JP3759937B2 - 金属製造用反応容器の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、スポンジチタンを還元反応によって製造する際などに用いて好適な反応容器の冷却装置に係り、とりわけ、還元分離反応終了後の高温状態の反応容器を効率よく冷却するための冷却装置に関する。

クロール法によるスポンジチタンの製造方法においては、溶融マグネシウムによる四塩化チタンの還元を終了したスポンジチタンを含む反応容器は、９００〜１０００℃の高温下において真空分離にかけられて、スポンジチタン中に残留する塩化マグネシウムや金属マグネシウムが分離除去される。このようにして不純物が分離されたスポンジチタンは、反応容器内に保持されたまま、高温から室温近傍まで冷却される。そして、高温のスポンジチタンを内包した反応容器は、冷却筒と呼ばれる空冷装置の中に保持され、その中で冷却される。

冷却筒は、従来、円筒状で、その内部に、スポンジチタンを保持する反応容器が収容され、底部から冷却筒内に空気を導入することによって反応容器を強制的に冷却する構造となっている。冷却筒は、冷却の初期段階では高温の反応容器からの熱を受けて高温にさらされる。このため、反応容器によって加熱され高温にされた冷却筒は、熱により変形あるいは膨張を繰り返し、その結果、冷却筒から反応容器を取り出すことができず、あるいはまた、冷却筒自身が変形あるいは破損するという事態を招いており、これらの熱変形や破損が起こりにくい冷却装置が望まれていた。なお、熱変形を抑える構造の容器としては、容器の途中に意図的にくぼみを持たせ、そのくぼみで熱膨張を吸収させる真空断熱容器が知られている（特許文献１）。

特開平７−７１６９０号公報

しかしながら、このような熱膨張を吸収する構造は、施工が複雑にならざるを得ず、しかも、吸収部が可動構造となることにより、疲労破壊等の問題が懸念される。また、上記の冷却筒の底部を固定せず、開放端として熱による膨張・収縮を吸収する構造に改造したものの、その開放端部を封止することが困難であり、冷却効率の低下を招く問題が発生した。

よって本発明は、金属製造用反応容器を効率よく冷却することができるとともに、高い耐久性を備える金属製造用反応容器の冷却装置を提供することを目的とする。

本出願人は、上記目的を達成すべく鋭意検討したところ、反応容器を収容する冷却筒を軸方向に分割する構造とすることで、反応容器から放出される熱を受けても冷却筒の熱膨張や収縮による変形や破損が起こりにくいこと、また、分割した筒部の端部を互いに重ねて摺動するように構成することにより、分割する部分から冷却用の空気や粉塵が漏洩しにくく効率的に冷却できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明の金属製造用反応容器の冷却装置は、反応容器が内部に収容される冷却筒と、この冷却筒内に冷却用空気を送り込む送風機とを備え、冷却筒は、軸方向に分割し、向かい合う端部が互いに重なって摺動可能とされた第１筒部と第２筒部とからなることを特徴とする。

本発明では、冷却筒の第１筒部および第２筒部の端部の摺動面に、隙間を閉塞するシール部材を介在させ、これによって分割する筒部の隙間を確実に閉塞し、冷却用の空気や粉塵の漏洩を抑制して冷却効率をより向上させることができる。

また、冷却筒の第１筒部および第２筒部の端部の摺動面の少なくとも一方に、セラミックスまたはカーボンがコーティングすることにより、筒部どうしの焼き付きによる固着が防止され、長期にわたって摺動による変形防止作用を維持することができる。

本発明の冷却装置によれば、高温状態の反応容器が収容された冷却筒内に送風機によって空気を送り込むことにより、反応容器を冷却させる。反応容器の熱を受ける冷却筒は膨張し、冷却に伴って収縮するが、その膨張・収縮は、第１筒部と第２筒部との向かい合う端部が摺動しながら伸縮することにより吸収される。したがって、膨張・収縮による変形や破損が起こりにくく、高い耐久性を備える。また、分割部分は摺動する構造となっているので、冷却用の空気は漏洩しにくく、効率よく冷却することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、一実施形態の冷却装置の冷却筒１０内に、金属製造用の反応容器１が収容された状態を示している。反応容器１としては、例えば、クロール法によってスポンジチタンを製造する際に、溶融マグネシウムで四塩化チタンを還元させるために用いるものが挙げられる。このようなスポンジチタン製造用の反応容器は、還元反応終了後、９００〜１０００℃の高温下で真空分離にかけられ、これによってスポンジチタン中に残留する塩化マグネシウムや金属マグネシウムが分離除去される。そして、このように不純物が除去されたスポンジチタンは、反応容器内に保持されたまま、反応容器ごと室温近傍まで冷却される。冷却装置は、その冷却の際に用いるものである。なお、本実施形態の冷却装置は、スポンジチタンの製造用反応容器に限らず、他金属の製造用の反応容器にも適用することができる。

冷却装置は、反応容器１を収容する円筒状の冷却筒１０と、冷却筒１０内に冷却用の空気を送り込むブロワ（送風機）４０とから構成されている。冷却筒１０は、軸方向のほぼ中央部で、上筒部（第１筒部）２０と下筒部（第２筒部）３０とに分割されている。上筒部２０の下端部には、本体部２１よりも大径で下方に延びる円筒状の上部カバー２２が固定されている。一方、下筒部３０の上端部には、本体部３１よりも大径で上方に延びる円筒状の下部カバー３２が固定されている。なお、上下の筒部２０，３０は、本体部２１，３１およびカバー２２，３２とも、ステンレス鋼や炭素鋼等で製造されている。

下筒部３０はフロア上に置かれ、上筒部２０は、上端開口縁に形成された鍔部２３が架台５０に載せられて支持されている。この設置状態で、図２（ａ）に示すように、上筒部２０の上部カバー２２が、下筒部３０の本体部３１と下部カバー３２との間に挿入され、下部カバー３２の内面に上部カバー２２の外面が当接している。また、上下の筒部２０，３０の軸方向への伸縮が許容されるように、両者の向かい合う端部間は離間しており、その伸縮時に、当接している上部カバー２２の内面と下部カバー３２の外面とが摺動するようになされている。また、上筒部２０の上側の開口と反応容器１との間には、なるべく隙間が生じないように配慮されることが望ましい。

下筒部３０の本体部３１の底部には底部ノズル３４が設けられ、上筒部２０の本体部２１の上部には上部ノズル２４が設けられている。ブロワ４０は底部ノズル３４から冷却筒１０内に冷却用の空気が送風されるように設置され、ブロワ４０から冷却筒１０内に供給された空気は、冷却筒１０と反応容器１との間の空間を上昇し、上部ノズル２４から冷却筒１０の外部に排出される。

上記冷却装置によると、高温状態の反応容器１が冷却筒１０内に収容され、ブロワ４０から冷却筒１０内に冷却用の空気が供給されることにより、その空気は反応容器１から発せられる熱で加熱されて熱交換が生じ、加熱された空気が上部ノズル２４から外部に排出され、反応容器１が冷却される。この冷却中には、反応容器１から発せられる熱を冷却筒１０が受けて加熱され、熱膨張するが、軸方向の膨張は、上筒部２０と下筒部３０との離間部分で、互いに向き合う方向に両筒部２０，３０が伸びることにより吸収される。

図１（ｂ）はその時の状態を示しており、冷却が進んで冷却筒１０の温度が下がると、冷却筒１０が軸方向に収縮し、図１（ａ）の状態に戻る。上筒部２０および下筒部３０の伸縮時には、当接している上部カバー２２の外面と下部カバー３２の内面とが摺動する。したがって、冷却筒１０が変形あるいは破損が防止され、長期にわたって耐久性が保証される。ここで、摺動部分の隙間から冷却用の空気が漏洩する場合があるが、その量は比較的少ないので、冷却筒１０が上下に分割されているにもかかわらず冷却効率が著しく低減することはなく、また、周囲に影響を与えることもない。

なお、長期にわたって使用すると、上部カバー２２と下部カバー３２との摺動面に焼き付きが生じ、上下の筒部２０，３０の伸縮が生じにくくなる場合がある。そこで、その摺動面、すなわち上部カバー２２の外面と下部カバー３２の内面の少なくとも一方に、セラミックスまたはカーボンをコーティングし、これによって焼き付きの防止を図ることができる。

図２（ｂ）は、上部カバー２２と下部カバー３２との間に、これらの間に生じる隙間を閉塞する環状のシール部材１１を介在させた他の実施形態を示している。この場合、シール部材１１は下部カバー３２の内面に固着されており、実質的にはシール部材１１と上部カバー２２の外面とが摺動する。この実施形態では、シール部材１１によって各カバー２２，３２の間の隙間が確実に閉塞され、加熱された冷却風や粉塵が外部に漏洩することが抑えられ、冷却効率がより向上する。なお、シール部材１１は、耐熱性ゴム等が好ましく用いられる。さらに、シール部材１１は、図２（ｂ）に示すように、断面三角形で、相手側のカバー（図示例では上部カバー２２）に角部が当接するようなものであると、線接触により摺動抵抗を軽減させることができるので好ましい。

なお、図１に示した冷却筒１０は、高温状態の反応容器１が収容された直後には、軸方向のみならず円周方向にも膨張し、反応容器１の冷却が進むに伴って元の大きさに収縮する。この膨張・収縮は、変形等の原因になるので、図３に示すように、冷却筒１０（上筒部２０および下筒部３０の本体部２１，３１）にスリット１２を形成することにより、膨張・収縮を吸収させることができる。スリット１２は、数が多いほど変形に対して有効であるが、施工の手間や空気の漏洩等を考慮すると、その数は１〜３程度が好ましい。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る冷却装置に反応容器をセットした状態の縦断面図、（ｂ）は冷却筒が膨張した状態の縦断面図である。 （ａ）は冷却筒の分割部分の拡大断面図、（ｂ）は冷却筒の分割部分の他の実施形態の拡大断面図である。 冷却筒の他の実施形態の横断面図である。

符号の説明

１…反応容器
１０…冷却筒
１２…シール部材
２０…上筒部（第１筒部）
３０…下筒部（第２筒部）
４０…ブロワ（送風機）

Claims (3)

1. 金属製造用反応容器の冷却装置であって、前記反応容器が内部に収容される冷却筒と、この冷却筒内に冷却用空気を送り込む送風機とを備え、前記冷却筒は、軸方向に分割し、向かい合う端部が互いに重なって摺動可能とされた第１筒部と第２筒部とからなることを特徴とする金属製造用反応容器の冷却装置。
2. 前記第１筒部および前記第２筒部の端部の摺動面に、隙間を閉塞するシール部材が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の金属製造用反応容器の冷却装置。
3. 前記第１筒部および前記第２筒部の端部の摺動面の少なくとも一方に、セラミックスまたはカーボンがコーティングされていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属製造用反応容器の冷却装置。
   

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