JP3234979B2

JP3234979B2 - 溶融塩浴の浴温・浴面レベル制御装置

Info

Publication number: JP3234979B2
Application number: JP03043099A
Authority: JP
Inventors: 隆志上田平
Original assignee: 株式会社住友シチックス尼崎
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2001-12-04
Anticipated expiration: 2019-02-08
Also published as: JP2000226685A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭｇＣｌ₂の溶融
塩浴を使用した電解による金属Ｍｇの製造等に使用され
る溶融塩浴の浴温・浴面レベル制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｔｉの塩化物を金属Ｍｇで還元して金属
Ｔｉを製造するクロール法では、その金属Ｍｇは通常、
ＭｇＣｌ₂を含む溶融塩浴を使用した電解法により製造
される。この電解法では、電解室と捕集室を備えた電解
槽が使用される。電解槽内に収容された溶融塩浴中のＭ
ｇＣｌ₂は、陽極及び陰極を備えた電解室で電気分解さ
れて溶融Ｍｇを生成する。溶融Ｍｇを含む溶融塩浴は、
電解室に隣接する捕集室に循環し、溶融塩浴中の溶融Ｍ
ｇが浮上分離される。電解槽としては、複数組の電極対
を備え、更には各組の陽極と陰極の間に双極電極を備え
た多極式電解槽が、電解時の電流効率の向上を目的とし
て使用されることが多い。

【０００３】このような多極式電解槽では、従来の単極
式電解槽に比べ、電極構造が複雑であるので、より高い
電流効率を得るためには、溶融塩浴の温度やその浴面レ
ベルを高精度に制御することが必要となる。

【０００４】即ち、溶融塩浴の温度（浴温）は電流効率
に大きな影響を及ぼす。多極式電解槽では電極間隔が狭
いため、陽極面で発生する塩素ガス泡と陰極面で生成す
る溶融金属Ｍｇの微小粒が混じり合って存在する。この
ため、生成した溶融金属Ｍｇと塩素ガスが接触する機会
が、従来の単極式電解槽に比べて非常に多くなる。

【０００５】このような状況下で溶融塩浴の温度が高い
と、生成した溶融金属Ｍｇと塩素ガスが反応し、ＭｇＣ
ｌ₂を生成する所謂バックリアクションが発生し、電流
効率が極端に低下する。逆に溶融塩浴の温度が低すぎる
と、生成した溶融金属Ｍｇが電極間で一部固化し、短絡
現象が発生する。短絡現象が発生すると、その電極間で
は電気分解が行われなるなるので、この場合も電流効率
が悪化する。

【０００６】溶融塩浴の温度は電解槽の熱バランスによ
って決まるが、溶融塩浴自体が幾分かの電気抵抗をもつ
ため、電気分解時には必ず発熱が起こる。このため、通
常は電解槽を若干の発熱型に設計し、その発熱による温
度が上昇する溶融塩浴を、溶融塩浴中に浸漬される熱交
換器により冷却することで、溶融塩浴の温度を所定値に
制御することが行われる。ちなみに、電解槽を吸熱型に
設計した場合は、頻繁な加熱が必要となり、経済性が悪
化する。

【０００７】そして、この浴温制御用の浸漬型熱交換器
としては、特開平４−２１４８８９号公報に示されてい
るように、電解槽の蓋体を貫通して電解槽内の溶融塩浴
に浸漬される一対の縦管と、一対の縦管の間に多段に配
置されてこの間を繋ぐ複数本の横管とを組み合わせたも
のが通常使用される。複数本の横管は、溶融塩浴中に完
全に浸漬され、伝熱部を構成する。熱交換用の流体は、
一方の縦管から導入され、複数本の横管を通過後、他方
の縦管より排出される。

【０００８】一方、溶融塩浴の浴面レベルについては、
次のような理由から、厳密な制御が必要となる。

【０００９】多極式電解槽の狭い電極間で生成された溶
融金属Ｍｇの微小粒は、溶融塩浴の対流により電解室か
ら捕集室に運ばれ、溶融塩浴との比重差により浴面上に
浮上し、溶融Ｍｇ層を形成することにより捕集される。
微小な溶融金属Ｍｇを効率よく捕集するためには、電解
室内の双極電極や陰極が単に溶融塩浴中に浸漬されてい
れば良いというものではななく、溶融塩浴の浴面が双極
電極や陰極の上端のどれくらい上方に位置するかが重要
となる。また逆に、双極電極や陰極が浴面上に露出した
場合は、発生する塩素ガスによりこれら電極の腐食が発
生し、生成する金属Ｍｇが汚染したり、電解槽の寿命が
短くなる。従って、浴面レベルを所定値に制御すること
が必要になる。

【００１０】そして、この浴面レベル制御には、特開昭
５８−１６１７８８号公報に記載されているように、底
面が開放したタンクを溶融塩浴中に浸漬し、タンク内に
注入されたＡｒガス等の不活性ガスの量を調整する方法
が用いられる。タンク内のガス量の調整、即ちタンク内
へのガス供給及びタンク内からのガス排出は、電解槽の
蓋体を貫通してタンクに接続された給排管を通して行わ
れる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電解槽には、浴温制御用の熱交換器と浴面レベル制御用
のタンクに関連して以下のような問題がある。

【００１２】浴温制御用の熱交換器と浴面レベル制御用
のタンクは、電解槽の捕集室内に並列的に設置されてい
るが、それぞれが比較的大型の構造物であるため、電解
槽内の設置スペースが大きくなり、電解槽が大型化す
る。

【００１３】浴温制御用の熱交換器と浴面レベル制御用
のタンクには浮力が加わる。この浮力等に抗してこれら
の構造物を支持するために、熱交換器及びタンクは蓋体
と一体化されている。即ち、浴温制御用の熱交換器は、
一対の縦管を蓋体に接続することにより支持され、浴面
レベル制御用のタンクも給排管を蓋体に接続した構造に
なっている。そして、これらの構造物は損傷した場合に
取り替える必要があり、取り替え時等には熱交換器とタ
ンクを別々に昇降させるため、従来の電解槽では、蓋体
は熱交換器部分とタンク部分に分割されている。

【００１４】しかしながら、蓋体を分割すると、電解槽
内の気密性が低下し、溶融塩浴が吸湿することにより、
電流効率が低下する。そもそも電解槽に蓋体を設けてい
るのは、溶融塩浴が吸湿性をもつため、この吸湿による
電流効率の低下を阻止するために他ならない。

【００１５】浴温制御用の熱交換器と浴面レベル制御用
のタンクは又、浮力以外にも熱膨張や冷却時の収縮に伴
って大きな熱応力を受けるので、この熱応力に耐え得る
構造でないと頻繁に損傷し、経済性の悪化を招く。

【００１６】本発明の第１の目的は、浴温制御用の熱交
換器と浴面レベル制御用のタンクを一体化した小型で、
蓋体の分割を必要としない溶融塩浴の浴温・浴面レベル
制御装置を提供することにある。

【００１７】本発明の第２の目的は、熱応力による損傷
を抑制できる溶融塩浴の浴温・浴面レベル制御装置を提
供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の浴温・浴面レベ
ル制御装置は、第１の目的を達成するために、電解槽の
蓋体を貫通して電解槽内の溶融塩浴に浸漬され、一方が
熱交換用流体の導入管とされ、他方がその流体の導出管
とされた一対の縦管と、一対の縦管の間を繋いで前記流
体を流通させる複数本の横管により構成され、一対の縦
管の間に空間が形成されるように、複数本の横管が一対
の縦管の間を避けて両側に分割配置された伝熱部と、一
対の縦管の間に形成された空間に、複数本の横管に囲ま
れて配置された浴面レベル制御用のタンクとを具備して
いる。

【００１９】タンクの支持構造としては、タンクを一対
の縦管と接続して溶融塩浴中に支持する構成が、構造簡
略化の点から好ましい。

【００２０】第２の目的を達成するために、タンクと一
対の縦管を接続する一組の接続部のうちの少なくとも一
方、及び／又は一対の縦管と蓋体を接続する一組の接続
部のうちの少なくとも一方を、横管の長手方向の変位を
吸収できる可動構造とすることが望まれる。同じく、電
解槽の蓋体を貫通してタンクに接続され、タンクに対し
て浴面レベル制御用流体の供給及び排出を行う給排管と
蓋体の接続部を、給排管の長手方向の変位を吸収できる
可動構造とすることが望まれる。

【００２１】また、複数本の横管の浮力による撓みを防
止するために、タンクを利用して複数本の横管を支持す
ることが望まれる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２３】図１は本発明の実施形態に係る浴温・浴面
レベル制御装置の正面図、図２は同制御装置における横
管の形状及び支持構造を示す斜視図、図３は同制御装置
における縦管とタンクの接続部の斜視図、図４は同制御
装置における縦管と蓋体の接続部の縦断面図、図５は同
接続部の斜視図、図６は同制御装置における蓋体と給排
管の接続部の縦断面図である。

【００２４】本発明の実施形態に係る浴温・浴面レベル
制御装置は、ＭｇＣｌ₂の溶融塩浴を使用した電解法に
よる金属Ｍｇの製造に使用され、具体的には、図１に示
すように、溶融塩浴１０を収容する電解槽の捕集室に設
置される。

【００２５】この浴温・浴面レベル制御装置は、浴温制
御用の熱交換器２０と浴面レベル制御用のタンク３０
を、捕集室の蓋体４０と共に一体化した構造になってい
る。熱交換器２０は、蓋体４０を垂直方向に貫通して溶
融塩浴１０中に浸漬される左右一対の縦管２１，２１
と、溶融塩浴１０中で縦管２１，２１間を繋ぐ多数本の
横管２２，２２・・とを備えている。多数本の横管２
２，２２・・は、溶融塩浴１０を冷却する伝熱部を構成
している。

【００２６】熱交換器２０の縦管２１，２１は、下端部
が閉止された所謂ヘッダ管であり、その一方は、溶融塩
浴１０を冷却するための冷媒（例えばエア）を導入する
導入管である。他方の縦管２１はこの冷媒を排出する排
出管である。いずれの管も、熱交換器２０自体に加わる
浮力及びタンク３０に加わる最大浮力に耐え得る大径管
であり、蓋体４０とは溶接等により固着されている。

【００２７】多数本の横管２２，２２・・は、縦管２
１，２１より小径の水平管からなり、縦管２１，２１間
にタンク３０を設置するための空間を形成するために、
正面側と背面側の２組に分けられ、各側に所定の間隔で
多段配置されている。正面側に配置された横管２２・
は、図２に示すように、水平管の両端部を背面側へ折り
曲げて縦管２１，２１に接続した構造になっている。ま
た、背面側に配置された横管２２・は、水平管の両端部
を正面側へ折り曲げて縦管２１，２１に接続した構造に
なっている。

【００２８】浴面レベル制御用のタンク３０は、両側の
縦管２１，２１間に、正面側の横管２２・と背面側の横
管２２・に囲まれて設置されている。タンク３０を縦管
２１，２１間に固定するために、その両側部は上下２段
の接続部５０，５０によって両側の縦管２１，２１に接
続されている。

【００２９】各接続部５０は、図３に示すように、タン
ク３０の側面から外側に突出した支持板５１に、縦管２
１から内側に突出した支持板５２をボルト５３によって
結合した構造になっている。ここで、支持板５１に設け
られたボルト孔５４はタンク３０の横幅方向（横管２２
の長手方向）に伸びる長孔になっている。これにより、
接続部５０は横管２２の長手方向に伸縮可能となり、同
方向の変位を吸収できる。

【００３０】また、縦管２１，２１と蓋板４０の各接続
部７０は、図４及び図５に示すように、蓋体４０に設置
された管体７２のフランジ７４と、管体７２の内側を貫
通する縦管２１のフランジ７１を、円周方向の複数位置
でボルト止めした構造になっている。ここで、上側のフ
ランジ７１に設けられた複数のボルト孔７３、７３・・
を、タンク３０の横幅方向（横管２２の長手方向）に伸
びる長孔とすれば、接続部７０は横管２２の長手方向に
伸縮可能となり、同方向の変位をより効果的に吸収でき
る。

【００３１】タンク３０の正面及び背面には、複数個の
フック３１，３１・・がそれぞれ取り付けられている。
タンク３０の正面に取り付けられたフック３１，３１・
・は、正面側に多段配置された横管２２・の浮力による
撓みを防止するために、横管２２・を上方から支持す
る。タンク３０の背面に取り付けられたフック３１，３
１・・も同様に、背面側に多段配置された横管２２・を
上方から支持してその浮力による撓みを防止する。

【００３２】タンク３０の底面は、溶融塩浴１０の出し
入れを行うために、一部又は全部が開放している。タン
ク３０の上面には、垂直な給排管６０が接続されてい
る。給排管６０は蓋体４０を貫通し、蓋体４０とは図４
に示す接続部により接続されている。

【００３３】即ち、この接続部は、蓋体４０の上面に取
り付けられ、内側を給排管６０が挿通するフランジ付き
の接続管６１と、接続管６１のフランジより上方に位置
して給排管６０に取り付けられたフランジ６２と、上下
のフランジを気密に接続するベローズ６３とを備えてい
る。ここで、ベローズ６３は給排管６０の長手方向に伸
縮可能である。従って、接続部は蓋体４０と給排管６０
の間を気密に接続し、且つ給排管６０の長手方向変位を
吸収できる。

【００３４】次に、本発明の実施形態に係る浴温・浴面
レベル制御装置の機能及び特徴について説明する。

【００３５】熱交換器２０の一方の縦管２１より冷媒を
導入する。その冷媒は、多数本の横管２２，２２・・を
流通する間に溶融塩浴１０を冷却し、他方の縦管２１よ
り排出される。冷媒の流量等を調節することにより、溶
融塩浴１０は所定の温度に制御される。

【００３６】給排管６０を通してタンク３０内に不活性
ガスを注入すると、タンク３０内の溶融塩浴１０が排出
され、電解槽内の浴面が上昇する。タンク３０内の不活
性ガスを排出すると、タンク３０内に溶融塩浴１０が流
入し、電解槽内の浴面が下降する。給排管６０を通して
タンク３０内の不活性ガス量を調整することにより、浴
面レベルが所定値に制御される。

【００３７】熱交換器２０の伝熱部を構成する多数本の
横管２２，２２・・は、縦管２１，２１の間を避けて正
面側と背面側に分割配置されている。そして、この分割
配置によって縦管２１，２１の間に形成された空間に、
浴面レベル制御用のタンク３０が配置されている。つま
り、タンク３０は熱交換器２０の内側に一体化されてい
る。このため、熱交換器２０とタンク３０を並列配置す
る場合に比べて設置スペースが小さくなり、電解槽が小
型化される。

【００３８】熱交換器２０の内側にタンク３０が一体化
され、これに伴って両者間で蓋板４０が共用されている
ので、蓋板４０の分割による電解槽の気密性低下が防止
される。

【００３９】タンク３０の取り付けに両側の縦管２１，
２１が利用されている。つまり、タンク３０は両側の縦
管２１，２１に接続部５０を介して取り付けられてい
る。このため、専用の支持部材を使用する場合に比べ
て、支持構造が小型化され、且つその構造が簡単にな
る。

【００４０】横管２２，２２・・は熱膨張及び熱収縮に
より長手方向に伸縮する。接続部５０，７０を横管２
２，２２・・の長手方向に伸縮可能とすれば、横管２
２，２２・・の長手方向の伸縮に伴って縦管２１，２１
の間隔が変わる。つまり、タンク３０の取り付けに両側
の縦管２１，２１を利用し、且つ縦管２１，２１が蓋体
４０に支持されているにもかかわらず、縦管２１，２１
がタンク３０や蓋体４０によって拘束されず、横管２
２，２２・・の長手方向の伸縮に追従して縦管２１，２
１の間隔が変わる。このため、横管２２，２２・・の変
形やその取り付け部の損傷が防止される。

【００４１】なお、この可動式（伸縮式）の接続部５
０，７０は、一方（通常は７０の側）を省略してもよ
く、また、一対の縦管２１，２１の少なくとも一方の側
に設けられていればよい。

【００４２】正面側及び背面側の横管２２，２２・・は
小径管からなるので、浮力による撓みを生じやすいが、
タンク３０の正面及び背面に取り付けられたフック３
１，３１・・によりこれらの横管２２，２２・・が支持
されるので、その撓みを生じない。しかも、横管２２，
２２・・はタンク３０の正面及び背面に接近しているの
で、タンク３０の正面及び背面に取り付けられるフック
３１，３１・・は小型で簡単なものとなる。

【００４３】給排管６０も熱膨張及び熱収縮により長手
方向に伸縮するが、給排管６０と蓋体４０の間が、給排
管６０の長手方向に伸縮可能なベローズ６３によって接
続されているので、給排管６０の変形やその取り付け部
の損傷が防止される。また、タンク３０に作用する浮力
によって給排管６０が長手方向に変位する場合にも、給
排管６０の変形やその取り付け部の損傷が防止される。

【００４４】図７は本発明の他の実施形態に係る浴温・
浴面レベル制御装置の斜視図である。この実施形態で
は、一対の縦管２１，２１の各下端部に、水平管２３と
垂直管２４，２４を組み合わせたＨ型のヘッダ部が接続
されており、垂直管２４，２４には、正面側の横管２１
・と背面側の横管２２・がそれぞれ接続されている。Ｈ
型のヘッダ部を設けたことにより、横管２２，２２・・
は両端部を折り曲げる必要がなくなり、全長にわたって
真直である。他の構成は上述した実施形態と同じであ
る。

【００４５】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の溶融塩浴
の浴温・浴面レベル制御装置は、浴温制御用の熱交換器
の内側に浴面レベル制御用のタンクを組み合わせた一体
構造を採用するので、両者を並列配置する場合よりも装
置規模を小型化でき、電解槽の小型化を可能にする。ま
た、熱交換器とタンクの間で蓋体を共用するので、蓋体
の分割による電解槽の気密性低下を防止できる。

【００４６】熱交換器の一対の縦管をタンクの支持に利
用した場合は、その支持構造を簡略化できる。

【００４７】タンクと一対の縦管を接続する一組の接続
部のうちの少なくとも一方、好ましくはこれに加えて一
対の縦管と蓋体を接続する一組の接続部のうちの少なく
とも一方を、横管の長手方向の変位を吸収できる可動構
造とした場合は、横管の熱伸縮による変形を防止でき
る。

【００４８】横管を支持する支持部材をタンクに設けた
場合は、浮力による横管の撓みを簡単な構造で防止でき
る。

【００４９】給排管と蓋体の接続部を、給排管の長手方
向の変位を吸収できる可動構造とした場合は、給排管の
温度変化やタンクに作用する浮力による給排管の変形や
その取り付け部の損傷を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る浴温・浴面レベル制御
装置の正面図である。

【図２】同制御装置における横管の形状及び支持構造を
示す斜視図である。

【図３】同制御装置における縦管とタンクの接続部の斜
視図である。

【図４】同制御装置における縦管と蓋体の接続部の縦断
面図である。

【図５】同接続部の斜視図である。

【図６】同制御装置における蓋体と給排管の接続部の縦
断正面図である。

【図７】本発明の別の実施形態に係る浴温・浴面レベル
制御装置の斜視図である。

【符号の説明】

１０溶融塩浴２０熱交換器２１縦管２２横管３０タンク３１フック（横管支持部材）４０蓋板５０，７０接続部６０給排管

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電解槽の蓋体を貫通して電解槽内の溶融
塩浴に浸漬され、一方が熱交換用流体の導入管とされ、
他方がその流体の導出管とされた一対の縦管と、一対の
縦管の間を繋いで前記流体を流通させる複数本の横管に
より構成され、一対の縦管の間に空間が形成されるよう
に、複数本の横管が一対の縦管の間を避けて両側に分割
配置された伝熱部と、一対の縦管の間に形成された空間
に、複数本の横管に囲まれて配置された浴面レベル制御
用のタンクとを具備することを特徴とする溶融塩浴の浴
温・浴面レベル制御装置。
【請求項２】前記タンクは一対の縦管と接続されて溶
融塩浴中に支持されることを特徴とする請求項１に記載
の溶融塩浴の浴温・浴面レベル制御装置。
【請求項３】前記タンクと一対の縦管を接続する一組
の接続部のうちの少なくとも一方、及び／又は一対の縦
管と前記蓋体を接続する一組の接続部のうちの少なくと
も一方が、横管の長手方向の変位を吸収できる可動構造
であることを特徴とする請求項２に記載の溶融塩浴の浴
温・浴面レベル制御装置。
【請求項４】前記タンクには、複数本の横管を支持す
る支持部材が設けられていることを特徴とする請求項
１、２又は３に記載の溶融塩浴の浴温・浴面レベル制御
装置。
【請求項５】前記電解槽の蓋体を貫通して前記タンク
に接続され、前記タンクに対して浴面レベル制御用流体
の供給及び排出を行う給排管と蓋体の接続部が、給排管
の長手方向の変位を吸収できる可動構造である請求項
１、２、３又は４に記載の溶融塩浴の浴温・浴面レベル
制御装置。