JPH07278691A - チタンの製造方法 - Google Patents
チタンの製造方法Info
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- JPH07278691A JPH07278691A JP6066948A JP6694894A JPH07278691A JP H07278691 A JPH07278691 A JP H07278691A JP 6066948 A JP6066948 A JP 6066948A JP 6694894 A JP6694894 A JP 6694894A JP H07278691 A JPH07278691 A JP H07278691A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】溶融チタンのプール面で還元反応と蒸発分離と
生成チタンの捕集とを行い、連続してインゴットを製造
するチタンの製造方法を提供する。 【構成】(1) 上下開放型るつぼに保持した金属チタンを
入熱手段によって溶融して溶融チタンのプールを形成
し、そのプールの上面に四塩化チタンと、アルカリ金属
またはアルカリ土類金属とを供給して、生成したアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を溶融チ
タンから蒸発させつつ、生成したチタンを溶融チタンの
プールに捕集し、その後溶融チタンを凝固させ、上下開
放型るつぼから引き抜いてインゴットとするチタンの製
造方法。 (2) 前記入熱手段がプラズマ加熱である場合には、るつ
ぼを水冷銅るつぼとし、入熱手段が高周波誘導加熱また
は高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合わせである
場合には、るつぼを分割型水冷銅るつぼとするのが望ま
しい。
生成チタンの捕集とを行い、連続してインゴットを製造
するチタンの製造方法を提供する。 【構成】(1) 上下開放型るつぼに保持した金属チタンを
入熱手段によって溶融して溶融チタンのプールを形成
し、そのプールの上面に四塩化チタンと、アルカリ金属
またはアルカリ土類金属とを供給して、生成したアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を溶融チ
タンから蒸発させつつ、生成したチタンを溶融チタンの
プールに捕集し、その後溶融チタンを凝固させ、上下開
放型るつぼから引き抜いてインゴットとするチタンの製
造方法。 (2) 前記入熱手段がプラズマ加熱である場合には、るつ
ぼを水冷銅るつぼとし、入熱手段が高周波誘導加熱また
は高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合わせである
場合には、るつぼを分割型水冷銅るつぼとするのが望ま
しい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、四塩化チタンの還元反
応によってチタンを製造する方法に関し、更に詳しくは
予め準備したチタンの溶融プールの上面で還元反応と副
生成物の蒸発分離と生成チタンの捕集とを行い、連続し
てインゴットを製造するチタンの製造方法に関するもの
である。
応によってチタンを製造する方法に関し、更に詳しくは
予め準備したチタンの溶融プールの上面で還元反応と副
生成物の蒸発分離と生成チタンの捕集とを行い、連続し
てインゴットを製造するチタンの製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】現在、金属チタンの製造において工業的
に操業が行われているものとして、中間原料である四塩
化チタン（TiCl4 ）を純チタン金属に還元する方法があ
り、それらは使用される還元剤によって二つの製造方法
に大別される。即ち、アルカリ土類金属のうちマグネシ
ウム（Mg）のような活性金属を還元剤として熱還元する
クロール（Kroll ）法とアルカリ金属であるナトリウム
（Na）を還元剤とするハンター（Hunter）法に区分され
る。特に、工業的に生産性および省エネルギーの観点か
ら信頼性が高い方法として、クロール法が広く適用され
ている。
に操業が行われているものとして、中間原料である四塩
化チタン（TiCl4 ）を純チタン金属に還元する方法があ
り、それらは使用される還元剤によって二つの製造方法
に大別される。即ち、アルカリ土類金属のうちマグネシ
ウム（Mg）のような活性金属を還元剤として熱還元する
クロール（Kroll ）法とアルカリ金属であるナトリウム
（Na）を還元剤とするハンター（Hunter）法に区分され
る。特に、工業的に生産性および省エネルギーの観点か
ら信頼性が高い方法として、クロール法が広く適用され
ている。
【０００３】クロール法を適用した金属チタンの製造で
は、チタン鉱石の塩化処理によって得られたTiCl4 を中
間原料として還元反応を行い、その後、反応副生成物で
ある塩化マグネシウム（MgCl2 ）を分離して、海綿状ま
たは針状のスポンジチタンを得ている。この製造方法は
バッチ式であって、他の金属製造法が連続化されている
なかで、旧態化の感は拭えなかった。また、スポンジチ
タンは海綿状または針状の粒状物であるから、加工用材
料として最終用途に供するには、更に溶解して所定のイ
ンゴットを製造しなければならなかた。
は、チタン鉱石の塩化処理によって得られたTiCl4 を中
間原料として還元反応を行い、その後、反応副生成物で
ある塩化マグネシウム（MgCl2 ）を分離して、海綿状ま
たは針状のスポンジチタンを得ている。この製造方法は
バッチ式であって、他の金属製造法が連続化されている
なかで、旧態化の感は拭えなかった。また、スポンジチ
タンは海綿状または針状の粒状物であるから、加工用材
料として最終用途に供するには、更に溶解して所定のイ
ンゴットを製造しなければならなかた。
【０００４】図５は、クロール法によってスポンジチタ
ンを製造し、得られたスポンジチタンからチタンインゴ
ットを製造するまでの工程の概要を示した図である。
ンを製造し、得られたスポンジチタンからチタンインゴ
ットを製造するまでの工程の概要を示した図である。
【０００５】還元工程（）では、還元剤として必要な
Mgを還元炉11内の反応容器12に装入して、容器内を不活
性ガス (通常アルゴンガス) で置換したのち、加熱、昇
温してMgを溶融させる。この溶融Mgを収容した反応容器
12に供給ノズル13からTiCl4を滴下し、反応容器内の溶
融Mgと反応させて下記 (A)式の反応によって還元する。
Mgを還元炉11内の反応容器12に装入して、容器内を不活
性ガス (通常アルゴンガス) で置換したのち、加熱、昇
温してMgを溶融させる。この溶融Mgを収容した反応容器
12に供給ノズル13からTiCl4を滴下し、反応容器内の溶
融Mgと反応させて下記 (A)式の反応によって還元する。
【０００６】 TiCl4 ＋ 2 Mg → Ti ＋ 2MgCl2 ・・・(A) このとき反応雰囲気中にわずかでも酸素の混入があると
スポンジチタンが汚染され、純度を低下させることにな
るので、反応は密閉した鋼製の反応容器12内で行なわれ
る。このため、前述したようにクロール法をはじめとす
るチタンの製造においては、還元工程で使用する反応容
器を製造単位とするバッチ式となる。
スポンジチタンが汚染され、純度を低下させることにな
るので、反応は密閉した鋼製の反応容器12内で行なわれ
る。このため、前述したようにクロール法をはじめとす
るチタンの製造においては、還元工程で使用する反応容
器を製造単位とするバッチ式となる。
【０００７】上記 (A)式の反応では、スポンジチタン
(Ti) とともに副生成物であるＭｇＣｌ２が同時に生成
する。還元反応中、このＭｇＣｌ２ は適宜反応容器12
の外へ抜き取られるが、最終的には、未反応Mgとともに
スポンジチタン中に残留する。
(Ti) とともに副生成物であるＭｇＣｌ２が同時に生成
する。還元反応中、このＭｇＣｌ２ は適宜反応容器12
の外へ抜き取られるが、最終的には、未反応Mgとともに
スポンジチタン中に残留する。
【０００８】分離工程（）では、未反応Mgおよび残留
MgCl2 を除去して、金属チタンのみを取り出すために真
空分離法やリーチング法が行われるが、一般的に、分離
後の残留分が少なく、品質的に安定する真空分離法が採
用されている。
MgCl2 を除去して、金属チタンのみを取り出すために真
空分離法やリーチング法が行われるが、一般的に、分離
後の残留分が少なく、品質的に安定する真空分離法が採
用されている。
【０００９】真空分離法では、蒸発分離を行う反応容器
12を真空分離炉14内に収納してから、反応容器12の内部
を吸引して真空状態とするとともに、さらに反応容器12
の外部からその内部を加熱して、反応容器12内のスポン
ジチタンに含まれる未反応Mgおよび残留MgCl2 を蒸発さ
せる。蒸発させた未反応Mgや残留MgCl2 は真空分離炉14
外の凝縮器15によって回収される。未反応Mgや副生成物
であるMgCl2 を分離したスポンジチタンは、製造バッチ
毎に反応容器12から円筒状のケーキとして押し出され
る。
12を真空分離炉14内に収納してから、反応容器12の内部
を吸引して真空状態とするとともに、さらに反応容器12
の外部からその内部を加熱して、反応容器12内のスポン
ジチタンに含まれる未反応Mgおよび残留MgCl2 を蒸発さ
せる。蒸発させた未反応Mgや残留MgCl2 は真空分離炉14
外の凝縮器15によって回収される。未反応Mgや副生成物
であるMgCl2 を分離したスポンジチタンは、製造バッチ
毎に反応容器12から円筒状のケーキとして押し出され
る。
【００１０】上記の円筒状ケーキは、その長手方向およ
び半径方向に成分偏析（残留物等の濃度偏析) がある。
従って、そのままの状態から後述する消耗電極を製造す
ると製品インゴットに成分偏析を生じさせることにな
る。そこで、次の粉砕混合の工程が必要になる。
び半径方向に成分偏析（残留物等の濃度偏析) がある。
従って、そのままの状態から後述する消耗電極を製造す
ると製品インゴットに成分偏析を生じさせることにな
る。そこで、次の粉砕混合の工程が必要になる。
【００１１】破砕混合工程（）では、円筒状のスポン
ジチタンは、切断プレス16で大割りした後、図示しない
ジョークラッシャー等で細粒（通常、1/2 インチ以下）
に小割りにする。こうして所定の粒径まで破砕されたス
ポンジチタンをブレンダー等で混合する。
ジチタンは、切断プレス16で大割りした後、図示しない
ジョークラッシャー等で細粒（通常、1/2 インチ以下）
に小割りにする。こうして所定の粒径まで破砕されたス
ポンジチタンをブレンダー等で混合する。
【００１２】からまでの工程で製造されたスポンジ
チタンの粉砕混合物をの溶解工程に供するために消耗
電極17の形状に圧縮成形する。の工程では、消耗電極
17を例えば、10-2〜10-3Torrの真空中でアーク溶解し、
チタンインゴット７を製造する。
チタンの粉砕混合物をの溶解工程に供するために消耗
電極17の形状に圧縮成形する。の工程では、消耗電極
17を例えば、10-2〜10-3Torrの真空中でアーク溶解し、
チタンインゴット７を製造する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来のチタンの製造方
法では、反応容器を製造単位とするバッチ式製法を採ら
ざるを得ず、金属チタンの加工材を製造するには還元反
応、真空分離、破砕混合、電極成形およびアーク溶解と
一連の製造工程が必要となる。特にMgCl2 の真空分離に
おいては、スポンジチタンは多孔質であり熱伝導率が低
いので、蒸発のための昇温に時間を要することになる。
このため、チタンの製造では、多くの人手と時間とを要
することから生産性は低くなるとともに、製造工程（例
えば前記の破砕混合工程）中や工程間のハンドリングに
よって汚染し易いという問題点がある。
法では、反応容器を製造単位とするバッチ式製法を採ら
ざるを得ず、金属チタンの加工材を製造するには還元反
応、真空分離、破砕混合、電極成形およびアーク溶解と
一連の製造工程が必要となる。特にMgCl2 の真空分離に
おいては、スポンジチタンは多孔質であり熱伝導率が低
いので、蒸発のための昇温に時間を要することになる。
このため、チタンの製造では、多くの人手と時間とを要
することから生産性は低くなるとともに、製造工程（例
えば前記の破砕混合工程）中や工程間のハンドリングに
よって汚染し易いという問題点がある。
【００１４】本発明は、従来の多工程にわたるチタンの
製造方法に代えて、還元反応と副生成物の蒸発分離と生
成チタンの捕集とを同時に行い、連続してインゴットを
製造する工程を採用して、生産性が高く、不純物による
汚染がなく品質的に安定したチタンを製造することがで
きる方法を提供することを目的としている。
製造方法に代えて、還元反応と副生成物の蒸発分離と生
成チタンの捕集とを同時に行い、連続してインゴットを
製造する工程を採用して、生産性が高く、不純物による
汚染がなく品質的に安定したチタンを製造することがで
きる方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】従来のチタンの製造にお
いて、工程の連続化が図れない要因として、次のものが
あげられる。
いて、工程の連続化が図れない要因として、次のものが
あげられる。
【００１６】 還元雰囲気中の酸素からスポンジチタ
ンの汚染を防ぐために、密閉した反応容器を使用しなけ
ればならず、製造がバッチ単位となること。
ンの汚染を防ぐために、密閉した反応容器を使用しなけ
ればならず、製造がバッチ単位となること。
【００１７】 生成した金属チタンは多孔質の海綿状
であるのに対して、その中に共存する未反応Mgや副生成
物であるMgCl2 が液体状態であるため、これらの分離が
困難であり、別途分離工程が必要となること。
であるのに対して、その中に共存する未反応Mgや副生成
物であるMgCl2 が液体状態であるため、これらの分離が
困難であり、別途分離工程が必要となること。
【００１８】 スポンジチタンを圧縮成形して消耗電
極を作製したのち、溶解してチタンインゴットを製造し
なければならないこと。
極を作製したのち、溶解してチタンインゴットを製造し
なければならないこと。
【００１９】本発明者は、調整された雰囲気の下でTiCl
4 の還元反応を行い、反応と同時に副生成物であるMgCl
2 を蒸発分離を行うとともに、生成チタンを直接インゴ
ット化することによってチタン製造の連続化が可能とな
ることを確認した。即ち、本発明は還元反応からチタン
インゴットの製造までの連続化を図るため、次の(1)〜
(2) のチタンの製造方法を要旨としている。
4 の還元反応を行い、反応と同時に副生成物であるMgCl
2 を蒸発分離を行うとともに、生成チタンを直接インゴ
ット化することによってチタン製造の連続化が可能とな
ることを確認した。即ち、本発明は還元反応からチタン
インゴットの製造までの連続化を図るため、次の(1)〜
(2) のチタンの製造方法を要旨としている。
【００２０】(1) 上下開放型るつぼに保持した金属チタ
ンを入熱手段によって溶融して溶融チタンのプールを形
成し、そのプールの上面に四塩化チタンと、アルカリ金
属またはアルカリ土類金属とを供給して、生成したアル
カリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を溶融
チタンから蒸発させつつ、生成したチタンを溶融チタン
のプールに捕集し、その後溶融チタンを凝固させ、上下
開放型るつぼから引き抜いてインゴットとすることを特
徴とするチタンの製造方法。
ンを入熱手段によって溶融して溶融チタンのプールを形
成し、そのプールの上面に四塩化チタンと、アルカリ金
属またはアルカリ土類金属とを供給して、生成したアル
カリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を溶融
チタンから蒸発させつつ、生成したチタンを溶融チタン
のプールに捕集し、その後溶融チタンを凝固させ、上下
開放型るつぼから引き抜いてインゴットとすることを特
徴とするチタンの製造方法。
【００２１】(2) 前記した金属チタンを加熱する入熱手
段がプラズマ加熱である場合には、上下開放型るつぼを
水冷銅るつぼとし、入熱手段が高周波誘導加熱または高
周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合わせである場合
には、上下開放型るつぼを分割型水冷銅るつぼとするの
が望ましい。
段がプラズマ加熱である場合には、上下開放型るつぼを
水冷銅るつぼとし、入熱手段が高周波誘導加熱または高
周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合わせである場合
には、上下開放型るつぼを分割型水冷銅るつぼとするの
が望ましい。
【００２２】上記の構成によって、上下開放型るつぼに
保持された溶融チタンのプール面で、TiCl4 の還元反
応、副生成物であるMgCl2 の蒸発および生成したチタン
の捕集を同時に行い、その後、凝固したチタンインゴッ
トを取り出すという工程の連続化ができる。
保持された溶融チタンのプール面で、TiCl4 の還元反
応、副生成物であるMgCl2 の蒸発および生成したチタン
の捕集を同時に行い、その後、凝固したチタンインゴッ
トを取り出すという工程の連続化ができる。
【００２３】
【作用】本発明方法の特徴は、製造装置内で金属チタン
を上下開放型るつぼで保持して、予め入熱手段によって
金属チタンの上面を溶融して溶融チタンのプールを形成
し、その面で還元反応を行うことにある。
を上下開放型るつぼで保持して、予め入熱手段によって
金属チタンの上面を溶融して溶融チタンのプールを形成
し、その面で還元反応を行うことにある。
【００２４】図１は、後述する実施例で使用した装置
で、入熱手段にプラズマ加熱を、上下開放型るつぼに水
冷銅るつぼを採用した例を示す断面概略図である。以
下、この図によってクロール法に基づいて本発明方法の
具体的な内容について説明する。
で、入熱手段にプラズマ加熱を、上下開放型るつぼに水
冷銅るつぼを採用した例を示す断面概略図である。以
下、この図によってクロール法に基づいて本発明方法の
具体的な内容について説明する。
【００２５】還元反応は、図中の製造装置１内で行われ
る。製造装置１は密閉式の容器であって、その内部はマ
グネシアでライニングされ、外部は水冷ジャケット等の
水冷手段（図示せず）が設けられている。製造装置１の
構成は、入熱手段（図ではプラズマトーチ２）とチタン
インゴット７を保持する上下開放型るつぼ（図では水冷
銅るつぼ４）とからなっている。プラズマトーチ２の加
熱によって、チタンインゴット７の上面に溶融チタンの
プール６が形成される。なお、製造装置１の内部は、ア
ルゴンガスによって不活性雰囲気とする。
る。製造装置１は密閉式の容器であって、その内部はマ
グネシアでライニングされ、外部は水冷ジャケット等の
水冷手段（図示せず）が設けられている。製造装置１の
構成は、入熱手段（図ではプラズマトーチ２）とチタン
インゴット７を保持する上下開放型るつぼ（図では水冷
銅るつぼ４）とからなっている。プラズマトーチ２の加
熱によって、チタンインゴット７の上面に溶融チタンの
プール６が形成される。なお、製造装置１の内部は、ア
ルゴンガスによって不活性雰囲気とする。
【００２６】このように予め溶融チタンのプール６を準
備するのは、次の理由による。
備するのは、次の理由による。
【００２７】溶融チタンのプール６面に中間原料である
TiCl4 と還元剤であるMgを供給することによって、還元
反応を促進することができる。また、溶融チタンのプー
ル６は、生成したチタンを効率的に捕集するのに有効で
ある。更に、溶融チタンのプール６を形成することによ
って、副生成物であるMgCl2 を分離することができる。
すなわち、MgCl2 の沸点（1412℃）がチタンの融点（16
60℃）より低いから、チタンを溶融状態に保つことによ
って、副生成物であるMgCl2 を溶融チタンから蒸発分離
することができる。蒸発したMgCl2 は排出口８から反応
系外に導かれ、凝固、液化によって回収される。
TiCl4 と還元剤であるMgを供給することによって、還元
反応を促進することができる。また、溶融チタンのプー
ル６は、生成したチタンを効率的に捕集するのに有効で
ある。更に、溶融チタンのプール６を形成することによ
って、副生成物であるMgCl2 を分離することができる。
すなわち、MgCl2 の沸点（1412℃）がチタンの融点（16
60℃）より低いから、チタンを溶融状態に保つことによ
って、副生成物であるMgCl2 を溶融チタンから蒸発分離
することができる。蒸発したMgCl2 は排出口８から反応
系外に導かれ、凝固、液化によって回収される。
【００２８】チタンインゴット７を保持するるつぼ４
は、インゴット製造用の鋳型を兼ねるものであるから、
上下が開放された筒状のものでなければならない。更に
本発明方法で使用するるつぼは、内部に冷却水通路を持
つ金属製のものであるが、特に、水冷銅るつぼが望まし
い。これは、銅の熱伝導率が大きいため、溶融チタンと
の接触部の温度を低く保つことができ、るつぼ材とチタ
ンとの反応を抑えることができるからである。
は、インゴット製造用の鋳型を兼ねるものであるから、
上下が開放された筒状のものでなければならない。更に
本発明方法で使用するるつぼは、内部に冷却水通路を持
つ金属製のものであるが、特に、水冷銅るつぼが望まし
い。これは、銅の熱伝導率が大きいため、溶融チタンと
の接触部の温度を低く保つことができ、るつぼ材とチタ
ンとの反応を抑えることができるからである。
【００２９】また、溶融チタンのプール６を形成するた
めに使用される入熱手段は、プラズマ加熱若しくは高周
波誘導加熱またはこれらの組み合わせが好ましい。これ
らの入熱手段は局部的な入熱ができるとともに、発熱部
がアルゴンガスまたはチタンそのものであるから生成さ
れるチタンを汚染しないからである。更に、入熱手段が
高周波誘導加熱または高周波誘導加熱とプラズマ加熱と
の組み合わせである場合には、るつぼは分割型水冷銅る
つぼとするのが望ましい。互いに電気的に絶縁されるよ
うに分割された水冷銅るつぼを、高周波誘導コイル中に
設置して、磁界を銅るつぼ内を透過させると、磁気圧に
よって溶融チタンはるつぼとは無接触の状態で保持さ
れ、溶解されることになる。るつぼ内壁と溶融チタンの
接触がないため、るつぼを構成する金属によるチタンの
汚染が回避されるとともに、るつぼの損傷も少なくな
り、その寿命が長くなる。
めに使用される入熱手段は、プラズマ加熱若しくは高周
波誘導加熱またはこれらの組み合わせが好ましい。これ
らの入熱手段は局部的な入熱ができるとともに、発熱部
がアルゴンガスまたはチタンそのものであるから生成さ
れるチタンを汚染しないからである。更に、入熱手段が
高周波誘導加熱または高周波誘導加熱とプラズマ加熱と
の組み合わせである場合には、るつぼは分割型水冷銅る
つぼとするのが望ましい。互いに電気的に絶縁されるよ
うに分割された水冷銅るつぼを、高周波誘導コイル中に
設置して、磁界を銅るつぼ内を透過させると、磁気圧に
よって溶融チタンはるつぼとは無接触の状態で保持さ
れ、溶解されることになる。るつぼ内壁と溶融チタンの
接触がないため、るつぼを構成する金属によるチタンの
汚染が回避されるとともに、るつぼの損傷も少なくな
り、その寿命が長くなる。
【００３０】図４は、この分割型水冷銅るつぼの一例を
示す概略構成図である。同図において、るつぼ５の上部
はスリット5aによってセグメント5bに分割され、高周波
誘導コイル３の励磁によって上記の効果を発揮する。
示す概略構成図である。同図において、るつぼ５の上部
はスリット5aによってセグメント5bに分割され、高周波
誘導コイル３の励磁によって上記の効果を発揮する。
【００３１】副生成物であるMgCl2 を蒸発分離するとと
もに、生成したチタンを十分に捕集した溶融チタンは、
プール６の底部から順次冷却されて凝固し、インゴット
７を形成する。このインゴットを一定速度で下方に引き
抜き、その引き抜き速度に合わせてプール６への生成チ
タンの捕集量を調整すれば、還元反応からインゴット製
造までを連続的に行うことができる。
もに、生成したチタンを十分に捕集した溶融チタンは、
プール６の底部から順次冷却されて凝固し、インゴット
７を形成する。このインゴットを一定速度で下方に引き
抜き、その引き抜き速度に合わせてプール６への生成チ
タンの捕集量を調整すれば、還元反応からインゴット製
造までを連続的に行うことができる。
【００３２】インゴットの引き抜きは、図示していない
ピンチロール等の周知の手段で行うことができる。
ピンチロール等の周知の手段で行うことができる。
【００３３】なお、本発明のチタンの製造方法をクロー
ル法に基づいて説明したが、ハンター法においても同様
に操業できる。
ル法に基づいて説明したが、ハンター法においても同様
に操業できる。
【００３４】
【実施例】本発明のチタンの製造方法を、入熱手段を変
化させた（実施例１）〜（実施例３）によって詳細に説
明する。
化させた（実施例１）〜（実施例３）によって詳細に説
明する。
【００３５】（実施例１）図１に示した装置を使用し
た。この装置は、入熱手段にプラズマ加熱を、上下開放
型るつぼに水冷銅るつぼを採用している。
た。この装置は、入熱手段にプラズマ加熱を、上下開放
型るつぼに水冷銅るつぼを採用している。
【００３６】製造装置１は直径が 800mmで高さが 1,000
mmの密閉式の容器である。製造装置１内の構成は、中央
部に上下開放型の水冷銅るつぼ４を設け、その上方にプ
ラズマトーチ２を配置するとともに、プラズマトーチ２
の側方にMgの供給口を設ける。水冷銅るつぼ４内に予め
チタンインゴット７を保持して、チタンインゴット７の
上部表面とプラズマトーチ２との間にプラズマアークを
発生させる。このプラズマは移行式のものを使用した。
このプラズマ加熱によってチタンインゴット７の上部表
面を溶融して、溶融チタンのプール６を形成する。また
プラズマトーチ２からアルゴンガスを供給することによ
って、製造装置１内を不活性のアルゴン雰囲気に調整す
る。
mmの密閉式の容器である。製造装置１内の構成は、中央
部に上下開放型の水冷銅るつぼ４を設け、その上方にプ
ラズマトーチ２を配置するとともに、プラズマトーチ２
の側方にMgの供給口を設ける。水冷銅るつぼ４内に予め
チタンインゴット７を保持して、チタンインゴット７の
上部表面とプラズマトーチ２との間にプラズマアークを
発生させる。このプラズマは移行式のものを使用した。
このプラズマ加熱によってチタンインゴット７の上部表
面を溶融して、溶融チタンのプール６を形成する。また
プラズマトーチ２からアルゴンガスを供給することによ
って、製造装置１内を不活性のアルゴン雰囲気に調整す
る。
【００３７】溶融チタンのプール６にMgを供給する場合
には、Mgの性状は液体または固体の状態が望ましい。還
元剤であるMgを気体の状態で反応域に供給すると、還元
反応を発生させる場所を特定するのが困難であるからで
ある。
には、Mgの性状は液体または固体の状態が望ましい。還
元剤であるMgを気体の状態で反応域に供給すると、還元
反応を発生させる場所を特定するのが困難であるからで
ある。
【００３８】溶融チタンのプール６にはTiCl4 も同時に
供給するが、プラズマトーチ２中をプラズマガスとして
流通させているアルゴンとともに供給した。この供給方
法によって、TiCl4 を散逸させず、TiCl4 が反応する場
所を限定することができる。
供給するが、プラズマトーチ２中をプラズマガスとして
流通させているアルゴンとともに供給した。この供給方
法によって、TiCl4 を散逸させず、TiCl4 が反応する場
所を限定することができる。
【００３９】上記の操作によって、溶融チタンのプール
６の面上でTiCl4 とMgが反応する。
６の面上でTiCl4 とMgが反応する。
【００４０】その結果、生成したチタンは溶融チタンの
プール６に捕集され、新たなチタンの溶融プールを構成
する。一方、副生成物であるMgCl2 は直ちに蒸発し、溶
融チタンのプール６から分離して、排出口８から製造装
置１の外部へ導き出され、凝縮、液化されて回収され
る。
プール６に捕集され、新たなチタンの溶融プールを構成
する。一方、副生成物であるMgCl2 は直ちに蒸発し、溶
融チタンのプール６から分離して、排出口８から製造装
置１の外部へ導き出され、凝縮、液化されて回収され
る。
【００４１】上記の生成チタンの捕集率に見合う速度で
インゴット７を下方に引き抜いた。
インゴット７を下方に引き抜いた。
【００４２】この製造装置１で２時間の反応を行わせ、
約 100KgのTiCl4 と約30KgのMgを供給したが、生成チタ
ンの収率は供給したTiCl4 のチタン分に換算して87％で
あった。残分は、製造装置１の内部に析出したものと推
測される。また、引き抜いたインゴットを分析したとこ
ろ、Ti： 99.99重量％であり、十分に純化されているこ
とが確認された。
約 100KgのTiCl4 と約30KgのMgを供給したが、生成チタ
ンの収率は供給したTiCl4 のチタン分に換算して87％で
あった。残分は、製造装置１の内部に析出したものと推
測される。また、引き抜いたインゴットを分析したとこ
ろ、Ti： 99.99重量％であり、十分に純化されているこ
とが確認された。
【００４３】（実施例２）図２は、この実施例で使用し
た装置の概略断面図である。ここでは入熱手段に高周波
コイル３による高周波誘導加熱を採用した。るつぼに
は、図４に示した分割型水冷銅るつぼ５を用いた。
た装置の概略断面図である。ここでは入熱手段に高周波
コイル３による高周波誘導加熱を採用した。るつぼに
は、図４に示した分割型水冷銅るつぼ５を用いた。
【００４４】製造装置１の内部の構成は、同図に示すよ
うに、高周波コイル３を設けて、その高周波コイル３の
内側に内径95mmで16個のセグメントに分割された分割型
水冷銅るつぼ５を設置している。チタンインゴット７は
分割型水冷銅るつぼ５中に保持され、高周波コイル３の
通電にともなって誘導加熱されて、その上部表面に溶融
チタン６が形成される。その後の操作は実施例１の場合
と同じである。
うに、高周波コイル３を設けて、その高周波コイル３の
内側に内径95mmで16個のセグメントに分割された分割型
水冷銅るつぼ５を設置している。チタンインゴット７は
分割型水冷銅るつぼ５中に保持され、高周波コイル３の
通電にともなって誘導加熱されて、その上部表面に溶融
チタン６が形成される。その後の操作は実施例１の場合
と同じである。
【００４５】実施例１と同様に、この製造装置で、約 1
00kgのTiCl4 と約30kgのMgを供給して、２時間の還元反
応を行わせた。溶融チタン６への生成チタンの収率は、
供給したTiCl4 のチタン分に換算して80％であった。
00kgのTiCl4 と約30kgのMgを供給して、２時間の還元反
応を行わせた。溶融チタン６への生成チタンの収率は、
供給したTiCl4 のチタン分に換算して80％であった。
【００４６】この実施例２では、水冷銅るつぼの内壁と
溶融チタンの接触がないため、Ti：99.99重量％を超え
る汚染の少ないインゴットの製造ができた。
溶融チタンの接触がないため、Ti：99.99重量％を超え
る汚染の少ないインゴットの製造ができた。
【００４７】（実施例３）図３に示すプラズマ加熱と高
周波誘導加熱とを組み合わせた装置を使用した。
周波誘導加熱とを組み合わせた装置を使用した。
【００４８】この場合も、るつぼは分割型水冷銅るつぼ
５を使用した。
５を使用した。
【００４９】同図に示すように、製造装置１の内部は、
高周波コイル３の内側に内径95mmで16個のセグメントに
分割された分割型水冷銅るつぼ５を設置するとともに、
るつぼの上方にプラズマガスが流通するプラズマトーチ
２を設置した。高周波誘導加熱によってチタンインゴッ
ト７の上部を溶融して、溶融チタンのプール６を形成し
た。その後の操作は実施例１、２の場合と同じである。
高周波コイル３の内側に内径95mmで16個のセグメントに
分割された分割型水冷銅るつぼ５を設置するとともに、
るつぼの上方にプラズマガスが流通するプラズマトーチ
２を設置した。高周波誘導加熱によってチタンインゴッ
ト７の上部を溶融して、溶融チタンのプール６を形成し
た。その後の操作は実施例１、２の場合と同じである。
【００５０】実施例１、２と同様に、この製造装置で、
約 100kgのTiCl4 と約30kgのMgを供給して、２時間の還
元反応を行わせた。溶融チタンのプール６への生成チタ
ンの収率は、供給したTiCl4 のチタン分に換算して92％
であった。
約 100kgのTiCl4 と約30kgのMgを供給して、２時間の還
元反応を行わせた。溶融チタンのプール６への生成チタ
ンの収率は、供給したTiCl4 のチタン分に換算して92％
であった。
【００５１】この実施例では、還元反応と蒸発分離を促
進するために、プラズマ加熱と高周波誘導加熱とを併用
したが、実施例１、２に比べ電力効率が好転し、チタン
の製造速度を向上させることができた。ここで、電力効
率とは、生成したチタンの単位重量当たりの投入電力量
で表される。
進するために、プラズマ加熱と高周波誘導加熱とを併用
したが、実施例１、２に比べ電力効率が好転し、チタン
の製造速度を向上させることができた。ここで、電力効
率とは、生成したチタンの単位重量当たりの投入電力量
で表される。
【００５２】得られたチタンインゴットは、実施例２と
同様にTi： 99.99重量％を超える汚染の少ないインゴッ
トであった。
同様にTi： 99.99重量％を超える汚染の少ないインゴッ
トであった。
【００５３】
【発明の効果】本発明のチタン製造方法によれば、TiCl
4 の還元反応と副生成物であるＭｇＣｌ２の蒸発分離と
生成したチタンの捕集とを同時に行うことができ、その
後のインゴットも連続して製造することができるので、
不純物による汚染の少ないチタンを高い生産性で製造す
ることができる。
4 の還元反応と副生成物であるＭｇＣｌ２の蒸発分離と
生成したチタンの捕集とを同時に行うことができ、その
後のインゴットも連続して製造することができるので、
不純物による汚染の少ないチタンを高い生産性で製造す
ることができる。
【図１】本発明方法を実施するひとつの装置を示す概略
断面図であり、入熱手段にプラズマ加熱を、上下開放型
るつぼに水冷銅るつぼを採用した例を示す図である。
断面図であり、入熱手段にプラズマ加熱を、上下開放型
るつぼに水冷銅るつぼを採用した例を示す図である。
【図２】本発明方法を実施する他のひとつの装置を示す
概略断面図であり、入熱手段に高周波誘導加熱を、上下
開放型るつぼに分割型水冷銅るつぼを採用した例を示す
図である。
概略断面図であり、入熱手段に高周波誘導加熱を、上下
開放型るつぼに分割型水冷銅るつぼを採用した例を示す
図である。
【図３】本発明方法を実施する更にもうひとつの装置を
示す概略断面図であり、入熱手段にプラズマ加熱と高周
波誘導加熱とを組み合わせて採用し、上下開放型るつぼ
に分割型水冷銅るつぼを採用した例を示す図である。
示す概略断面図であり、入熱手段にプラズマ加熱と高周
波誘導加熱とを組み合わせて採用し、上下開放型るつぼ
に分割型水冷銅るつぼを採用した例を示す図である。
【図４】分割型水冷銅るつぼの一例を示す概略構成図で
ある。
ある。
【図５】クロール法によるスポンジチタンの主な製造工
程およびスポンジチタンを原料とするチタンインゴット
の製造工程の概要を示した図である。
程およびスポンジチタンを原料とするチタンインゴット
の製造工程の概要を示した図である。
１…製造装置、２…プラズマトーチ、３…高周波コイ
ル、４…水冷銅るつぼ ５…分割型水冷銅るつぼ、5a…スリット、5b…セグメン
ト、5c…冷却水 ６…溶融チタンのプール、７…チタンインゴット、８…
MgCl2 排出口 11…還元炉、12…反応容器、13…TiCl4 供給ノズル、14
…真空分離炉 15…凝縮器、16…切断プレス、17…消耗電極
ル、４…水冷銅るつぼ ５…分割型水冷銅るつぼ、5a…スリット、5b…セグメン
ト、5c…冷却水 ６…溶融チタンのプール、７…チタンインゴット、８…
MgCl2 排出口 11…還元炉、12…反応容器、13…TiCl4 供給ノズル、14
…真空分離炉 15…凝縮器、16…切断プレス、17…消耗電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 夏目 義丈 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチックス 株式会社内 (72)発明者 藤田 健治 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチックス 株式会社内 (72)発明者 和田 久幸 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチックス 株式会社内 (72)発明者 田端 一喜 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチックス 株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】上下開放型るつぼに保持した金属チタンを
入熱手段によって溶融して溶融チタンのプールを形成
し、そのプールの上面に四塩化チタンと、アルカリ金属
またはアルカリ土類金属とを供給して、生成したアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を溶融チ
タンから蒸発させつつ、生成したチタンを溶融チタンの
プールに捕集し、その後溶融チタンを凝固させ、上下開
放型るつぼから引き抜いてインゴットとすることを特徴
とするチタンの製造方法。 - 【請求項２】前記上下開放型るつぼが水冷銅るつぼであ
り、金属チタンを加熱する入熱手段がプラズマ加熱であ
ることを特徴とする請求項１に記載のチタンの製造方
法。 - 【請求項３】前記上下開放型るつぼが分割型水冷銅るつ
ぼであり、金属チタンを加熱する入熱手段が高周波誘導
加熱または高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合わ
せであることを特徴とする請求項１に記載のチタンの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066948A JP2784324B2 (ja) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | チタンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066948A JP2784324B2 (ja) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | チタンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07278691A true JPH07278691A (ja) | 1995-10-24 |
| JP2784324B2 JP2784324B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=13330754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6066948A Expired - Lifetime JP2784324B2 (ja) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | チタンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2784324B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8092570B2 (en) | 2008-03-31 | 2012-01-10 | Hitachi Metals, Ltd. | Method for producing titanium metal |
| JP2013177689A (ja) * | 2006-09-25 | 2013-09-09 | Ervins Blumbergs | 金属チタン又はチタンベース合金を連続生成するための方法及び装置 |
| KR101370029B1 (ko) * | 2013-03-18 | 2014-03-05 | 한국생산기술연구원 | 플라즈마 수소이온에 의한 티타늄 스크랩의 정련 장치 및 그 방법 |
| WO2014148687A1 (ko) * | 2013-03-18 | 2014-09-25 | 한국생산기술연구원 | 탈산 가스를 이용한 티타늄 스크랩 및 스폰지 티타늄의 정련 장치 및 정련 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5635733A (en) * | 1979-07-05 | 1981-04-08 | Cockerill | Process and unit for producing reactive metal from halide |
| JPH02185931A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-07-20 | Toho Titanium Co Ltd | 金属チタンの製造方法 |
| JPH0538555A (ja) * | 1991-08-05 | 1993-02-19 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 金属を溶解し連続鋳造する装置および方法 |
-
1994
- 1994-04-05 JP JP6066948A patent/JP2784324B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5635733A (en) * | 1979-07-05 | 1981-04-08 | Cockerill | Process and unit for producing reactive metal from halide |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013177689A (ja) * | 2006-09-25 | 2013-09-09 | Ervins Blumbergs | 金属チタン又はチタンベース合金を連続生成するための方法及び装置 |
| US8092570B2 (en) | 2008-03-31 | 2012-01-10 | Hitachi Metals, Ltd. | Method for producing titanium metal |
| KR101370029B1 (ko) * | 2013-03-18 | 2014-03-05 | 한국생산기술연구원 | 플라즈마 수소이온에 의한 티타늄 스크랩의 정련 장치 및 그 방법 |
| WO2014148687A1 (ko) * | 2013-03-18 | 2014-09-25 | 한국생산기술연구원 | 탈산 가스를 이용한 티타늄 스크랩 및 스폰지 티타늄의 정련 장치 및 정련 방법 |
| US9840755B2 (en) | 2013-03-18 | 2017-12-12 | Korea Institute Of Industrial Technology | Refining device and refining method for titanium scraps and sponge titanium using deoxidising gas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2784324B2 (ja) | 1998-08-06 |
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