JPS591646A - 金属Ｔｉの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はクロル法による金属′１゛１の製造方法、特に
本特許出願人の先願に係る特願昭５６−７４６０６号に
記載せる方法の改良に関する。

金属Ｔ’ｉの工業的製造は、密閉式の容器構成内に保持
された溶融Ｍｇ上にＴｉＣ！、を導き１両者の反応によ
りスポンジ状の金属Ｔｉを得るいわゆるクロル法が一般
的である。この場合、生成する金属Ｉｌｌ　ｉの回収を
容易にし、また反応副生成物であるＭｇＣ＋。

の金属ＴＩからの分離を良好にするために、容器構成と
しては例えば特公昭３２−３９５２等に記載されている
ような２本質的に下方を閉鎖された円筒状の外筒乃至還
元ルツボ及び下方にロスドルを有する内筒を組合わせた
ものが多用されている。このような蓉器構成において、
従来は溶融Ｍｇの浴面が当初この内筒の底部に取付けら
れたロスドル面よりもや＼上方となるように所定量のへ
４ｇを内筒内に装入してからこれらを還元ルツボに設置
し、ルツボをＭｇおよびＭｇＣ１，の融点以上に加熱し
て溶融したＭｇ−）−に、液状のＴｉＣ１，がルツボの
上方からＭｇの浴面に向けて吹込１れる。Ｔ　ｉ　Ｃ１
，とＭｇとの反応によって生成したスポンジ状′１゛ｌ
は内筒内下方の壁面沿い並びにロスドル」−面に析出す
る。反応の進行に伴ない内筒内容物が増加し、これに従
って反応域も次第に１一方へ移動する。副生成物のＭｇ
Ｃ＋、は反応操作の途中で定期的に内筒から排出しＭｇ
の浴面即ち反応面を下げてｆＪ′ｆ’　ｉ　Ｃ１，の吹
込を続け、生成スル’ｌ”　ｉのレベルが内筒の一１〕
限に来る迄反応が継続される。内筒と還元ルツボとの間
の空間容積が小さい場合にはＭｇＣｌ・を排出した後に
Ｍｇが溶融状態で装入されることもある。

−１−記のＴｉＣ１，のＭｇによる還元反応工程は２通
常Ｍｇ浴面付近の反応領域の温度を検出し外部から温度
調整することによって制御されるが９反応の進行に従っ
て反応領域が次第に上方へ移動するのでこれにつれて調
整すべき領域も上昇する。このだめ熱電対が還元ルツボ
の数カ所の高さに設置され。

反応温度の検出並びにその制御に供される。この場合Ｔ
ｉＣ１，の供給速度を増して反応速度を上げると反応に
よる発熱が増大し反応領域の温度」二昇を来す結果、生
成したＴｉがこれと接している内筒材と合金を形成し易
くなりＴ１の純度つまりは歩留りの低下を招くので、こ
れを避けるためには’Ｉ’ｉＣＩ。

の吹込量を低下するか或は反応領域を冷却することによ
り、内筒内壁面の温度を約ｉ、ｏｏｏｃ以下のレベルに
抑える必要がある。前者の場合金属Ｔ１の生成速度の低
下という欠点は避けられないし、また後者の手段による
場合は反応領域が移動することにより適確な温度制御は
極めて困難だった。

一方上記の問題に加え、このような還元工程で得られる
析出金属′ＰＩの内部にはかなりの大きさの埋め残し空
間がしばしば見られ、一般に容器空間の利用効率は低か
った。

従って本発明は２反応領域における温度条件の確実な制
御を容易にし以て金属Ｔｉの生成反応を高能率にて進行
可能ならしめること、並びに析出金属内部の埋め残し空
間を小さくシ、容器容積当りの生成可能な金属Ｔｉの量
を増し以て設備の経済性を高めることを主な目的とする
。

本発明者の知見によれば、溶融Ｍｇを保持せる容器の」
一部に位置するＭｇ浴面でＴ１Ｃｌ・との反応を進行さ
せた場合には、生成したＴｉは溶融状態のＭｇやＭｇＣ
１，中を沈降し容器底部に設けられたロスドル面上に堆
積し、４た器壁面上に析出したスポンジもある程度の大
きさに成長すると器壁から離れて落下して同様に堆積す
る。従って本発明はか＼る知見に基き２反応容器の上部
の限定された部分で主たる還元反応を実施することによ
って生成した′１゛１を容器底部のロスドル」−に順次
堆積せしめ、こうして一定条件下で反応を継続すること
を可能にし、同時に析出した１゛菖スポンジを容器内に
緻密に堆積させてバッチ当りの析出量を増大することも
可能にしたものであってその要旨とするところは。

本質的に下方を閉鎖された円筒状の外筒及び核外筒内に
本質的に共軸的に配置され下方にロスドルを有する内筒
並びに核外筒の下部からＭｇＣＩ・を溶融状態にて部外
に排出する手段を備えた構成を用い、これらの筒内に溶
融保持された金属Ｍｇ上にＴｉＣ１，を導いて２両者の
反応により金属゛ｒ１を生成し、該Ｔ１の本質的部分を
上記ロスドル上に堆積せしめる方法において、該ロスド
ルの上面から本質的に隔たった該内筒の上部に浴面が位
置すべく金属Ｍｇを溶融保持せしめた後’ｒｉｃＩ・を
供給して反応を開始せしめ２反応により生成する′１゛
Ｉをロスドル上に沈降堆積させる一方、副生成物のＭｇ
Ｃ１，を溶融状態でこれらの部外に排出することにより
該ＭｇＣ１，，の上方に存在するＭｇの浴面をロスドル
から隔たった本質的に限定された範囲に保ち、さらに５
１み 内筒の外壁面に浴って不活性ガスを流すことによりＭｇ
浴面の付近における内筒内方を冷却し、以て反応による
発生熱を除去することを特徴とする金属゛ｖ１の製造方
法に存する。

本発明による金属Ｔｉの製造法の実施に関しては。

Ｔ　ｉ　ＣＬのＭｇによる還元は互に本質的に共軸配置
される円筒状の内筒および外筒で構成される反応容器を
用いて行ない、この反応容器に設けられた適当な排出手
段によって生成Ｔ１の析出量に応じてＭｇＣｌ　、が連
続的或は間歇的に容器から除去される。

外筒の上部におけるＭｇの浴面位制御範囲に対応する部
分には、外壁面に沿って二系統の冷却ガス通路がそれぞ
れ送気及び排気用として軸方向に隔てて設けられ、各通
路の内壁に：／′ｉ、１〜複数箇小径孔が形成される。

これらの孔の配置及び大きさＫついては２反応領域の熱
を効率的に取去るために円周上にはソ一様に設け、また
ガスの流れをよくするために孔の総断面積を排出側にお
いて導入側の約２倍相度とするのが望捷しい。このよう
に構成され／こ孔を有する各通路は外筒の蓋を貫通して
配置された管によって、一方が送風機捷たは圧縮機に、
他方が必要に応じてＭｇ蒸気用のトラップ、さらに水冷
による熱交換器を経由して上記送風機乃至圧縮機に接続
され、　Ａｒのような不活性ガスが循環される。閉鎖回
路として構成される該冷却系には排気回路、不活性ガス
の補給回路、凝縮したＭｇ粉末の除去機構、給気及び排
気の温度検出機構。

圧力計が設けられる。運転に際しては両筒間の間隙に保
持される不活性冷却ガスの圧力を常に内筒内圧より高く
維持し、溶融Ｍｇ乃至ＭｇＣ＋・の浴面位が内筒内の浴
面位より下方になるように調整する。

この場合内筒内外の圧力差を検出する差圧側及びこれに
連動する圧力調節機構を設けると操作が容易となる。

次に本発明を添附の図面に基づいて説明する。

第１図は本発明方法の実施に適した装置の一例を示す縦
断面図である。図において上方を密閉可能な蓋１で閉鎖
され一方適当な融液排出手段２を備えた反応系を外界か
ら遮断するための本質的に円筒状に構成される外筒３は
加熱手段としての電熱炉４の中に設置される。この外筒
３の内部には本質的に円筒状で底部が開放された内筒５
が配置される。蓋１の構成及び内筒５との係合手段には
。

特願昭５６−７７４６１号に記載の方式或はその他のも
のが利用できる。内筒５の底部には融液流通のために多
数の貫通孔を有するロスドル６が着脱可能に取付けられ
る。内筒の頂部には液状のＴ　ｉ　Ｃ１，を導入するた
めの管７が備えられている。内筒の上部に相当する外筒
３の外壁面には、不活性の冷却カスの導入・排出のため
に冷却ガス通路８，９が。

それぞれはソ一定の高さの円周上に取付けられ。

各通路の一端は外筒フランジ部１０を貫通して延びてい
る導管１１．１２に連結される。各通路には内壁に小径
孔（図示せず）が設けられ、こ＼からガスが部間間隙へ
吹込捷れ、或は該間隙から排出される。

このような冷却ガスの効率をよくするために、電熱炉４
のヒーター１３は少くともこの近くの部分において他部
から独立して１ｌｆｌｆ　＃可能とするのがよい。

Ｉ―記装置構成には必要に応じて金属Ｍｇを溶融状態で
内筒内に導入する手段を講することができる。

またｌ’　ｉ　Ｃ１，％Ｍｇ浴面への散布効率を改良す
るために」−記のｉ”　ｉ　Ｃ１，導入管７の下端に既
知の適当な分散板を設けたり或はｉ’　ｉ　ＣＩ、の貯
槽（いずれも図示せず）と還元装置との間に気化器を設
けてこれを蒸気として供給すべぐ構成するとＭｇ浴面全
域でＴｉＣ１，の還元が進行するので好都合である。

更に本出願人の先願に係る特願昭５６−５０８９６　ｔ
たは同５６−１２４４４４号の各明細書に記載せるよう
に、上記外筒３と電熱炉４との間の空間を密閉構造とし
こ＼へ外筒内圧力とはＶ同一圧力の不活性ガスを導入す
る設計にすれば外筒の応力負荷が減少しこの肉厚を減じ
たりより安価なＳＳ系鋼材製の外筒が利用可能となり、
この点で経済的に装置の大型化が達成できる。

下記に本発明方法による操作例を示す。

実施例 本質的に第１図に示された構成の装置を用いた。

内筒は内径１．５２７Ｚ、長さ３．７ｍ、肉厚１９　ｒ
ｒｒｍ　Ｉ）　５ＵＳ４１０製で外筒は内径１．８ｍ、
全長４．５ｍ、肉厚３２石のＳＵＳ　３１６製で、内筒
の底面からそれぞれ２．２ｍ及び３．２ｍの高さに相当
する部分の外面に、矩形断面をもつ冷却ガス通路が帯状
に取付けられている。下方の通路には内壁に直径１２胴
の孔が４８個。

上方の通路には直径約３５能の孔が１５．ケ設けられ。

これらの各通路はそれぞれの配管を経て能力２５赫勢の
プロワ−に接続された。一方このような外筒及び内筒か
ら成る容器構成は、外径２．５ｍ、全高５ｍの円筒状で
鉄板製の外被を有する密閉構造の電熱炉内に置かれた。

ヒーターはこれらのガス通路帯の近傍が他から独立して
制御可能となっている外、更に幾つかの部分ごとに制御
可能に構成されている。分解されている内筒に、溶融時
に浴面が内筒の器底から約２．１ｍの位置に達する様に
計算された約９．５トンのＭｇ塊が装入された。装置を
組ケて外筒内の空間をアルゴン雰囲気とし、炉により全
体を約５ｏｏｃｔで加熱して金属Ｍｇを溶融１〜だ後、
内筒■部の導入管を通じて’Ｉ？　＋　ＣＬを５５０に
轡の割合で液状にて吹込んだ。反応の進行につれて浴面
位が変化するが、これはＴｉＣ１，の装入量からの計算
により推定し、また内筒内外の差圧から検知し１反応開
始後４時間から外筒底部の融液排出手段を通じて２．５
時間毎に約１．４トンずつ抜出した。反応の進行ととも
に浴面付近の温度が上昇するので、この部分のヒーター
への通電の中断。

並ヒに冷却アルゴンガス（、、＝５０ｔ：’　）の導入
、排出操作によって（排出温度二４００　Ｕ　）この部
分の温度を約９５０Ｃ以下（内筒内面）に維持して生成
′１゛１の内筒材との合金形成による汚染を避け、一方
その他の部分は約８００Ｃに保って融液の抜出操作を容
易にした。この際部間間隙ではガス油圧を内筒内圧より
０．２５に−高く維持１〜．液面を内筒内よりも常に低
く保つように１〜た。このような工程を延べ約４５時間
行なった結果、約６トンのスポンジ状゛１゛ｌを含む内
容物にて内筒内空間の約９０チが充填されている内筒を
回収した。

これに対し、同様の容器構成を用いる従来技術イ狂 においてはロスドル面付近のＭｇ浴面迄で反応を開始す
る操作方法によれば回収される生成′ｒＩは約４．６ト
ン（空間充填率７０係）／８０時間、ロスドル面より隔
たった」１方に設定された浴面位で反応を開始し外筒外
方からのみ冷却する本出願人の先願発明の方法によれば
同様の空間充填率は達成されるが、同様の生成′１゛１
を得るのに５８時時間上た。本発明方法がこれらの技術
に対して大巾な向」−を達成していることは明らかであ
る。

以」−１詳述したように本発明においては。

■）反応が主と１〜て進行する領域（反応領域）が特定
の位置に限定され反応の外部からの制御が適確に行ない
得るようになったこと、及び冷却手段として内筒壁面へ
の冷却媒ガスの直接吹付けが用いられるため反応熱が効
率的に除去できるようになったことにより。

ａ　）　　Ｔ　ｉ　Ｃ１，の供給速度を増す時の反応領
域の過ｊＷの温度−１−昇並びにこれに起因する生成Ｔ
ｉの反応容器材による汚染が効果的に回避されるので。

高収率を保った捷＼生産速度を大巾に向上することがで
きる。さらに、こうして得られる金属゛［ｉは高多孔質
のスポンジ状であるため、後続のＭｇ。

ＭｇＣ１，分離工程も確実かつ効率的に行なわれるので
高品位の製品が得られる。

１］）　　反応の全期間を通じて一定速度でＰｉ　ＣＩ
。

の供給を行なえるのではソ一定の品質・性状の１゛１が
得られ、製品の歩留りが向上する。

２）反応領域が生成物を保持すべきロスドルから隔たっ
た一Ｌ方に位置することにより、析出した′ｒ１は順次
ロスドル上に堆積していくので大きな空間の埋め残しは
なく、内容空間の利用効率が向上する１等の利点が得ら
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法の実施に適した装置の一例を
示す概略縦断面図である。図において各参照番号は下記
の部材を表わす。 １、・・・・・外筒蓋；２．・・・・・・融液排出手段
；：つ、・・・・外筒；４．・・・・・・電熱炉；５．
・・・・・・内筒；６、・・・ロスドル；７．・・・・
・・Ｔ　ｉ　Ｃ１，導入管；８９、・・・・・・冷却ガ
ス通路；　　１０．−・・・・・フランジ；１１１２、
・・・・・不活性ガス導管；　　１３；・・・・ヒータ
ー特許出願人　　石　塚　　　博

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】１本質的に下方を閉鎖された円筒状の外筒及び核外筒
   内に本質的に共軸的に配置され下方にロスドルを有する
   内筒並びに核外筒の下部からＭｇＣＩ。 を溶融状態にて部外に排出する手段を備えた構成を用い
   、これらの筒内に溶融保持された金属Ｍｇ上にＴ　ｉ　
   Ｃ１，を導いて両者の反応により金属゛１゛２を生成し
   、該Ｔｉの本質的部分を上記ロスドル上に堆積せしめる
   方法において、該ロスドルの上面から本質的に隔たった
   該内筒の」二部に浴面が位置すべく金属Ｍｇを溶融保持
   せしめた後’Ｉ”　ｉ　Ｃ１，を供給して反応を開始せ
   しめ１反応により生成する′１゛１をロストル−１−に
   沈降堆積させる一方、副生成物のＭｇＣ＋、を溶融状態
   でこれらの部外に排出することにより該ＭｇＣ１，の−
   １一方に存在するＭｇの浴面をロスレレから隔たった本
   質的に限定された範囲に保ち、さらにシ０ 内筒の外壁面に魅って不活性ガスを流すことによりＭｇ
   浴面の付近における内筒内方を冷却し、以て反応による
   発生熱を除去することを特徴とする金属Ｔｉの製造方法
   。