JP4137699B2 - 溶融マグネシウム運搬容器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタン、ジルコニウム、ニオブ等の製造に用いる溶融マグネシウム運搬容器に係り、とくに、容器からのニッケルの溶出による汚染を抑制した容器の壁構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造分野においては、製造技術の進歩に伴い、ＬＳＩの集積度が向上している。また一方では、この集積度の向上に伴い、電極配線を細線化する傾向にある。このため、従来と同じ比抵抗の素材を用いた場合には、信号遅延をもたらし、ＬＳＩの性能低下を招来する。したがって、従来に比して比抵抗が小さい、換言すれば純度の高い素材が求められている。
【０００３】
これらのＬＳＩ用素材としては、モリブデン、タングステンまたはチタン等の高融点金属が適しているが、なかでもチタンは優れた比強度、加工性および耐食性を有するため有望視されている。
【０００４】
このような特性を有するＬＳＩ用チタン材は、通常、以下のようにして得られる。すなわち、まず、クロール法で製造されたスポンジチタンの中から純度の高い部位を選択採取した後、電子ビーム溶解を施してチタンインゴットを得る。次いで、このチタンインゴットに鍛造または圧延焼鈍等を施すことにより、チタンターゲットが形成される。
【０００５】
このチタンターゲットには、近年、集積回路の高密度化により、集積回路に用いられるものに対して４Ｎまたは５Ｎレベルの純度が要求されており、従来に比して高純度の素材が求められている。このため、このようなターゲット用の高純度スポンジチタンを製造するには、種々の工夫がなされている。
【０００６】
例えば、クロール法によりスポンジチタンを製造するに際し、ステンレス鋼製の反応容器を用いる場合には、容器壁近傍で生成したスポンジチタンにステンレス鋼製容器壁から拡散したニッケルやクロムが含まれるため、上記のようなＬＳＩターゲット用素材は、容器壁から離間したスポンジチタン塊の中心部位から選択的に採取される（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、スポンジチタン中に混入するニッケルおよびクロム成分は、容器壁から内部で生成するスポンジチタンへ拡散するもののみならず、還元剤として還元容器内部に存在する溶融マグネシウムからスポンジチタンへ拡散するものも含まれる。このため、溶融マグネシウム中のニッケル濃度を低レベルに維持することが望まれている。
【０００８】
この溶融マグネシウムは、還元工程で副生された溶融塩化マグネシウムの溶融塩電解により再生される。再生された溶融マグネシウムは、高温かつ内部が不活性ガスで保持された運搬容器（以下、「コンテナ」と称することがある。）に小分けされた後、還元工程に移送される。そして、還元工程に移送された溶融マグネシウムは、還元反応待機中の還元容器内に所定量注入される。また、電解工程では、電解槽で生成した溶融マグネシウムを保持するための保持容器（以降、「リザーバ」と称することがある。）に一旦移し替えられる場合がある。
【０００９】
このようなスポンジチタン製造容器には炭素鋼を内張りしたステンレス鋼で構成されているものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、このような容器に内張りされた炭素鋼中には通常数１０ｐｐｍ程度のニッケルやクロムが含まれていることから、これらの容器壁からニッケルやクロムが溶融マグネシウム中に移行してマグネシウムが汚染される。よってこの汚染されたマグネシウムを使用してスポンジチタンを生成した場合には、スポンジチタンもニッケルやクロムにより汚染されるおそれがある。
【００１０】
したがって、たとえ電解工程でニッケルやクロム濃度の低い溶融マグネシウムが製造されたとしても、上述したとおり、溶融マグネシウムの還元工程への移送中に、溶融マグネシウム中のニッケルやクロム濃度が上昇するおそれがある。また、溶融マグネシウム中に含有されるニッケル濃度が高い場合には、上記したようにスポンジチタン塊の全域がニッケルやクロムにより汚染されるので、その中心部を採取したとしても高純度のスポンジチタンは得られない。このため、原料溶融マグネシウム中のニッケル濃度を低レベルに維持する技術が望まれていた。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−３０９８３３号公報
【特許文献２】
特公平７−２４７５９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このように従来のスポンジチタンに含有されているニッケル、クロム等の不純物の問題に鑑み、とりわけ、運搬容器または保持容器に滞留している間に溶融マグネシウムがニッケルに汚染されないような容器を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述した課題を解決すべく鋭意検討した結果、溶融マグネシウム運搬容器の容器壁を構成するステンレス鋼製容器の内面に、低ニッケル鋼を配設することで、上記問題が効果的に解消されることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、このような知見に鑑みてなされたものである。
【００１４】
すなわち、本発明の溶融マグネシウムの運搬容器は、クロール法によりスポンジチタンを製造することを前提にしたもので、クロール法によるスポンジチタンの製造工程で副生された溶融塩化マグネシウムの電解により製造された溶融マグネシウムを回収して保持する際、または、この溶融塩化マグネシウムを還元工程に運搬する際に用いる容器であって、この容器は、ステンレス鋼製容器の内面の全域に、固体支持体を介して、ニッケル含有量が１０ｐｐｍ以下の低ニッケル鋼を配設してなり、固体支持体の介在により、ステンレス鋼製容器の内面と低ニッケル鋼との間に、ステンレス鋼から低ニッケル鋼へのニッケルの拡散を防止する空隙を保持したことを特徴としている。ここで、配設とは、高純度鉄である低ニッケル鋼をステンレス鋼製容器の内面に固体を介して低ニッケル鋼を施設することを意味する。
【００１５】
また、ここでいう低ニッケル鋼とは、市販の炭素鋼に比してニッケル含有量が低いものをいう。具体的には、ニッケル含有量が１０ｐｐｍ以下、好ましくは、５ｐｐｍ以下のものをいう。このような低ニッケル鋼には、不純物の含有量が極めて低い電解鉄として公知の材料を用いることができる。ただし、ニッケル含有量が低い材料であれば、他の方法で製造されたものも適用することができる。例えば、ニッケル含有量のみを意図的に低下させた炭素鋼を用いてもよい。このような低ニッケル鋼は、一般構造用炭素鋼（ＳＳ４００等）を溶融マグネシウム中に所定時間浸漬させることにより得ることができる。浸漬時間は、スポンジチタンに要求されるニッケル濃度に応じて適宜調整することができる。
【００１６】
本発明によれば、上記したように、ステンレス鋼製容器の内面の全域に配設する鋼中のニッケル含有量の適正化を図ることにより、溶融マグネシウムが運搬容器に滞留している間に、溶融マグネシウムのニッケルによる汚染を抑制することができる。このため、この溶融マグネシウムを用いてスポンジチタンを製造した場合には、ニッケル成分の低いスポンジチタンを安定して継続的に製造することができる。
【００１７】
このような溶融マグネシウム運搬容器においては、上記配設を、内張り態様とすることや、固体支持体の介在により空隙を保持した態様とすることができる。すなわち、上記内張り態様とする場合には、容器は、内側を低ニッケル鋼、外側をステンレス鋼とした構造とすることができる。また、上記固体支持体の介在により空隙を保持した態様とする場合には、容器は、内側を低ニッケル鋼、中側を空間層、外側をステンレス鋼とした構造とすることができる。これらの構造を採用した場合には、いずれの場合においても、最内面に配設された鋼中のニッケル含有量の適正化により、溶融マグネシウムの容器滞留時にニッケルによる汚染を抑制することができ、この溶融マグネシウムを用いてスポンジチタンを生成した場合には、ニッケル成分の低いスポンジチタンを安定して継続的に製造することができる。なお、溶融マグネシウム運搬容器を長期に亘り使用する場合には、ステンレス鋼製容器に内張りした低ニッケル鋼中にステンレス鋼中のニッケルが拡散するおそれがあるため、低ニッケル鋼を内張りした効果が薄れていく懸念がある。したがって、容器の長期使用を目的とする場合には、上記した固体支持体の介在により空隙を保持した態様を採用することで、ステンレス鋼製容器から低ニッケル鋼へのニッケルの拡散を防止して、長期間に亘る溶融マグネシウムへのニッケル拡散を抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の溶融マグネシウム運搬容器の壁構造をそれぞれ示す概略図である。
図１に示す溶融マグネシウム運搬容器には、容器内側（図中左側）から外側（図中右側）に向けて、低ニッケル鋼１とステンレス鋼２とが配設された壁構造が採用されている。また、図２に示す溶融マグネシウム運搬容器には、容器内側（図中左側）から外側（図中右側）に向けて、低ニッケル鋼３と、空間層４または酸化物層４と、ステンレス鋼５とが配設された壁構造が採用されている。
【００１９】
図１および図２に示した壁構造に使用するステンレス鋼２，５には、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３２１等を用いることができるが、ステンレス鋼２，５はこれらに限られるものではない。例えば、ニッケル含有率の低い、ＳＵＳ４１０等を用いることもできる。
【００２０】
また、図１および図２に示した壁構造に使用する低ニッケル鋼１，３には、市販の炭素鋼に比べてニッケルの含有量が低いものを用いることができる。具体的には、ニッケル含有量が１０ｐｐｍ以下であることが好ましいが、５ｐｐｍ以下であることがより好ましく、３ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２１】
このように、図１，２に示した壁構造を有する溶融マグネシウム運搬容器によれば、ステンレス鋼製容器の内面に配設する鋼中のニッケル含有量の適正化を図ることにより、溶融マグネシウムが容器に滞留している間に、溶融マグネシウムのニッケルによる汚染を抑制することができる。このため、この溶融マグネシウムを用いてスポンジチタンを製造した場合には、ニッケル成分の低いスポンジチタンを安定して継続的に製造することができる。
【００２２】
ただし、図１に示す構造をもってしても、長期使用という観点からすれば、ステンレス鋼製容器に内張りした低ニッケル鋼中にはステンレス鋼中のニッケルが拡散していくため、低ニッケル鋼を内張りした効果が薄れていくおそれがある。これに対し、図２に示すように、ステンレス鋼５とその内面に内張りする低ニッケル鋼３との間に支持体（図示せず）を介して空間層４または酸化物層４を介装した構造を採用することが有効である。ここでいう支持体は、図示していないが、金属、セラミックス、またはその他高温に耐えしかも高温強度に優れた材料であれば、特に限定されるものではない。例えば、金属の中では、タンタル、チタンまたはジルコニウム等の耐熱金属が好ましい。また、セラミックスでは、アルミナ、ジルコニア、またはマグネシア等が好ましい。
【００２３】
ここで、図２において、ステンレス鋼５と低ニッケル鋼３との間に空隙を設ける目的は、ステンレス鋼５から低ニッケル鋼３への不純物、とくにニッケルの拡散を防止して、容器の長期使用を可能とすることにある。このため、ステンレス鋼５と低ニッケル鋼３とは、ごく僅かの距離をおいて構成すればよい。ただし、高温での使用中のステンレス鋼５や低ニッケル鋼３の変形を考慮する必要があるので、具体的には、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の空間層４を設けることが好ましい。
【００２４】
また、図２に示す態様において、ステンレス鋼５に配設させる低ニッケル鋼３は、低ニッケル鋼で構成した内釜（図示せず）を予め準備し、この内釜を、上述した固体支持体を介してステンレス鋼の内部に施設することもできる。このように構成することで、図２に示す溶融マグネシウム運搬容器を比較的容易に製造することができる。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２６】
［実施例］
図２に示す壁構造を有する溶融マグネシウム運搬容器（容量１ｔ）を構成するに当たり、低ニッケル鋼３には、ニッケル濃度を５ｐｐｍとした炭素鋼（ＳＳ４００、厚さ３ｍｍ）を、またステンレス鋼５には、ＳＵＳ３１６Ｌ（厚さ１０ｍｍ）を用いた。また、空間層４の厚さは、７ｍｍとした。このような壁構造を有する溶融マグネシウム運搬容器を用い、溶融マグネシウムを電解工程から還元工程まで５０回搬送し、還元容器に注入された溶融マグネシウム中のニッケル濃度を定期的に分析した。その結果、分析された溶融マグネシウム中の平均ニッケル濃度は、電解工程で生成された溶融マグネシウム中の平均ニッケル濃度に比べて上昇していたが、その上昇は０．１ｐｐｍ程度の微少なものであった。
【００２７】
［比較例１］
図１に示す壁構造を有する溶融マグネシウム運搬容器（容量１ｔ）を構成するに当たり、低ニッケル鋼１には、ニッケル濃度を５ｐｐｍとした炭素鋼（ＳＳ４００、厚さ３ｍｍ）を、またステンレス鋼２には、ＳＵＳ３１６Ｌ（厚さ１０ｍｍ）を用いた。このような壁構造を有する溶融マグネシウム運搬容器を用い、溶融マグネシウムを電解工程から還元工程まで１０回搬送し、還元容器に注入された溶融マグネシウム中のニッケル濃度を定期的に分析した。その結果、分析された溶融マグネシウム中の平均ニッケル濃度は、電解工程で生成された溶融マグネシウム中の平均ニッケル濃度に比べて０．１ｐｐｍ上昇していた。 実施例では５０回の搬送で０．１ｐｐｍの上昇であったのに対し、比較例１では１０回の搬送によって０．１ｐｐｍ上昇してしまった。
［比較例２］
ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ)製壁の内面に炭素鋼（ＳＳ４００)を内張りした構造の溶融マグネシウム運搬容器（容量１ｔ）を用い、溶融マグネシウムを電解工程から還元工程まで延べ３０回搬送し、還元容器に注入された溶融マグネシウム中のニッケル濃度を定期的に分析した。その結果、分析された溶融マグネシウム中の平均ニッケル濃度は、電解工程で生成された溶融マグネシウム中の平均ニッケル濃度に比べて０．５〜１．０ｐｐｍ上昇していた。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ステンレス鋼製容器の内面の少なくとも一部に配設する鋼中のニッケル含有量の適正化を図ることにより、溶融マグネシウムが運搬容器に滞留している間に、溶融マグネシウムのニッケルによる汚染を抑制することができ、この溶融マグネシウムを用いてスポンジチタンを製造することで、ニッケル成分の低いスポンジチタンを安定して継続的に製造することができる。よって、本発明は、ＬＳＩ用チタン材に好適なスポンジチタンを製造することができる点で有望である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 溶融マグネシウム運搬容器の壁構造の一の例を示す概略図である。
【図２】 溶融マグネシウム運搬容器の壁構造の他の例を示す概略図である。

Claims (3)

1. クロール法によるスポンジチタンの製造工程で副生された溶融塩化マグネシウムの電解により製造された溶融マグネシウムを還元工程に運搬する際に用いる運搬容器であって、上記運搬容器は、ステンレス鋼製容器の内面の全域に、固体支持体を介して、ニッケル含有量が１０ｐｐｍ以下の低ニッケル鋼を配設してなり、上記固体支持体の介在により、上記ステンレス鋼製容器の内面と低ニッケル鋼との間に、上記ステンレス鋼から低ニッケル鋼へのニッケルの拡散を防止する空隙を保持したことを特徴とする溶融マグネシウムの運搬容器。
2. 前記固体支持体は、耐熱金属またはセラミクスで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の溶融マグネシウムの運搬容器。
3. 前記固体支持体は、タンタル、チタン、ジルコニウム、アルミナ、ジルコニアおよびマグネシアから選択される少なくとも１種類であることを特徴とする請求項１に記載の溶融マグネシウムの運搬容器。

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