JP7229097B2 - Lid for metal reduction reaction vessel and method for producing metal - Google Patents

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Description

この発明は、金属塩化物と還元材との接触による金属の製造に用いられる金属製還元反応容器の蓋体及び、金属の製造方法に関する技術を提案するものである。 The present invention proposes a technique related to a lid of a metal reduction reaction vessel used for metal production by contact between a metal chloride and a reducing agent, and a metal production method.

たとえば、工業的に広く利用されているクロール法によりスポンジチタンを製造するには、金属製還元反応容器内に予め液体状の溶融金属マグネシウムを貯留させ、その溶融金属マグネシウム上に四塩化チタンを滴下する還元工程を行う。還元工程では、金属マグネシウムが還元材として働いて四塩化チタンが金属チタンに還元され、金属製還元反応容器内で該金属チタンがスポンジチタン塊として成長する。 For example, in order to produce sponge titanium by the Kroll method, which is widely used industrially, liquid molten metallic magnesium is stored in advance in a metallic reduction reactor, and titanium tetrachloride is added dropwise onto the molten metallic magnesium. A reduction step is performed. In the reduction step, metallic magnesium acts as a reducing agent to reduce titanium tetrachloride to metallic titanium, and the metallic titanium grows as a sponge titanium mass in the metallic reduction reactor.

還元工程の後は一般に、金属製還元反応容器内で生成したスポンジチタン塊から、残留した金属マグネシウムや、副生成物の塩化マグネシウムを分離させる分離工程が行われる。その後、スポンジチタン塊を仕分け・破砕して、粒状のスポンジチタンとする。 After the reduction step, a separation step is generally performed to separate residual metal magnesium and by-product magnesium chloride from the sponge titanium mass generated in the metal reduction reactor. After that, the titanium sponge mass is sorted and crushed to obtain granular titanium sponge.

還元工程では、四塩化チタンと金属マグネシウムとの還元反応に伴って発生する熱により、金属製還元反応容器が極めて高温になる。このことは特に、スポンジチタン塊の生産性を向上させるべく四塩化チタンの供給速度を速くする高速製造時に大きな問題となる。
これに関連して、特許文献1には、「加熱された反応容器内に装入された溶融金属マグネシウム浴の上方から四塩化チタンを滴下してスポンジ状の金属チタンを製造する際に、空気と霧状の水滴の混合物を反応容器外壁上部に吹き付けて冷却することを特徴とするスポンジチタン還元炉の冷却方法」等が提案されている。
In the reduction step, the temperature of the metal reduction reaction vessel becomes extremely high due to the heat generated by the reduction reaction between titanium tetrachloride and metallic magnesium. This is particularly a serious problem during high-speed production in which the supply rate of titanium tetrachloride is increased in order to improve the productivity of titanium sponge blocks.
In this regard, Patent Document 1 discloses that "When titanium tetrachloride is dripped from above a molten magnesium metal bath charged into a heated reaction vessel to produce sponge-like titanium metal, air A method for cooling a sponge titanium reduction furnace, characterized by spraying a mixture of water droplets in the form of a mist onto the upper portion of the outer wall of the reaction vessel for cooling.

特開平7-41880号公報JP-A-7-41880

ところで、金属製還元反応容器は、金属マグネシウム等の還元材を貯留させる容器本体と、容器本体の開口部を覆蓋する蓋体とを含んで構成されることがある。還元工程では、容器本体のみならず蓋体も還元反応による発熱の影響を受ける。還元工程の特に中盤等では、図6に示すように、容器本体122の底部側のスポンジチタン塊TSだけでなく、容器本体122の内壁面上に壁面生成スポンジチタンWSが成長することにより、容器内部の冷却効率が低下し、溶融金属マグネシウムの浴面温度が上昇することから蓋体底壁も高温に晒されることになる。それ故に、蓋体の溶損や変形を防ぐため、蓋体の放熱を効果的に行うことが必要になる。 By the way, a metal reduction reaction vessel may include a vessel body for storing a reducing agent such as metallic magnesium and a lid body for covering an opening of the vessel body. In the reduction process, not only the container body but also the lid is affected by the heat generated by the reduction reaction. Especially in the middle stage of the reduction process, as shown in FIG. Since the cooling efficiency of the inside decreases and the surface temperature of the molten magnesium metal rises, the bottom wall of the lid is also exposed to high temperatures. Therefore, in order to prevent melting damage and deformation of the lid, it is necessary to effectively dissipate heat from the lid.

しかしながら、これまでは、容器本体の冷却に関する技術の開発は行われているものの、蓋体の有効な冷却技術が確立されているとは言い難い。なお特許文献1にも、蓋体の冷却についての記載はない。 However, although techniques for cooling the container body have been developed so far, it is difficult to say that an effective cooling technique for the lid has been established. Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200000 also does not describe cooling of the lid.

この発明の目的は、蓋体の冷却を良好に行うことができる金属製還元反応容器の蓋体及び、金属の製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lid for a metal reduction reaction vessel and a method for producing metal, which can cool the lid satisfactorily.

発明者は鋭意検討の結果、還元反応による発熱の影響を大きく受ける部分が蓋体の容器本体側に位置する底壁である点に着目し、蓋体のこの底壁に向けて熱媒体を分散させて送ることにより、蓋体を良好に冷却できることを見出した。 As a result of intensive studies, the inventors focused on the fact that the portion that is greatly affected by the heat generated by the reduction reaction is the bottom wall of the lid located on the container main body side, and disperses the heat medium toward this bottom wall of the lid. It was found that the lid body can be cooled well by feeding the lid body.

このような知見の下、この発明の蓋体は、金属塩化物と還元材との接触による金属の製造に用いる金属製還元反応容器の、容器本体に取り付けられるものであって、当該蓋体が、筒状の側壁と、前記側壁の前記容器本体側の端部に設けた底壁と、該蓋体の内部に形成されて熱媒体を流すことが可能な内部流路とを備え、前記内部流路が、前記底壁側に向く複数個の孔部を含んで構成される分散路を有するものである。 Based on such findings, the lid of the present invention is attached to the main body of a metal reduction reaction vessel used for producing metal by contacting a metal chloride and a reducing agent, and the lid is a cylindrical side wall, a bottom wall provided at an end portion of the side wall on the container body side, and an internal flow path formed inside the lid body through which a heat medium can flow; The flow path has a dispersion path including a plurality of holes facing the bottom wall.

この発明の蓋体では、前記複数個の孔部の少なくとも一部が、筒状の前記側壁の横断面の重心を中心とする同心円上に配置されることが好ましい。 In the lid of this invention, it is preferable that at least some of the plurality of holes are arranged on concentric circles around the center of gravity of the cross section of the cylindrical side wall.

また、この発明の蓋体は、当該蓋体が、該蓋体の内部を、容器内外方向に隔てた複数の空間に区分けする一個以上の隔壁をさらに備え、前記複数の空間が、容器内外方向の内側に位置して前記底壁に近接する内側空間と、容器内外方向で前記内側空間の外側に隣接する外側空間とを含み、前記内側空間と前記外側空間との間の前記隔壁に、前記分散路が設けられることが好適である。 In addition, the lid of the present invention further includes one or more partition walls that divide the interior of the lid into a plurality of spaces separated in the inside and outside direction of the container, and the plurality of spaces are divided in the inside and outside direction of the container. and an inner space adjacent to the bottom wall and an outer space adjacent to the outer side of the inner space in the container inside-outside direction, wherein the partition between the inner space and the outer space includes the A divergence path is preferably provided.

この場合、当該蓋体が、前記外側空間を中央領域と周縁領域とに分ける仕切り板をさらに備え、前記隔壁の前記中央領域側の壁部に、前記分散路を有するとともに、前記隔壁の前記周縁領域側の壁部に、前記内側空間から前記外側空間の前記周縁領域へ熱媒体を送る貫通孔が設けられることが好ましい。 In this case, the lid further includes a partition plate that divides the outer space into a central region and a peripheral region, and has the distribution path on a wall portion of the partition on the central region side, and the peripheral edge of the partition. It is preferable that the wall portion on the side of the region is provided with a through hole for sending a heat medium from the inner space to the peripheral region of the outer space.

さらにこの場合、前記中央領域の周方向の一部を容器内外方向に直交する方向に拡げて設けた拡張スペースに、熱媒体を当該蓋体の内部に流入させる流入口が設けられるとともに、前記周縁領域の周方向の、前記拡張スペースを隔てた両端部のそれぞれに、熱媒体を当該蓋体の内部から流出させる流出口が設けられることが好ましい。 Further, in this case, an expansion space provided by expanding a portion of the central region in the circumferential direction in a direction orthogonal to the inside and outside direction of the container is provided with an inlet for allowing the heat medium to flow into the inside of the lid, and the peripheral edge It is preferable that an outflow port through which the heat medium flows out from the inside of the lid body is provided at each of both ends in the circumferential direction of the region separated by the expansion space.

当該蓋体は、前記複数の空間の容器内外方向の外側に配置された断熱材をさらに備えることができる。 The lid body can further include a heat insulating material arranged outside the plurality of spaces in the container inside-outside direction.

なお、上記の孔部は、平面視で直径が5mm~30mmの円形状を有することが好ましい。 It is preferable that the hole has a circular shape with a diameter of 5 mm to 30 mm in plan view.

この発明の金属の製造方法は、上述したいずれかの蓋体と容器本体とを有する金属製還元反応容器を使用するというものである。 A method for producing a metal according to the present invention uses a metal reduction reaction vessel having any one of the above lids and a vessel body.

この発明の金属の製造方法は、金属塩化物を前記金属製還元反応容器内に供給し、前記金属塩化物を、該金属製還元反応容器内の還元材との接触により還元する還元工程を含み、前記還元工程で、前記蓋体の前記内部流路に熱媒体を流すことができる。
前記還元工程では、前記蓋体の前記内部流路を熱媒体が流れる際に、前記金属製還元反応容器の内圧を、前記蓋体の前記内部流路の圧力よりも高く維持することが好ましい。
The metal production method of the present invention includes a reduction step of supplying a metal chloride into the metal reduction reaction vessel and reducing the metal chloride by contact with a reducing agent in the metal reduction reaction vessel. and, in the reducing step, a heat medium can be flowed through the internal flow path of the lid.
In the reduction step, it is preferable to maintain the internal pressure of the metal reduction reactor higher than the pressure of the internal flow path of the lid when the heat medium flows through the internal flow path of the lid.

この発明の金属の製造方法は、前記金属塩化物を四塩化チタンとするとともに、前記還元材を金属マグネシウムとし、前記金属として金属チタンであるスポンジチタン塊を製造するものとすることができる。 In the method for producing a metal according to the present invention, the metal chloride may be titanium tetrachloride, the reducing agent may be metallic magnesium, and the metal may be metallic titanium to produce a sponge titanium mass.

この発明によれば、蓋体の冷却を良好に行うことができる。 According to this invention, the lid can be cooled satisfactorily.

スポンジチタン塊の製造時の還元工程を模式的に示す、金属製還元反応容器及びその周囲の還元炉の縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a metal reduction reaction vessel and its surrounding reduction furnace, schematically showing a reduction process during production of sponge titanium lumps. 図2(a)は、この発明の一の実施形態の蓋体を示す、蓋体の側壁の中心軸線を含む縦断面図であり、図2(b)は、図2(a)のB-B線に沿う横断面図である。FIG. 2(a) is a vertical cross-sectional view including the central axis line of the side wall of the lid, showing the lid according to one embodiment of the present invention, and FIG. It is a cross-sectional view along line B. FIG. 図2に示す蓋体の内部流路での熱媒体の流れを示す、図2(a)の部分拡大断面図である。FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 2( a ) showing the flow of a heat medium in the internal flow path of the lid shown in FIG. 2 ; 比較例の解析モデルを示す図である。It is a figure which shows the analysis model of a comparative example. 比較例の蓋体を示す、蓋体の側壁の中心軸線を含む縦断面図である。FIG. 5 is a vertical cross-sectional view including the central axis of the side wall of the lid, showing the lid of the comparative example. 還元工程にて金属製還元反応容器の容器本体内で成長するスポンジチタン塊を示す金属製還元反応容器の縦断面図である。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a metal reduction reaction vessel showing a titanium sponge mass growing within the container body of the metal reduction reaction vessel in the reduction step.

以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態の蓋体1は、図1に例示するような金属製還元反応容器21の容器本体22の上方側の開口部23に取り付けられて使用され得るものである。この金属製還元反応容器21は、還元炉31内に配置されて、還元工程で用いられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.
The lid 1 of one embodiment of the present invention can be used by being attached to the opening 23 on the upper side of the container body 22 of the metal reduction reaction container 21 as illustrated in FIG. This metal reduction reaction vessel 21 is placed in a reduction furnace 31 and used in the reduction process.

(還元工程)
還元工程では、金属製還元反応容器21の容器本体22内に、還元材としての溶融金属マグネシウムを貯留させる。そして、蓋体1に中央付近に設けた原料供給管Trを介して上方側から、図1に矢印で示すように、原料である金属塩化物としての四塩化チタンを、溶融金属マグネシウムの浴面Sb上に滴下して供給し、容器本体22内で四塩化チタンと金属マグネシウムとを接触させる。これにより、式:TiCl4+Mg→Ti+MgCl2の反応に基いて四塩化チタンが金属マグネシウムにより還元され、容器本体22内で、製造対象の金属である金属チタンとしてのスポンジチタン塊TSが得られる。
(Reduction process)
In the reduction step, molten metal magnesium as a reducing material is stored in the container body 22 of the metal reduction reaction container 21 . Then, as indicated by the arrow in FIG. 1, titanium tetrachloride as a metal chloride, which is a raw material, is supplied from the upper side through the raw material supply pipe Tr provided near the center of the lid 1 to the bath surface of the molten magnesium metal. The titanium tetrachloride and metallic magnesium are brought into contact with each other in the container main body 22 by dripping and supplying onto Sb. As a result, titanium tetrachloride is reduced by metallic magnesium based on the reaction of the formula: TiCl 4 +Mg→Ti+MgCl 2 , and a sponge titanium mass TS is obtained in the container body 22 as metallic titanium, which is the metal to be manufactured.

ここで、副生成物としての塩化マグネシウムは、金属マグネシウムに比して比重が大きいことに起因して、浴面Sbから下方側に沈降する。一方、浴中の金属マグネシウムは、相対的に小さな比重の故に、浴面Sbに向かって浮上する。このような塩化マグネシウムと金属マグネシウムとの間の比重差により、浴流れが生じて浴面Sbには金属マグネシウムが位置し、この金属マグネシウムと、滴下される四塩化チタンとの間で反応が継続して起こり、主として浴中でスポンジチタン塊TSが成長する。 Here, magnesium chloride as a by-product settles downward from the bath surface Sb due to its higher specific gravity than metallic magnesium. On the other hand, metallic magnesium in the bath floats toward the bath surface Sb due to its relatively small specific gravity. Due to such a difference in specific gravity between magnesium chloride and metallic magnesium, a bath flow occurs, metallic magnesium is positioned on the bath surface Sb, and the reaction continues between this metallic magnesium and the dropped titanium tetrachloride. A titanium sponge mass TS grows mainly in the bath.

還元工程の中盤及び終盤では、図1に示すように、容器内壁面の壁面生成スポンジチタンWSがある程度大きく成長し、それに起因して、容器内部の冷却効率が低下し、浴面Sbの温度が上昇する。それにより、特に還元工程の中盤には、蓋体1が、四塩化チタンの上記の還元反応により発生する熱の影響を受けやすくなる。このことは、単位時間当たりのスポンジチタン塊TSの製造量を増大させること等を目的として四塩化チタンの供給速度を速くした場合に、浴面Sbの温度が過度に上昇することから大きな問題になることがある。
これに対処するため、この実施形態では、後述するように、蓋体1の内部に所定の内部流路を設け、これにより蓋体1の良好な冷却を実現する。
In the middle and final stages of the reduction process, as shown in FIG. 1, the titanium sponge WS formed on the inner wall surface of the vessel grows to a certain extent, resulting in a decrease in cooling efficiency inside the vessel and a rise in the temperature of the bath surface Sb. Rise. As a result, particularly in the middle of the reduction process, the lid body 1 is susceptible to the heat generated by the above reduction reaction of titanium tetrachloride. This is a serious problem because when the supply rate of titanium tetrachloride is increased for the purpose of increasing the amount of sponge titanium mass TS produced per unit time, the temperature of the bath surface Sb rises excessively. can be.
In order to deal with this, in this embodiment, as will be described later, a predetermined internal flow path is provided inside the lid 1, thereby realizing good cooling of the lid 1. FIG.

なお、還元工程で用いる四塩化チタン(TiCl4)は、たとえば、精留塔にて精製された後の液体状の四塩化チタン(「精製四塩化チタン」ともいう。)とすることができる。この精製四塩化チタンは、たとえば、チタン鉱石等の原料鉱石をコークス等の炭素源および塩素ガスと反応させて生成される粗四塩化チタンを、精留塔で精製して得られるものである。粗四塩化チタンは、揮発性の他の塩化物等を不純物として含むものであるので、精留塔内で連続蒸留により精製する。それにより、かかる不純物のほとんどが低減された高純度の精製四塩化チタンが得られる。
但し、還元工程で使用可能なものであれば、四塩化チタンは上記の精製四塩化チタンには限らない。
Titanium tetrachloride (TiCl 4 ) used in the reduction step can be, for example, liquid titanium tetrachloride (also referred to as “purified titanium tetrachloride”) after being purified in a rectification tower. This purified titanium tetrachloride is obtained, for example, by purifying crude titanium tetrachloride produced by reacting a raw material ore such as titanium ore with a carbon source such as coke and chlorine gas in a rectification tower. Since crude titanium tetrachloride contains other volatile chlorides and the like as impurities, it is purified by continuous distillation in a rectifying column. Thereby, high purity purified titanium tetrachloride with most of such impurities reduced is obtained.
However, titanium tetrachloride is not limited to the above purified titanium tetrachloride as long as it can be used in the reduction step.

また、還元工程で生成される塩化マグネシウムは、電解槽内での溶融塩電解に供することで、金属マグネシウムと塩素ガスとに分解することができる。これにより得られる金属マグネシウムは再度、還元工程で用いることができる。 Further, the magnesium chloride produced in the reduction step can be decomposed into metallic magnesium and chlorine gas by subjecting it to molten salt electrolysis in an electrolytic cell. The metallic magnesium thus obtained can be used again in the reduction step.

(蓋体)
蓋体1は、図2(a)及び(b)に示すように、円筒その他の筒状の側壁2と、側壁2の容器本体22側(図2(a)では下方側)の一方の端部を密閉するべく設けられた底壁3と、側壁2の反対側(図2(a)では上方側)の他方の端部を覆う天板4とを備えるものである。なおここでは、天板4は、側壁2の外径よりも若干大きな直径を有する円板状のものとしている。側壁2は、横断面が四角形その他の多角形の筒状のもの考えられるが、横断面が円形の円筒状をなすものが多い。
(Lid body)
As shown in FIGS. 2(a) and 2(b), the lid 1 includes a cylindrical or other cylindrical side wall 2 and one end of the side wall 2 on the container body 22 side (lower side in FIG. 2(a)). It comprises a bottom wall 3 provided to seal the part and a top plate 4 covering the other end on the opposite side of the side wall 2 (upper side in FIG. 2(a)). Here, the top plate 4 has a disk shape with a slightly larger diameter than the outer diameter of the side wall 2 . The side wall 2 may have a cylindrical shape with a rectangular or other polygonal cross section, but it is often cylindrical with a circular cross section.

この蓋体1の内部には、空気その他の気体又は液体からなる冷却媒体等の熱媒体を流すための内部流路5が形成されている。内部流路5に空気を流す空冷が好ましいが、場合によっては、内部流路5に水等の液体を流すことも可能である。なお、この例では、熱媒体は内部流路5内を、図3に矢印で示すように流動する。 Inside the lid 1, an internal flow path 5 is formed for flowing a heat medium such as a cooling medium made of air, gas, or liquid. Air cooling, in which air is flowed through the internal flow path 5, is preferable, but depending on the situation, it is also possible to flow liquid such as water through the internal flow path 5. FIG. In this example, the heat medium flows inside the internal flow path 5 as indicated by arrows in FIG.

蓋体を冷却する内部流路としては種々の形状のものが考えられるが、この実施形態では、内部流路5はその途中に、複数個の孔部6からなり底壁3に向けて熱媒体を分散させて送る分散路Pdを有する。
分散路Pdの面積は、側壁2によって規定される蓋体1の断面積(図2(b)では隔壁7の面積)の10%以上とすることで、冷却能力がより向上する。分散路Pdの面積は、たとえば、蓋体1の断面積の30%以下である場合がある。なお、分散路Pdの面積は、分散路Pdを形成する最も周縁側の隣接する孔部6の中心どうしを直線で結んで規定される閉空間の面積を意味する。
また、平面で視た複数個の孔部6の面積の合計は、上記の蓋体1の断面積の0.1%~1.0%とすることが好ましい。
Various shapes are conceivable as the internal flow path for cooling the lid body. is distributed and sent.
By setting the area of the dispersion path Pd to 10% or more of the cross-sectional area of the lid body 1 defined by the side wall 2 (the area of the partition wall 7 in FIG. 2B), the cooling capacity is further improved. The area of the dispersion path Pd may be 30% or less of the cross-sectional area of the lid 1, for example. The area of the dispersion path Pd means the area of the closed space defined by connecting the centers of adjacent holes 6 forming the dispersion path Pd on the most peripheral side with a straight line.
In addition, the total area of the plurality of holes 6 when viewed from above is preferably 0.1% to 1.0% of the cross-sectional area of the lid 1 .

分散路Pdの面積や孔部6の面積を上述したようにある程度大きくすることにより、内部流路5に供給された比較的低温の熱媒体を、そのような分散路Pdで蓋体1の底壁3の広い面積範囲にわたって送ることができる。それにより、還元工程の際に、容器本体22側に位置して高温になりやすい底壁3を良好に冷却することができる。また、還元工程で、スポンジチタン塊TSがある程度大きく成長して浴面Sbが蓋体1に接近した場合や、四塩化チタンの供給速度が速くなった場合は、蓋体1の温度がさらに高くなり得るが、この場合でも、上記の内部流路5により蓋体1の温度をある程度低く維持することが可能になる。蓋体1は、単位時間当たりのスポンジチタン塊TSの製造量(成長量)を増大させるスポンジチタン塊TSの高速製造にも有効に用いることができる。 By increasing the area of the dispersion path Pd and the area of the hole 6 to some extent as described above, the relatively low-temperature heat medium supplied to the internal flow path 5 is transferred to the bottom of the lid 1 through the dispersion path Pd. It can be delivered over a large area of the wall 3. As a result, the bottom wall 3, which is located on the side of the container body 22 and tends to become hot during the reduction process, can be cooled well. In addition, in the reduction step, when the sponge titanium mass TS grows to a certain extent and the bath surface Sb approaches the lid 1, or when the supply rate of titanium tetrachloride increases, the temperature of the lid 1 becomes even higher. However, even in this case, it is possible to keep the temperature of the lid 1 low to some extent by the internal flow path 5 described above. The lid 1 can also be effectively used for high-speed production of the titanium sponge mass TS, which increases the production amount (growth amount) of the titanium sponge mass TS per unit time.

特に還元工程の中盤は、浴面Sbが上昇するとともに、四塩化チタンの供給速度も速いことが多いため、蓋体1が高温になることがある。このような状況下でも、この実施形態の蓋体1は良好な冷却が可能である。なお、還元工程の終盤は、溶融金属マグネシウムの量が減少し、四塩化チタンの供給速度も遅くなる場合がある。但し、溶融金属マグネシウム(場合により溶融塩化マグネシウム)の浴面と蓋体1との距離が短いため、四塩化チタンの供給速度が遅くなっても蓋体1は高温となり得る。このような状況下でも、この実施形態の蓋体1は良好な冷却が可能である。 Especially in the middle stage of the reduction process, the bath surface Sb rises and the supply rate of titanium tetrachloride is often high, so the lid body 1 may become hot. Even under such circumstances, the lid 1 of this embodiment can be well cooled. In the final stage of the reduction process, the amount of molten magnesium metal may decrease and the supply rate of titanium tetrachloride may also become slow. However, since the distance between the bath surface of the molten metal magnesium (or molten magnesium chloride in some cases) and the lid 1 is short, the lid 1 can reach a high temperature even if the supply rate of titanium tetrachloride is slowed down. Even under such circumstances, the lid 1 of this embodiment can be well cooled.

また蓋体1は、内部流路5に熱媒体を流して冷却される際に、内部流路5を流れる気体の熱媒体の風速や、熱媒体の流動による内部流路5の圧力がそれぞれ所定の値以下であることが求められる場合がある。風速をある程度に抑えることにより、蓋体1を構成する板状部材などの大きな振動の発生が抑制されて、蓋体1の破損を防止することができる。また、蓋体1の内部流路5の圧力が高くなりすぎないことにより、金属製還元反応容器21の内圧のコントロールが容易になる他、蓋体の破損を防止することができる。金属製還元反応容器21の内圧を内部流路5の圧力より大きくしておけば、蓋体1が破損した場合であっても熱媒体が容器本体22内に流入することを抑制できる。この実施形態では、蓋体1に、上述したような分散路Pdを有する内部流路5を形成したことにより、熱媒体の風速の増大や蓋体1の内部流路5の圧力の上昇を抑えることができる。
このような分散路Pdを有する内部流路5により蓋体1の冷却が良好に行われることは、後述するシミュレーション結果から得られた知見にも基づくものである。
Further, when the lid body 1 is cooled by flowing the heat medium through the internal flow path 5, the wind velocity of the gaseous heat medium flowing through the internal flow path 5 and the pressure of the internal flow path 5 due to the flow of the heat medium are set respectively. may be required to be less than or equal to the value of By suppressing the wind speed to a certain extent, generation of large vibrations of the plate-like member constituting the lid 1 is suppressed, and damage to the lid 1 can be prevented. In addition, since the pressure in the internal flow path 5 of the lid 1 does not become too high, the internal pressure of the metallic reduction reactor 21 can be easily controlled, and damage to the lid can be prevented. By setting the internal pressure of the metal reduction reaction vessel 21 higher than the pressure of the internal flow path 5, the heat medium can be prevented from flowing into the vessel main body 22 even if the lid 1 is damaged. In this embodiment, by forming the internal flow path 5 having the dispersion path Pd as described above in the lid 1, an increase in the wind speed of the heat medium and a pressure rise in the internal flow path 5 of the lid 1 are suppressed. be able to.
The fact that the lid 1 is well cooled by the internal flow path 5 having such a dispersion path Pd is also based on knowledge obtained from simulation results described later.

分散路Pdを構成する複数個の孔部6は、図2(b)に示すように、側壁2の横断面の重心(図示の円筒状の側壁2では中心軸線CL上の点)を中心とする複数の同心円(図2(b)に破線で示す。)上に配置することが好ましい。また、原料供給管Trは複数の孔部6に囲まれるように配置することが好ましい。底壁3は原料供給管Trの近傍が最も高温となり、該部分にて溶損や変形が発生しやすい。よって、原料供給管Trの周囲に複数の孔部6を配置しシャワーのように熱媒体を分散供給して、効率よく蓋体1を冷却する。なお、図示の実施形態では、中心軸線CL上、及び、隣接するものどうしの相互で等距離にて離れた四つの同心円上に、所定の間隔をおいて複数個の孔部6を設けている。なお、同心円上における原料供給管Trの配設位置には、孔部6を設けていない。 As shown in FIG. 2B, the plurality of holes 6 forming the dispersion path Pd are centered on the center of gravity of the cross section of the side wall 2 (a point on the central axis CL in the cylindrical side wall 2 shown). It is preferable to arrange them on a plurality of concentric circles (indicated by broken lines in FIG. 2(b)). Moreover, it is preferable to arrange the raw material supply pipe Tr so as to be surrounded by the plurality of holes 6 . The temperature of the bottom wall 3 is the highest in the vicinity of the raw material supply pipe Tr, and erosion and deformation are likely to occur at this portion. Therefore, a plurality of holes 6 are arranged around the raw material supply pipe Tr to dispersively supply the heat medium like a shower, thereby cooling the lid 1 efficiently. In the illustrated embodiment, a plurality of holes 6 are provided at predetermined intervals on the central axis CL and four concentric circles that are equidistant from each other. . In addition, the holes 6 are not provided at the arrangement positions of the raw material supply pipes Tr on the concentric circles.

図2に示すところでは、蓋体1の内部には、その内部流路5を容器内外方向Daに隔てる複数の空間S1、S2に区分けする隔壁7が設けられている。二個以上の隔壁7を設けて三つ以上の空間にすることも可能であるが、この実施形態では、一個の隔壁7により、内部流路5が、上方側と下方側の二つの空間、すなわち内側空間S1及び外側空間S2に区分けされている。 As shown in FIG. 2, a partition wall 7 is provided inside the lid 1 to divide the internal flow path 5 into a plurality of spaces S1 and S2 in the container inside-outside direction Da. Although it is possible to provide three or more spaces by providing two or more partitions 7, in this embodiment, one partition 7 allows the internal flow path 5 to be divided into two spaces, one on the upper side and the other on the lower side. That is, it is divided into an inner space S1 and an outer space S2.

このように、容器内外方向Daの内側に位置して底壁3に近接する内側空間S1と、容器内外方向Daで内側空間S1の外側に隣接する外側空間S2とを含む複数の空間が存在する場合、上述した複数個の孔部6は、底壁3に近接する内側空間S1と外側空間S2との間の隔壁7に設けることができる。そうすることにより、内部流路5に供給された熱媒体が外側空間S2から内側空間S1に流れる際に、該熱媒体が、複数個の孔部6で、内側空間S1に近接する底壁3に向けて分散して送られることになって、底壁3を有効に冷却する。但し、底壁3に向けて熱媒体を分散させて送る分散路があれば、底壁の良好な冷却が可能になるので、このような複数の空間S1、S2に区分けする隔壁7を有しない蓋体も、この発明に含まれる。例えば、底壁3の中央付近に熱媒体が導入され、その後側壁2から蓋体1の外側に熱媒体が排出される内部流路5は隔壁7が不要である。 In this way, there are a plurality of spaces including the inner space S1 located inside the container in the container in-out direction Da and close to the bottom wall 3 and the outer space S2 adjacent to the outside of the inner space S1 in the container in-out direction Da. In this case, the plurality of holes 6 described above can be provided in the partition wall 7 between the inner space S1 and the outer space S2 close to the bottom wall 3 . By doing so, when the heat medium supplied to the internal flow path 5 flows from the outer space S2 to the inner space S1, the heat medium flows through the plurality of holes 6 into the bottom wall 3 adjacent to the inner space S1. to effectively cool the bottom wall 3. However, if there is a dispersion path for dispersing and sending the heat medium toward the bottom wall 3, the bottom wall can be cooled well, so the partition wall 7 that divides the spaces S1 and S2 is not provided. A lid is also included in the present invention. For example, the partition wall 7 is unnecessary for the internal flow path 5 in which the heat medium is introduced near the center of the bottom wall 3 and then discharged from the side wall 2 to the outside of the lid 1 .

図2に示す実施形態では、蓋体1の外側空間S2には、図2(b)に示すように、該外側空間S2を中央領域Rcと周縁領域Reとに分ける仕切り板8を設けることができる。そして、複数個の孔部6を含む分散路Pdは、外側空間S2の仕切り板8を隔てて中央領域Rc側に位置する隔壁7の壁部(隔壁7の中央領域Rc側にある壁部)に設けることが好ましい。隔壁7の中央領域Rc側の壁部に設けた複数個の孔部6による分散路Pdにより、還元工程で最も高温になりやすい底壁3の当該中央部に、低温の熱媒体を分散させて送り、この中央部を特に効率的に冷却するためである。 In the embodiment shown in FIG. 2, the outer space S2 of the lid 1 may be provided with a partition plate 8 that divides the outer space S2 into a central region Rc and a peripheral region Re, as shown in FIG. can. The distribution path Pd including a plurality of holes 6 is formed by a wall portion of the partition wall 7 located on the central region Rc side across the partition plate 8 of the outer space S2 (the wall portion of the partition wall 7 on the central region Rc side). It is preferable to provide A low-temperature heat medium is dispersed in the central portion of the bottom wall 3, which tends to reach the highest temperature in the reduction process, by the dispersion path Pd formed by the plurality of holes 6 provided in the wall portion on the central region Rc side of the partition wall 7. This is for cooling this central portion particularly efficiently.

一方、外側空間S2の仕切り板8を隔てて周縁領域Re側に位置する隔壁7の壁部(隔壁7の周縁領域Re側の壁部)には、分散路Pdを経て内側空間S1に流入した熱媒体を、外側空間S2の周縁領域Reへ送る貫通孔9を設けることができる。これにより、内側空間S1に流入した熱媒体を外側空間S2に送ることができる。貫通孔9は、たとえば、図2(b)に示すように、周縁領域Reで側壁2の内面に近接する位置に、中心軸線CLを中心とする円(図2(b)に破線で示す。)上に、等しい間隔をおいて複数個設けることができる。 On the other hand, at the wall portion of the partition wall 7 located on the peripheral region Re side across the partition plate 8 of the outer space S2 (the wall portion of the partition wall 7 on the peripheral region Re side), the fuel flowed into the inner space S1 through the dispersion path Pd. Through-holes 9 may be provided to direct the heat transfer medium to the peripheral region Re of the outer space S2. Thereby, the heat medium that has flowed into the inner space S1 can be sent to the outer space S2. For example, as shown in FIG. 2(b), the through hole 9 is formed in a circle centered on the central axis CL (indicated by a broken line in FIG. 2(b)) at a position close to the inner surface of the side wall 2 in the peripheral region Re. ) can be provided at equal intervals.

その上で、中央領域Rcの周方向の一部を、図2(b)に示すように、容器内外方向Daに直交する方向(図2(b)では左右方向)に拡げて、そこに拡張スペースSeを設ける。なおここでは、拡張スペースSeを設けることにより、仕切り板8は、円筒の周方向の一部に、拡張スペースSeを区画する平行な二枚の平板を設けた形状になる。
そして、中央領域Rcのこの拡張スペースSeに、熱媒体を蓋体1の内部に流入させる流入口10を設けるとともに、周縁領域Reの周方向の、拡張スペースSeを隔てた両端部のそれぞれに、熱媒体を蓋体1の内部から流出させる流出口11を設けることが好ましい。それにより、流入口10及び流出口11の配置を近傍箇所にまとめることができて、後述する断熱材12等の他の部材による配置スペース上の制約を受けずに、流入口10及び流出口11を配置しやすくなる。
Then, as shown in FIG. 2(b), a part of the central region Rc in the circumferential direction is expanded in a direction orthogonal to the container inside/outside direction Da (horizontal direction in FIG. 2(b)) and expanded there. A space Se is provided. Here, by providing the expansion space Se, the partition plate 8 has a shape in which two parallel flat plates that partition the expansion space Se are provided in a part of the cylinder in the circumferential direction.
In this expansion space Se of the central region Rc, an inflow port 10 for allowing the heat medium to flow into the interior of the lid body 1 is provided. It is preferable to provide an outlet 11 through which the heat medium flows out from the inside of the lid 1 . As a result, the inlet 10 and the outlet 11 can be arranged at a nearby location, and the inlet 10 and the outlet 11 can be arranged without being restricted by other members such as the heat insulating material 12 described later in terms of the arrangement space. is easier to place.

分散路Pdを構成する各孔部6は、平面視で直径が5mm~30mmの円形状とすることが好ましい。平面形状が円形状の孔部6は、ドリル等で穴あけ加工することが比較的容易であるため好ましい。このような孔部6の直径が上記の範囲の上限値よりも大きい場合、熱媒体の流入口10の近傍に位置する孔部6の流量が、流入口10の遠方に位置する孔部6の流量よりも大きくなり、底壁3の冷却が不均一となるため好ましくない。また、孔部6の直径が上記の範囲の下限値未満である場合、孔部6一つ一つの通過風量が減少するため、効率的な冷却のためには、孔部6をより多く配置する必要が生じ、孔あけ加工の加工負荷が増大するため好ましくない。先述した分散路Pdの面積は、冷却能力の向上のため、例えば0.3m2~1.0m2とすることができる。分散路Pdの面積が上記の範囲の上限値よりも大きい場合、熱媒体の流入口10の近傍に位置する孔部6の流量が、流入口10の遠方に位置する孔部6の流量よりも大きくなり、底壁3の冷却が不均一となる可能性がある。分散路Pdの面積が上記の範囲の下限値未満である場合、熱媒体が分散路Pdの存在する箇所に集中し、底壁3の分散路Pdが存在しない部分の冷却が不足することが懸念される。
また、分散路Pdを形成する最も周縁側の隣接する孔部6の中心どうし間の距離は、孔部6の直径の3倍以上とすることが好ましい。孔部6が円形状ではない場合は、当該孔部6の平面視の面積と等しい面積の円についての直径とする。下限値未満とした場合、熱媒体の流入口10の近傍に位置する孔部6の流量が、流入口10の遠方に位置する孔部6の流量よりも大きくなり、底壁3の冷却が不均一となるため好ましくない。分散路Pdを形成する最も周縁側の隣接する孔部6の中心どうしの距離は、たとえば、孔部6の直径の20倍以下とすることがある。なお、分散路Pdにおいて孔部6は規則的に配置されていてもよく、不規則に配置されても構わない。
Each hole 6 forming the dispersion path Pd is preferably circular with a diameter of 5 mm to 30 mm in plan view. Holes 6 having a circular planar shape are preferable because they are relatively easy to drill with a drill or the like. When the diameter of the hole 6 is larger than the upper limit value of the above range, the flow rate of the hole 6 located near the inlet 10 of the heat medium is lower than that of the hole 6 located far from the inlet 10. It is not preferable because it becomes larger than the flow rate and cooling of the bottom wall 3 becomes non-uniform. Also, if the diameter of the hole 6 is less than the lower limit of the above range, the amount of air passing through each hole 6 decreases, so for efficient cooling, more holes 6 are arranged. It is not preferable because it is necessary and the processing load for drilling increases. The area of the previously described dispersion path Pd can be, for example, 0.3 m 2 to 1.0 m 2 in order to improve the cooling capacity. When the area of the dispersion path Pd is larger than the upper limit of the above range, the flow rate of the hole 6 located near the inlet 10 of the heat medium is higher than the flow rate of the hole 6 located far from the inlet 10. large and may result in uneven cooling of the bottom wall 3 . If the area of the dispersion path Pd is less than the lower limit of the above range, there is a concern that the heat medium will be concentrated in the part where the dispersion path Pd exists, and the cooling of the part of the bottom wall 3 where the dispersion path Pd does not exist will be insufficient. be done.
Moreover, it is preferable that the distance between the centers of adjacent holes 6 on the most peripheral side forming the dispersion path Pd is three times or more the diameter of the holes 6 . When the hole 6 is not circular, the diameter is the diameter of a circle having an area equal to the area of the hole 6 in plan view. If it is less than the lower limit, the flow rate of the hole 6 located near the inlet 10 of the heat medium becomes larger than the flow rate of the hole 6 located far from the inlet 10, and the cooling of the bottom wall 3 becomes inadequate. It is not preferable because it becomes uniform. The distance between the centers of adjacent holes 6 on the most peripheral side forming the dispersion path Pd may be, for example, 20 times or less the diameter of the holes 6 . The holes 6 may be arranged regularly or irregularly in the dispersion path Pd.

ところで、還元工程の後は一般に、分離工程が行われる。分離工程では、たとえば、金属製還元反応容器21を、図示しない他の容器と連通管でつなぎ、金属製還元反応容器21内を減圧することにより、還元工程で残留した金属マグネシウムや副生成物の塩化マグネシウムを、スポンジチタン塊TSから分離させるべく当該他の容器に移す。このとき、塩化マグネシウム等が蓋体1を通過する際に、そこで固化させないこと等を目的として、蓋体1には、断熱材12を設けることができる。断熱材12は、たとえば、アルミナシリカ系のセラミックスファイバーからなる断熱ブランケット等とすることができる。なお、蓋体1の側壁2、底壁3及び天板4等の他の部材の材質としては、たとえば、ステンレス鋼又は炭素鋼(炭素量が2質量%以下の鋼)とすることができる。なかでも、NiやCrの汚染を抑制する観点から炭素鋼が好ましい。 By the way, a separation step is generally performed after the reduction step. In the separation step, for example, the metallic reduction reaction vessel 21 is connected to another vessel (not shown) through a communication pipe, and the pressure inside the metallic reduction reaction vessel 21 is reduced to remove metallic magnesium and by-products remaining in the reduction step. The magnesium chloride is transferred to the other container to separate it from the titanium sponge mass TS. At this time, the lid 1 can be provided with a heat insulating material 12 for the purpose of preventing magnesium chloride or the like from solidifying there when passing through the lid 1 . The heat insulating material 12 can be, for example, a heat insulating blanket made of alumina-silica-based ceramic fibers. Other members such as the side wall 2, the bottom wall 3 and the top plate 4 of the lid 1 can be made of, for example, stainless steel or carbon steel (steel with a carbon content of 2% by mass or less). Among them, carbon steel is preferable from the viewpoint of suppressing Ni and Cr contamination.

このような断熱材12は、図2(a)に示すように、複数の空間S1、S2の容器内外方向Daの外側に配置することが好ましい。この場合、還元工程では効率的に底壁3を冷却でき、分離工程では外気に基づく蓋体1の冷却を良好に抑制できる利点がある。図示の実施形態では、外側空間S2の容器内外方向Daの外側で、流入口10及び流出口11になる管路を除く略全域に、断熱材12が配置されている。
その他、蓋体1には、図示は省略するが、還元工程で高温かつ高圧になる浴面Sbの上方側の空間から圧抜きをするための圧抜き管や、還元工程開始時に容器本体内にMgを供給すること等に使用されて連結管との接続部を備えたMg供給管が設けられることがある。これらの構成は中央領域Rc内に設けられてよく、さらには分散路Pdの一部を占めてもよい。圧抜き管やMg供給管が蓋体1の冷却能に及ぼす影響は流体シミュレーションにより検討可能である。よって、蓋体1の冷却能を良好に維持しつつ圧抜き管やMg供給管を配置可能である。また、蓋体1には、該蓋体1の冷却が良好に行われているかについて確認するため、蓋体底面の温度を測定する熱電対等の温度計13を設けることができる。
As shown in FIG. 2(a), such a heat insulating material 12 is preferably arranged outside the plurality of spaces S1 and S2 in the container inside/outside direction Da. In this case, there is an advantage that the bottom wall 3 can be efficiently cooled in the reduction process, and the cooling of the lid body 1 due to the outside air can be satisfactorily suppressed in the separation process. In the illustrated embodiment, the heat insulating material 12 is arranged in substantially the entire area outside the container inside/outside direction Da of the outside space S2 except for the pipelines that become the inflow port 10 and the outflow port 11 .
In addition, although not shown, the lid 1 includes a depressurization pipe for depressurizing the space above the bath surface Sb, which becomes high temperature and high pressure in the reduction process, and a pressure relief pipe inside the container body at the start of the reduction process. A Mg supply pipe that is used to supply Mg or the like and has a connection with a connecting pipe may be provided. These arrangements may be provided in the central region Rc and may even occupy part of the divergence path Pd. The effects of the depressurization pipe and the Mg supply pipe on the cooling performance of the lid 1 can be examined by fluid simulation. Therefore, it is possible to dispose the depressurization pipe and the Mg supply pipe while maintaining good cooling performance of the lid 1 . Further, the lid 1 may be provided with a thermometer 13 such as a thermocouple for measuring the temperature of the bottom surface of the lid in order to check whether the lid 1 is properly cooled.

(金属の製造方法)
一の実施形態に係る金属の製造方法では、金属塩化物と還元材とを接触させて金属塩化物を還元し、金属を製造するため、上述したような蓋体1と容器本体22とを有する金属製還元反応容器21を使用する。
(Metal manufacturing method)
In the method for producing a metal according to one embodiment, the metal chloride is brought into contact with a reducing agent to reduce the metal chloride to produce the metal. A metallic reduction reaction vessel 21 is used.

より具体的には、金属の製造方法は、金属塩化物を金属製還元反応容器21内に供給し、金属塩化物を金属製還元反応容器21内の還元材との接触により還元する還元工程を含むことができる。
ここで、金属塩化物を四塩化チタンとするとともに、還元材を金属マグネシウムとしたときは、金属として金属チタンであるスポンジチタン塊TSを製造することができる。この場合における還元工程は、先述したとおりである。
More specifically, the metal production method includes a reduction step of supplying a metal chloride into the metal reduction reaction vessel 21 and reducing the metal chloride by contact with a reducing agent in the metal reduction reaction vessel 21. can contain.
Here, when titanium tetrachloride is used as the metal chloride and metallic magnesium is used as the reducing agent, it is possible to produce a sponge titanium mass TS in which metallic titanium is used as the metal. The reduction step in this case is as described above.

ここにおいて、上記の還元工程では、蓋体1の内部流路5に熱媒体を流すことが好ましい。先に述べたように、分散路Pdを有する蓋体1の内部流路5に、所定の熱媒体を流すことにより、還元工程で高温になることがある蓋体1を良好に冷却することができて、蓋体1がスポンジチタン塊TSの高速製造にも耐え得るようになる場合がある。 Here, it is preferable to flow the heating medium through the internal flow path 5 of the lid 1 in the above reduction step. As described above, by flowing a predetermined heat medium through the internal flow path 5 of the lid 1 having the dispersion path Pd, the lid 1, which may reach a high temperature during the reduction process, can be cooled satisfactorily. As a result, the lid body 1 may be able to withstand high-speed production of the titanium sponge block TS.

蓋体1の内部流路5に熱媒体を供給し、該内部流路5を熱媒体が流れる際には、金属製還元反応容器21の内圧を、蓋体1の内部流路5の圧力よりも高く維持することが好適である。これにより、蓋体1が破損した場合であっても容器本体22内への熱媒体の流入及びそれによるスポンジチタン塊TSの汚染を抑制できる。 When the heat medium is supplied to the internal flow path 5 of the lid 1 and the heat medium flows through the internal flow path 5, the internal pressure of the metal reduction reaction vessel 21 is made lower than the pressure of the internal flow path 5 of the lid 1. is also preferably kept high. As a result, even if the lid 1 is damaged, it is possible to suppress the inflow of the heat medium into the container body 22 and the contamination of the titanium sponge block TS due to it.

還元工程の後は、還元工程で残留した金属マグネシウムや副生成物の塩化マグネシウムを、スポンジチタン塊TSから分離させる分離工程を行うことがある。ここでは、金属製還元反応容器21を、図示しない連通管で、これも図示しない他の容器と連結し、金属製還元反応容器21内を減圧することにより、塩化マグネシウム等が揮発分離される。 After the reduction step, a separation step may be performed to separate metallic magnesium remaining in the reduction step and magnesium chloride as a by-product from the sponge titanium mass TS. Here, the metal reduction reaction vessel 21 is connected to another vessel (not shown) through a communication pipe (not shown), and the inside of the metal reduction reaction vessel 21 is decompressed to volatilize and separate magnesium chloride and the like.

次に、この発明の蓋体の効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、これに限定されることを意図するものではない。 Next, the effect of the lid body of the present invention was confirmed and will be described below. However, the description herein is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.

(シミュレーション)
熱流体解析用ソフトANSYS社製Fluentを用いて、蓋体の複数の解析モデルについて、数値解析によるシミュレーションを行った。解析条件として、入熱は蓋体の底壁が1000℃の放射熱を受けるものとし、抜熱は蓋体の内部流路での空冷とした。解析の結果について、底壁の特に中央部の温度が800℃以下であること、内部流路での風速が20m/s以下であること、蓋体の内部流路の圧力が2000Pa以下であることを合格の条件とした。
(simulation)
Numerical simulations were performed for a plurality of analytical models of the lid using thermal fluid analysis software Fluent manufactured by ANSYS. As the analysis conditions, the bottom wall of the lid received radiant heat of 1000° C. as heat input, and the heat was removed by air cooling in the internal flow path of the lid. Regarding the analysis results, the temperature of the bottom wall, especially the central part, should be 800°C or less, the wind speed in the internal flow path should be 20 m/s or less, and the pressure in the internal flow path of the lid should be 2000 Pa or less. was used as a condition for passing.

実施例の解析モデルは、図2に示すものとした。分散路Pdの面積は、側壁2によって規定される蓋体1の断面積の14%とした。また、分散路Pdに含まれる孔部6の面積の合計は側壁2によって規定される蓋体1の断面積の0.5%とした。各孔部6の直径は20mmとした。
比較例の解析モデルは、図4に示すように、隔壁を備えず、内部流路105が一つの空間内で単純迷路方式になるように仕切り板108を設けたものを蓋体101とした。この解析モデルでは、図4の右側に流入口110が、左側に流出口111がそれぞれ存在し、右側から左側に向かって空気が流れる。なお、図2では連通管や圧抜き管を省略しているが、比較例の解析モデル(図4)でも同様とした。
The analysis model of the example shall be shown in FIG. The area of the dispersion path Pd was 14% of the cross-sectional area of the lid 1 defined by the side wall 2 . The total area of the holes 6 included in the dispersion path Pd was 0.5% of the cross-sectional area of the lid body 1 defined by the side wall 2 . The diameter of each hole 6 was set to 20 mm.
In the analysis model of the comparative example, as shown in FIG. 4, the cover 101 was provided with a partition plate 108 so that the internal flow path 105 forms a simple labyrinth in one space without partition walls. In this analysis model, an inlet 110 and an outlet 111 exist on the right and left sides of FIG. 4, respectively, and air flows from right to left. Although the communicating pipe and the depressurization pipe are omitted in FIG. 2, the analysis model of the comparative example (FIG. 4) is the same.

解析の結果、比較例の解析モデルでは、底壁103の最高温度が950℃、内部流路105の最大風速が60m/s、内部流路105の最大圧力が15000Paであった。
一方、実施例の解析モデルでは、底壁3の最高温度が800℃、内側空間S1での最大風速が20m/s、内側空間S1での最大圧力が1000Paであった。
比較例の解析モデルのような迷路方式では、当該迷路の下流側で空気の温度が高くなって、そこでの冷却が不十分になると考えられる。
As a result of the analysis, in the analytical model of the comparative example, the maximum temperature of the bottom wall 103 was 950° C., the maximum wind speed of the internal flow passage 105 was 60 m/s, and the maximum pressure of the internal flow passage 105 was 15000 Pa.
On the other hand, in the analysis model of the example, the maximum temperature of the bottom wall 3 was 800° C., the maximum wind speed in the inner space S1 was 20 m/s, and the maximum pressure in the inner space S1 was 1000 Pa.
In the labyrinth system such as the analysis model of the comparative example, it is considered that the temperature of the air becomes high on the downstream side of the labyrinth, and the cooling there becomes insufficient.

(試験例)
上記のシミュレーションの結果より、図2に示すような蓋体1の有効性が確認されたので、上記シミュレーションで規定した構成を備える蓋体1(実施例の蓋体)を実際に試作し、それを用いて還元工程を行う試験を実施した。これと比較した蓋体201(比較例の蓋体)は、図5に示すように、内部流路を有しない(内部流路部分が炭素鋼である)ことを除いて、実施例の蓋体1と略同様の構成を有するものとした。なおここでは、連通管や圧抜き管を省略しているが、実施例及び比較例のいずれの蓋体でも、先述したような連通管や圧抜き管が存在するものとした。特に実施例においては、連通管や圧抜き管が存在しても同等程度の冷却能力が保持されるというシミュレーション結果を得た。
(Test example)
From the results of the above simulation, the effectiveness of the lid 1 as shown in FIG. 2 was confirmed. was tested to perform the reduction step using Lid 201 (Comparative Lid) compared with this, as shown in FIG. 1 and substantially the same configuration. Although the communicating pipe and the depressurizing pipe are omitted here, the communicating pipe and depressurizing pipe as described above are assumed to exist in both the lids of the examples and the comparative examples. In particular, in the example, a simulation result was obtained that the same degree of cooling capacity is maintained even if the communicating pipe and the depressurization pipe are present.

還元工程の試験は、実施例の蓋体1及び比較例の蓋体201のそれぞれについて、所定の還元炉内に配置した金属製還元反応容器の容器本体の開口部に取り付けて行った。ここでは、四塩化チタンを、原料供給管から滴下することで、容器本体内の溶融金属マグネシウムと接触させ、還元反応を生じさせた。 In the test of the reduction process, lid 1 of the example and lid 201 of the comparative example were each attached to the opening of the container main body of the metal reduction reactor placed in a predetermined reduction furnace. Here, titanium tetrachloride was dripped from a raw material supply pipe to bring it into contact with the molten metal magnesium in the container body, thereby causing a reduction reaction.

上記の還元工程の間に、蓋体1、201の底壁3、203の温度を測定した。その結果から、還元工程中の最大温度、最低温度、平均温度を求めた。その結果を表1に示す。 During the reduction process described above, the temperature of the bottom wall 3, 203 of the lid 1, 201 was measured. From the results, the maximum temperature, minimum temperature and average temperature during the reduction process were obtained. Table 1 shows the results.

Figure 0007229097000001
Figure 0007229097000001

表1に示すところから、実施例の蓋体1を用いた場合は比較例の蓋体201を用いた場合に比して、四塩化チタンの滴下速度を速くしたにも関わらず、最小温度及び最大温度がともに十分に低下したことが解かる。したがって、実施例の蓋体1は、内部流路5を用いた空冷により蓋体1の冷却を良好に行い得ることが解かった。 As shown in Table 1, when lid 1 of Example was used, compared to lid 201 of Comparative Example, the dropping rate of titanium tetrachloride was increased. It can be seen that both the maximum temperatures are sufficiently lowered. Therefore, it was found that the lid 1 of the example can be well cooled by air cooling using the internal flow path 5 .

1、101、201 蓋体
2、202 側壁
3、103、203 底壁
4、204 天板
5、105 内部流路
6 孔部
7 隔壁
8、108 仕切り板
9 貫通孔
10、110 流入口
11、111 流出口
12、212 断熱材
21 金属製還元反応容器
22、122 容器本体
23 開口部
31 還元炉
Sb 浴面
Tr 原料供給管
TS スポンジチタン塊
WS 壁面生成スポンジチタン
S1 内側空間
S2 外側空間
CL 中心軸線
Pd 分散路
Rc 中央領域
Re 周縁領域
Se 拡張スペース
Da 容器内外方向
Reference Signs List 1, 101, 201 Lid 2, 202 Side wall 3, 103, 203 Bottom wall 4, 204 Top plate 5, 105 Internal channel 6 Hole 7 Partition 8, 108 Partition plate 9 Through hole 10, 110 Inlet 11, 111 Outlet 12, 212 Heat insulating material 21 Metal reduction reaction vessel 22, 122 Vessel main body 23 Opening 31 Reduction furnace Sb Bath surface Tr Raw material supply pipe TS Titanium sponge block WS Titanium sponge formed on wall surface S1 Inner space S2 Outer space CL Center axis line Pd Divergence path Rc Central region Re Peripheral region Se Expansion space Da Container inside/outside direction

Claims (10)

金属塩化物と還元材との接触による金属の製造に用いる金属製還元反応容器の、容器本体に取り付けられる蓋体であって、
当該蓋体が、筒状の側壁と、前記側壁の前記容器本体側の端部に設けた底壁と、該蓋体の内部に形成されて熱媒体を流すことが可能な内部流路と、該蓋体の内部を、容器内外方向に隔てた複数の空間に区分けする一個以上の隔壁とを備え、前記複数の空間が、容器内外方向の内側に位置して前記底壁に近接する内側空間と、容器内外方向で前記内側空間の外側に隣接する外側空間とを含み、
前記内部流路が、前記底壁側に向く複数個の孔部を含んで構成される分散路を有し、
前記内側空間と前記外側空間との間の前記隔壁に、前記分散路が設けられてなる蓋体。
A lid attached to a container body of a metal reduction reaction container used for producing metal by contact between a metal chloride and a reducing agent,
The lid includes a cylindrical side wall, a bottom wall provided at an end of the side wall on the container body side, an internal flow path formed inside the lid and capable of allowing a heat medium to flow , one or more partitions dividing the inside of the lid into a plurality of spaces separated in the container inside-outside direction, wherein the plurality of spaces are located inside the container in the container inside-outside direction and are adjacent to the bottom wall. and an outer space adjacent to the outside of the inner space in the container in-out direction,
The internal flow path has a dispersion path including a plurality of holes facing the bottom wall,
A lid body in which the dispersion path is provided in the partition wall between the inner space and the outer space .
前記複数個の孔部の少なくとも一部が、筒状の前記側壁の横断面の重心を中心とする同心円上に配置されてなる請求項1に記載の蓋体。 2. The lid according to claim 1, wherein at least part of said plurality of holes are arranged on concentric circles around the center of gravity of the cross section of said tubular side wall. 当該蓋体が、前記外側空間を中央領域と周縁領域とに分ける仕切り板をさらに備え、
前記隔壁の前記中央領域側の壁部に、前記分散路を有するとともに、前記隔壁の前記周縁領域側の壁部に、前記内側空間から前記外側空間の前記周縁領域へ熱媒体を送る貫通孔が設けられてなる請求項1又は2に記載の蓋体。
The lid further comprises a partition plate that divides the outer space into a central region and a peripheral region,
A wall portion of the partition wall on the central region side has the dispersion path, and a wall portion of the partition wall on the peripheral region side has a through hole for sending a heat medium from the inner space to the peripheral region of the outer space. The lid according to claim 1 or 2, which is provided.
前記中央領域の周方向の一部を容器内外方向に直交する方向に拡げて設けた拡張スペースに、熱媒体を当該蓋体の内部に流入させる流入口が設けられるとともに、前記周縁領域の周方向の、前記拡張スペースを隔てた両端部のそれぞれに、熱媒体を当該蓋体の内部から流出させる流出口が設けられてなる請求項に記載の蓋体。 An expansion space formed by expanding a part of the central region in the circumferential direction in a direction orthogonal to the inside-outside direction of the container is provided with an inflow port through which the heat medium flows into the inside of the lid body, and in the circumferential direction of the peripheral region. 4. The lid according to claim 3 , wherein an outlet is provided at each of the two ends separated by the expansion space to allow the heat medium to flow out from the interior of the lid. 当該蓋体が、前記複数の空間の容器内外方向の外側に配置された断熱材をさらに備える請求項のいずれか一項に記載の蓋体。 5. The lid according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a heat insulating material arranged outside the plurality of spaces in the container inside-outside direction. 前記孔部が、平面視で直径が5mm~30mmの円形状を有する請求項1~のいずれか一項に記載の蓋体。 The lid according to any one of claims 1 to 5 , wherein the hole has a circular shape with a diameter of 5 mm to 30 mm in plan view. 請求項1~のいずれか一項に記載の蓋体と容器本体とを有する金属製還元反応容器を使用する、金属の製造方法。 A method for producing metal, using a metal reduction reaction vessel having the lid according to any one of claims 1 to 6 and a vessel body. 金属塩化物を前記金属製還元反応容器内に供給し、前記金属塩化物を、該金属製還元反応容器内の還元材との接触により還元する還元工程を含み、
前記還元工程で、前記蓋体の前記内部流路に熱媒体を流す、請求項に記載の金属の製造方法。
A reduction step of supplying a metal chloride into the metal reduction reaction vessel and reducing the metal chloride by contact with a reducing agent in the metal reduction reaction vessel;
8. The method for producing metal according to claim 7 , wherein in said reduction step, a heat medium is caused to flow through said internal flow path of said lid.
前記還元工程で、前記蓋体の前記内部流路を熱媒体が流れる際に、前記金属製還元反応容器の内圧を、前記蓋体の前記内部流路の圧力よりも高く維持する、請求項に記載の金属の製造方法。 9. In the reducing step, when the heating medium flows through the internal flow path of the lid, the internal pressure of the metallic reduction reactor is maintained higher than the pressure of the internal flow path of the lid. A method for producing the metal according to . 前記金属塩化物を四塩化チタンとするとともに、前記還元材を金属マグネシウムとし、
前記金属として金属チタンであるスポンジチタン塊を製造する請求項のいずれ
か一項に記載の金属の製造方法。
Titanium tetrachloride is used as the metal chloride, and magnesium metal is used as the reducing agent,
10. The method for producing a metal according to any one of claims 7 to 9 , wherein the metal is a sponge titanium mass, which is titanium metal.
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