JP7106372B2 - METHOD FOR MANUFACTURING METAL REDUCTION REACTION VESSEL, METHOD FOR MANUFACTURING METAL REDUCTION REACTION VESSEL, AND TITANIUM - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING METAL REDUCTION REACTION VESSEL, METHOD FOR MANUFACTURING METAL REDUCTION REACTION VESSEL, AND TITANIUM Download PDF

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Description

本発明は、金属製還元反応容器の製造方法、金属製還元反応容器およびチタンの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a metal reduction reactor, a metal reduction reactor, and a method for manufacturing titanium.

四塩化チタンを還元性金属によって還元して金属チタンを製造する、所謂クロール法によって製造されるスポンジチタン塊の中心部は、チタン純度が高いが、その外周部は、反応容器を構成する材料が高温下で拡散し、スポンジチタンを汚染することにより純度が低いことが知られている。前記の反応容器がステンレス鋼で構成されている場合、鉄、ニッケルおよびクロムが前記反応容器由来の汚染元素となり、製造されるスポンジチタンが汚染される。 The central portion of the sponge titanium mass produced by the so-called Kroll method, in which titanium tetrachloride is reduced with a reducing metal to produce metallic titanium, has a high degree of titanium purity, but the outer peripheral portion thereof is made of the material that constitutes the reaction vessel. It is known to diffuse under high temperature and contaminate sponge titanium, resulting in low purity. When the reaction vessel is made of stainless steel, iron, nickel and chromium are contaminants derived from the reaction vessel and contaminate the produced titanium sponge.

近年、チタン等の高融点金属製造用の反応容器からの不純物金属による高融点金属の汚染を効果的に抑制することができる反応容器が開発されている。特に、新規に製造された反応容器内で最初に製造された高融点金属の大塊は、反応容器に含まれる金属成分Fe、Ni、Crの含有レベルが高い傾向にあるため、それらの成分量を抑制する反応容器或いは高融点金属の製造方法が要求されている。 In recent years, a reaction vessel has been developed that can effectively suppress contamination of a high melting point metal by impurity metals from a reaction vessel for producing a high melting point metal such as titanium. In particular, the high-melting-point metal mass initially produced in the newly produced reaction vessel tends to have a high content level of the metal components Fe, Ni, and Cr contained in the reaction vessel. There is a need for a reaction vessel or a method for producing high-melting-point metals that suppresses the

例えば、特許文献1では、製造された未使用の反応容器内面に高融点金属粒を接触させた状態で反応容器を800℃以上に昇温させることにより、その反応容器内面に高融点金属の固相拡散処理を施した後に、その反応容器を初回の還元反応容器に用いる高融点金属製造方法が提案されている。また、特許文献2では、高融点金属の塩化物を還元して高融点金属を製造する反応容器において、上記反応容器の内壁表面に、製造される高融点金属と同じ金属と、上記反応容器を構成する金属との合金層を形成した高融点金属製造用反応容器が提案されている。 For example, in Patent Document 1, by raising the temperature of a reaction vessel to 800° C. or higher while high-melting-point metal particles are in contact with the inner surface of a manufactured unused reaction vessel, the high-melting-point metal is solidified on the inner surface of the reaction vessel. A method for producing a high-melting-point metal has been proposed in which the reaction vessel after the phase diffusion treatment is used as the initial reduction reaction vessel. Further, in Patent Document 2, in a reaction vessel for producing a high melting point metal by reducing a chloride of a high melting point metal, the same metal as the high melting point metal to be produced and the reaction vessel are added to the inner wall surface of the reaction vessel. A reaction vessel for producing a high-melting-point metal in which an alloy layer with a constituent metal is formed has been proposed.

特開2014-214356号公報JP 2014-214356 A 特開2009-127107号公報JP 2009-127107 A

特許文献1では、反応容器の内面が鉄ライニングしたものを使用して1バッチ目のスポンジチタンを製造することが記載されているが、Fe以外の不純物Ni、Crに着目していない。また、ステンレス鋼の反応容器を使用して製造されたスポンジチタンのNi、Cr濃度を評価していないため、実際にスポンジチタンのNi、Cr濃度まで低減できるかが不明である。 Patent Document 1 describes that the inner surface of the reaction vessel is lined with iron to produce the first batch of titanium sponge, but does not pay attention to impurities Ni and Cr other than Fe. In addition, since the Ni and Cr concentrations of titanium sponge produced using a stainless steel reaction vessel have not been evaluated, it is unclear whether the concentrations of Ni and Cr in titanium sponge can actually be reduced.

また、特許文献2では、1バッチ目の反応容器の内壁表面に、製造される高融点金属と同じ金属を含有する合金層を形成しているが、不純物量を安定的に低減し、より高品位のスポンジチタンを安定して製造するために改善の余地が残されていると考えられる。 Further, in Patent Document 2, an alloy layer containing the same metal as the high-melting-point metal to be produced is formed on the inner wall surface of the reaction vessel for the first batch. It is considered that there is still room for improvement in order to stably produce high-quality sponge titanium.

そこで、本発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、一実施形態において、チタンの製造工程でチタンの不純物濃度を低減することが可能な金属製還元反応容器の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は別の一実施形態において、そのように製造された金属製還元反応容器を提供することを目的とする。また、本発明は別の一実施形態において、そのように製造された金属製還元反応容器を使用した、チタンの製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve such problems, and in one embodiment, manufacture of a metal reduction reaction vessel capable of reducing the impurity concentration of titanium in the titanium production process. The purpose is to provide a method. Another object of the present invention, in another embodiment, is to provide a metallic reduction reaction vessel manufactured in such a manner. Another object of the present invention, in another embodiment, is to provide a method for producing titanium using the metallic reduction reaction vessel thus produced.

即ち、本発明は一側面において、金属製還元反応容器を加熱し内面に容器由来元素の酸化物を含む錆層を形成する錆層形成工程と、錆層を形成した前記金属製還元反応容器に塩化チタン及びマグネシウムを含む拡散防止層形成用原料を装入し、その後減圧下で加熱することにより該原料を気化させて前記金属製還元反応容器の内面にTiを含有する拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程と、を含む、金属製還元反応容器の製造方法である。 That is, in one aspect of the present invention, a rust layer forming step of heating a metal reduction reaction vessel to form a rust layer containing oxides of elements derived from the vessel on the inner surface; A diffusion barrier layer-forming raw material containing titanium chloride and magnesium is charged and then heated under reduced pressure to vaporize the raw material to form a Ti-containing diffusion barrier layer on the inner surface of the metal reduction reactor. and a step of forming a diffusion barrier layer.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記錆層形成工程における加熱温度が900℃~1200℃である。 In one embodiment of the method for manufacturing a metal reduction reactor according to the present invention, the heating temperature in the rust layer forming step is 900°C to 1200°C.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記錆層の平均厚みは、1~40μmである。 In one embodiment of the method for manufacturing a metal reduction reactor according to the present invention, the rust layer has an average thickness of 1 to 40 μm.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記錆層形成工程では、前記金属製還元反応容器を加熱しながら、前記金属製還元反応容器内にエアーを供給することによって前記金属製還元反応容器の内面に前記錆層を形成する。 In one embodiment of the method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, in the rust layer forming step, air is supplied into the metal reduction reaction vessel while heating the metal reduction reaction vessel. to form the rust layer on the inner surface of the metal reduction reactor.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記拡散防止層形成用原料は、塩化チタン及びマグネシウムを含む低品位のスポンジチタンである。 In one embodiment of the method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the raw material for forming the diffusion barrier layer is low-grade titanium sponge containing titanium chloride and magnesium.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記金属製還元反応容器がステンレス鋼製である。 In one embodiment of the method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the metal reduction reaction vessel is made of stainless steel.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記錆層がクロム酸化物を含む。 In one embodiment of the method for manufacturing a metal reduction reactor according to the present invention, the rust layer contains chromium oxide.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記金属製還元反応容器が未使用である。 In one embodiment of the method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the metal reduction reaction vessel is unused.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記拡散防止層形成工程における加熱温度が、650~1200℃である。 In one embodiment of the method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the heating temperature in the diffusion prevention layer forming step is 650 to 1200°C.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記拡散防止層の平均厚みは、5μmを超える。 In one embodiment of the method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the average thickness of the diffusion prevention layer exceeds 5 μm.

また、本発明は別の一側面において、内面に、Tiを含有する拡散防止層を備えた金属製還元反応容器であって、前記拡散防止層の平均厚みが5μmを超える、金属製還元反応容器である。 In another aspect of the present invention, there is provided a metal reduction reactor provided with a Ti-containing diffusion prevention layer on the inner surface, wherein the diffusion prevention layer has an average thickness of more than 5 μm. is.

また、本発明は別の一側面において、上述した金属製還元反応容器の製造方法により拡散防止層を備えた金属製還元反応容器を得る工程と、前記拡散防止層を備えた金属製還元反応容器内で四塩化チタンを還元する工程と、を含むチタンの製造方法である。 In another aspect of the present invention, there are provided a step of obtaining a metal reduction reaction vessel provided with a diffusion prevention layer by the method for manufacturing a metal reduction reaction vessel described above, and a metal reduction reaction vessel provided with the diffusion prevention layer. and reducing titanium tetrachloride within.

本発明の一実施形態によれば、チタンの製造工程においてチタンの不純物金属濃度を安定的に低減することができる金属製還元反応容器の製造方法を提供する。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a metal reduction reactor capable of stably reducing the impurity metal concentration of titanium in the titanium manufacturing process.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の例を説明するフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram illustrating an example of a method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention; 本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法における拡散防止層形成工程に供される金属製還元反応容器を模式的に示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a metal reduction reaction vessel to be provided for a diffusion prevention layer forming step in the method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention; (A)は本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法における錆層形成工程を行った後の金属製還元反応容器の内面構造を模式的に説明する拡大断面図であり、(B)は本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法における拡散防止層形成工程中の金属製還元反応容器の内面構造を模式的に説明する拡大断面図であり、(C)は本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法における拡散防止層形成工程を行った後の金属製還元反応容器の内面構造を模式的に説明する拡大断面図である。(A) is an enlarged cross-sectional view schematically explaining the inner surface structure of a metal reduction reaction vessel after performing a rust layer forming step in the method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention; FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view schematically explaining the inner surface structure of the metal reduction reaction vessel during the diffusion prevention layer forming step in the method for manufacturing the metal reduction reaction vessel according to the present invention, and (C) is the metal reduction reaction vessel according to the present invention. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically illustrating the inner surface structure of the metal reduction reaction vessel after performing the diffusion prevention layer forming step in the reduction reaction vessel manufacturing method. 実施例及び比較例で得られたスポンジチタンにおけるFe濃度の分布を示すヒストグラフである。4 is a histogram showing Fe concentration distributions in titanium sponges obtained in Examples and Comparative Examples. 実施例及び比較例で得られたスポンジチタンにおけるNi濃度の分布を示すヒストグラフである。4 is a histogram showing the distribution of Ni concentration in titanium sponges obtained in Examples and Comparative Examples. 実施例及び比較例で得られたスポンジチタンにおけるCr濃度の分布を示すヒストグラフである。4 is a histogram showing distribution of Cr concentration in titanium sponges obtained in Examples and Comparative Examples.

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。 Specific embodiments of the present invention will be described in detail below. In addition, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications are possible without changing the gist of the present invention.

[1.概要]
クロール法におけるスポンジチタンの製造方法は、金属製還元反応容器を不活性雰囲気とした後、マグネシウムの運搬のための金属製容器から金属マグネシウムを溶融状態で金属製のパイプを用いて装入し、装入された溶融マグネシウムに対して四塩化チタンを滴下することで、スポンジチタンと塩化マグネシウムを製造し(以下、「還元工程」と称する。)、その後、金属製還元反応容器内に残存する塩化マグネシウムと未反応マグネシウムを反応容器中から金属製のパイプを通じて液相状態のまま抜き出す、液相抜き出し操作を行なう。そして、液相抜き出し操作を行なっても残留している塩化マグネシウムと未反応マグネシウムを真空分離し、スポンジチタンを得る(以下、「真空分離工程」と称する。)。
[1. Overview]
The method for producing sponge titanium by the Kroll method is as follows: After making a metal reduction reaction vessel an inert atmosphere, metallic magnesium in a molten state is charged from a metallic vessel for transporting magnesium using a metallic pipe, Titanium tetrachloride is added dropwise to the charged molten magnesium to produce sponge titanium and magnesium chloride (hereinafter referred to as the "reduction step"), and then the chloride remaining in the metal reduction reactor is removed. A liquid-phase extraction operation is performed in which magnesium and unreacted magnesium are extracted from the reaction vessel through a metal pipe in a liquid phase state. Then, magnesium chloride and unreacted magnesium that remain after the liquid phase extraction operation are carried out are vacuum-separated to obtain titanium sponge (hereinafter referred to as "vacuum separation step").

上記スポンジチタンを製造する際に、金属製還元反応容器由来の金属汚染を抑制するため、該金属製還元反応容器の内面を改質する場合がある。例えば、内面をチタン膜で被覆するという方法が考えられる。しかし、特に未使用の金属製還元反応容器の内面の平滑度が高いため、未処理の金属製還元反応容器の内面に表面処理を行わずにチタン膜などの拡散防止層を形成できない、又はその拡散防止層を形成することができたとしてもムラがあり、その厚みが所定よりも薄いといった問題が生じる。そこで、本発明者らは、チタンの不純物濃度を低減するための拡散防止層を良好に形成するため、金属製還元反応容器の内面に錆層を形成した後に、拡散防止層形成用原料を気化させて金属製還元反応容器の内面にTiを含有する拡散防止層を形成させることを見出した。本発明者らはさらに検討を重ね以下に説明する実施形態を含む発明を完成した。
以下、各実施形態についてそれぞれ説明する。
When producing the sponge titanium, the inner surface of the metal reduction reaction vessel may be modified in order to suppress metal contamination originating from the metal reduction reaction vessel. For example, a method of coating the inner surface with a titanium film is conceivable. However, since the inner surface of an unused metal reduction reaction vessel has particularly high smoothness, it is not possible to form a diffusion barrier layer such as a titanium film on the inner surface of an untreated metal reduction reaction vessel without surface treatment. Even if the anti-diffusion layer can be formed, there is a problem that the thickness is thinner than the predetermined thickness. Therefore, the inventors of the present invention formed a rust layer on the inner surface of the metal reduction reaction vessel, and then vaporized the raw material for forming the diffusion prevention layer in order to form a good diffusion prevention layer for reducing the impurity concentration of titanium. It has been found that a Ti-containing diffusion barrier layer is formed on the inner surface of a metallic reduction reaction vessel. The present inventors have further studied and completed the invention including the embodiments described below.
Each embodiment will be described below.

[2.金属製還元反応容器の製造方法]
図1は、本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の例を説明するフロー図である。また、図2は、本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法における拡散防止層形成工程に供される金属製還元反応容器の例を示す概略断面図である。また、図3(A)は本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法における錆層形成工程を行った後の金属製還元反応容器の内面構造を模式的に説明する拡大断面図であり、図3(B)は本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法における拡散防止層形成工程中の金属製還元反応容器の内面構造を模式的に説明する拡大断面図であり、図3(C)は本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法における拡散防止層形成工程を行った後の金属製還元反応容器の内面構造を模式的に説明する拡大断面図である。
以下、本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法について図面を使用して例示する。
[2. Method for manufacturing metal reduction reaction vessel]
FIG. 1 is a flow diagram illustrating an example of a method for manufacturing a metal reduction reactor according to the present invention. Further, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a metal reduction reactor used for the diffusion prevention layer forming step in the method for manufacturing a metal reduction reactor according to the present invention. FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view schematically illustrating the inner surface structure of the metal reduction reactor after the rust layer forming step in the method for manufacturing the metal reduction reactor according to the present invention. FIG. 3(B) is an enlarged cross-sectional view schematically explaining the inner surface structure of the metal reduction reaction vessel during the step of forming the diffusion barrier layer in the method for manufacturing the metal reduction reaction vessel according to the present invention, and FIG. ) is an enlarged cross-sectional view schematically explaining the inner surface structure of the metal reduction reaction vessel after performing the diffusion prevention layer forming step in the method for manufacturing the metal reduction reaction vessel according to the present invention.
Hereinafter, a method for manufacturing a metal reduction reactor according to the present invention will be illustrated with reference to the drawings.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法は、一実施形態において、図1に示すように、錆層形成工程S11と拡散防止層形成工程S21とを含む。 In one embodiment, the method for manufacturing a metal reduction reactor according to the present invention includes a rust layer forming step S11 and a diffusion prevention layer forming step S21, as shown in FIG.

<錆層形成工程>
錆層形成工程S11では、金属製還元反応容器を加熱し、金属製還元反応容器の内面に容器由来元素の酸化物を含む錆層を形成する。金属製還元反応容器の材質としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼(例:SUS316)またはクラッド鋼(例:SS400およびステンレス鋼)が挙げられる。金属製還元反応容器がステンレス鋼である場合には、ステンレス鋼に含まれるCrが酸化されて、錆層として金属製還元反応容器の内面にクロム酸化物を含有するクロム酸化物層を形成する。また、金属製還元反応容器がクラッド鋼である場合には、金属製還元反応容器の内面が炭素鋼であるため、その炭素鋼に含まれるFeが酸化されて、錆層として金属製還元反応容器の内面に鉄酸化物層を形成する。
<Rust layer forming process>
In the rust layer forming step S11, the metallic reduction reaction vessel is heated to form a rust layer containing oxides of elements derived from the vessel on the inner surface of the metallic reduction reaction vessel. The material of the metal reduction reaction vessel is not particularly limited, but examples thereof include stainless steel (eg SUS316) and clad steel (eg SS400 and stainless steel). When the metal reduction reaction vessel is stainless steel, Cr contained in the stainless steel is oxidized to form a chromium oxide layer containing chromium oxide on the inner surface of the metal reduction reaction vessel as a rust layer. Further, when the metal reduction reaction vessel is clad steel, the inner surface of the metal reduction reaction vessel is carbon steel. form an iron oxide layer on the inner surface of

(加熱温度)
加熱温度は、900~1200℃で、金属製還元反応容器を加熱することが好ましい。上記加熱温度は、金属製還元反応容器の内面を加熱することで酸化させて、錆層を成長させるという観点から、900℃以上であることが好ましく、950℃以上であることがより好ましく、980℃以上であることが更に好ましい。また、上記加熱温度は、生産効率上の観点から、1200℃以下であることが好ましく、1150℃以下であることがより好ましく、1050℃以下であることが更に好ましい。
(Heating temperature)
The heating temperature is preferably 900 to 1200° C., and the metallic reduction reactor is preferably heated. The heating temperature is preferably 900° C. or higher, more preferably 950° C. or higher, and more preferably 980° C. from the viewpoint of oxidizing the inner surface of the metal reduction reactor by heating to grow a rust layer. ° C. or more is more preferable. From the viewpoint of production efficiency, the heating temperature is preferably 1200° C. or lower, more preferably 1150° C. or lower, and even more preferably 1050° C. or lower.

(加熱時間)
加熱時間は、金属製還元反応容器の内面を加熱することで酸化させて、錆層を成長させるという観点から、5時間以上であることが好ましく、7時間以上であることがより好ましく、9時間以上であることが更に好ましい。また、上記加熱時間は、生産効率上の観点から、30時間以下であることが好ましく、20時間以下であることがより好ましい。
(heating time)
The heating time is preferably 5 hours or more, more preferably 7 hours or more, more preferably 9 hours, from the viewpoint of oxidizing the inner surface of the metal reduction reactor by heating to grow a rust layer. It is more preferable that it is above. The heating time is preferably 30 hours or less, more preferably 20 hours or less, from the viewpoint of production efficiency.

(エアーの供給)
金属製還元反応容器の内面に錆層を効率的に形成するという観点から、金属製還元反応容器を加熱しながら、金属製還元反応容器内にエアーを供給することが好ましい。なお、金属製還元反応容器がマグネシウムおよび塩化マグネシウムを抜き取りおよび/または供給するためのMgパイプを備える場合、該Mgパイプを介してエアーの金属製還元反応容器内に供給してよい。また、金属製還元反応容器を加熱保持することが終了した後も、金属製還元反応容器内にMgパイプを介してエアーを供給してもよい。なお、上記エアーとしては、酸素を含む乾燥エアーであればよい。
(Air supply)
From the viewpoint of efficiently forming a rust layer on the inner surface of the metal reduction reaction vessel, it is preferable to supply air into the metal reduction reaction vessel while heating the metal reduction reaction vessel. When the metallic reduction reaction vessel is provided with an Mg pipe for extracting and/or supplying magnesium and magnesium chloride, air may be supplied into the metallic reduction reaction vessel via the Mg pipe. Further, even after the heating and holding of the metal reduction reaction vessel is finished, air may be supplied into the metal reduction reaction vessel through the Mg pipe. As the air, dry air containing oxygen may be used.

(錆層の平均厚み)
チタン製造には後述の拡散防止層を形成した金属製還元反応容器を用いるが、良好な錆層の形成は良好な拡散防止層の形成に寄与するため、錆層は一定以上の厚みを有することが好ましい。錆層の平均厚みは、1~40μmであることが好ましい。上記錆層の平均厚みは、次工程である拡散防止層形成工程S21で効率的にチタン含有層を形成するという観点から、1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましく、5μm以上であることが更に好ましい。また、上記錆層の平均厚みは、生産効率の観点から、好ましくは30μm以下であり、より好ましくは20μm以下であり、更に好ましくは10μm以下である。
(Average thickness of rust layer)
A metal reduction reaction vessel with a diffusion prevention layer, which will be described later, is used for titanium production, but the formation of a good rust layer contributes to the formation of a good diffusion prevention layer, so the rust layer must have a certain thickness or more. is preferred. The average thickness of the rust layer is preferably 1-40 μm. The average thickness of the rust layer is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm, from the viewpoint of efficiently forming the titanium-containing layer in the diffusion prevention layer forming step S21, which is the next step. It is more preferable that it is above. Also, the average thickness of the rust layer is preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, and even more preferably 10 μm or less, from the viewpoint of production efficiency.

錆層の厚みの測定を行う場合、下記方法で行う。金属製還元反応容器の内面より錆層を有する分析対象となる試験片を切り取り、スライシングマシンで約1cm×1cm×1cm角に切断したものを測定サンプルとして、EPMAを用いて金属製還元反応容器の厚み方向に切断面を測定し、該測定サンプル中の酸化物を含む錆層の厚みを所定の間隔で少なくとも5点測定する。そして、その5点の平均値を錆層の厚みとする。なお、測定条件としては、EPMAの加速電圧は15kV、照射電流は5×10-8~1×10-7Aである。 When measuring the thickness of the rust layer, the following method is used. A test piece to be analyzed having a rust layer was cut from the inner surface of the metal reduction reaction vessel, cut into approximately 1 cm x 1 cm x 1 cm squares with a slicing machine, and used as a measurement sample. A cut surface is measured in the thickness direction, and the thickness of the rust layer containing oxides in the measurement sample is measured at at least five points at predetermined intervals. And let the average value of the five points|pieces be the thickness of a rust layer. The measurement conditions were an EPMA acceleration voltage of 15 kV and an irradiation current of 5×10 -8 to 1×10 -7 A.

<拡散防止層形成工程>
次に、拡散防止層形成工程S21では、錆層を形成した金属製還元反応容器に塩化チタン及びマグネシウムを含む拡散防止層形成用原料を装入し、その後減圧下で加熱することにより該原料を気化させて金属製還元反応容器の内面にTiを含有する拡散防止層を形成する。
<Diffusion prevention layer forming step>
Next, in the diffusion prevention layer forming step S21, a diffusion prevention layer forming raw material containing titanium chloride and magnesium is charged into the metal reduction reaction vessel on which the rust layer is formed, and then the raw material is heated under reduced pressure to reduce the raw material. It is vaporized to form a Ti-containing diffusion prevention layer on the inner surface of the metallic reduction reactor.

まず、先述した錆層を備えた金属製還元反応容器について図面を使用して例示する。なお、図面は金属製還元反応容器の構成を正確に図示するものではなく、本実施形態の説明をする上で必要な構成についてその概略を示している。
前述した錆層形成工程S11では、図2に示すように、金属製還元反応容器1はその内面2に錆層3が形成されている。上記金属製還元反応容器1内には、その下部に台座4が設けられており、台座4上には、原料保持容器5が設けられている。原料保持容器5は、複数段の保持部5a~eを備え、各保持部には、スポンジチタン等の拡散防止層形成用原料6が保持されている。金属製還元反応容器1の上部には上蓋7が設けられている。金属製還元反応容器1は、バルブ8を経由して減圧装置9と接続されており、バルブ8の開閉によって金属製還元反応容器1内の減圧度を調整可能である。また、金属製還元反応容器1は、加熱炉(不図示)に収納されており、この加熱炉によって金属製還元反応容器1を後述する所望とする温度まで昇温することができる。
First, the metallic reduction reactor provided with the rust layer described above will be illustrated using drawings. The drawings do not accurately illustrate the configuration of the metal reduction reaction vessel, but show the outline of the configuration necessary for explaining the present embodiment.
In the rust layer forming step S11 described above, a rust layer 3 is formed on the inner surface 2 of the metallic reduction reactor 1, as shown in FIG. A pedestal 4 is provided in the lower portion of the metallic reduction reaction vessel 1 , and a raw material holding vessel 5 is provided on the pedestal 4 . The raw material holding container 5 has a plurality of stages of holding portions 5a to 5e, and each holding portion holds a diffusion preventing layer forming raw material 6 such as sponge titanium. An upper lid 7 is provided on the top of the metallic reduction reaction vessel 1 . The metal reduction reaction vessel 1 is connected to a decompression device 9 via a valve 8 , and the degree of pressure reduction in the metal reduction reaction vessel 1 can be adjusted by opening and closing the valve 8 . The metal reduction reaction vessel 1 is housed in a heating furnace (not shown), and the heating furnace can raise the temperature of the metal reduction reaction vessel 1 to a desired temperature, which will be described later.

拡散防止層の形成に用いる拡散防止層形成用原料6は、スポンジチタンであることが好ましい。当該スポンジチタンは、低級の塩化チタンおよびマグネシウムを含む、いわゆる低品位のスポンジチタンを使用することが好ましい。スポンジチタンは多孔質であるため、原料由来の蒸気を得やすい。 The diffusion prevention layer forming raw material 6 used for forming the diffusion prevention layer is preferably sponge titanium. It is preferable to use so-called low-grade titanium sponge containing low-grade titanium chloride and magnesium as the titanium sponge. Since sponge titanium is porous, it is easy to obtain vapor derived from the raw material.

拡散防止層形成用原料6を配設した原料保持容器5を台座4の上に載置した後、金属製還元反応容器1を上蓋7で密閉し、バルブ8を開き、減圧装置9によって金属製還元反応容器1の内部の減圧吸引を行う。所定条件が整った後、金属製還元反応容器1を収納した加熱炉に通電して、昇温を開始する。 After placing the raw material holding container 5 in which the raw material 6 for forming the diffusion barrier layer is placed on the pedestal 4, the metal reduction reaction container 1 is sealed with the upper lid 7, the valve 8 is opened, and the metal The inside of the reduction reaction vessel 1 is vacuumed and sucked. After the predetermined conditions are met, the heating furnace containing the metallic reduction reactor 1 is energized to start raising the temperature.

反応容器1内が減圧され、かつ加熱炉で加熱されることにより、拡散防止層形成用原料6が気化して原料蒸気となる。本発明において、気化とは、液体又は固体が蒸気になることを示す。 By decompressing the inside of the reaction vessel 1 and heating it in the heating furnace, the diffusion prevention layer forming raw material 6 is vaporized into a raw material vapor. In the context of the present invention, vaporization indicates that a liquid or solid becomes a vapor.

金属製還元反応容器の内面に形成された錆層が、当該原料蒸気と反応し、金属製還元反応容器の内面に拡散防止層を形成する。拡散防止層は、外側から内側に向かって、少なくともTiを含有するチタン含有層を有し、その内側にさらにMgを含有するマグネシウム含有層を有する場合がある。上記拡散防止層の形成メカニズムは詳細について不明であり、理論によって本発明が限定されることを意図するものではないが、以下のようなことが考えられる。
例えば、金属製還元反応容器がステンレス鋼製であり、拡散防止層形成用原料6として低品位のスポンジチタンを利用した場合、上記スポンジチタンのTi成分を気化させる際に、スポンジチタンの製造過程において除去できなかったMgと低級TiClx(x=2,3)も気化する。気化したMgが、図3(A)に示した金属製還元反応容器1の内面2上に形成された錆層(クロム酸化物層、クラッド鋼の場合は鉄酸化物層)3と反応して、下記反応式(1)に示すような反応が起こると考えられる。この反応が起こる理由としては、Mgの方がCrより標準反応ギブスエネルギーが小さいため、クロム酸化物の酸素はMgに還元されるからである。その結果、図3(B)に示すように、金属製還元反応容器1の内面2にMgを含有するマグネシウム含有層11を形成すると考えられる。
Cr23+3Mg⇒3MgO+2Cr・・・反応式(1)
さらに、この生成されたMgOの一部又は全部は、低級TiClx(x=2,3)と反応して、下記反応式(2)が起こると考えられる。
MgO+TiClx⇒TiO+MgClx・・・反応式(2)
金属製還元反応容器は加熱炉によって高温に熱せられているので、気化した上記TiClxがマグネシウム含有層11の外表面に拡散され、図3(C)に示すように、マグネシウム含有層11の外表面から内側に向かってMgがTiへ置換されると考えられ、マグネシウム含有層11の一部又は全部がチタン含有層12に変化し、マグネシウム含有層11よりも外側にチタン含有層12が形成される。なお、チタン含有層12は金属Tiや酸化チタン等の形態のチタンを含んでよい。チタン含有層12はスポンジチタン由来のチタンを含みうる。上記加熱時間等を変化させることで、チタン含有層12の厚さを調節可能である。金属製還元反応容器1の内面2に形成する拡散防止層10は、上記還元工程において金属製還元反応容器由来の不純物金属の汚染を抑制することができる。
A rust layer formed on the inner surface of the metallic reduction reaction vessel reacts with the raw material vapor to form a diffusion prevention layer on the inner surface of the metallic reduction reaction vessel. The diffusion barrier layer may have a titanium-containing layer containing at least Ti and a magnesium-containing layer containing Mg inside thereof from the outside toward the inside. The details of the formation mechanism of the diffusion prevention layer are unknown, and although the present invention is not intended to be limited by theory, the following is conceivable.
For example, when the metal reduction reaction vessel is made of stainless steel and low-grade titanium sponge is used as the raw material 6 for forming the diffusion barrier layer, when the Ti component of the titanium sponge is vaporized, during the manufacturing process of the titanium sponge, Unremoved Mg and lower TiCl x (x=2, 3) are also vaporized. The vaporized Mg reacts with the rust layer (chromium oxide layer, iron oxide layer in the case of clad steel) 3 formed on the inner surface 2 of the metal reduction reactor 1 shown in FIG. , a reaction as shown in the following reaction formula (1) is considered to occur. This reaction occurs because Mg has a lower standard Gibbs energy of reaction than Cr, so the oxygen in the chromium oxide is reduced to Mg. As a result, as shown in FIG. 3B, a magnesium-containing layer 11 containing Mg is formed on the inner surface 2 of the metal reduction reactor 1 .
Cr 2 O 3 +3Mg→3MgO+2Cr Reaction Formula (1)
Further, part or all of the produced MgO is thought to react with lower TiCl x (x=2, 3) to cause the following reaction formula (2).
MgO+TiCl x ⇒TiO+MgCl x Reaction Formula (2)
Since the metallic reduction reaction vessel is heated to a high temperature by the heating furnace, the vaporized TiCl x is diffused to the outer surface of the magnesium-containing layer 11, and as shown in FIG. It is thought that Mg is substituted with Ti from the surface toward the inside, part or all of the magnesium-containing layer 11 changes to the titanium-containing layer 12, and the titanium-containing layer 12 is formed outside the magnesium-containing layer 11. be. Note that the titanium-containing layer 12 may contain titanium in the form of metal Ti, titanium oxide, or the like. The titanium-containing layer 12 may contain titanium derived from titanium sponge. The thickness of the titanium-containing layer 12 can be adjusted by changing the heating time or the like. The diffusion prevention layer 10 formed on the inner surface 2 of the metallic reduction reaction vessel 1 can suppress contamination of impurity metals originating from the metallic reduction reaction vessel in the reduction step.

原料保持容器5は、拡散防止層形成用原料6を分散して配置できるように構成しておくことが好ましく、具体的な一例では、皿状の容器を鉛直方向に分散して多重に配設しておくこととしてよい。拡散防止層形成用原料6は、上記皿状の容器にそれぞれ適量載置すればよい。 The raw material holding container 5 is preferably configured so that the diffusion prevention layer forming raw material 6 can be dispersedly arranged. It is good to keep it. An appropriate amount of the diffusion prevention layer forming raw material 6 may be placed in each of the dish-shaped containers.

また、原料保持容器5は、高温に曝されるために高温強度に優れたステンレス鋼で構成することが好ましい。具体的には、SUS304あるいはSUS316で構成することが好ましい。 Moreover, since the raw material holding container 5 is exposed to high temperatures, it is preferable to be made of stainless steel, which has excellent high-temperature strength. Specifically, it is preferably made of SUS304 or SUS316.

拡散防止層形成用原料6は、塩化チタン及びマグネシウムを含有する。塩化チタンとしては、例えば二塩化チタン、三塩化チタン、四塩化チタンが挙げられるが、適切な気化温度のチタン原料を使用する観点から、低級塩化チタン(TiClx(X=2,3))が好ましい。拡散防止層形成用原料6は四塩化チタンを含んでもよいが、四塩化チタンはマグネシウムと比較して気化温度が低すぎるため、より気化温度が高い上記低級塩化チタンが好ましい。また、マグネシウムとしては、例えば金属マグネシウム、マグネシウム化合物(例:塩化マグネシウム)が挙げられ、上記反応式の推定に鑑みれば少なくとも金属マグネシウムを含むとしてもよい。さらに、拡散防止層形成用原料6は、上述した反応(上記式(1)及び式(2))を利用して効率的に拡散防止層を形成するため、塩化チタン及びマグネシウムを含む低品位のスポンジチタンであることが好ましい。なお、拡散防止層形成用原料6は、スポンジチタンの場合には、粒において採用可能な最大長さが50~150mmの粗粒スポンジチタンを利用することができる。 The diffusion prevention layer forming raw material 6 contains titanium chloride and magnesium. Examples of titanium chloride include titanium dichloride, titanium trichloride, and titanium tetrachloride. From the viewpoint of using a titanium raw material with an appropriate vaporization temperature, lower titanium chloride (TiCl x (X=2,3)) is preferred. preferable. The diffusion barrier layer-forming raw material 6 may contain titanium tetrachloride, but titanium tetrachloride has a too low vaporization temperature compared to magnesium, so lower titanium chloride, which has a higher vaporization temperature, is preferable. Examples of magnesium include metallic magnesium and magnesium compounds (eg, magnesium chloride), and considering the estimation of the above reaction formula, at least metallic magnesium may be included. Furthermore, since the diffusion barrier layer forming raw material 6 efficiently forms the diffusion barrier layer using the above-described reactions (formulas (1) and (2) above), the diffusion barrier layer forming raw material 6 is a low-grade material containing titanium chloride and magnesium. Sponge titanium is preferred. In the case of sponge titanium, the raw material 6 for forming the diffusion prevention layer may be coarse-grained titanium sponge having a maximum length of 50 to 150 mm.

拡散防止層形成工程S21では減圧下で加熱する。減圧の程度は拡散防止層形成用原料から原料蒸気を得る観点から適宜設定すればよい。なお、拡散防止層形成工程の加熱は、Arガス等の不活性ガス存在下での加熱であってよい。この場合、金属製還元反応容器1内を真空引き(例えば0.01Pa以下)した後、0.05MPa以下、好ましくは0.03MPa以下となるよう不活性ガスを封入してから加熱処理を行ってよい。 In the diffusion prevention layer forming step S21, heating is performed under reduced pressure. The degree of pressure reduction may be appropriately set from the viewpoint of obtaining raw material vapor from the raw material for forming the diffusion prevention layer. The heating in the diffusion prevention layer forming step may be heating in the presence of an inert gas such as Ar gas. In this case, after the inside of the metal reduction reaction vessel 1 is evacuated (for example, 0.01 Pa or less), an inert gas is sealed to 0.05 MPa or less, preferably 0.03 MPa or less, and then heat treatment is performed. good.

また、金属製還元反応容器1内の加熱温度は、650~1200℃の高温域まで加熱することが好ましい。上記加熱温度は、金属製還元反応容器1の内面に緻密な拡散防止層を形成するという観点から、800℃以上であることが好ましく、900℃以上であることがより好ましく、950℃以上であることが更に好ましい。また、安全上の観点から、1150℃以下であることが好ましく、1100℃以下であることがより好ましく、1050℃以下であることが更に好ましい。 Moreover, it is preferable to heat the inside of the metal reduction reactor 1 to a high temperature range of 650 to 1200°C. The heating temperature is preferably 800° C. or higher, more preferably 900° C. or higher, and 950° C. or higher, from the viewpoint of forming a dense diffusion prevention layer on the inner surface of the metal reduction reaction vessel 1. is more preferred. From the viewpoint of safety, the temperature is preferably 1150° C. or lower, more preferably 1100° C. or lower, and even more preferably 1050° C. or lower.

例えば、チタンの製造量が14ton/1バッチ当たりの金属製還元反応容器であれば、加熱時間が10~70時間であることが好ましい。上記加熱時間は、拡散防止層の厚みを増やすという観点から、25時間以上であることが好ましく、35時間以上であることがより好ましく、50時間以上であることが更に好ましい。また、上記加熱時間は、生産効率を考慮し、65時間以下であることが好ましく、60時間以下であることがより好ましい。 For example, if the production amount of titanium is 14 tons/batch in a metallic reduction reactor, the heating time is preferably 10 to 70 hours. From the viewpoint of increasing the thickness of the diffusion prevention layer, the heating time is preferably 25 hours or longer, more preferably 35 hours or longer, and even more preferably 50 hours or longer. Further, the heating time is preferably 65 hours or less, more preferably 60 hours or less, in consideration of production efficiency.

拡散防止層形成工程S21が終了した後は、通常は室温まで冷却する。冷却の方法は特に限定されないが、上蓋を外して空冷により室温に冷却してよい。 After the diffusion prevention layer forming step S21 is finished, the substrate is usually cooled to room temperature. Although the method of cooling is not particularly limited, it may be cooled to room temperature by air cooling after removing the upper lid.

本実施形態においては、スポンジチタンの製造を行っていない未使用の金属製還元反応容器に対しても拡散防止層を形成可能である。 In this embodiment, the diffusion prevention layer can be formed even on unused metallic reduction reactors in which sponge titanium has not been produced.

拡散防止層の平均厚みは、Fe等の不純物金属の溶出を抑制するという観点から、5μmを超えることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがより好ましく、30μm以上であることが更に好ましい。また、拡散防止層の平均厚みは特に限定されない。生産効率の観点からあえて上限を例示すると、100μm以下としてよい。
拡散防止層は、少なくともチタン含有層を有し、さらにマグネシウム含有層を有してもよい。拡散防止層がチタン含有層およびマグネシウム含有層を有する場合、通常はチタン含有層がより外側に位置し、マグネシウム含有層がより内側(金属製還元反応容器の内面側)に位置する。チタン含有層とは、金属成分の中で下記測定法に基づくTi濃度が50%以上である金属含有層を指す。マグネシウム含有層とは、金属成分の中で下記測定法に基づくMg濃度が35%以上である金属含有層を指す。なお、Ti濃度50%以上かつMg濃度35%以上の領域が存在する場合はチタン含有層とする。
From the viewpoint of suppressing the elution of impurity metals such as Fe, the average thickness of the diffusion prevention layer is preferably more than 5 μm, more preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and 30 μm or more. It is even more preferable to have Moreover, the average thickness of the diffusion prevention layer is not particularly limited. If the upper limit is exemplified from the viewpoint of production efficiency, it may be 100 μm or less.
The diffusion barrier layer has at least a titanium-containing layer and may further have a magnesium-containing layer. When the diffusion prevention layer has a titanium-containing layer and a magnesium-containing layer, the titanium-containing layer is usually positioned on the outer side, and the magnesium-containing layer is positioned on the inner side (inner surface side of the metallic reduction reactor). The titanium-containing layer refers to a metal-containing layer having a Ti concentration of 50% or more among metal components based on the following measurement method. The magnesium-containing layer refers to a metal-containing layer having a Mg concentration of 35% or more among metal components based on the following measurement method. If there is a region with a Ti concentration of 50% or more and an Mg concentration of 35% or more, it is defined as a titanium-containing layer.

拡散防止層の厚みの測定を行う場合、下記方法で行う。金属製還元反応容器の内面より拡散防止層を有する分析対象となる試験片を切り出し、次いで、スライシングマシンで約1cm×1cm×1cm角に切断したものを測定サンプルとして、EPMAを用いて金属製還元反応容器の厚み方向に切断面を測定し、該測定サンプル中のチタン含有層、マグネシウム含有層の厚みを所定の間隔で少なくとも5点測定する。そして、その5点の平均値を各層の厚みとする。拡散防止層の厚みは、チタン含有層の厚みとマグネシウム含有層の厚みの和である。
なお、測定条件としては、EPMAの加速電圧は15kV、照射電流は5×10-8~1×10-7Aである。
ここでいうTi濃度とは、上記電子線マイクロアナライザを用いて測定した各金属の測定結果から、下記式(1)で算出したものである。また、Mg濃度とは、上記電子線マイクロアナライザを用いて測定した各金属の測定結果から、下記式(2)で算出したものである。
(Tiの濃度)(%)={(Tiの質量%)/{(Tiの質量%)+(Niの質量%)+(Feの質量%)+(Crの質量%)+(Mgの質量%)}}×100・・・式(1)
(Mgの濃度)(%)={(Mgの質量%)/{(Tiの質量%)+(Niの質量%)+(Feの質量%)+(Crの質量%)+(Mgの質量%)}}×100・・・式(2)
When measuring the thickness of the diffusion prevention layer, the following method is used. A test piece to be analyzed having a diffusion prevention layer is cut out from the inner surface of a metal reduction reaction vessel, and then cut into approximately 1 cm × 1 cm × 1 cm squares with a slicing machine. A cut surface is measured in the thickness direction of the reaction vessel, and the thickness of the titanium-containing layer and the magnesium-containing layer in the measurement sample is measured at at least five points at predetermined intervals. And let the average value of the five points|pieces be the thickness of each layer. The thickness of the diffusion barrier layer is the sum of the thickness of the titanium-containing layer and the thickness of the magnesium-containing layer.
The measurement conditions were an EPMA acceleration voltage of 15 kV and an irradiation current of 5×10 -8 to 1×10 -7 A.
The Ti concentration referred to here is calculated by the following formula (1) from the measurement results of each metal measured using the electron probe microanalyzer. Further, the Mg concentration is calculated by the following formula (2) from the measurement results of each metal measured using the electron probe microanalyzer.
(Concentration of Ti) (%) = {(mass% of Ti) / {(mass% of Ti) + (mass% of Ni) + (mass% of Fe) + (mass% of Cr) + (mass of Mg) %)}}×100 Formula (1)
(Mg concentration) (%) = {(mass% of Mg) / {(mass% of Ti) + (mass% of Ni) + (mass% of Fe) + (mass% of Cr) + (mass of Mg %)}}×100 Expression (2)

[3.金属製還元反応容器]
本発明に係る金属製還元反応容器は、一実施形態において、内面に、Tiを含有する拡散防止層を備える。
[3. Metal Reduction Reaction Vessel]
In one embodiment, the metallic reduction reaction vessel according to the present invention is provided with a Ti-containing diffusion prevention layer on the inner surface.

Fe等の不純物金属の溶出を抑制するという観点から、拡散防止層の平均厚みは5μmを超えることが好ましいことは上述のとおりである。 As described above, from the viewpoint of suppressing the elution of impurity metals such as Fe, the average thickness of the diffusion prevention layer preferably exceeds 5 μm.

[4.チタンの製造方法]
本発明に係るチタンの製造方法は、一実施形態において、上述した金属製還元反応容器の製造方法により、拡散防止層を備えた金属製還元反応容器を得る工程と、拡散防止層を備えた金属製還元反応容器内で四塩化チタンを還元する工程と、を含む。当該チタンの製造方法によれば、スポンジチタンを製造することに適している。なお、製造条件や設備等は、適宜選択すればよい。
[4. Method for producing titanium]
In one embodiment of the method for producing titanium according to the present invention, a step of obtaining a metal reduction reaction vessel provided with a diffusion prevention layer by the method for producing a metal reduction reaction vessel described above; and reducing the titanium tetrachloride in the reduction reaction vessel. The method for producing titanium is suitable for producing sponge titanium. The manufacturing conditions, equipment, etc. may be appropriately selected.

以下、本発明の内容を実施例及び比較例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。 [EXAMPLES] Hereafter, although an Example and a comparative example demonstrate the content of this invention still more concretely, this invention is not limited at all by these examples.

(テストピースを使用した錆層形成の確認)
未使用の金属製還元反応容器を模擬するためステンレス鋼(SUS316)のテストピースを用意し、酸素を含む乾燥エアー供給下、1000℃でそれぞれ10時間、15時間、20時間加熱した後、クロム酸化物層の厚さをEPMA測定で確認した。
その結果、クロム酸化物層の厚さは以下の表1に示す通りであった。
(Confirmation of rust layer formation using a test piece)
A stainless steel (SUS316) test piece was prepared to simulate an unused metal reduction reaction vessel, and after heating at 1000 ° C. for 10 hours, 15 hours, and 20 hours under the supply of dry air containing oxygen, chromium oxidation was performed. The layer thickness was confirmed by EPMA measurements.
As a result, the thickness of the chromium oxide layer was as shown in Table 1 below.

Figure 0007106372000001
Figure 0007106372000001

以上より、ステンレス鋼の表面に錆層が確認された。また、加熱時間の増加にともない錆層は厚くなる傾向であった。 From the above, a rust layer was confirmed on the surface of the stainless steel. Also, the rust layer tended to thicken as the heating time increased.

(錆層形成テストピースを使用した拡散防止層形成の確認)
上記試験にて作製した錆層形成テストピースを、有底円筒形状でステンレス鋼製(SUS316)の金属製還元反応容器(外径:2200mmφ、高さ:5400mm)内に配置し、また金属製還元反応容器内に皿状の容器を鉛直方向に分散して多重に配設したステンレス製の原料保持容器を配置し低級塩化チタンおよびマグネシウムを含む粗粒の低品位のスポンジチタンを装入した。減圧後、アルゴンガスを封入して0.03MPaとし、1000℃で55時間加熱した。その後空冷により冷却し、冷却完了後にテストピースを回収した。
(Confirmation of diffusion prevention layer formation using rust layer formation test piece)
The rust layer-forming test piece prepared in the above test was placed in a bottomed cylindrical stainless steel (SUS316) metal reduction reaction vessel (outer diameter: 2200 mmφ, height: 5400 mm). A raw material holding container made of stainless steel, in which dish-shaped containers were vertically dispersed in multiple layers, was arranged in the reaction container, and coarse-grained, low-grade sponge titanium containing low-grade titanium chloride and magnesium was charged. After decompression, argon gas was sealed to 0.03 MPa and heated at 1000° C. for 55 hours. After that, it was cooled by air cooling, and the test piece was collected after the cooling was completed.

回収したテストピースをEPMA測定に供し、拡散防止層の厚さを測定した。測定結果は以下の表2に示す通りである。 The recovered test piece was subjected to EPMA measurement to measure the thickness of the anti-diffusion layer. The measurement results are shown in Table 2 below.

Figure 0007106372000002
Figure 0007106372000002

以上より、上記テストピースには、錆層よりも厚い拡散防止層が形成されていた。 As described above, the diffusion prevention layer thicker than the rust layer was formed on the test piece.

<実施例>
未使用であって、有底円筒形状でステンレス鋼製(SUS316)の金属製還元反応容器(外径:2200mmφ、内径:2100mmφ、高さ:5400mm)を用意した。実施例では、酸素を含む乾燥エアー供給下、1000℃で10時間加熱し錆層を形成した。上記錆層の厚みは、EPMAで測定したところ、5μmであった。一方、比較例では、金属製還元反応容器に該錆層の形成を行わなかった。
<Example>
An unused, bottomed cylindrical stainless steel (SUS316) metal reduction reaction vessel (outer diameter: 2200 mmφ, inner diameter: 2100 mmφ, height: 5400 mm) was prepared. In the example, a rust layer was formed by heating at 1000° C. for 10 hours while supplying dry air containing oxygen. The thickness of the rust layer was 5 μm as measured by EPMA. On the other hand, in the comparative example, the rust layer was not formed on the metallic reduction reactor.

実施例および比較例の金属製還元反応容器内に皿状の容器を鉛直方向に分散して多重に配設したステンレス製の原料保持容器を配置し低級塩化チタンおよびマグネシウムを含む粗粒の低品位のスポンジチタンを装入した。減圧後、アルゴンガスを封入して0.03MPaとし、1000℃で55時間加熱した。実施例では、拡散防止層の厚みは、EPMAで測定したところ、30μmであった。 In the metal reduction reaction vessel of the examples and comparative examples, a stainless steel raw material holding vessel in which dish-shaped vessels are dispersed in the vertical direction and arranged in multiple layers is arranged, and coarse particles of low grade containing low grade titanium chloride and magnesium are arranged. of sponge titanium was charged. After decompression, argon gas was sealed to 0.03 MPa and heated at 1000° C. for 55 hours. In the example, the thickness of the anti-diffusion layer was 30 μm as measured by EPMA.

次に、当該金属製還元反応容器を使用してスポンジチタンを製造し、スポンジチタン塊の周壁鉄部位を除去後、スポンジチタンを採取した。さらに、採取したスポンジチタンについて下記評価を行った。 Next, sponge titanium was produced using the metal reduction reaction vessel, and after removing the peripheral wall iron part of the sponge titanium mass, the sponge titanium was collected. Furthermore, the following evaluations were performed on the sampled sponge titanium.

(濃度分析)
XRF分析により、Fe、Ni、及びCrをそれぞれ分析した。分析結果を図4~図6に示す。該濃度分析を行い、Fe濃度とNi濃度とCr濃度の基準値(表3)を超えているか否かを評価した。
(concentration analysis)
Fe, Ni, and Cr were each analyzed by XRF analysis. The analysis results are shown in FIGS. 4-6. The concentrations were analyzed to evaluate whether or not the Fe concentration, Ni concentration, and Cr concentration exceeded the standard values (Table 3).

Figure 0007106372000003
Figure 0007106372000003

実施例の試験数は7、比較例の試験数は25とした。いずれも未使用の金属製還元反応容器に上記した処理を行い、第1回目に製造したスポンジチタンを濃度分析対象とした。実施例と比較例でFe、Ni、Crの濃度の平均値は以下の表4に示す通りである。 The number of tests for the example was 7, and the number of tests for the comparative example was 25. In both cases, an unused metal reduction reaction vessel was subjected to the above-described treatment, and the sponge titanium produced in the first time was subjected to concentration analysis. Table 4 below shows the average values of the concentrations of Fe, Ni, and Cr in Examples and Comparative Examples.

Figure 0007106372000004
Figure 0007106372000004

(実施例による考察)
各例の測定結果を小数点以下2桁で分類し、Fe、Ni、Crの濃度値の分布をそれぞれ確認すると、図4~図6に示す通りである。実施例における金属製還元反応容器は、比較例における金属製還元反応容器と比べて安定的にスポンジチタンの不純物濃度を低減できていたため、有用であるといえる。
(Consideration by Example)
The measurement results of each example are classified by two digits below the decimal point, and the distributions of the concentration values of Fe, Ni, and Cr are confirmed, respectively, as shown in FIGS. 4 to 6. FIG. The metallic reduction reaction vessel in the example can be said to be useful because the concentration of impurities in sponge titanium can be stably reduced compared to the metallic reduction reaction vessel in the comparative example.

1 金属製還元反応容器
2 内面
3 錆層(Cr23層)
4 台座
5 原料保持容器
6 拡散防止層形成用原料
7 上蓋
8 バルブ
9 減圧装置
10 拡散防止層
11 マグネシウム含有層
12 チタン含有層
S11 錆層形成工程
S21 拡散防止層形成工程
1 metal reduction reaction vessel 2 inner surface 3 rust layer (Cr 2 O 3 layer)
4 pedestal 5 raw material holding container 6 raw material for forming diffusion prevention layer 7 upper lid 8 valve 9 decompression device 10 diffusion prevention layer 11 magnesium -containing layer 12 titanium -containing layer S11 rust layer forming step S21 diffusion preventing layer forming step

Claims (12)

金属製還元反応容器を加熱し内面に容器由来元素の酸化物を含む錆層を形成する錆層形成工程と、
錆層を形成した前記金属製還元反応容器に塩化チタン及びマグネシウムを含む拡散防止層形成用原料を装入し、その後減圧下で加熱することにより該原料を気化させて前記金属製還元反応容器の内面にTiを含有する拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程と、
を含む、金属製還元反応容器の製造方法。
A rust layer forming step of heating a metal reduction reaction vessel to form a rust layer containing oxides of elements derived from the vessel on the inner surface;
A raw material for forming a diffusion prevention layer containing titanium chloride and magnesium is charged into the metal reduction reaction vessel with a rust layer formed thereon, and then the raw material is vaporized by heating under reduced pressure to form the metal reduction reaction vessel. a diffusion prevention layer forming step of forming a diffusion prevention layer containing Ti on the inner surface;
A method for manufacturing a metal reduction reaction vessel, comprising:
前記錆層形成工程における加熱温度が900℃~1200℃である、請求項1に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 2. The method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to claim 1, wherein the heating temperature in said rust layer forming step is 900.degree. C. to 1200.degree. 前記錆層の平均厚みは、1~40μmである請求項1又は2に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 3. The method for manufacturing a metal reduction reactor according to claim 1, wherein the rust layer has an average thickness of 1 to 40 μm. 前記錆層形成工程では、前記金属製還元反応容器を加熱しながら、前記金属製還元反応容器内にエアーを供給することによって前記金属製還元反応容器の内面に前記錆層を形成する請求項1~3のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 2. In the rust layer forming step, the rust layer is formed on the inner surface of the metal reduction reaction vessel by supplying air into the metal reduction reaction vessel while heating the metal reduction reaction vessel. 4. A method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to any one of items 1 to 3. 前記拡散防止層形成用原料は、塩化チタン及びマグネシウムを含む低品位のスポンジチタンである、請求項1~4のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 5. The method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to claim 1, wherein said diffusion prevention layer forming raw material is low-grade titanium sponge containing titanium chloride and magnesium. 前記金属製還元反応容器がステンレス鋼製である、請求項1~5のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 The method for producing a metallic reduction reaction vessel according to any one of claims 1 to 5, wherein the metallic reduction reaction vessel is made of stainless steel. 前記錆層がクロム酸化物を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 The method for manufacturing a metal reduction reactor according to any one of claims 1 to 6, wherein the rust layer contains chromium oxide. 前記金属製還元反応容器が未使用である請求項1~7のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 The method for producing a metal reduction reaction vessel according to any one of claims 1 to 7, wherein the metal reduction reaction vessel is unused. 前記拡散防止層形成工程における加熱温度が、650~1200℃である請求項1~8のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 The method for producing a metal reduction reaction vessel according to any one of claims 1 to 8, wherein the heating temperature in the diffusion prevention layer forming step is 650 to 1200°C. 前記拡散防止層の平均厚みは、5μmを超える請求項1~9のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 10. The method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to any one of claims 1 to 9, wherein the diffusion prevention layer has an average thickness exceeding 5 µm. 内面に、Tiを含有する拡散防止層を備えた金属製還元反応容器であって、
前記拡散防止層の平均厚みが5μmを超え
前記拡散防止層は、チタン含有層とマグネシウム含有層を含み、
前記マグネシウム含有層が前記チタン含有層より内側に位置する、金属製還元反応容器。
A metal reduction reactor provided with a diffusion prevention layer containing Ti on the inner surface,
The average thickness of the diffusion prevention layer exceeds 5 μm ,
The diffusion barrier layer includes a titanium-containing layer and a magnesium-containing layer,
A metallic reduction reaction vessel, wherein the magnesium-containing layer is located inside the titanium-containing layer .
請求項1~10のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法により拡散防止層を備えた金属製還元反応容器を得る工程と、
前記拡散防止層を備えた金属製還元反応容器内で四塩化チタンを還元する工程と、
を含むチタンの製造方法。
A step of obtaining a metallic reduction reaction vessel provided with a diffusion prevention layer by the method for producing a metallic reduction reaction vessel according to any one of claims 1 to 10;
a step of reducing titanium tetrachloride in a metallic reduction reaction vessel provided with the diffusion barrier;
A method of manufacturing titanium comprising:
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