチタン塊から金属マグネシウム及び塩化マグネシウムを分離させる分離工程が行われる。スポンジチタン塊は、分離工程を経た後に金属製還元反応容器から取り出され、破砕により粒状のスポンジチタンになる。 After the reduction step, in many cases, the liquid magnesium chloride and metallic magnesium in the metallic reduction reaction vessel are extracted, and then the pressure in the metallic reduction reaction vessel is further reduced to reduce the metallic magnesium from the titanium sponge mass. And a separation step of separating magnesium chloride is performed. The titanium sponge mass is taken out of the metal reduction reaction vessel after undergoing a separation step and crushed into granular titanium sponge.

(還元工程)
還元工程では、図1に例示するような金属製還元反応容器1を用いる。この金属製還元反応容器1は、円筒その他の筒状の側壁2と、側壁2の軸線方向の一端側(図1では下端側)を密閉する底部3と、側壁2の軸線方向の他端側(図1では上端側)の開口部に取り付けられた蓋体4とを備えるものである。側壁2には、側壁2の底部3寄りの部分に連結された副生成物排出管5が設けられ、また蓋体4には、原料供給管6が設けられている。金属製還元反応容器1内の底部3側には一般に、図示の例のように、金属製還元反応容器1からスポンジチタン塊TSを取り出す際にスポンジチタン塊TSを押し上げるべく作動するロストル7が配置される。金属製還元反応容器1は還元炉8内に配置されて、還元工程が行われる。図示は省略するが、還元炉8は高さ方向に沿って複数、それぞれ独立に制御可能な風冷口を備えており、該風冷口から側壁2に対し空気を吹き付けて金属製還元反応容器1を冷却できる。本実施の形態では、少なくとも、浴面Sbが存在する高さ部位では金属製還元反応容器1の冷却を行うことが好ましい。
(Reduction process)
In the reduction step, a metal reduction reaction vessel 1 as illustrated in FIG. 1 is used. The metal reduction reaction vessel 1 has a cylindrical or other tubular side wall 2, a bottom portion 3 that seals one end side (lower end side in FIG. 1) of the side wall 2 in the axial direction, and the other end side of the side wall 2 in the axial direction. It is provided with a lid 4 attached to the opening (upper end side in FIG. 1). The side wall 2 is provided with a by-product discharge pipe 5 connected to a portion of the side wall 2 near the bottom 3, and the lid 4 is provided with a raw material supply pipe 6. Generally, as shown in the illustrated example, a rostrum 7 that operates to push up the sponge titanium block TS when the sponge titanium block TS is taken out from the metal reduction reaction container 1 is arranged on the bottom 3 side of the metal reduction reaction container 1. Will be done. The metal reduction reaction vessel 1 is arranged in the reduction furnace 8 and the reduction step is performed. Although not shown, the reduction furnace 8 is provided with a plurality of air cooling ports that can be independently controlled along the height direction, and air is blown from the air cooling ports to the side wall 2 to make a metal reduction reaction vessel. 1 can be cooled. In the present embodiment, it is preferable to cool the metal reduction reaction vessel 1 at least at the height portion where the bath surface Sb is present.

金属製還元反応容器1を用いて還元工程を行うには、たとえば、金属製還元反応容器1内に、還元材としての金属マグネシウムを溶融状態で貯留させて、金属製還元反応容器1内を溶融浴Bmとする。そして、還元炉8で金属製還元反応容器1を加熱しながら、局所的には冷却も併用し、蓋体4に設けた原料供給管6を介して上方側から、原料である四塩化チタン(TiCl4)を、溶融浴Bmの浴面Sb上に滴下して供給する。このようにして滴下された四塩化チタンは金属マグネシウムと接触し、式:TiCl4+2Mg→Ti+2MgCl2の反応に基いて金属マグネシウムにより四塩化チタンは還元される。 To perform the reduction step using the metal reduction reaction vessel 1, for example, metallic magnesium as a reducing material is stored in the metal reduction reaction vessel 1 in a molten state, and the inside of the metal reduction reaction vessel 1 is melted. Let the bath be Bm. Then, while heating the metal reduction reaction vessel 1 in the reduction furnace 8, cooling is also locally performed, and titanium tetrachloride, which is a raw material, is used from above via the raw material supply pipe 6 provided in the lid 4. TiCl 4 ) is dropped onto the bath surface Sb of the melting bath Bm and supplied. The titanium tetrachloride dropped in this way comes into contact with the metallic magnesium, and the titanium tetrachloride is reduced by the metallic magnesium based on the reaction of the formula: TiCl 4 + 2Mg → Ti + 2MgCl 2 .

ここで、副生成物としての塩化マグネシウム(MgCl2)は、金属マグネシウムに比して比重が大きいことに起因して、浴面Sbから下方側に沈降する。一方、浴中の金属マグネシウムは、相対的に小さな比重の故に、浴面Sbに向かって浮上する。このような塩化マグネシウムと金属マグネシウムとの間の比重差により、浴流れが生じて浴面Sbには金属マグネシウムが位置し、この金属マグネシウムと、滴下される四塩化チタンとの間で反応が継続して起こり、主として浴中でスポンジチタン塊TSが成長する。下方側に沈降した塩化マグネシウムは、金属製還元反応容器1の底部3側の副生成物排出管5を通じて、金属製還元反応容器1の外部に排出されることがある。 Here, magnesium chloride (MgCl 2 ) as a by-product settles downward from the bath surface Sb due to its higher specific gravity than metallic magnesium. On the other hand, the metallic magnesium in the bath floats toward the bath surface Sb because of its relatively small specific gravity. Due to such a difference in specific gravity between magnesium chloride and metallic magnesium, a bath flow is generated and metallic magnesium is located on the bath surface Sb, and the reaction continues between this metallic magnesium and the dropped titanium tetrachloride. The sponge titanium lump TS grows mainly in the bath. Magnesium chloride precipitated downward may be discharged to the outside of the metal reduction reaction vessel 1 through the by-product discharge pipe 5 on the bottom 3 side of the metal reduction reaction vessel 1.

なお、還元工程で用いる四塩化チタンは、たとえば、精留塔にて精製された後の液体状の精製四塩化チタンとすることができる。この精製四塩化チタンは、たとえば、チタン鉱石等の原料鉱石をコークス等の炭素源および塩素ガスと反応させて生成される粗四塩化チタンを、精留塔で精製して得られるものである。但し、還元工程で使用可能なものであれば、四塩化チタンは上記の精製四塩化チタンには限らない。
また、還元工程で生成される塩化マグネシウムは、電解槽内での溶融塩電解に供することで、金属マグネシウムと塩素ガスとに分解することができる。これにより得られる金属マグネシウムは再度、還元工程で用いることができる。
The titanium tetrachloride used in the reduction step can be, for example, a liquid purified titanium tetrachloride after being purified in a rectification column. This purified titanium tetrachloride is obtained by refining crude titanium tetrachloride produced by reacting a raw material ore such as titanium ore with a carbon source such as coke and chlorine gas in a rectification tower. However, titanium tetrachloride is not limited to the above-mentioned purified titanium tetrachloride as long as it can be used in the reduction step.
Further, magnesium chloride produced in the reduction step can be decomposed into metallic magnesium and chlorine gas by subjecting it to molten salt electrolysis in an electrolytic cell. The metallic magnesium thus obtained can be used again in the reduction step.

このような還元工程が進行すると、金属製還元反応容器1内の底部3側でのスポンジチタン塊TSの成長とともに、側壁2の内面上方側で浴面Sb付近の高さ位置に、壁面生成スポンジチタンWSが、その内面から内側に盛り上がって形成されることがある。
浴面Sb付近の壁面生成スポンジチタンWSが厚く形成された場合、該壁面生成スポンジチタンWSの存在によって側壁2の周囲で行う空冷等による浴面Sbの冷却が不十分になり、還元反応の発熱による浴面Sbの温度上昇を良好に抑制できないことが懸念される。
When such a reduction step proceeds, the titanium sponge lump TS grows on the bottom 3 side in the metal reduction reaction vessel 1, and the wall surface forming sponge is placed at a height position near the bath surface Sb on the inner surface upper side of the side wall 2. Titanium WS may be formed by rising inward from its inner surface.
When the wall surface-generated sponge titanium WS near the bath surface Sb is formed thickly, the presence of the wall surface-generated sponge titanium WS causes insufficient cooling of the bath surface Sb by air cooling or the like performed around the side wall 2, and heat generation of the reduction reaction occurs. There is a concern that the temperature rise of the bath surface Sb due to the above cannot be satisfactorily suppressed.

また、溶融浴Bmの浴面Sbの面積が大きいほど、金属マグネシウムと塩化マグネシウムの浴中での移動による浴流れが円滑になる。特に還元工程の中盤から終盤では、浴面Sbの温度が上昇しやすいだけでなく、溶融浴Bm中の金属マグネシウムの量が減少することから、円滑な浴流れが重要になる。また浴流れは、浴面Sbの温度上昇を抑制するという利点もある。しかし、浴面Sb付近に厚く形成された壁面生成スポンジチタンWSが存在すると、これは浴面Sbの表面積を低下させ、浴流れを阻害する。 Further, the larger the area of the bath surface Sb of the molten bath Bm, the smoother the bath flow due to the movement of metallic magnesium and magnesium chloride in the bath. In particular, from the middle to the final stage of the reduction step, not only the temperature of the bath surface Sb tends to rise, but also the amount of metallic magnesium in the molten bath Bm decreases, so that a smooth bath flow is important. The bath flow also has an advantage of suppressing a temperature rise of the bath surface Sb. However, the presence of thickly formed wall surface-generated sponge titanium WS near the bath surface Sb reduces the surface area of the bath surface Sb and impedes the bath flow.

また、還元工程及び分離工程が終了した後、金属製還元反応容器1から蓋体4を取り外すとともにロストル7を上昇させて、スポンジチタン塊TSを金属製還元反応容器1から取り出す。この際に、壁面生成スポンジチタンWSが側壁2の内面から大きく盛り上がって形成されていると、スポンジチタン塊TSと壁面生成スポンジチタンWSとが干渉し、スポンジチタン塊TSの取出し作業を容易に行い得なくなる。 Further, after the reduction step and the separation step are completed, the lid 4 is removed from the metal reduction reaction vessel 1 and the rostrum 7 is raised to take out the sponge titanium lump TS from the metal reduction reaction vessel 1. At this time, if the wall surface-generated sponge titanium WS is formed so as to be greatly raised from the inner surface of the side wall 2, the sponge titanium lump TS and the wall surface-generated sponge titanium WS interfere with each other, and the sponge titanium lump TS can be easily taken out. You won't get it.

このような問題に対処するため、この実施形態では、還元工程の少なくとも序盤から中盤辺りの所定の期間で、溶融浴Bmの浴面Sbの高さ及び浴面Sbの温度を、結果として壁面生成スポンジチタンWSが比較的広範囲に薄く形成されるように調整する。
具体的には、還元工程の全体で供給される四塩化チタンの総供給量の少なくとも50質量%に達するまでの間、四塩化チタンを総供給量の10質量%供給する都度、溶融浴Bmの浴面Sbの総移動距離を、金属製還元反応容器内の有効空間高さHeに対する比で、0.12以上とする。さらには、当該所定の期間中、高さ方向における浴面Sbの位置での金属製還元反応容器1の側壁2の温度を、700℃〜950℃の範囲内とする。なおここでは、有効空間高さHeに対する浴面Sbの総移動距離の比を、浴面Sbの総移動距離の比ともいう。
In order to deal with such a problem, in this embodiment, the height of the bath surface Sb and the temperature of the bath surface Sb of the molten bath Bm are generated as a result of the wall surface generation in a predetermined period from at least the early stage to the middle stage of the reduction step. Adjust so that the sponge titanium WS is formed thin over a relatively wide area.
Specifically, until at least 50% by mass of the total supply of titanium tetrachloride supplied in the entire reduction step is reached, 10% by mass of the total supply of titanium tetrachloride is supplied each time the molten bath Bm is supplied. The total moving distance of the bath surface Sb is 0.12 or more as a ratio to the effective space height He in the metal reduction reaction vessel. Further, during the predetermined period, the temperature of the side wall 2 of the metal reduction reaction vessel 1 at the position of the bath surface Sb in the height direction is set within the range of 700 ° C. to 950 ° C. Here, the ratio of the total moving distance of the bath surface Sb to the effective space height He is also referred to as the ratio of the total moving distance of the bath surface Sb.

このことによれば、還元工程が開始されてから当該所定の期間中に、浴面Sbが特定の温度範囲内に維持されたまま高さ方向で大きく推移する。それにより、壁面生成スポンジチタンWSは、図2に模式的に示すように、浴面Sb付近の側壁2の内面上方側で薄く析出して形成され、金属製還元反応容器1の内側への盛り上がりが抑制されることになる。 According to this, during the predetermined period after the reduction step is started, the bath surface Sb largely changes in the height direction while being maintained within a specific temperature range. As a result, as schematically shown in FIG. 2, the wall surface-generated sponge titanium WS is formed by thinly depositing on the upper side of the inner surface of the side wall 2 near the bath surface Sb, and swells inward of the metal reduction reaction vessel 1. Will be suppressed.

その結果として、壁面生成スポンジチタンWSの厚みがある程度薄いことから、容器周囲からの空冷等により浴面Sb付近を有効に冷却することができる。また、壁面生成スポンジチタンWSの盛り上がりによる浴面Sbの面積の減少が抑えられるので、浴流れが円滑に行われる。そしてまた、厚みの薄い壁面生成スポンジチタンWSの存在は、分離工程後の金属製還元反応容器1からのスポンジチタン塊TSの取出しの作業性を向上させる。 As a result, since the wall surface-generated sponge titanium WS is thin to some extent, the vicinity of the bath surface Sb can be effectively cooled by air cooling from around the container. Further, since the decrease in the area of the bath surface Sb due to the swelling of the wall surface-generated sponge titanium WS is suppressed, the bath flow is smoothly performed. Further, the presence of the thin wall-generated sponge titanium WS improves the workability of taking out the sponge titanium lump TS from the metal reduction reaction vessel 1 after the separation step.

ここで、溶融浴の浴面Sbの総移動距離は、四塩化チタンの供給を開始する前の金属製還元反応容器1内の溶融塩浴Sbの初期の高さを基準とし、四塩化チタンの供給量(滴下量)と、金属製還元反応容器1の側壁2の内径と、還元工程で塩化マグネシウムの排出及び/又は金属マグネシウムの供給を行う場合はその塩化マグネシウムの排出量及び/又は金属マグネシウムの供給量とを用いて求めることができる。
例えば、塩化マグネシウムの排出及び金属マグネシウムの供給をいずれも行わない場合は、還元工程の間、溶融浴の浴面Sbは、四塩化チタンの供給に伴って継続的に上昇する。それ故に、この場合は、四塩化チタンの供給量と、金属製還元反応容器1の側壁2の内径とに基いて、溶融浴の浴面Sbが上昇する方向の浴面Sbの移動距離を求め、これを浴面Sbの総移動距離とする。
あるいは、塩化マグネシウムの排出及び/又は金属マグネシウムの供給を行う場合は、上述したような四塩化チタンの供給に伴う浴面上昇方向の移動距離だけでなく、塩化マグネシウムの排出による浴面下降方向の移動距離及び/又は、金属マグネシウムの供給による浴面上昇方向の移動距離を考慮して、溶融浴の浴面Sbの総移動距離を算出する。
Here, the total moving distance of the bath surface Sb of the molten bath is based on the initial height of the molten salt bath Sb in the metal reduction reaction vessel 1 before the supply of titanium tetrachloride is started, and the total movement distance of the titanium tetrachloride is based on the initial height. The amount of supply (drop amount), the inner diameter of the side wall 2 of the metal reduction reaction vessel 1, and the amount of magnesium chloride discharged and / or metallic magnesium when magnesium chloride is discharged and / or metallic magnesium is supplied in the reduction step. It can be obtained by using the supply amount of.
For example, when neither the discharge of magnesium chloride nor the supply of metallic magnesium is performed, the bath surface Sb of the molten bath continuously rises with the supply of titanium tetrachloride during the reduction step. Therefore, in this case, the moving distance of the bath surface Sb in the direction in which the bath surface Sb of the melting bath rises is obtained based on the supply amount of titanium tetrachloride and the inner diameter of the side wall 2 of the metal reduction reaction vessel 1. Let this be the total movement distance of the bath surface Sb.
Alternatively, when the magnesium chloride is discharged and / or the metallic magnesium is supplied, not only the moving distance in the bath surface ascending direction due to the supply of titanium tetrachloride as described above, but also the bath surface descending direction due to the magnesium chloride discharge. The total moving distance of the bath surface Sb of the molten bath is calculated in consideration of the moving distance and / or the moving distance in the bath surface rising direction due to the supply of metallic magnesium.

なお還元工程では、金属製還元反応容器1内の有効空間高さHeに対する溶融浴の浴面Sbの高さHsの比(Hs/He)の変化により、四塩化チタンの供給に際する浴面Sbの高さの変動を表すことができる。 In the reduction step, the bath surface when the titanium tetrachloride is supplied is changed by changing the ratio (Hs / He) of the height Hs of the bath surface Sb of the melting bath to the effective space height He in the metal reduction reaction vessel 1. It can represent the fluctuation of the height of Sb.

ここで、浴面Sbの高さHsは、還元工程で形成されるスポンジチタン塊TSの底面の位置から、浴面Sbの位置までの高さ方向(鉛直方向、図1では上下方向)に沿う長さを意味する。図示の例では、スポンジチタン塊TSはロストル7の表面7a上に形成されて、スポンジチタン塊TSの底面はロストル7の表面7a上に位置することから、溶融浴の浴面Sbの高さHsは、ロストル7の表面7aの位置から、浴面Sbの位置までの高さ方向の長さになる。
浴面Sbの高さHsは、四塩化チタンを供給する前の金属製還元反応容器1内の溶融塩浴Sbの初期の高さから、四塩化チタンの供給量と、金属製還元反応容器1の側壁2の内径と、還元工程で塩化マグネシウムの排出及び/又は金属マグネシウムの供給を行う場合はその塩化マグネシウムの排出量及び/又は金属マグネシウムの供給量とを用いて求めることができる。
Here, the height Hs of the bath surface Sb is along the height direction (vertical direction, vertical direction in FIG. 1) from the position of the bottom surface of the sponge titanium block TS formed in the reduction step to the position of the bath surface Sb. Means length. In the illustrated example, the titanium sponge mass TS is formed on the surface 7a of the rostrum 7, and the bottom surface of the titanium sponge mass TS is located on the surface 7a of the rostrum 7. Therefore, the height Hs of the bath surface Sb of the melting bath Is the length in the height direction from the position of the surface 7a of the rostrum 7 to the position of the bath surface Sb.
The height Hs of the bath surface Sb is the amount of titanium tetrachloride supplied and the metal reduction reaction vessel 1 from the initial height of the molten salt bath Sb in the metal reduction reaction vessel 1 before supplying titanium tetrachloride. It can be obtained by using the inner diameter of the side wall 2 and the amount of magnesium chloride discharged and / or the amount of metallic magnesium supplied when magnesium chloride is discharged and / or metallic magnesium is supplied in the reduction step.

またここで、金属製還元反応容器1内の有効空間高さHeは、鉛直方向で、スポンジチタン塊TSの底面が接触するロストル7の表面7aから、浴面Sbが上昇することができる最大の高さを意味する。図示の場合は、蓋体4から金属製還元反応容器1内のスペースに向けて原料供給管6が突出しているので、有効空間高さHeは、ロストル7の表面7aの位置(スポンジチタン塊TSの底面の位置)から原料供給管6の下端の位置までの高さ方向の長さになる。 Further, here, the effective space height He in the metal reduction reaction vessel 1 is the maximum in which the bath surface Sb can rise from the surface 7a of the rostrum 7 in which the bottom surface of the titanium sponge ingot TS contacts in the vertical direction. Means height. In the case of the figure, since the raw material supply pipe 6 protrudes from the lid 4 toward the space in the metal reduction reaction vessel 1, the effective space height He is the position of the surface 7a of the rostrum 7 (sponge titanium lump TS). It is the length in the height direction from the position of the bottom surface of the raw material supply pipe 6 to the position of the lower end of the raw material supply pipe 6.

金属製還元反応容器1内に四塩化チタンを供給する間の、上述した浴面高さの比(Hs/He)を算出すると、図3(a)及び(b)のそれぞれにその一部を例示するような、四塩化チタンの供給量に対する浴面高さの比(Hs/He)の変化を表すグラフが得られることがある。図3(a)及び(b)のグラフではそれぞれ、四塩化チタンの総供給量の10質量%を供給した時点から30質量%を供給した時点までの、浴面高さの比(Hs/He)の変化を示している。ここでは、比較的短い期間が経過する度に、金属製還元反応容器1からの塩化マグネシウムの排出を断続的に行ったことや金属製還元反応容器1に金属マグネシウムを断続的に供給したこと等により、図3(a)及び(b)に実線の折れ線で示すように、短いスパンで浴面高さの比(Hs/He)がある程度大きく上下に変動するものとなっている。なお、浴面Sbの総移動距離は、図3に示す折れ線の縦軸方向の成分の大きさを合算したものに相当する。この総移動距離と有効空間高さを用いて、四塩化チタン総供給量に対して10質量%供給する毎に、溶融浴の浴面の総移動距離の、金属製還元反応容器内の有効空間高さに対する比を算出し、この比を0.12以上とする。 When the above-mentioned bath surface height ratio (Hs / He) was calculated while titanium tetrachloride was supplied into the metal reduction reaction vessel 1, a part thereof was added to each of FIGS. 3 (a) and 3 (b). A graph showing the change in the ratio of bath surface height (Hs / He) to the supply amount of titanium tetrachloride (Hs / He) as illustrated may be obtained. In the graphs of FIGS. 3A and 3B, the ratio of bath surface heights (Hs / He) from the time when 10% by mass of the total supply of titanium tetrachloride to the time when 30% by mass was supplied, respectively. ) Is shown. Here, every time a relatively short period of time elapses, magnesium chloride is intermittently discharged from the metal reduction reaction vessel 1, metal magnesium is intermittently supplied to the metal reduction reaction vessel 1, and the like. As a result, as shown by the solid line in FIGS. 3A and 3B, the bath surface height ratio (Hs / He) fluctuates up and down to some extent in a short span. The total moving distance of the bath surface Sb corresponds to the sum of the sizes of the components in the vertical axis direction of the polygonal line shown in FIG. Using this total movement distance and effective space height, the effective space in the metal reduction reaction vessel is the total movement distance of the bath surface of the melting bath every time 10% by mass is supplied with respect to the total supply amount of titanium tetrachloride. The ratio to the height is calculated, and this ratio is set to 0.12 or more.

四塩化チタンの供給量が総供給量の50質量%に達するまでの間、四塩化チタンを10質量%供給する毎の、浴面Sbの総移動距離の比が0.12を下回るときがある場合は、浴面Sbの変動が不足し、壁面生成スポンジチタンWSが高さ方向の比較的狭い範囲で金属製還元反応容器1の内側に大きく盛り上がって形成されるので、上述した問題が生じる。浴面Sbを適切かつ大きく動かす観点から、四塩化チタン10質量%を供給する度の浴面Sbの総移動距離の比は、0.16以上とすることが好ましい。なお、浴面Sbの総移動距離の比の好ましい上限値は特にないが、たとえば0.30以下になることがある。 Until the supply of titanium tetrachloride reaches 50% by mass of the total supply, the ratio of the total distance traveled by the bath surface Sb for every 10% by mass of titanium tetrachloride may be less than 0.12. In this case, the fluctuation of the bath surface Sb is insufficient, and the wall-generated sponge titanium WS is formed in a relatively narrow range in the height direction inside the metal reduction reaction vessel 1, so that the above-mentioned problem occurs. From the viewpoint of moving the bath surface Sb appropriately and significantly, the ratio of the total moving distance of the bath surface Sb every time 10% by mass of titanium tetrachloride is supplied is preferably 0.16 or more. There is no particular preferable upper limit of the ratio of the total moving distance of the bath surface Sb, but it may be, for example, 0.30 or less.

また、四塩化チタンの供給量が総供給量の50質量%に達するまでの間、浴面Sbの位置での側壁2の温度が700℃未満になると、TiCl4+2Mg→Ti+2MgCl2という所期した反応の他、例えばTiCl2等の低級塩化チタンが生成する反応が生じ、この反応の割合が増える傾向にある。また、マグネシウムの融点に浴面温度が近づきすぎる。一方、当該側壁2の温度が950℃を超える場合は、金属マグネシウムの蒸発が進み、気相での四塩化チタンの還元反応の割合が増える傾向にある。浴面Sbの位置での側壁2の温度を800℃〜950℃とすることで、TiCl2等の低級塩化チタンが生成する反応をより低減できる。側壁2の温度は、側壁2の容器外側に設置した熱電対等の温度計により測定可能である。 Further, when the temperature of the side wall 2 at the position of the bath surface Sb becomes less than 700 ° C. until the supply amount of titanium tetrachloride reaches 50% by mass of the total supply amount, it is expected that TiCl 4 + 2Mg → Ti + 2MgCl 2 In addition to the reaction, a reaction for producing lower titanium chloride such as TiCl 2 occurs, and the ratio of this reaction tends to increase. In addition, the bath surface temperature is too close to the melting point of magnesium. On the other hand, when the temperature of the side wall 2 exceeds 950 ° C., the evaporation of metallic magnesium proceeds, and the ratio of the reduction reaction of titanium tetrachloride in the gas phase tends to increase. By setting the temperature of the side wall 2 at the position of the bath surface Sb to 800 ° C. to 950 ° C., the reaction of lower titanium chloride such as TiCl2 can be further reduced. The temperature of the side wall 2 can be measured by a thermometer such as a thermoelectric pair installed on the outside of the container on the side wall 2.

なお、四塩化チタンの供給量が四塩化チタンの総供給量の50質量%に達した後は、浴面Sbの総移動距離の比及び、側壁2の温度を、先に述べたように制御することを要しない。但し、四塩化チタンの供給量が四塩化チタンの総供給量の50質量%に達した後の一定期間内においても、浴面Sbの総移動距離の比の、及び/又は、側壁2の温度を同様に制御してもよい。 After the supply amount of titanium tetrachloride reaches 50% by mass of the total supply amount of titanium tetrachloride, the ratio of the total moving distance of the bath surface Sb and the temperature of the side wall 2 are controlled as described above. No need to do. However, even within a certain period after the supply amount of titanium tetrachloride reaches 50% by mass of the total supply amount of titanium tetrachloride, the ratio of the total movement distance of the bath surface Sb and / or the temperature of the side wall 2 May be controlled in the same manner.

四塩化チタンの供給を開始したときから四塩化チタン50質量%を供給するまでの間の期間は、当該期間中に最も高くなる浴面Sbの高さHs、すなわち最高値Hsmaxと、当該期間中に最も低くなる浴面Sbの高さHs、すなわち最低値Hsminとが、好ましくは(Hsmax−Hsmin)/He≧0.15の関係、より好ましくは(Hsmax−Hsmin)/He≧0.20の関係を満たすようにする。この場合、浴面Sbがより確実に高さ方向で大きく推移するので、壁面生成スポンジチタンWSが薄く形成される。なお、後述するように還元工程で金属マグネシウムを金属製還元反応容器1内に供給する場合は、四塩化チタンの供給開始時の浴面Sbの高さを低く設定することが可能になるので、(Hsmax−Hsmin)/Heが0.30を超えることもあり得る。 The period from the start of the supply of titanium tetrachloride to the supply of 50% by mass of titanium tetrachloride is the height Hs of the bath surface Sb, which is the highest during the period, that is, the maximum value Hsmax, and during the period. The lowest height Hs of the bath surface Sb, that is, the lowest value Hsmin, preferably has a relationship of (Hsmax-Hsmin) /He≥0.15, more preferably (Hsmax-Hsmin) /He≥0.20. Try to satisfy the relationship. In this case, since the bath surface Sb changes more reliably in the height direction, the wall surface-generated sponge titanium WS is formed thinly. As will be described later, when the metallic magnesium is supplied into the metal reduction reaction vessel 1 in the reduction step, the height of the bath surface Sb at the start of the supply of titanium tetrachloride can be set low. (Hsmax-Hsmin) / He can exceed 0.30.

上述したように、浴面Sbの総移動距離の比を制御するため、四塩化チタンの供給量が総供給量の少なくとも50質量%に達するまでの間に、たとえば、金属製還元反応容器1内に金属マグネシウムを供給する操作、及び、塩化マグネシウムを金属製還元反応容器1から排出する操作のうちの一つ以上の操作等を行うことができる。 As described above, in order to control the ratio of the total movement distance of the bath surface Sb, for example, in the metal reduction reaction vessel 1 until the supply amount of titanium tetrachloride reaches at least 50% by mass of the total supply amount. One or more of the operations of supplying metallic magnesium to the metal and the operation of discharging magnesium chloride from the metallic reduction reaction vessel 1 can be performed.

還元工程では、金属マグネシウムを、金属製還元反応容器1内に連続的又は断続的に供給することができる。これにより、金属製還元反応容器1内の金属マグネシウムの枯渇を抑制できて、生産性を高めることができる。またこの場合、金属マグネシウムの供給により、溶融浴の浴面Sbが上昇するので、四塩化チタンの供給開始前の浴面Sbの初期の高さを比較的低く設定することができる。その結果として、溶融浴の浴面Sbの総移動距離を増大させやすくなる。なお、四塩化チタンの供給と金属マグネシウムの供給を同時に行うことができない場合があるので、金属マグネシウムは、四塩化チタンの供給の合間に断続的に供給することがある。 In the reduction step, metallic magnesium can be continuously or intermittently supplied into the metal reduction reaction vessel 1. As a result, the depletion of metallic magnesium in the metal reduction reaction vessel 1 can be suppressed, and the productivity can be increased. Further, in this case, since the bath surface Sb of the molten bath rises due to the supply of metallic magnesium, the initial height of the bath surface Sb before the start of supply of titanium tetrachloride can be set relatively low. As a result, it becomes easy to increase the total moving distance of the bath surface Sb of the melting bath. Since it may not be possible to supply titanium tetrachloride and metallic magnesium at the same time, metallic magnesium may be supplied intermittently between the supply of titanium tetrachloride.

また還元工程で、金属製還元反応容器1から塩化マグネシウムを排出する場合、塩化マグネシウムの排出は連続的又は断続的のいずれであってもよい。塩化マグネシウムを断続的に排出するときは、溶融浴の浴面Sbの高さ方向の変動及び移動距離を調節しやすくなるという利点がある。たとえば、塩化マグネシウムの排出の時間間隔を長くして一回の排出時の排出量を多くすれば、その際に浴面Sbが高さ方向に大きく変動する。塩化マグネシウムの断続的な排出は、たとえば、四塩化チタンを総供給量に対して7質量%〜10質量%供給する間に1回の頻度とすることができる。その際の1回当たりの排出量は、還元工程全体でのMgCl2総排出量の5質量%〜12質量%とすることができる。 Further, when magnesium chloride is discharged from the metal reduction reaction vessel 1 in the reduction step, the discharge of magnesium chloride may be continuous or intermittent. When magnesium chloride is discharged intermittently, there is an advantage that the variation in the height direction of the bath surface Sb of the melting bath and the moving distance can be easily adjusted. For example, if the time interval for discharging magnesium chloride is lengthened to increase the amount of magnesium chloride discharged at one time, the bath surface Sb fluctuates greatly in the height direction at that time. The intermittent discharge of magnesium chloride can be, for example, once during the supply of titanium tetrachloride in an amount of 7% by mass to 10% by mass based on the total supply amount. The amount discharged at one time can be 5% by mass to 12% by mass of the total amount of MgCl 2 discharged in the entire reduction step.

(分離工程)
還元工程が終了した後は、金属製還元反応容器1の内部には、上記の還元工程で生成したスポンジチタン塊TS及び壁面生成スポンジチタンWSの他、還元反応に用いられずに残留した金属マグネシウムや、還元反応の副生成物として生成した塩化マグネシウムその他の不純物が存在する。分離工程は、このような不純物を液体の状態で抜き取った後、さらに、金属製還元反応容器1の内部の圧力を低下させてスポンジチタン塊TS等から当該不純物を分離させるために行われる。
(Separation process)
After the reduction step is completed, in the metal reduction reaction vessel 1, in addition to the sponge titanium lump TS produced in the reduction step and the wall surface-generated sponge titanium WS, the metallic magnesium remaining without being used in the reduction reaction. There are also magnesium chloride and other impurities produced as a by-product of the reduction reaction. The separation step is performed to remove such impurities in a liquid state and then further reduce the pressure inside the metal reduction reaction vessel 1 to separate the impurities from the sponge titanium lump TS or the like.

分離工程では、液抜き後に、たとえば、金属製還元反応容器1を1000℃程度に加熱しながら、金属製還元反応容器1内を減圧して真空雰囲気等にする。これにより、金属製還元反応容器1内に存在していた金属マグネシウムや塩化マグネシウム等の不純物は吸引されて、金属製還元反応容器1内から取り除かれる。 In the separation step, after draining the liquid, for example, while heating the metal reduction reaction vessel 1 to about 1000 ° C., the inside of the metal reduction reaction vessel 1 is depressurized to create a vacuum atmosphere or the like. As a result, impurities such as metallic magnesium and magnesium chloride existing in the metal reduction reaction vessel 1 are sucked and removed from the metal reduction reaction vessel 1.

なお、分離工程の後は、金属製還元反応容器1内の底部3側に設けたロストル7等を用いて、その上にあるスポンジチタン塊TSを、金属製還元反応容器1内から取り出す。そして、スポンジチタン塊TSを粒状に破砕し、スポンジチタンを得ることができる。 After the separation step, the sponge titanium lump TS on the rostrum 7 or the like provided on the bottom 3 side in the metal reduction reaction vessel 1 is taken out from the metal reduction reaction vessel 1. Then, the sponge titanium lump TS can be crushed into granules to obtain sponge titanium.

次に、この発明のスポンジチタンの製造方法を試験的に実施し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、これに限定されることを意図するものではない。 Next, the method for producing titanium sponge of the present invention was carried out on a trial basis, and its effect was confirmed, which will be described below. However, the description here is for the purpose of mere illustration, and is not intended to be limited thereto.

図1に示すような金属製還元反応容器及び還元炉を用いて、還元工程を行い、スポンジチタン塊を生成させた。金属製還元反応容器は、寸法形状として内径が1900mm、有効空間高さが4300mmの側壁部位円筒状のものを用いた。実施例1〜4並びに比較例1〜3では、還元工程で四塩化チタンの供給とともに、還元工程の全期間にわたって、塩化マグネシウムの断続的な排出を行った。四塩化チタンを総供給量に対して7質量%〜10質量%供給する間に1回の頻度で塩化マグネシウムの排出を行い、その際の1回当たりの排出量は、還元工程全体でのMgCl2総排出量の5質量%〜12質量%の範囲内とした。実施例1〜4及び比較例1〜3の各条件を表1に示す。実施例5は、還元工程の間に塩化マグネシウムの排出を行わず、四塩化チタンの滴下が総供給量の50質量%に達するまで、総供給量の10質量%の四塩化チタンを供給する毎に浴面の総移動距離の比を0.12とするとともに、浴面位置の側壁温度を720℃とした。 A reduction step was carried out using a metal reduction reaction vessel and a reduction furnace as shown in FIG. 1 to generate a sponge titanium mass. As the metal reduction reaction vessel, a cylindrical one having an inner diameter of 1900 mm and an effective space height of 4300 mm was used. In Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, titanium tetrachloride was supplied in the reduction step, and magnesium chloride was intermittently discharged over the entire period of the reduction step. Magnesium chloride is discharged once while supplying 7% by mass to 10% by mass of titanium tetrachloride with respect to the total supply amount, and the amount discharged at that time is MgCl in the entire reduction process. 2 The total emission amount was set within the range of 5% by mass to 12% by mass. Table 1 shows the conditions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3. In Example 5, magnesium chloride is not discharged during the reduction step, and every time 10% by mass of titanium tetrachloride is supplied until the dropping of titanium tetrachloride reaches 50% by mass of the total supply amount. The ratio of the total moving distance of the bath surface was set to 0.12, and the side wall temperature at the bath surface position was set to 720 ° C.

浴面の総移動距離の比は、四塩化チタンを10質量%滴下する度に、当該滴下量と、金属製還元反応容器の内径と、塩化マグネシウムの排出量とを用いて求め、実施例1〜4及び比較例1〜3はその結果を表1に示す。また、実施例1〜4及び比較例1〜3では、四塩化チタンの滴下開始から50質量%滴下までの間の期間の(Hsmax−Hsmin)/Heは0.15以上とした。実施例5では、上記四塩化チタン50質量%滴下までの(Hsmax−Hsmin)/Heを0.25以上とした。
なお、浴面位置の側壁温度を700℃未満になるようにすると、当該温度が金属マグネシウムの融点に近くなって還元反応を適正に行い得なくなることが懸念されたので、そのような低温での試験は行わなかった。
The ratio of the total moving distance of the bath surface was obtained every time 10% by mass of titanium tetrachloride was dropped, using the dropping amount, the inner diameter of the metal reduction reaction vessel, and the amount of magnesium chloride discharged. The results of ~ 4 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1. Further, in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, (Hsmax-Hsmin) / He during the period from the start of dropping titanium tetrachloride to the dropping of 50% by mass was set to 0.15 or more. In Example 5, (Hsmax-Hsmin) / He up to the dropping of 50% by mass of titanium tetrachloride was set to 0.25 or more.
If the side wall temperature at the bath surface position is set to less than 700 ° C., there is a concern that the temperature will be close to the melting point of metallic magnesium and the reduction reaction cannot be performed properly. Therefore, at such a low temperature. No test was performed.

実施例1〜5及び比較例1〜3のそれぞれについて、還元工程後に、金属製還元反応容器の側壁の内面上方側に生成した壁面生成スポンジチタンの金属製還元反応容器の半径方向の最大厚みを測定した。なおここで、壁面生成スポンジチタンの半径方向の最大厚みは、金属製還元反応容器の側壁の周方向に90°間隔で4点のそれぞれにて、付着厚みが最大の箇所を測定し、その4点の測定値を平均した値とした。そして、壁面生成スポンジチタンの半径方向の厚みが200mm以下であった場合を合格とし、それ以外の場合を不合格として評価した。その結果も表1に示す。また、実施例5は上記壁面生成スポンジチタンの厚み評価が合格であった。 For each of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, the maximum thickness in the radial direction of the metal reduction reaction vessel of the wall-generated sponge titanium generated on the inner surface upper side of the side wall of the metal reduction reaction vessel after the reduction step was determined. It was measured. Here, the maximum thickness of the wall-generated titanium sponge in the radial direction is measured at four points at 90 ° intervals in the circumferential direction of the side wall of the metal reduction reaction vessel, and the points where the maximum adhesion thickness is obtained are measured. The measured values of the points were averaged. Then, the case where the thickness of the wall-generated sponge titanium in the radial direction was 200 mm or less was evaluated as a pass, and the other cases were evaluated as a failure. The results are also shown in Table 1. Further, in Example 5, the thickness evaluation of the wall-generated sponge titanium was passed.

表1に示すように、実施例1〜4は、四塩化チタン滴下50質量%までの間、総供給量の10質量%の四塩化チタンを供給する毎に総移動距離の比を0.12以上とするとともに、浴面位置の側壁温度を700℃〜950℃の範囲内としたことにより、壁面生成スポンジチタンが合格基準を満たすものであった。実施例5においても同様の結果を確認できた。
一方、比較例1は、上記総移動距離の比が0.12を下回ったことから、壁面生成スポンジチタンの評価結果が不合格であった。比較例2は、総供給量に対する四塩化チタン滴下40質量%から50質量%までの総移動距離の比が0.12より小さかったことから、不合格となった。比較例3は、総供給量に対する四塩化チタン滴下50質量%までの間の浴面位置の側壁温度が950℃を超えたことに起因して、不合格となった。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 4, the ratio of the total distance traveled was 0.12 for each supply of 10% by mass of titanium tetrachloride in the total amount of titanium tetrachloride dropped up to 50% by mass. In addition to the above, the side wall temperature at the bath surface was set within the range of 700 ° C. to 950 ° C., so that the wall-generated sponge titanium satisfied the acceptance criteria. Similar results could be confirmed in Example 5.
On the other hand, in Comparative Example 1, since the ratio of the total moving distance was less than 0.12, the evaluation result of the wall surface-generated sponge titanium was unacceptable. Comparative Example 2 was rejected because the ratio of the total distance traveled from 40% by mass to 50% by mass of titanium tetrachloride added dropwise to the total supply amount was smaller than 0.12. Comparative Example 3 was rejected because the side wall temperature at the bath surface position up to 50% by mass of titanium tetrachloride dropping with respect to the total supply amount exceeded 950 ° C.

以上より、この発明によれば、金属製還元反応容器の側壁の内面上への厚い壁面生成スポンジチタンの形成を抑制できることが解かった。 From the above, it was found that according to the present invention, the formation of thick wall-formed sponge titanium on the inner surface of the side wall of the metal reduction reaction vessel can be suppressed.

1、51 金属製還元反応容器
2、52 側壁
3、53 底部
4 蓋体
5 副生成物排出管
6 原料供給管
7 ロストル
7a ロストルの表面
8 還元炉
TS スポンジチタン塊
WS 壁面生成スポンジチタン
Bm 溶融浴
Sb 浴面
Hs 溶融浴の浴面の高さ
He 金属製還元反応容器内の有効空間高さ
1,51 Metal reduction reaction vessel 2,52 Side wall 3,53 Bottom 4 Lid 5 By-product discharge pipe 6 Raw material supply pipe 7 Rostle 7a Rostle surface 8 Reduction furnace TS Sponge titanium block WS Wall surface generation Sponge titanium Bm Melting bath Sb Bath surface Hs Height of the bath surface of the melting bath He Height of the effective space in the metal reduction reaction vessel

Claims (3)

金属製還元反応容器内で、金属マグネシウムを含む溶融浴に四塩化チタンを供給し、スポンジチタン塊を生成する還元工程を含む、スポンジチタンの製造方法であって、
前記還元工程で、四塩化チタンの供給量が、少なくとも、四塩化チタンの総供給量の50質量%に達するまでの間、
四塩化チタンを前記総供給量の10質量%供給する毎に、前記溶融浴の浴面の総移動距離を、金属製還元反応容器内の有効空間高さに対する比で、0.12以上とし、かつ、
高さ方向における前記浴面の位置での金属製還元反応容器の側壁の温度を、700℃〜950℃の範囲内とする、スポンジチタンの製造方法。
A method for producing titanium sponge, which comprises a reduction step of supplying titanium tetrachloride to a molten bath containing metallic magnesium to produce titanium sponge lumps in a metal reduction reaction vessel.
In the reduction step, until the supply amount of titanium tetrachloride reaches at least 50% by mass of the total supply amount of titanium tetrachloride.
Every time 10% by mass of the total supply amount of titanium tetrachloride is supplied, the total movement distance of the bath surface of the melting bath is set to 0.12 or more as a ratio to the effective space height in the metal reduction reaction vessel. And,
A method for producing titanium sponge, wherein the temperature of the side wall of the metal reduction reaction vessel at the position of the bath surface in the height direction is in the range of 700 ° C. to 950 ° C.
前記還元工程で、金属製還元反応容器内で生成する塩化マグネシウムを、金属製還元反応容器から断続的に排出する、請求項1に記載のスポンジチタンの製造方法。 The method for producing titanium sponge according to claim 1, wherein magnesium chloride produced in the metal reduction reaction vessel is intermittently discharged from the metal reduction reaction vessel in the reduction step. 前記還元工程で、金属製還元反応容器内に金属マグネシウムを断続的に供給する、請求項1又は2に記載のスポンジチタンの製造方法。 The method for producing titanium sponge according to claim 1 or 2, wherein in the reduction step, metallic magnesium is intermittently supplied into the metal reduction reaction vessel.
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