JP7264746B2 - Molten metal container, container, method for detecting leakage of molten metal, and method for producing titanium sponge. - Google Patents
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Description
本発明は、溶融金属収容容器、コンテナ、溶融金属の漏れ検知方法、及びスポンジチタンの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a molten metal container, a container, a method for detecting leakage of molten metal, and a method for producing titanium sponge.
従来から、金属チタンはクロール法によりスポンジチタンの形態で製造されている。当該スポンジチタンは、近年、電子部品事業や材料事業の進展により、Ni及びCr等といった不純物金属の量を低減させることが求められている。特に、スポンジチタン中のNi量低減(例えば10質量ppm以下)が求められている。 Conventionally, metallic titanium has been produced in the form of sponge titanium by the Kroll method. In recent years, the titanium sponge is required to reduce the amount of impurity metals such as Ni and Cr due to the development of the electronic component business and the material business. In particular, there is a demand for reducing the amount of Ni in sponge titanium (for example, 10 ppm by mass or less).
しかしながら、スポンジチタン中に混入するNiは、例えば還元工程で使用される金属製還元反応容器の内壁から該容器内部で生成するスポンジチタンへ移行したものがある。また、例えば、金属製還元反応容器に供給される溶融マグネシウムがNiを含んでいれば、該溶融マグネシウムからもNiがスポンジチタンへ移行する。スポンジチタンに移行したNiを低コストにて除去することは困難である。よって、スポンジチタンの高純度化のために還元工程で使用する溶融マグネシウムをNiで汚染しないことが好ましい。このため、還元工程に使用する溶融マグネシウムは、Ni濃度を低レベルに維持することが望まれている。 However, some of the Ni mixed in the titanium sponge migrates from the inner wall of the metal reduction reaction vessel used in the reduction step to the titanium sponge generated inside the vessel. Further, for example, if the molten magnesium supplied to the metal reduction reaction vessel contains Ni, the Ni also transfers from the molten magnesium to the titanium sponge. It is difficult to remove Ni transferred to sponge titanium at low cost. Therefore, it is preferable not to contaminate the molten magnesium used in the reduction step with Ni in order to purify the titanium sponge. Therefore, it is desired that the molten magnesium used in the reduction process has a low Ni concentration.
例えば、特許文献1では、ステンレス鋼製容器の内面の全域に固体支持体を介して低ニッケル鋼を配設してなり、上記固体支持体の介在により上記ステンレス鋼製容器の内面と低ニッケル鋼との間に上記ステンレス鋼から低ニッケル鋼へのニッケルの拡散を防止する空隙を保持した溶融マグネシウム運搬保持用容器が提案されている。 For example, in Patent Document 1, low-nickel steel is disposed over the entire inner surface of a stainless steel container via a solid support, and the solid support intervenes between the inner surface of the stainless steel container and the low-nickel steel. There has been proposed a container for transporting and holding molten magnesium, which holds a gap between the stainless steel and the low-nickel steel to prevent nickel from diffusing from the stainless steel to the low-nickel steel.
特許文献1のように溶融マグネシウム運搬保持用容器の容器材料としてクラッド鋼を採用し、炭素鋼等の低ニッケル鋼を容器内側に配置すれば溶融マグネシウムとステンレス鋼が接触せず、原料溶融マグネシウムのNiによる汚染を抑制できる。ところが、前記溶融マグネシウム運搬保持用容器はマグネシウムの溶融状態を維持するため外部から該溶融マグネシウム運搬保持用容器の底側に対してヒーター等で加熱保持されることが一般的であり、当該溶融マグネシウム運搬保持用容器の使用回数が増えるにつれて、特に当該溶融マグネシウム運搬保持用容器の底側低ニッケル鋼が損耗していく傾向にある。しかし、これを肉眼で確認することは困難である。溶融マグネシウムは酸化されやすいため、溶融マグネシウムを格納する容器は通常密閉構造であり、外側から容器内部を詳細に観察することはできない。 As in Patent Document 1, if clad steel is adopted as a container material for a container for transporting and holding molten magnesium, and low-nickel steel such as carbon steel is placed inside the container, molten magnesium and stainless steel do not come into contact with each other. Ni contamination can be suppressed. However, in order to keep the molten magnesium in the container for carrying and holding molten magnesium, the bottom side of the container for carrying and holding molten magnesium is generally heated and held from the outside with a heater or the like. As the number of times of use of the transporting and holding container increases, the bottom-side low-nickel steel of the molten magnesium transporting and holding container tends to wear out. However, it is difficult to confirm this with the naked eye. Since molten magnesium is easily oxidized, a container for storing molten magnesium usually has a closed structure, and the inside of the container cannot be observed in detail from the outside.
金属製還元反応容器に注入される溶融マグネシウム中のニッケル濃度を定期的に分析していたとしても、溶融マグネシウムの分析にて溶融マグネシウムがNi等の不純物金属で汚染されていることに気付いた時点では溶融マグネシウム運搬保持用容器の損耗が相当に進んでいると考えられる。高純度スポンジチタンを安定して生産する観点から、当該容器状態の迅速な把握において未だ改良の余地があった。 Even if the nickel concentration in the molten magnesium injected into the metal reduction reaction vessel is periodically analyzed, the time when the molten magnesium is found to be contaminated with impurity metals such as Ni in the analysis of the molten magnesium. It is thought that the wear of the container for transporting and holding molten magnesium has progressed considerably. From the standpoint of stably producing high-purity titanium sponge, there is still room for improvement in quickly grasping the state of the container.
そこで、本発明は、一実施形態において、Niで汚染された溶融金属の利用を早期に停止するために、内部損傷状態を速やかに把握することが可能な溶融金属収容容器を提供することを目的とする。 Therefore, in one embodiment, an object of the present invention is to provide a molten metal storage container capable of quickly grasping the state of internal damage in order to stop the use of molten metal contaminated with Ni at an early stage. and
すなわち、本発明は一側面において、溶融マグネシウム又は溶融塩化マグネシウムを収容する、炭素鋼製の有底の内筒と、前記内筒の周囲に設けられ、上蓋を備える有底の外筒と、前記内筒と前記外筒との間に配置されて、前記内筒の開口部全周と前記外筒とを接続する接続部と、前記内筒と前記外筒との間に区画されるスペースと、前記スペースに接続される検知センサーとを備える、溶融金属収容容器である。 That is, in one aspect of the present invention, a bottomed carbon steel inner cylinder containing molten magnesium or molten magnesium chloride, a bottomed outer cylinder provided around the inner cylinder and provided with a top cover, a connecting portion disposed between the inner cylinder and the outer cylinder and connecting the entire circumference of the opening of the inner cylinder and the outer cylinder; and a space defined between the inner cylinder and the outer cylinder. and a sensing sensor connected to said space.
本発明に係る溶融金属収容容器の一実施形態においては、前記接続部は炭素鋼製である。 In one embodiment of the molten metal container according to the invention, the connection is made of carbon steel.
本発明に係る溶融金属収容容器の一実施形態においては、前記検知センサーが、圧力検知センサーである。 In one embodiment of the molten metal storage container according to the present invention, the detection sensor is a pressure detection sensor.
本発明に係る溶融金属収容容器の一実施形態においては、前記検知センサーが、電気抵抗検知センサーである。 In one embodiment of the molten metal storage container according to the present invention, the detection sensor is an electrical resistance detection sensor.
また、本発明は別の側面において、上記いずれかの溶融金属収容容器とヒーターとを備える、コンテナである。 In another aspect, the present invention is a container comprising any one of the molten metal containers and a heater.
また、本発明は別の側面において、上記いずれかの溶融金属収容容器を用いて溶融金属の漏れを検知する検知工程を含む、溶融金属の漏れ検知方法である。 In another aspect of the present invention, there is provided a molten metal leakage detection method including a detection step of detecting leakage of molten metal using any of the above-described molten metal containers.
更に、本発明は別の側面において、上記いずれかの溶融金属収容容器を用いてスポンジチタンを製造する工程を含む、スポンジチタンの製造方法である。 Furthermore, in another aspect of the present invention, there is provided a method for producing titanium sponge, including a step of producing titanium sponge using any one of the molten metal containers described above.
本発明の一実施形態によれば、Niで汚染された溶融金属の利用を早期に停止するために、内部損傷状態を速やかに把握することができる。 According to one embodiment of the present invention, the state of internal damage can be quickly grasped in order to stop the use of Ni-contaminated molten metal early.
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。図1~4については、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。更に、本明細書において、上方とは、外筒20の底壁部22から上蓋25に向かう外筒20の軸の方向を意味する(図1参照)。
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 to 4 may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part compared to the actual embodiment, but this is an example and does not limit the interpretation of the present invention. Furthermore, in this specification, the term "upward" means the axial direction of the
[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内に不活性条件下で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しスポンジチタン塊を生成する還元工程と、金属製還元反応容器内から副生物である溶融塩化マグネシウムと残存する場合は溶融マグネシウムとを金属製パイプを介して抜き出した後、スポンジチタン塊に対して真空分離処理を施す分離工程と、スポンジチタン塊を仕分けし、破砕してスポンジチタンを得る仕分け・破砕工程と、を含む。電解工程では、還元工程で副生された溶融塩化マグネシウムの溶融塩電解により塩化マグネシウムをマグネシウムと塩素ガスに電気分解する。電解工程で製造した溶融マグネシウムは、電解槽から高温かつ内部が不活性ガスで保持された運搬容器(以下、「コンテナ」と称する。)に収容された後移送され、移送された溶融マグネシウムは還元反応待機中の金属製還元反応容器内に所定量注入される。
[1. overview]
The method for producing sponge titanium in the Kroll method consists of a reduction step in which titanium tetrachloride is added dropwise to molten magnesium charged under inert conditions into a metal reduction reaction vessel to form a sponge titanium mass, and a metal reduction reaction vessel. After extracting molten magnesium chloride, which is a by-product, and molten magnesium, if any, from the reaction vessel through a metal pipe, the titanium sponge lumps are subjected to a vacuum separation process, and the titanium sponge lumps are sorted. and a sorting/crushing step of crushing to obtain sponge titanium. In the electrolysis step, magnesium chloride is electrolyzed into magnesium and chlorine gas by molten salt electrolysis of the molten magnesium chloride by-produced in the reduction step. Molten magnesium produced in the electrolysis process is transported after being stored in a transport container (hereinafter referred to as "container") whose interior is maintained at a high temperature and with an inert gas from the electrolytic cell, and the transported molten magnesium is reduced. A predetermined amount is injected into the metal reduction reaction vessel waiting for the reaction.
従来より、溶融マグネシウムをNiで汚染しないという観点から、溶融金属収容容器を、溶融マグネシウムと接触している内側を炭素鋼としたクラッド鋼製とすることが知られている(特許文献1)。炭素鋼はNiを実質的に含まない組成にでき、ステンレス鋼は高温においても機械強度に優れている。そのため、溶融金属収容容器には、Ni汚染の抑制と高温加熱時における溶融金属収容容器の機械強度確保のために、炭素鋼とステンレス鋼を併用していた。なお、溶融金属収容容器は繰り返しの使用により内側の炭素鋼が減肉する。そして、炭素鋼が損傷すると、収容する溶融マグネシウムがNiを含有するステンレス鋼と接触して、ステンレス鋼のNiが溶融マグネシウムに移行し、溶融マグネシウムはNiで汚染される。また、溶融金属収容容器は酸化マグネシウムの生成を抑制するため気密構造を採用しており、一旦気密構造を形成すると内部損傷の部位および程度を的確に把握するのが困難であった。 Conventionally, from the viewpoint of not contaminating the molten magnesium with Ni, it is known to make the molten metal storage container made of clad steel with the inner side in contact with the molten magnesium made of carbon steel (Patent Document 1). Carbon steel can have a composition that does not substantially contain Ni, and stainless steel has excellent mechanical strength even at high temperatures. Therefore, carbon steel and stainless steel have been used in combination for the molten metal storage container in order to suppress Ni contamination and ensure the mechanical strength of the molten metal storage container during high-temperature heating. It should be noted that the carbon steel inside the molten metal storage container is reduced in thickness due to repeated use. Then, when the carbon steel is damaged, the contained molten magnesium comes into contact with the stainless steel containing Ni, Ni in the stainless steel migrates to the molten magnesium, and the molten magnesium is contaminated with Ni. In addition, the molten metal storage container adopts an airtight structure in order to suppress the formation of magnesium oxide.
よって、従来は溶融金属収容容器内部の構造を目視にて確認するのではなく、溶融金属収容容器で移送した溶融マグネシウムを化学分析することでNi汚染の有無を確認していたが、Ni汚染の判定に時間がかかりすぎることからNi汚染の早期検知方法が望まれていた。 Therefore, conventionally, the presence or absence of Ni contamination was confirmed by chemically analyzing the molten magnesium transferred in the molten metal storage container, instead of visually checking the structure inside the molten metal storage container. Since the determination takes too much time, a method for early detection of Ni contamination has been desired.
そこで、本発明者は、鋭意検討した結果、溶融金属収容容器にスペースを区画し、ここに溶融マグネシウムを検知するための検知センサーを接続することで、溶融マグネシウム収容容器を分解することなく溶融金属収容容器の内部の損傷を早期に検知することが可能となるといった知見を得た。
以下、各実施形態について、それぞれ説明する。
Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors found that by dividing a space in the molten metal storage container and connecting a detection sensor for detecting molten magnesium to the space, the molten metal can be detected without disassembling the molten magnesium storage container. We have obtained knowledge that it is possible to detect damage inside the storage container at an early stage.
Each embodiment will be described below.
[2.溶融金属収容容器]
本発明に係る溶融金属収容容器1Aによれば、有底の内筒10から溶融金属がスペース40に漏出すると、速やかに検知センサーが溶融金属の漏出を検知する。スペース40への溶融金属の漏出が検知されたコンテナは使用を停止し、その結果上蓋25を備える有底の外筒20に含まれるNi等の金属成分が拡散した溶融金属の使用を効果的に回避できる。図1に示すように、本発明に係る溶融金属収容容器1Aは、一実施形態において、内筒10と、外筒20と、接続部30と、スペース40と、圧力検知センサー50である検知センサーと、金属製パイプ55と、不活性ガス供給パイプ70と、Mg用パイプ80とを備える。なお、溶融金属収容容器1Aは溶融マグネシウム及び溶融塩化マグネシウムを収容してよく、図1に示す符号80の部材については便宜的にMg用パイプ80と称しているに過ぎない。また、本発明においては溶融塩化マグネシウムも収容される溶融金属として扱う。以下、各構成要素について説明する。
[2. Molten metal container]
According to the molten
(内筒)
内筒10は、溶融マグネシウムMを収容する機能を有する。なお、本発明においては、溶融マグネシウムMの代わりに、前述したように溶融塩化マグネシウムも適用できる。
(Inner cylinder)
The
内筒10の材質は、不純物金属であるNiを溶融マグネシウムMに拡散させないという観点から、Niをほとんど含まない鋼材、例えば炭素鋼としてよい。なお、炭素鋼は炭素含有量が2質量%以下の鋼であって、いわゆる極低炭素鋼、低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼等を含むものである。炭素鋼の具体例として、SS400等が挙げられる。溶融マグネシウムMは、還元工程で副生された溶融塩化マグネシウムの溶融塩電解により製造されたものを使用してよい。
The material of the
内筒10は、有底の形状であって、開口部11と、底壁部12と、開口部11及び底壁部12を連結する側壁部13とを備える。
The
(外筒)
外筒20は、内筒10から溶融マグネシウムMが漏出した場合に溶融マグネシウムMが流れ込むスペース40を介して、前記内筒10の周囲に設けられる。言いかえれば、内筒10と外筒20の間にはスペース40が設けられ、該スペース40は圧力検知センサー50である検知センサーの設置位置まで連通した空間である。上記外筒20の材質は、耐摩耗性、耐化学腐食性、及び高温における強度を確保するという観点から、ステンレス鋼又はクラッド鋼(炭素鋼とステンレス鋼の貼りあわせ鋼)であることが好ましい。ここで、ステンレス鋼はクロム(Cr)、ニッケル(Ni)等が添加された鋼である。ステンレス鋼の具体例として、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼等が挙げられる。なお、炭素鋼の説明については、内筒10の材質と重複するので、割愛する。
(Outer cylinder)
The
外筒20は、有底の形状であって、開口部21と、底壁部22と、開口部21及び底壁部22を連結する側壁部23とを備える。開口部21は、外気に溶融マグネシウムMが触れて酸化マグネシウムにならないよう、上蓋25により閉じられている。また、外筒20は、後述するスペース40を確保するという観点から、内筒10と略相似形状でもよく、さらに内筒10の荷重を分散するという観点から、外筒20は内筒10の底壁部12の一部と接触してもよい。また、内筒10を機械的に支えるスペーサー(不図示)が内筒10と外筒20を繋ぐようにして設置されてもよい。該スペーサーを配置する場合は、前記圧力検知センサー50に連通するスペース40が確保されるようにする。
The
(接続部)
接続部30は、内筒10と外筒20との間に配置されて、内筒10の開口部11全周と外筒20とを接続する。このとき、接続部30は内筒10の開口部11全周に渡って設けられているので、内筒10と外筒20との間にスペース40が形成される。開口部11の全周に渡って接続部30を設けることでスペース40が内筒10の外側を覆うように設定されるので、より広い範囲にわたって溶融マグネシウムMの漏出を検出可能となる。図1に示す溶融金属収容容器1Aでは接続部30は側壁部23の上端付近に設けられている。他の形態として、内筒10の開口部11と外筒20の開口部21とを全周でつなぐように接続部30が設けられてもよい。この場合、接続部30には上蓋25の下端が接することがある。接続部30を形成する手段としては、例えば、内筒10と外筒20との間に部材を配置し、これらを溶接して接続部30を形成すればよい。接続部30の材質は、内筒10に収容された溶融マグネシウムMと接触してもNi等の不純物金属を溶融マグネシウムMに拡散させないという観点から、炭素鋼製であることが好ましい。また、内筒10の開口部11の全周と外筒20の適宜の部位を互いに溶接し、NiやCrの含有量が低減された該溶接部を接続部30としてもよい。なお、炭素鋼の説明については、内筒10の材質と重複するので、割愛する。
(connection part)
The connecting
(スペース)
スペース40は、気密性が保持された状態で、内筒10と外筒20との間に区画されている。例えば、スペース40は、内筒10から漏出した溶融マグネシウムMが流通可能に構成されている。ここで、内筒10の開口部11全周に接続部30が形成されること、およびスペース40が検知センサーに連通されることを前提として、内筒10と外筒20との間の少なくとも一部においてスペース40が形成されればよく、一方で、内筒10と外筒20との間における全領域に渡ってスペース40が形成されてもよい。また、スペース40においては、スペーサー(不図示)を介在することで、その内筒10と外筒20との間で所望とする離間距離を確保することができる。
(space)
A
(検知センサー)
検知センサーは、内筒10からの溶融マグネシウムMの漏出を検知する機能を有する。検知センサーは、スペース40に接続されている。ここで、検知センサーは、圧力検知センサー50及び電気抵抗検知センサー60(図3参照。)のいずれかが好ましい。上記圧力検知センサー50と、その検知結果を表示するモニター(不図示)とは、ケーブル51を介して連結されている。圧力検知センサー50はスペース40の外側に配置されてよいし、スペース40内に配置されてもよい。例えば、図1に示す貫通孔41はスペース40と金属製パイプ55内部とを繋いでいる。よって、金属製パイプ55と圧力検知センサー50が接続されていれば、スペース40内に溶融マグネシウムMが漏出した際の圧力変化を圧力検知センサー50は検知できる。このような実施形態であっても、スペース40は圧力検知センサー50に連通されていると判断する。また、図2に示す溶融金属収容容器1Bでは圧力検知センサー50がスペース40内に設置されている。
(detection sensor)
The detection sensor has a function of detecting leakage of molten magnesium M from the
(金属製パイプ)
金属製パイプ55は、その内部が圧力検知センサー50とスペース40を接続する空間であってもよいし、圧力検知センサー50に取り付けられたケーブル51を収納してもよい。金属製パイプ55の材質は、耐摩耗性、耐化学腐食性、及び高温における強度を確保するという観点から、ステンレス鋼又はクラッド鋼であることが好ましい。金属製パイプ55は、接続部30付近に設けられた外筒20の貫通孔41と連通されている。上記金属製パイプ55は、外筒20の側壁部23に沿って鉛直方向Vの上側に延在しているが金属製パイプ55の配置は適宜変更可能である。
(metal pipe)
The interior of the
(圧力検知センサー)
圧力検知センサー50は、内筒10からスペース40に溶融マグネシウムMが漏出した場合に、その漏出によるスペース40内の圧力変動を検知する機能を有する。通常、溶融マグネシウムMは700℃程度の高温で維持される。コンテナ100(図4)のヒーター120は一般的に溶融金属収容容器1Aの底部側に設置されることが多いため、圧力検知センサー50は、熱による影響を低減するという観点から、スペース40の上側であって接続部30付近に配置されるか、金属製パイプ55の内部に配置されることが好ましい。
(pressure detection sensor)
The
(電気抵抗検知センサー)
図3に示すように、溶融金属収容容器1Cでは、スペース40の底側の貫通孔42と金属製パイプ65が連結され、スペース40の底側に電気抵抗検知センサー60が配置されさらにケーブル61が金属製パイプ65内に収納されている。電気抵抗検知センサー60は、内筒10からスペース40に漏出した溶融マグネシウムMが当該電気抵抗検知センサー60に接触した場合に、その抵抗が急激に低下することで検知する機能を有する。漏出した溶融マグネシウムMはスペース40の底側に流れるため、電気抵抗検知センサー60は、スペース40の底側に配置することが好ましい。なお、スペース40の底側付近にヒーター120(図4参照。)が設置されている場合には、電気抵抗検知センサー60は熱損傷を考慮し、スペース40の底部側以外に配置してもよい。
(electric resistance detection sensor)
As shown in FIG. 3, in the molten
不活性ガス供給パイプ70は、内筒10に収容された溶融マグネシウムMが酸素の影響で酸化マグネシウムとならないように、溶融金属収容容器1A、1B、1Cをアルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガスで充満させる機能を有する。不活性ガス供給パイプ70は、上蓋25に設けられている。
The inert
Mg用パイプ80は、溶融マグネシウムMを溶融金属収容容器1A、1B、1Cに送液する機能を有する。当該Mg用パイプ80の送液口81は、内筒10の底部側に配置されている。
The
[3.コンテナ]
図4に示すように、本発明に係るコンテナ100の一実施形態は、先述した溶融金属収容容器1Aと、溶融金属収容容器内の温度を保持する炉110と、該溶融金属収容容器内を加熱するヒーター120と、溶融金属収容容器1Aを支えるリング状の支持部材130とを備える。溶融金属収容容器1A以外に、溶融金属収容容器1Bや溶融金属収容容器1Cも使用可能である。本発明に係るコンテナ100の一実施形態によれば、高純度スポンジチタンを安定的に製造するため、コンテナ100の状態を把握することができる。なお、鉛直方向Vにおけるヒーター120と溶融金属収容容器1Aの底壁部22の離間距離dは、ヒーター120の熱による溶融金属収容容器1Aの底壁部22への熱負荷を考慮し、例えば数百ミリメートル程度であればよい。また、支持部材130の基端部131は上蓋25に接合され、その支持部材130の先端部132は炉110の上端面111に接触して支持されている。この支持部材130には孔部(不図示)が形成されており、その孔部に金属製パイプ55が挿通されている。なお、本発明に係るコンテナ100の一実施形態において、支持部材130としては溶融金属収容容器1Aを支えることが可能であればよく、その支持部材130の形状がリング状に限定されるものではない。
[3. container]
As shown in FIG. 4, one embodiment of the
[4.溶融金属の漏れ検知方法]
本発明に係る溶融金属の漏れ検知方法の一実施形態においては、図5に示すように、先述した溶融金属収容容器1A、1B、1Cを使用するものであって、検知工程S11と停止工程S21とを含む。本発明に係る溶融金属の漏れ検知方法の一実施形態によれば、内筒10から溶融マグネシウムMが漏出したとしても、速やかに検知センサー50、60が検知し溶融金属収容容器1A、1B、1Cの損傷を知ることができる。以下、各工程についてそれぞれ説明する。なお、上述した溶融金属収容容器1A、1B、1Cと重複する説明について割愛する。
[4. Molten metal leak detection method]
In one embodiment of the molten metal leakage detection method according to the present invention, as shown in FIG. including. According to one embodiment of the method for detecting leakage of molten metal according to the present invention, even if molten magnesium M leaks from the
(検知工程)
検知工程S11では、溶融マグネシウムMの漏出を検知センサーにより検知する。溶融マグネシウムMがスペース40に漏出するとスペース40内の圧力が上昇する。圧力検知センサー50はこの圧力変動を検知できる。溶融マグネシウムMがスペース40に漏出すると溶融マグネシウムMは外筒20の底壁部22側に流れる。溶融マグネシウムMが底壁部22に備えられた電気抵抗検知センサー60に接触すると抵抗が変動する。以上のように、圧力検知センサー50および電気抵抗検知センサー60は溶融金属収容容器1A、1B、1Cの寿命を迅速に検知する。これら検知センサーを活用すれば、化学分析の結果を待たずして溶融金属収容容器の寿命を知ることができる。
(Detection process)
In the detection step S11, leakage of molten magnesium M is detected by a detection sensor. When molten magnesium M leaks into
(停止工程)
停止工程S21では、検知工程S11での溶融金属漏出検知後に、溶融金属収容容器1A、1B、1Cの使用を停止する。溶融金属の漏出が検出された溶融金属収容容器は溶融マグネシウムMを高純度で維持できない。よって、溶融マグネシウムMの不純物濃度を上げないように、溶融金属収容容器1A、1B、1Cを別の溶融金属収容容器に替えればよい。
(Suspension process)
In the stopping step S21, use of the
[5.スポンジチタンの製造方法]
本発明に係るスポンジチタンの製造方法によれば、先述した溶融金属収容容器1A、1B、1Cを用いてスポンジチタンを製造する工程を含む。当該スポンジチタンの製造方法によれば、バッチ間におけるスポンジチタンのNi含有量の差が小さく安定した操業が可能となる。
[5. Method for manufacturing sponge titanium]
The method for producing titanium sponge according to the present invention includes the step of producing titanium sponge using the aforementioned
以下、本発明の内容を実施例によって更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。なお、実施例1~2及び比較例1では、Ni濃度をICP-OESにより測定した。 EXAMPLES The content of the present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Incidentally, in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the Ni concentration was measured by ICP-OES.
(実施例1)
実施例1では、炭素鋼製の内筒10と、ステンレス鋼製の外筒20と、上蓋25と、接続部30と、スペース40と、圧力検知センサー50と、金属製パイプ55と、不活性ガス供給パイプ70と、Mg用パイプ80とを備えた溶融金属収容容器1A(図1参照。)を組み立てた。次いで、当該溶融金属収容容器1Aを、ヒーター120を備えたコンテナ100に収納した。次いで、電解工程で得られた溶融マグネシウムMを溶融金属収容容器1Aに送液した後、当該溶融金属収容容器1A内をアルゴンで充満させ、溶融マグネシウムMの温度を700℃に加熱保持した。
(Example 1)
In Example 1, the
当該溶融金属収容容器1Aを用い、電解工程にて製造した溶融マグネシウムMを還元工程で使用する金属製還元反応容器まで400回搬送し、金属製還元反応容器に注入された溶融マグネシウムM中のNi濃度を定期的に測定した。400回目搬送時に、圧力検知センサー50によって、溶融マグネシウムMの漏出による圧力変動を検知したので、当該溶融金属収容容器1Aの搬送を停止した。搬送1回目から399回目までにおけるバッチごとの、当該溶融金属収容容器1Aで運搬した溶融マグネシウムM中のNi濃度は、電解工程で製造された溶融マグネシウムM中のNiの平均濃度とほとんど変化がなかった。具体的には、1回目の搬送における溶融マグネシウムM中のNi濃度は1質量ppmであり、399回目の搬送における溶融マグネシウムM中のNi濃度は1回目の搬送と同等であったのに対し、溶融マグネシウムMの漏出が検知された400回目の搬送における溶融マグネシウムM中のNi濃度が50質量ppmであった。
Using the molten
(実施例2)
実施例2では、炭素鋼製の内筒10と、ステンレス鋼製の外筒20と、上蓋25と、接続部30と、スペース40と、スペース40の底部側に配置した電気抵抗検知センサー60と、金属製パイプ65と、不活性ガス供給パイプ70と、Mg用パイプ80とを備えた溶融金属収容容器1C(図3参照。)を組み立てた。次いで、当該溶融金属収容容器1Cは、ヒーター120を備えたコンテナ100に収納した。次いで、電解工程で得られた溶融マグネシウムMを溶融金属収容容器1Cに送液した後、当該溶融金属収容容器1C内をアルゴンで充満させ、溶融マグネシウムMの温度を700℃に加熱保持した。
(Example 2)
In Example 2, an
当該溶融金属収容容器1Cを用い、溶融マグネシウムMを電解工程から還元工程まで400回搬送し、金属製還元反応容器に注入された溶融マグネシウムM中のNi濃度を定期的に測定した。電気抵抗検知センサー60に取り付けたケーブル61における2本の金属素線の材質はFeとし、これらの金属素線を酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムから構成される絶縁体部に挿通し、互いに接触しないように金属素線を部分的に露出させた。露出させた金属素線の間に溶融マグネシウムMが充満すると電気抵抗が低下する。なお、ケーブル61の一方に取り付けた測定試験器(アナログテスター)は、平常時において200~500Ωであった。その間、上記測定試験器の抵抗値が150Ω以下に下がった場合には、内筒10から溶融マグネシウムMが漏出したことを検知したと判断し、その溶融マグネシウムMの使用を停止することとした。400回目搬送時に、測定試験器の抵抗値が150Ω以下に下がったので、当該溶融金属収容容器1Cの搬送を停止した。搬送1回目から399回目までにおけるバッチごとの、当該溶融金属収容容器1Cで運搬した溶融マグネシウムM中のNi濃度は、電解工程で生成された溶融マグネシウムM中のNi濃度とほとんど変化がなかった。具体的には、1回目の搬送における溶融マグネシウムM中のNi濃度は1質量ppmであり、399回目の搬送における溶融マグネシウムM中のNi濃度は1回目の搬送と同等であったのに対し、溶融マグネシウムMの漏出が検知された400回目の搬送における溶融マグネシウムM中のNi濃度が50質量ppmであった。
Using the
(比較例1)
比較例1では、内側を炭素鋼とし外側をステンレス鋼とするクラッド鋼製の外筒520と、上蓋525と、不活性ガス供給パイプ570と、Mg用パイプ580とを備えた溶融金属収容容器500(図6参照。)を組み立てた。次いで、当該溶融金属収容容器500を、ヒーターを備えたコンテナに収納した。当該溶融金属収容容器500を用い、溶融マグネシウムMを電解工程から還元工程まで搬送した。そして、実施例1と同様に、金属製還元反応容器に注入された溶融マグネシウムM中のNi濃度を定期的に測定した。その結果、200回目の搬送以降はNi濃度が徐々に上昇し続けた。その結果、1回目の搬送時における溶融マグネシウムM中のNi濃度が1質量ppmであり、200回目の搬送時における溶融マグネシウムM中のNi濃度が3質量ppmであり、更に400回目の搬送時における溶融マグネシウムM中のNi濃度が10質量ppmを超えた。そのため、400回目の搬送時においては、溶融金属収容容器500の使用を停止した。
なお、還元工程で使用される溶融マグネシウムM中のNi濃度が3質量ppm以上である場合には、スポンジチタンに移行するNiが濃縮されるので、そのスポンジチタンのNi濃度が10質量ppm以上である蓋然性が高い。すなわち、比較例1では、少なくとも200回目の搬送以降の溶融マグネシウムMは還元工程で使用するのに適していなかったといえるが、その後200回損傷した状態の溶融金属収容容器500を使用してしまった。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, the
When the Ni concentration in the molten magnesium M used in the reduction step is 3 ppm by mass or more, the Ni transferred to the titanium sponge is concentrated. There is a high probability that there will be. That is, in Comparative Example 1, it can be said that the molten magnesium M after at least the 200th transfer was not suitable for use in the reduction step, but the
(実施例による考察)
実施例1~2では、内筒10から溶融マグネシウムMが漏出しても、圧力検知センサー50及び電気抵抗検知センサー60が該漏出を迅速に検知したことで、還元工程においてNi汚染された溶融マグネシウムMの使用を未然に防ぐことができた。その結果、実施例1,2で使用した溶融金属収容容器1A、1Cは、内筒10から溶融マグネシウムMがスペース40に漏出しても、Ni濃度が向上した溶融マグネシウムMの利用を早期に停止することができたので、高純度スポンジチタンの安定した製造に貢献できるといえる。また、実施例1~2では、比較例1と比べ、溶融マグネシウムが低Ni濃度のまま、その溶融マグネシウムを搬送することが可能であった回数が多かった。
(Consideration by Example)
In Examples 1 and 2, even if the molten magnesium M leaked from the
一方、比較例1では、金属製還元反応容器に注入された溶融マグネシウムM中のNi濃度を定期的に分析していたが、溶融マグネシウムMがNi汚染されていると判断した時点では、溶融金属収容容器500の損耗が相当に進んでいた。その結果、汚染された溶融マグネシウムMが還元工程で繰り返し使用されてしまい、目標とするNi量以下にできなかったスポンジチタンのバッチ数が増加した。この理由としては、バッチ数が増えるにつれて、クラッド鋼のうち、内側の炭素鋼が徐々に消耗していき、少しずつNi汚染の程度が悪化したため溶融金属収容容器500の使用停止判断が遅れてしまったこと、化学分析は結果が得られるまで時間がかかるため汚染された溶融マグネシウムMの使用停止を適切なタイミングで判断できなかったことが挙げられる。
On the other hand, in Comparative Example 1, the Ni concentration in the molten magnesium M injected into the metallic reduction reactor was periodically analyzed, but when it was determined that the molten magnesium M was contaminated with Ni, the molten metal The wear and tear of the
1A、1B、1C、500 溶融金属収容容器
10 内筒
11 開口部
12 底壁部
13 側壁部
20、520 外筒
21 開口部
22 底壁部
23 側壁部
25、525 上蓋
30 接続部
40 スペース
41、42 貫通孔
50 圧力検知センサー
51、61 ケーブル
55、65 金属製パイプ
60 電気抵抗検知センサー
70、570 不活性ガス供給パイプ
80、580 Mg用パイプ
81 送液口
100 コンテナ
110 炉
111 上端面
120 ヒーター
130 支持部
131 基端部
132 先端部
d 離間距離
S11 検知工程
S21 停止工程
V 鉛直方向
1A, 1B, 1C, 500
Claims (12)
前記内筒の周囲に設けられ、上蓋を備える有底の外筒と、
前記内筒と前記外筒との間に配置されて、前記内筒の開口部全周と前記外筒とを接続する接続部と、
前記内筒と前記外筒との間に区画されるスペースと、
前記スペースに接続される検知センサーとを備え、
溶融マグネシウム又は溶融塩化マグネシウムの運搬用である、溶融金属収容容器。 A carbon steel bottomed inner cylinder containing molten magnesium or molten magnesium chloride;
a bottomed outer cylinder provided around the inner cylinder and provided with an upper lid;
a connecting portion disposed between the inner cylinder and the outer cylinder and connecting the entire circumference of the opening of the inner cylinder and the outer cylinder;
a space defined between the inner cylinder and the outer cylinder;
A detection sensor connected to the space ,
A molten metal container for transporting molten magnesium or molten magnesium chloride .
運搬される前記溶融マグネシウムのNi濃度が1質量ppm以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載の溶融金属収容容器。The molten metal storage container according to any one of claims 1 to 5, wherein the Ni concentration of the molten magnesium to be transported is 1 mass ppm or less.
前記溶融金属収容容器は、溶融マグネシウム又は溶融塩化マグネシウムを収容する、炭素鋼製の有底の内筒と、前記内筒の周囲に設けられ、上蓋を備える有底の外筒と、前記内筒と前記外筒との間に配置されて、前記内筒の開口部全周と前記外筒とを接続する接続部と、前記内筒と前記外筒との間に区画されるスペースと、前記スペースに接続される検知センサーとを備える、溶融金属の漏れ検知方法。 Including a detection step of detecting leakage of molten metal using a molten metal container,
The molten metal container includes a bottomed carbon steel inner cylinder for containing molten magnesium or molten magnesium chloride, a bottomed outer cylinder provided around the inner cylinder and provided with an upper lid, and the inner cylinder. and the outer cylinder, a connecting portion that connects the entire circumference of the opening of the inner cylinder and the outer cylinder; a space defined between the inner cylinder and the outer cylinder; and a detection sensor connected to the space .
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