JP3701930B2

JP3701930B2 - Sponge titanium manufacturing method

Info

Publication number: JP3701930B2
Application number: JP2002201731A
Authority: JP
Inventors: 慎也山本
Original assignee: 住友チタニウム株式会社
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004043872A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロール法によるスポンジチタン製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属チタンの工業的な製造方法として、クロール法により製造されたスポンジチタンを電気溶解する方法が多用されている。クロール法によるスポンジチタンの製造では、周知のとおり、還元反応容器内に予め溶融Ｍｇを充填し、そこにＴｉＣｌ₄を滴下することで、反応容器内にスポンジチタンが生成される。生成されたスポンジチタンは真空分離工程後、反応容器から取り出される。
【０００３】
溶融Ｍｇによる還元反応中、反応容器では、反応の進行に伴ってスポンジチタンが生成すると共に、ＭｇＣｌ₂が副生し、反応液面が上昇する。反応液面が上昇すると、反応容器上部に装着された蓋体への熱影響が激しくなる。また、上部に存在するＴｉＣｌ₄を滴下するパイプが閉塞し易くなる。これらのため、反応途中に何回もＭｇＣｌ₂を抜き取って反応液面を低下させる作業が繰り返される。
【０００４】
反応容器から副生ＭｇＣｌ₂を抜き取る操作は一般にタップと呼ばれている。１回のタップ量は基本的に一定であり、経験的に設定されている。
【０００５】
また、ＭｇＣｌ₂のタップと並行して溶融Ｍｇのチャージを行うこともある。
これは次のような理由による。還元反応開始時における溶融Ｍｇの充填量（溶融Ｍｇの初期チャージ量）を多くすると、反応液面が蓋体に近づく時期が早くなり、また還元反応に使用される溶融Ｍｇの絶対量が限られているため、溶融Ｍｇの初期チャージ量を制限する。しかし、初期チャージ量を制限したままだと、生産性が低下する。そこで、初期チャージ量を、反応容器内の反応液面高さの有効空間高さに対する比で表して０．３〜０．４程度に制限した上で、スポンジチタンの生成と共に徐々に溶融Ｍｇを補充する操作が行われる。
【０００６】
溶融Ｍｇのチャージを行う場合、その時期はタップの直後が都合がよい。チャージの頻度については、２回或いは３回のタップに１回の割合でチャージ操作が画一的に行われており、チャージ量も一定で、通常はタップ量と同程度に設定されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような溶融Ｍｇによる還元反応を用いた従来のスポンジチタン製造方法では、ＭｇＣｌ₂のタップ操作及び溶融Ｍｇのチャージ操作に関係して以下の問題のあることが判明した。
【０００８】
ＴｉＣｌ₄の滴下は、ＭｇＣｌ₂のタップ操作や溶融Ｍｇのチャージ操作のときも停止しない。それは、ＴｉＣｌ₄の滴下を一度停止すると、滴下管のノズルが閉塞し、反応継続が不可能となるからである。しかし、何らかの原因で反応容器内のガス発生が過激になり、ガス抜き配管からのガス排出によっても安全な圧力が維持されず、圧力上昇を余儀なくされるような場合は、その圧力上昇を止めるためにＴｉＣｌ₄の滴下を停止する。
【０００９】
ＴｉＣｌ₄の滴下を停止すると、前述したとおり、ノズル閉塞のために反応再開が不可能となり、その時点で反応を停止せざるを得なくなる。特に反応後半でガス圧の急激な上昇が生じることが多く、その結果として反応途中で反応を終了させるか、ガス圧の急上昇の頻度が高いと予想される段階が還元反応の臨界点と考えて、事前に反応を終了する運転計画が採用されていた。その結果、収量は頭打ちであった。
【００１０】
後で詳しく説明するが、この収量の減少は、ＭｇＣｌ₂のタップ操作及び溶融Ｍｇのチャージ操作に関連する現象であることが、本発明者による調査から判明した。
【００１１】
本発明の目的は、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にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した反応後半でのガス圧の急上昇は、溶融Ｍｇのチャージを行わない場合よりもこれを行う場合のほうが高頻度で発生する点に本発明者は着目した。特に、タップ直後のチャージ作業を行った後に多発する。その原因を調査したところ、以下の事実が判明した。
【００１３】
溶融Ｍｇのチャージを行う場合は、そのチャージの分だけタップ量を多くするため、チャージを行わない場合よりも必然的にタップ量が多くなり、反応容器内の反応液面レベルの低下が顕著になる。一方、反応容器内では、反応の進行に伴ってスポンジチタンの生成量が増加していく。ここで、タップ操作及びチャージ操作の時期、量ともに画一的であると、操作の時期及び量が経験的に推考されているとはいえ、反応容器内では操作ごとに反応液面レベルが大きく変動する。スポンジチタン塊の高さが大きくなる反応後半で反応液面レベルが大きく変動し、特にタップ量が多いと、反応液面が下がり過ぎてスポンジチタン塊の上部が反応液面の上方に露出してしまうことがある。
【００１４】
ＴｉＣｌ₄は溶融Ｍｇの表面に散布されれば、Ｍｇと反応してスポンジチタンを生成する正常な反応となるが、スポンジチタン塊に直接接触すると、正常な反応が行われなくなり、ＴｉＣｌ₄のガスやＴｉＣｌ₂などの亜塩化チタンガスが反応容器内で多量に発生する。その結果、反応容器内の圧力が急上昇し、反応途中で反応を終了させることによる収量の低下が生じる。
【００１５】
これとは反対に、反応液面が高くなりすぎ、上方の蓋体への熱影響が顕著化することもある。これを防止するために、Ｍｇチャージ前のＭｇＣｌ₂タップ量を多くすると、容器内の上部空間が拡大し、この上部空間における温度が低下する。その結果、低級塩化物の生成と凝集が促進され、還元反応の進行が妨害される結果、スポンジチタンの収量が低下する。また、上述したように、スポンジチタンの上部が反応液面の上方に露出し、ガス圧が上昇することによっても、スポンジチタンの収量が減少する。
【００１６】
更に、溶融Ｍｇの初期チャージ量を少なく制限する結果、反応前半において上部空間温度の低下により還元反応の進行が妨害され、これによってもスポンジチタンの収量が低下する。
【００１７】
このように、従来のスポンジチタン製造方法では、ＭｇＣｌ₂のタップ操作及び溶融Ｍｇのチャージ操作が原因となって、スポンジチタンの収量が大きく低下していることが、本発明者による調査から判明した。
【００１８】
本発明のスポンジチタン製造方法は、かかる調査結果に基づいてスポンジチタンの収量低下を阻止するものであり、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反応中に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により、前記容器内の反応液面レベルを、容器内に生成するスポンジチタンの上端位置より上方に維持するものである。
【００１９】
ここで、反応後半とは、具体的には、反応開始からのＭｇＣｌ₂のタップ量の累計値が、反応開始から反応終了までのＭｇＣｌ₂の総タップ量の５０％を超えた時点より後を言う。
【００２０】
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により、好ましくはＭｇＣｌ₂のタップ量を反応の進行に伴って段階的に少なくすることにより、反応後半においても、容器内の反応液面レベルを、容器内に生成するスポンジチタンの上端位置より上方に維持することが可能となるのである。
【００２１】
反応液面レベルの特に好ましい下限は、容器内に生成するスポンジチタンの上端位置より上方で、且つ容器内の有効空間の高さに対する高さ比で０．４以上である。この高さ比を０．４以上とすることにより、反応容器内の上部空間温度の低下による還元反応効率の低下が抑制される。
【００２２】
ＭｇＣｌ₂のタップ量を反応後半で反応前半より少なくすると、反応液面が上昇する傾向が、特に反応後半で増長される。このため、反応容器内への溶融Ｍｇのチャージ量を反応後半で反応前半より少なくすることが推奨され、そのチャージ量を反応の進行に伴って段階的に少なくすることが特に推奨される。これにより、反応後半においても、反応液面が高くなりすぎることによる蓋体への熱影響の顕著化が抑制される。
【００２３】
反応液面レベルの好ましい上限は、容器内の有効空間の高さに対する高さ比で０．９以下である。この高さ比を０．９以下とすることにより、蓋体への熱影響が効果的に回避される。
【００２４】
溶融Ｍｇの初期チャージ量は、容器内の反応液面高さの有効空間高さに対する比で０．４〜０．６が好ましい。この比が０．４未満の場合は反応前半における上部空間拡大に起因する還元反応効率の低下が顕著化する。反対に０．６を超えると、反応途中に反応液面レベルが高くなりすぎ、蓋体への熱影響が顕著化するおそれがある。
【００２５】
【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。図１は還元反応によるスポンジチタンの製造に使用される反応容器の縦断面図である。
【００２６】
本実施形態のスポンジチタン製造方法では、ステンレス鋼等からなる反応容器１０に溶融Ｍｇがチャージされる。反応容器１０は温度制御のための炉体２０内に収容されている。
【００２７】
この反応容器１０は、主要構成部材として容器本体１１と、その上面開口部を閉じる蓋体１２とを備えている。容器本体１１の下部には、スポンジチタンを保持するロストル１３が内蔵されると共に、副生されるＭｇＣｌ₂のタップ及び溶融Ｍｇのチャージに使用される導管１４が接続されている。一方、蓋体１２の中心部には、真空分離過程で別の反応容器と接続するのに使用される連結管１５と、ＴｉＣｌ₄を滴下供給するめための注入管１６とが設けられている。
【００２８】
操業では、反応容器１０内をアルゴン雰囲気に維持した状態で、その内部に溶融Ｍｇを初期チャージする。溶融Ｍｇの初期チャージは、反応前にはＴｉＣｌ₄の注入管１６が取り付けられていてないので、その孔から行うが、蓋体１２に設けられた連結管１５の上端部を開口して行ってもよい。初期チャージ量は、反応容器１０内の反応液面高さＨ１の有効空間高さＨ２に対する比（Ｈ１／Ｈ２）で０．４〜０．６とされる。
【００２９】
反応容器１０内の有効反応空間とは、現実に還元反応を実施できる最大空間であって、具体的には容器上部内の最も下方に存在する障害物（例えば熱遮蔽板等）からロストル１３までの空間である。
【００３０】
溶融Ｍｇの初期チャージが終わると、蓋体１２にＴｉＣｌ₄の注入管１６を取り付け、反応容器１０内を温度制御しつつ、その内部の溶融ＭｇにＴｉＣｌ₄を注入管１６から連続的に滴下供給していく。これに伴って生成したスポンジチタンが反応容器１０内のロストル１３上に堆積していく。
【００３１】
この還元反応に伴って、スポンジチタンの上端レベルＬ２が上昇する。また、副生物であるＭｇＣｌ₂が反応容器１０の底部内に溜まる。そのＭｇＣｌ₂を容器外へ抜き出すタップ操作を適宜導管１４を通して行う。タップ量は反応の進行に伴って段階的に減少させる。また、溶融Ｍｇの初期チャージ量が容器容量の半分程度に制限されているため、溶融Ｍｇのチャージを適宜（例えば２回のタップに１回の割合で）導管１４を通して行う。チャージ量は反応の進行に伴って段階的に減少させる。
【００３２】
これらの複合操作により、反応の全期間を通じて、反応液面レベルＬ１を、液面高さＨ１の有効空間高さＨ２に対する比（Ｈ１／Ｈ２）で０．４〜０．９の範囲内に維持し、且つスポンジチタンの上端レベルＬ２より上方に位置させることが可能となる。この結果として、反応液面が高くなりすぎることによる蓋体１２への熱影響の顕著化が回避される。また、反応容器１０内の上部空間が拡大することによる温度低下が回避され、これに起因する還元反応の進行妨害、スポンジチタンの収量低下が避けられる。更に、スポンジチタンの上部が反応液面の上方に露出することによる反応停止が回避されることによっても、スポンジチタンの収量低下が回避される。従って、生産性の大幅向上が実現される。
【００３３】
【実施例】
次に本発明の実施例を示し、従来例と対比することにより、本発明の効果を明らかにする。
【００３４】
（従来例）
計画収量が１０トンの実操業において、ＭｇＣｌ₂のタップと溶融Ｍｇのチャージを表１に示すスケジュールで実施した。
【００３５】
【表１】

【００３６】
溶融Ｍｇの初期チャージ量は３トンであり、前述した高さ比（Ｈ１／Ｈ２）では約０．３である。ＴｉＣｌ₄の総滴下量は４０トンである。ＭｇＣｌ₂のタップは、ＴｉＣｌ₄の累積滴下量が６トン、１２トン、１５トン、１９トン、２１トン、２５トン、２６．５トン、３０トン、３２トン、３６トンの各段階で合計１０回行った。各タップでのタップ量は何れも４トンである。溶融Ｍｇのチャージは、２回目、４回目、６回目、８回目のタップ後に行った。各チャージでのチャージ量は何れも４トンである。
【００３７】
この操業での反応液面のレベル変動及びスポンジチタンの生成高さ（上端レベル）の変化を図２（ａ）に示す。
【００３８】
反応前半における反応液面レベルが総体的に低い。反応後半では、溶融Ｍｇのチャージ後の反応液面レベルが比較的低く抑えられているものの、その反動でタップ時に反応液面レベルがスポンジチタンの生成高さより低くなり、収量が８トンの段階でスポンジチタンの上端部が反応液面の上に露出した。これにより、ガス圧が急上昇し、反応停止を余儀なくされた。結果、実績収量は計画収量１０トンに対し８トンであった。
【００３９】
（実施例）
計画収量が１０トンの実操業において、ＭｇＣｌ₂のタップと溶融Ｍｇのチャージを表２に示すスケジュールで実施した。
【００４０】
【表２】

【００４１】
溶融Ｍｇの初期チャージ量は比較例の２倍の６トンであり、前述した高さ比（Ｈ１／Ｈ２）では約０．５である。ＴｉＣｌ₄の総滴下量は４０トンである。ＭｇＣｌ₂のタップは、ＴｉＣｌ₄の累積滴下量が６トン、１２トン、１５トン、１９トン、２１．８トン、２６トン、２９トン、３３トン、３５．５トン、３８トンの各段階で合計１０回行った。タップ量は反応の進行に伴って４トンから１．５トンへ段階的に減らした。溶融Ｍｇのチャージは、２回目、４回目、６回目、８回目のタップ後に行ったが、チャージ量も４トンから１トンへ段階的に減らした。
【００４２】
この操業での反応液面のレベル変動及びスポンジチタンの生成高さ（上端レベル）の変化を図２（ｂ）に示す。
【００４３】
反応前半における反応液面レベルが総体的に高く、タップ時でも前述した高さ比（Ｈ１／Ｈ２）で０．４以上に維持されている。反応後半でも、前述した高さ比（Ｈ１／Ｈ２）で０．４以上に維持され、且つ、スポンジチタンの生成高さより高く維持され、スポンジチタンの上端部が反応液面の上に露出する事態が回避された。上限については、前述した高さ比（Ｈ１／Ｈ２）で０．９以下に低く抑えられている。実績収量は計画収量と同じ１０トンであった。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明のスポンジチタン製造方法は、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、ＭｇＣｌ₂のタップ量を反応後半で反応前半より少なくし、更に必要に応じて溶融Ｍｇのチャージ量を反応後半で反応前半より少なくすることにより、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低下を阻止し、生産性の大幅増大を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】還元反応によるスポンジチタンの製造に使用される反応容器の縦断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は比較例及び実施例での反応液面のレベル変動及びスポンジチタンの生成高さの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０反応容器
１１容器本体
１２蓋体
１３ロストル
１４導管
１５連結管
１６注入管
２０炉体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing sponge titanium by a crawl method.
[0002]
[Prior art]
As an industrial production method of titanium metal, a method of electrodissolving titanium sponge produced by a crawl method is frequently used. In the production of sponge titanium by the crawl method, as is well known, sponge Mg is produced in the reaction vessel by filling molten Mg in the reduction reaction vessel in advance and dropping TiCl ₄ therein. The produced sponge titanium is taken out from the reaction vessel after the vacuum separation step.
[0003]
During the reduction reaction with molten Mg, in the reaction vessel, sponge titanium is generated as the reaction proceeds, and MgCl ₂ is produced as a by-product, raising the reaction liquid level. When the reaction liquid level rises, the heat effect on the lid attached to the upper part of the reaction vessel becomes intense. In addition, the pipe for dropping TiCl ₄ existing at the upper portion is easily blocked. For these reasons, the work of extracting MgCl ₂ several times during the reaction to lower the reaction liquid level is repeated.
[0004]
The operation of extracting the by-product MgCl ₂ from the reaction vessel is generally called a tap. The amount of one tap is basically constant and is set empirically.
[0005]
Further, the molten Mg may be charged in parallel with the MgCl ₂ tap.
This is due to the following reason. Increasing the charged amount of molten Mg at the start of the reduction reaction (the initial charge amount of molten Mg) increases the time when the reaction liquid surface approaches the lid, and the absolute amount of molten Mg used in the reduction reaction is limited. Therefore, the initial charge amount of molten Mg is limited. However, if the initial charge amount is left limited, productivity will decrease. Therefore, the initial charge amount is expressed as a ratio of the reaction liquid surface height in the reaction vessel to the effective space height, and is limited to about 0.3 to 0.4, and then the molten Mg is gradually added as the titanium sponge is formed. Replenishment operation is performed.
[0006]
When charging molten Mg, it is convenient to immediately follow the tap. As for the frequency of charging, the charging operation is performed uniformly at a rate of once every two or three taps, the charge amount is also constant, and is usually set to the same level as the tap amount.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
It has been found that the conventional method for producing sponge titanium using the reduction reaction by molten Mg has the following problems in relation to the tap operation of MgCl ₂ and the charge operation of molten Mg.
[0008]
The dropping of TiCl ₄ does not stop during the tap operation of MgCl ₂ or the charging operation of molten Mg. This is because once the dropping of TiCl ₄ is stopped, the nozzle of the dropping tube is blocked and the reaction cannot be continued. However, if for some reason the generation of gas in the reaction vessel becomes radical and safe pressure is not maintained even when gas is exhausted from the venting pipe, the pressure rise will be stopped. The dropping of TiCl ₄ is stopped.
[0009]
When the dropping of TiCl ₄ is stopped, as described above, the reaction cannot be resumed due to the nozzle clogging, and the reaction must be stopped at that time. In particular, a rapid increase in gas pressure often occurs in the second half of the reaction, and as a result, the stage where the reaction is expected to end in the middle of the reaction or the frequency of the rapid increase in gas pressure is expected to be the critical point of the reduction reaction. An operation plan was adopted to end the reaction in advance. As a result, the yield leveled off.
[0010]
As will be described in detail later, it has been found from the investigation by the present inventors that this decrease in yield is a phenomenon related to the tap operation of MgCl ₂ and the charge operation of molten Mg.
[0011]
An object of the present invention is to provide a titanium sponge production method that enables an increase in productivity by preventing a decrease in yield due to a MgCl ₂ tapping operation and a molten Mg charging operation.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention paid attention to the fact that the above-described rapid increase in gas pressure in the latter half of the reaction occurs more frequently when the molten Mg is not charged than when the molten Mg is not charged. In particular, it occurs frequently after performing the charging operation immediately after tapping. When the cause was investigated, the following facts were found.
[0013]
When charging molten Mg, the tap amount is increased by the amount of charge, so the tap amount is inevitably larger than when charging is not performed, and the reaction liquid level in the reaction vessel is significantly reduced. Become. On the other hand, in the reaction vessel, the amount of titanium sponge produced increases as the reaction proceeds. Here, if the timing and amount of the tap operation and the charge operation are uniform, the operation liquid level is increased for each operation in the reaction vessel even though the operation timing and amount are empirically estimated. fluctuate. The reaction liquid level greatly fluctuates in the second half of the reaction when the height of the titanium sponge lump increases. Especially when the tap amount is large, the reaction liquid level falls too much and the upper part of the sponge titanium lump is exposed above the reaction liquid level. It may end up.
[0014]
If TiCl ₄ is sprayed on the surface of molten Mg, it reacts with Mg to produce normal sponge titanium, but when directly contacted with the sponge titanium mass, normal reaction is not performed, and TiCl ₄ gas A large amount of titanium subchloride gas such as TiCl ₂ is generated in the reaction vessel. As a result, the pressure in the reaction vessel rises rapidly, and the yield is reduced by terminating the reaction in the middle of the reaction.
[0015]
On the other hand, the reaction liquid level becomes too high, and the thermal effect on the upper lid may become noticeable. In order to prevent this, if the amount of MgCl ₂ tap before Mg charging is increased, the upper space in the container is enlarged, and the temperature in this upper space is lowered. As a result, the production and aggregation of lower chloride are promoted and the progress of the reduction reaction is hindered, resulting in a decrease in the yield of sponge titanium. Further, as described above, the yield of sponge titanium is also reduced when the upper portion of the sponge titanium is exposed above the reaction liquid surface and the gas pressure is increased.
[0016]
Furthermore, as a result of limiting the initial charge amount of molten Mg to be small, the progress of the reduction reaction is hindered by the lowering of the upper space temperature in the first half of the reaction, which also reduces the yield of titanium sponge.
[0017]
Thus, in the conventional method for producing titanium sponge, it was found from the investigation by the present inventors that the yield of titanium sponge was greatly reduced due to the tap operation of MgCl ₂ and the charge operation of molten Mg. .
[0018]
The method for producing sponge titanium according to the present invention prevents the decrease in the yield of sponge titanium based on the results of such investigation, and produces titanium sponge by adding TiCl ₄ dropwise to molten Mg contained in the reaction vessel. when the tap operation to extract the MgCl ₂ as a by-product from the container along with the intermittently performed during the reaction, by less than the reaction half the taps amount of MgCl ₂ in the second half reaction, the reaction liquid level in the container The level is maintained above the upper end position of the titanium sponge produced in the container .
[0019]
Here, specifically, the latter half of the reaction is after the point in time when the cumulative value of the MgCl ₂ tap amount from the start of the reaction exceeds 50% of the total tap amount of MgCl ₂ from the start of the reaction to the end of the reaction. To tell.
[0020]
By reducing the tap amount of MgCl _{2 in} the latter half of the reaction from the first half of the reaction, preferably by decreasing the tap amount of MgCl ₂ stepwise as the reaction proceeds, the reaction liquid level in the vessel is also increased in the second half of the reaction. levels, is the is possible to maintain above the upper end position of the titanium sponge to produce in the container.
[0021]
The particularly preferred lower limit of the reaction liquid level is 0.4 or more in terms of the height ratio with respect to the height of the effective space in the container above the upper end position of the sponge titanium produced in the container. By setting the height ratio to 0.4 or more, a reduction in reduction reaction efficiency due to a drop in the upper space temperature in the reaction vessel is suppressed.
[0022]
When the tap amount of MgCl ₂ is less than that in the first half of the reaction in the second half of the reaction, the tendency of the reaction liquid level to increase is increased particularly in the second half of the reaction. For this reason, it is recommended that the charge amount of molten Mg in the reaction vessel be smaller in the second half of the reaction than in the first half of the reaction, and it is particularly recommended that the charge amount be reduced stepwise as the reaction proceeds. Thereby, also in the second half of the reaction, the remarkable influence of the heat on the lid due to the excessively high reaction liquid level is suppressed.
[0023]
The preferable upper limit of the reaction liquid level is 0.9 or less in terms of the height ratio to the height of the effective space in the container. By setting the height ratio to 0.9 or less, the thermal influence on the lid is effectively avoided.
[0024]
The initial charge amount of molten Mg is preferably 0.4 to 0.6 in terms of the ratio of the reaction liquid surface height in the vessel to the effective space height. When this ratio is less than 0.4, the reduction of the reduction reaction efficiency due to the expansion of the upper space in the first half of the reaction becomes remarkable. On the other hand, if it exceeds 0.6, the reaction liquid level becomes too high during the reaction, and the thermal effect on the lid may become noticeable.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a reaction vessel used for producing sponge titanium by a reduction reaction.
[0026]
In the sponge titanium manufacturing method of the present embodiment, molten Mg is charged in the reaction vessel 10 made of stainless steel or the like. The reaction vessel 10 is accommodated in a furnace body 20 for temperature control.
[0027]
The reaction container 10 includes a container main body 11 and a lid body 12 that closes the upper surface opening as main constituent members. In the lower part of the container main body 11, a rooster 13 for holding sponge titanium is incorporated, and a MgCl ₂ tap produced as a by-product and a conduit 14 used for charging molten Mg are connected. On the other hand, a central portion of the lid 12 is provided with a connecting tube 15 used for connecting to another reaction vessel in a vacuum separation process and an injection tube 16 for supplying TiCl ₄ dropwise.
[0028]
In operation, while the inside of the reaction vessel 10 is maintained in an argon atmosphere, molten Mg is initially charged therein. The initial charge of molten Mg is carried out from the hole because the TiCl ₄ injection pipe 16 is not attached before the reaction, but the upper end of the connecting pipe 15 provided in the lid 12 is opened. Also good. The initial charge amount is set to 0.4 to 0.6 in the ratio (H1 / H2) of the reaction liquid surface height H1 in the reaction vessel 10 to the effective space height H2.
[0029]
The effective reaction space in the reaction vessel 10 is the maximum space in which the reduction reaction can be actually performed. Specifically, from the obstacle (for example, a heat shielding plate) present at the lowermost portion in the upper portion of the vessel to the rooster 13. Space.
[0030]
When the initial charge of molten Mg is completed, attaching the injection tube 16 of TiCl ₄ in the lid 12, while the reaction vessel 10 to temperature control, continuously dropped supplying TiCl ₄ from the injection pipe 16 to the interior of the molten Mg I will do it. Accompanied with this, titanium sponge produced is deposited on the rooster 13 in the reaction vessel 10.
[0031]
Accompanying this reduction reaction, the upper end level L2 of the sponge titanium rises. Also, MgCl _{2 as a} by-product accumulates in the bottom of the reaction vessel 10. A tap operation for extracting the MgCl ₂ out of the container is appropriately performed through the conduit 14. The tap amount is gradually decreased as the reaction proceeds. Further, since the initial charge amount of molten Mg is limited to about half of the container capacity, the molten Mg is charged through the conduit 14 as appropriate (for example, once every two taps). The amount of charge is decreased step by step as the reaction proceeds.
[0032]
Through these combined operations, the reaction liquid level L1 is maintained within the range of 0.4 to 0.9 in the ratio (H1 / H2) of the liquid surface height H1 to the effective space height H2 throughout the reaction period. In addition, it can be positioned above the upper end level L2 of the titanium sponge. As a result, the conspicuous thermal effect on the lid 12 due to the reaction liquid level becoming too high is avoided. Moreover, the temperature drop by expansion of the upper space in reaction container 10 is avoided, and the progress obstruction of the reduction reaction resulting from this and the yield fall of sponge titanium are avoided. Furthermore, a decrease in the yield of titanium sponge is also avoided by avoiding a reaction stop due to the upper part of the titanium sponge being exposed above the reaction liquid surface. Therefore, a significant improvement in productivity is realized.
[0033]
【Example】
Next, examples of the present invention will be shown, and the effects of the present invention will be clarified by comparing with the conventional examples.
[0034]
(Conventional example)
In the actual operation with a planned yield of 10 tons, the MgCl ₂ tap and the molten Mg charge were carried out according to the schedule shown in Table 1.
[0035]
[Table 1]

[0036]
The initial charge amount of molten Mg is 3 tons, and is about 0.3 at the height ratio (H1 / H2) described above. The total dripping amount of TiCl ₄ is 40 tons. The MgCl ₂ tap has a total amount of TiCl ₄ dropping of 10 tons at each stage of 6 tons, 12 tons, 15 tons, 19 tons, 21 tons, 25 tons, 26.5 tons, 30 tons, 32 tons and 36 tons. I went twice. The tap amount at each tap is 4 tons. The molten Mg was charged after the second, fourth, sixth and eighth taps. The charge amount for each charge is 4 tons.
[0037]
FIG. 2A shows changes in the level of the reaction liquid level and changes in the formation height (upper end level) of sponge titanium in this operation.
[0038]
The reaction liquid level in the first half of the reaction is generally low. In the second half of the reaction, the reaction liquid level after charging molten Mg is kept relatively low, but the reaction liquid level at the time of tapping is lower than the formation level of sponge titanium due to the reaction, and the yield is 8 tons. The upper end of the sponge titanium was exposed on the reaction liquid surface. As a result, the gas pressure suddenly increased and the reaction was forced to stop. As a result, the actual yield was 8 tons against the planned yield of 10 tons.
[0039]
(Example)
In the actual operation with a planned yield of 10 tons, the MgCl ₂ tap and the molten Mg charge were carried out according to the schedule shown in Table 2.
[0040]
[Table 2]

[0041]
The initial charge amount of molten Mg is 6 tons, which is twice that of the comparative example, and is about 0.5 at the height ratio (H1 / H2) described above. The total dripping amount of TiCl ₄ is 40 tons. For MgCl ₂ taps, the cumulative drop volume of TiCl ₄ is 6 tons, 12 tons, 15 tons, 19 tons, 21.8 tons, 26 tons, 29 tons, 33 tons, 35.5 tons and 38 tons. Total 10 times. The tap amount was gradually reduced from 4 tons to 1.5 tons as the reaction progressed. The molten Mg was charged after the second, fourth, sixth, and eighth taps, but the charge amount was gradually reduced from 4 tons to 1 ton.
[0042]
FIG. 2 (b) shows the level fluctuation of the reaction liquid level and the change in the generation height (upper end level) of sponge titanium in this operation.
[0043]
The reaction liquid level in the first half of the reaction is generally high, and is maintained at 0.4 or more at the height ratio (H1 / H2) described above even when tapping. Even in the latter half of the reaction, the above-mentioned height ratio (H1 / H2) is maintained at 0.4 or more, and is maintained higher than the formation height of sponge titanium, and the upper end of the sponge titanium is exposed above the reaction liquid surface. Was avoided. About an upper limit, it is restrained low to 0.9 or less by height ratio (H1 / H2) mentioned above. The actual yield was 10 tons, the same as the planned yield.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, the method for producing sponge titanium according to the present invention can reduce the tap amount of MgCl _{2 in} the second half of the reaction when producing titanium sponge by adding TiCl ₄ dropwise to molten Mg contained in the reaction vessel. By reducing the amount of molten Mg charged in the second half of the reaction in the second half of the reaction, and lowering the yield due to the MgCl ₂ tapping operation and the molten Mg charging operation, if necessary, the productivity is reduced. Enables a significant increase in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a reaction vessel used for producing sponge titanium by a reduction reaction.
FIGS. 2 (a) and (b) are graphs showing changes in the level of the reaction liquid level and changes in the formation height of titanium sponge in Comparative Examples and Examples.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reaction container 11 Container main body 12 Cover body 13 Rooster 14 Conduit 15 Connecting pipe 16 Injection pipe 20 Furnace body

Claims

When titanium sponge is produced by adding TiCl ₄ dropwise to molten Mg contained in the reaction vessel, a tap operation for extracting the by-produced MgCl ₂ from the vessel is intermittently performed during the reaction. _The method for producing a titanium sponge, characterized in that the reaction liquid level in the container is maintained above the upper end position of the titanium sponge produced in the container by reducing the tap amount of _{2 in} the latter half of the reaction from the first half of the reaction. .

The method for producing titanium sponge according to claim 1, wherein, together with the tap operation, molten Mg is intermittently charged into the container, and the amount of molten Mg charged is less in the second half of the reaction than in the first half of the reaction.

The method for producing a titanium sponge according to claim 1, wherein the reaction liquid level in the container is maintained at a height ratio of 0.4 or more with respect to the height of the effective space in the container.

2. The method for producing titanium sponge according to claim 1, wherein the reaction liquid level in the container is maintained at 0.9 or less in terms of a height ratio with respect to a height of an effective space in the container.

2. The method for producing titanium sponge according to claim 1, wherein an initial charge amount of the molten Mg is set to 0.4 to 0.6 in a ratio of a reaction liquid surface height in the container to an effective space height.