JPS6112836A

JPS6112836A - スポンジチタンの製造法

Info

Publication number: JPS6112836A
Application number: JP13357584A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishizuka; 博石塚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-28
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1986-01-21

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、スポンジチタンの製造法、特に四塩化チタン
をマグネシウムで還元して、スポンジ状の金属チタンを
製造る、に当り、生成金属チタン中への鉄の混入を抑止
る、ことによって、純度の高いスポンジチタンを得る方
法に関る、。

工業的に金属チタンを製造る、方法として、四塩化チタ
ンをマグネシウムで還元る、方法が広く用いられている
が、この方法においては通常、鉄またはスデンレス製密
閉反応容器中に予め所要のマグネシウムを全量充填し、
ヘリウムまたはアルゴンのような不活性ガスの正圧雰囲
気中で７５０℃。

以上に加熱して、溶融状態に保ったマグネシウムの表面
に四塩化チタンを導入して反応が開始される。これは発
熱反応であり、温度上昇が反応を律速る、。反応によっ
て生成した金属チタンは、溶融マグネシウム中を沈降し
て反応容器下方力底板上に堆積し、また副生る、塩化マ
グネシウムも。

比重がマグネシウムよりも大きいので底部に溜り。

塩化マグネシウムは定期的または連続的に排出される。

このようにして得られたチタニウム塊は従来。

全般的に比較的高い鉄の含有率（製品平均０．０５〜０
１％）を示し、棄却される底部及び外周部はさらに高い
値（例えば数多のオーダー）を示す。またこの棄却部分
も従来は、ブリネル硬度１００以下のＡ級品について１
５〜２０チ処達し、製品の純度及び歩留りにおいて満足
できる操業は行なわれていなかりた。

本発明者の調査の結果、鉄のスポンジチタン製品への混
入は次の工程によることが判明した。即ち反応を行なう
ための密閉容器には、生成る、金属チタンと副生る、塩
化マグネシウムとζ（よる容量増加を受入れるため、従
来容器上部に空間が設けられているが、これは通常約７
５０℃３以上に加熱されている。か又る高温においては
容器壁材の鉄と四塩化チタンとの反応によって。

２ＴｉＣＩａ＋Ｆｅ→２ＴｉＣＩｍ　＋ＦｅＣＬ　、ま
たはＴ　ｉｃＩ、　−１−ｈ’ｅ　−＋　ＴｉＣ１１＋
ＦｅＣ１゜の反応が進行し　Ｆ　Ｃ（＋　Ｉ２はさらに
Ｍｇ　で還元されてｆ’ｅｃ］　２　＋ｉ＼４ｇ　−＋　Ｆ　ｅ　　−４−
ＩＶｊｇＣＩ　。

となり、こうして生成した鉄がスポンジチタンに混入る
、のである。これらの反応（・ま約７００Ｃ，において
既に顕著に進行る、のが認められる。この反応は工程初
期て進行し１反応操作が進行る、に従って容器内壁面が
金属チタン又はチタン化合物によって覆われるので、生
成チタンへの鉄の混入は次第に減少る、。

本発明者は還元反応の初期の段階に、少くとも浴面上方
の器壁が本質的だ金属１．”ｉ、ＮＩｇ又はチタン化合
物の薄層によって覆われＺｂ充分な間、析出し生長しつ
Ｎあるチタン環ができるだけ７００℃以上の鋼製器壁と
直接接しないように操作る、ことにより、金属チタン製
品の歩留り及び純度を大幅に改善できることを知見した
。そしてこの発明はか〜る知見を実現る、手段を提供る
、ものである。

先ず本発明によれば溶融マグネシウムの浴面と。

四塩化チタンを導入る、ための管手段の下端とは。

導入開始時には浴面半径以下の近距離になるように設定
される。反応の進行によって金属チタン及び塩化マグネ
シウムが析出して沈降し、浴面を押上げるから、これに
つれて管手段を引上げ、或は器底から塩化マグネシウム
を排除る、ことによって、この間隔をはソ一定（基準値
の±５０係以内）に保つ。こうる、と反応域が浴面中央
部分に局限さｉｔ、初期の生成チタンと器壁との接触が
効果的圧防がれる。

塩化マグネシウムの排出によって浴面位の調節を行なう
場合は、予め溶融マダイ・ンウムの下方に。

溶融塩化マグネシウムを保持し９反応開始時から浴面な
高（保って操作を行なうことができる。この場合、沈降
る、生成チタンに深い浴層中を降下させることによって
特に目の和い多孔性の堆積物が得られる点で有利である
。上記の場合はいずれも反応速度乃至塩化物供給速度を
従来の４倍程度に増すことができ、これに応じてより多
孔性で。

後続工程における不純物除去の答易な生成物が確保され
る。

これらの方法を実施る、ための装置ではＴｉＣ１゜の供
給管を、気密性を保ったま〜摺動可能に構成し、或は工
程途中で塩化マグネシウムを排出できるようにしておけ
ば、その他の部分については従来の類似装置の構成を応
用できる。例えば容器は単筒構成又は共軸配置の内外二
重筒からなる構成のどちらでもよい。

容器の浴面より上方の器壁内面は、外方からの強制冷却
により約６００℃、以下に保てば、生成チタン内への鉄
の混入量をより効果的に減少できる。

これは容器外壁への空気ジャケットの設置によって実現
でき、特に浴■１を上昇さぜる構成においては、上下方
向に並設した互に独立して制佃ｊ可能なジャケットを用
いるのが妥当である。

上記各種の装置を用いて反応を行なうに際して。

容器内は不活性ガス雰囲気としたあと、予め装入してお
いた金属マグネシウムを溶融し、或は溶融マグネシウム
を導入る、。次いでＴｉＣｌ４を管手段を経て供給る、
が、これに先立ち溶融マグネシウム上方の空間を、Ａｒ
や特にＨｅのような不活性ガスを主成分とる、気相によ
って約０．５　ｋｌ？／ｉ以上、特に０．５〜１．５　
ｋ１９／ｍの圧力範囲で加圧状態に保ち、こＮへＴｉｅ
ｌ、を供給すれば２反応域をよりイ〕効に局限できる。

上記の本発明方法を用いて操作を行なう場合。

生成したチタニウム塊は鉄の含壱率が、内方で平均０１
％程度、比較的高い２０ｍ、以内の外周部においても０
．２％以下とる、ことができ、Ａ級品の歩留りは９０チ
以上を容易に速成でき、特に良好な場合には９５チとな
り、これは前掲の従来技術による８０〜８５係に比べて
大巾な改良を示すものである。

上記の駅明では専ら、液状“１．”　ｉ　ＣＩ　ａ’の
溶融Ｍｇへの導入の場合について述べたが９本発明方法
はこのほか、塩化物蒸気の溶融〜１ｇによる還元に基く
２例えば金属ジルコニウムの製造工程へも走用可能であ
る。

次に本発明を、添附の図面によって詳細に説明る、。

第１図は本発明の実施に適用しうる還元装置の概略を示
す縦断面図である。図において、耐火物で円筒状に構成
され、且つ外周を鉄板で覆われた密閉可能な構造をもつ
炉１の内面にはヒーター２が配置され、これによって、
炉内に収納された円筒状の鋼製反応容器乃至ルツボ６が
加熱される。ルツボ外壁面上部には冷却ジャケット４が
、蓋５の底辺近（まで設げられている。ジャケット４の
下辺の位置は、還元反応開始時における溶融マグネシウ
ム浴面の簡さ、即ちマグネシウムの仕込量によって決定
る、。ジャケットを効率的に機能させるために、炉１の
ヒーター２は、この近くの部分が他から独立して制御可
能である。ルツボの蓋５の中央部には、適当な密閉材を
介して昇降可能としたＪ”ｉｅｌ、供給管６が支持され
ている。蓋５にはさらに、不活性ガスの導入、内部ガス
の放出等のために、ガス管７並びに圧力指示計８が取付
けられている。融液排出のため処管９がルツボの外壁に
沿って底面まで延びている。ルツボ３と炉１との間の空
間は密閉され、導入される不活性ガスによって圧力の制
御が可能である。

次に本発明方法の実施例を示す。

実施例本質的に第１図に示す構成の装置を用いた。ただしルツ
ボ外周のジャケントは機能させなかった。

内径１．７ｍ、軸長４．５ｍ、肉厚１９闘）ＳＵＳ　４
１０製の円筒状ルツボを電熱炉内に設置し、金属マグネ
シウムを約Ｚ８トン装入した。炉内空間なＡｒガスで満
たす一方、ルツボ内をＡｒ雰囲気とし、炉で加熱してマ
グネシウムを溶融した。この際マグネシウム浴面の高さ
は底面から２．３ｍであった。Ｔ１Ｃｌ、供給管を、下
端が浴面かも５０ｃＩｎの位置に来るようにセクトし、
ルツボ内圧をＡｒで０．２〜０４晦侃に、炉内圧を０．
５に９’ｃｒｌ　に保ってＴｉＣ１，の吹込みを開始し
た。

浴面の上昇に伴なってＴ１Ｃｌ、供給管を上昇し、管端
−浴面間隔を４０〜６０ｃｍの範囲に保った。浴面が底
面から５．３７７１に達した時点でｌ’ｖｉｇＣＩ　ｔ
を排出し、浴面を３０ｃｒｒＬ低下させて管と浴面との
間隔を６０〜６０−に維持し９反応を続行した。’ｆ’
１ｃ１４を毎時６００ｋｇの割合で延ベロア時間余吹込
み、得られた反応生成物を真空分離に供して、結局５．
１トンのスポンジチタンを得た。チタン塊の側面及び底
部における表面から２０７ｚｎ、以内における鉄の含有
率は平均０．０８％で、いわゆるＡ級製品についての歩
留りは９４チであった。これは従来方法製品の相当箇所
における鉄含有率１〜数％、Ａ級製品の歩留りの８０〜
８５チに比して大巾な向上を示すことが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスポンジチタン製造装置の一例を
示す縦断面図である。図において。１、・・・・・・ｔａ炉；　　２．・・・・・・ヒータ
ー；　３・旧・・ルツボ；４・・・・・・ジャケット；
　５・川・・蓋：　６・曲・ＴｉＣ：１．供給管；７・
・・・・ガス管；　訃・・・・・圧力指示計；９・・・
・・・融液排出管。

Claims

【特許請求の範囲】１、本質的に円形の水平断面を持つ鋼製容器器壁にて限
定される溶融マグネシウム浴面に、該浴面のほゞ中央に
向かって延びた管手段を経由して四塩化チタンを供給し
、両者間の反応により金属チタン及び塩化マグネシウム
を析出させ、金属チタンをスポンジ状で回収する方法に
おいて、該管手段の下端から浴面までの吹込距離（ｄ）
と浴面半径（ｒ）との比（ｄ／ｒ）を約１以下として四
塩化チタンの供給を開始し、さらに比率ｄ／ｒ≦１なる
関係を保ちながら四塩化チタンの供給を行ない、以て反
応を主に器壁面から隔たった浴面部分で進行せしめ、析
出する金属チタンの器壁材元素による汚染を抑制するよ
うにしたことを特徴とする、スポンジチタンの製造法。２、上記比率ｄ／ｒが１／２以下である、特許請求の範
囲第１項記載のスポンジチタンの製造法。３、上記比率ｄ／ｒが１／４以下である、特許請求の範
囲第１項記載のスポンジチタンの製造法。４、反応の進行に伴なう浴面の変動に応じて上記管手段
を上方へ移動させることにより、ｄ／ｒ≦１を保つ、特
許請求の範囲第１項記載のスポンジチタンの製造法。５、反応の進行に伴う浴面位の変動に応じて塩化マグネ
シウムを主成分とする融液相を容器外へ排出するに際し
、比率ｄ／ｒ≦１を保つ、特許請求の範囲第１項記載の
スポンジチタンの製造法。６、上記容器の浴面より上方の空間を、不活性ガスを主
成分とする気相によって、約０．５Ｋｇ／ｃｍ＾２以上
（ゲージ圧）の圧力に保って四塩化チタンを供給する、
特許請求の範囲第１項記載のスポンジチタンの製造法。７、上記容器の浴面以上の器壁内面を外方からの強制冷
却により６００℃以下に保って四塩化チタンを導入する
、特許請求の範囲第１項又は第６項記載のスポンジチタ
ンの製造法。