JPS6112837A - 金属チタンの製造法 - 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、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
製造するに当り、生成金属チタン中への鉄の混入を抑止
することによって、純度の高いスポンジチタンを得る方
法に関する。

工業的に金属チタンを製造する方法として、四塩化チタ
ンをマグネシウムで還元す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、鉄またはステンレス製密
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する。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
て反応容器下方の底板上に堆積し、また副生する塩化マ
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、莱却さする底部及び外周部はさらに高い
値（例えば数チのオーダー）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チに達し、製品の純度及び歩留りに」ｄいて満
足できる操業は行なわれていなかった。

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、生成する金属チタンと副生ずる塩
化マグネシウムとに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７５
０℃１以上に加熱されている。か瓦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。

２Ｔ　ｉ　ＣＩａ　＋Ｆｃ−＋　２ＴＣ１，−４−Ｆ　
ｅｃ　Ｉｔ　＋　またはＴｉ（、：ｌａ＋Ｆｅ　−＋’
ｌ’ｉＣＬ　＋Ｆｅｔ、；Ｉｇの反応が進行し＋　Ｆｅ
　ＣＩ　ｍはさらにＭｇで還元されてＦｅＣＩｔ　＋Ｍ
ｇ　−＋　Ｆｅ　＋ＭｇＣｌ。

となり、こうして生成した鉄がスポンジチタンに混入す
るのである。これらの反応は約７００℃、において既に
顕著に進行するのが認められる。この反応は工程初期に
進行し９反応操作が進行す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する。

本発明者は還元反応の初期の段階に、少くとも浴面上方
の器壁が本質的に金属’ｌ’ｉ、Ｍｇ又はチタン化合物
の薄層によって捷われるに充分な間、析出し生長しつ又
あるチタン塊ができるだけ７００　’（：’、以上の鋼
製器壁と直接接しないように操作することにより、金属
チタン製品の歩留り及び純度を大幅に改善できろことを
知見した。そしてこの発明はか匁る知見を笑現する手段
を提供するものである。

即ち四塩化チタンを溶融マグネシウム浴面に供給するに
際し、この浴面上方の空間を不活性ガスを主成分とする
気相によって０．５に一以上の圧力に保つ。これによっ
て四塩化チタンは、供給管から噴出され浴面上方で気化
しても広く拡散することなく、主として浴面中央付近で
マグネシウムと接触し、金属チタンを析出する。このよ
うな四塩化チタンの蒸気の拡散抑制にはＡｒも利用でき
るが。

特ＫＨｅが、密度か小さく反応容器上方に集まる傾向を
持つ省で特に効果が大きく、有利である。ガスの圧力は
高い万が拡散の抑制には有利だが、−万操作圧力が高す
ぎると、装置の強度確保という点で不利となり、結局１
．５に一以下とするのが好ましい。また四塩化チタン供
給管は、噴出速度を増して拡散を少なくするために、先
端径を小さくするのがよい。なお本発明の実施に際し、
浴面よりも上方の気相と接する器壁を冷却ジャケット等
の利用により外方から冷却して、特に６００℃、以下に
保てば、器壁内面に達する少量の’１．’　ｉ　ＣＩ　
４の鉄との反応による低次塩化チタンの生成、及びこれ
に続く鉄のスポンジチタンへの混入が阻止されるので。

より効果的である。

本発明の実施には９本発明者の開発せるいくつかの還元
装置が利用可能である。でれは単筒構成でも、或は共軸
的に配置した内外二重筒を有する構成でもよい。

上記の本発明方法を用いて操作を行なう場合。

生成したチタン塊は鉄の含有率が、内方で平均０．１係
程度、比較的高い２０ｓ＋ｍ以内の外周部においても０
２％以下とすることができ、Ａ級品の歩留りは９０襲以
上を容易に達成でき、特に良好な場合には９５襲となり
、これは前掲の従来技術による８０〜８５チに比べて大
巾な改良を示すものである。

上記の説明では専ら、液状Ｔｉ１ｌ、の溶融Ｍｇへの導
入の場合について述べたが１本発明力法はこのほか、塩
化物蒸気の溶融Ｍｇによる還元に基く１例えば金属ジル
コニウムの製造工程へも適用可能である。

次に本発明を、添附の図面によって詳細に説明する。

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
す縦断面図でおる。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の内面にはピータ−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の底辺近くまで設けられている。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
ウム浴面の高さ、即ちＭｇ仕込量によって決定する。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はこめ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、適当な密閉拐を介して昇降
可能としたＴｉＣ１ａ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
。融液排出のために管９がルツボの外壁に沿って底面ま
で延びている。ルツボ６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
ボ外周のジャケットは機能させなかった。

内径ｉ、７ｍ、軸長４．軸長４向５ ウムを約８．５トン装入した。炉内空間をＡｒガスで満
たす一方，ルツボ内をＨｅ雰囲気とし，炉で加熱してマ
グネシウムを溶融した。マグネシウム浴面の位置は底面
から２．５ｍ，でＴｉＣｌ４供給管の下端は浴面かも１
．ＦＩＬに固定した。炉内空間の圧力をｔ　Ｏ　ｋｇ／
ｃｒｌルツボ内の溶融マグネシウム上方の空間なＨｅガ
スによりｏ．ａ　〜１．　２　’ｑ／ｃｎｌの圧力に保
ちながら＋　Ｔ１Ｃｘ。

の導入を開始し，この圧力範囲を保ちながら３ｏｏｋｇ
４ｅの割合でＴｉｃｌ．を供給した。反応開始時から浴
面が８００ＴＬ上昇した時点でＭｇＣ１，を排出して浴
面を６０礪低下させた。以後，浴面σ）変動幅が６０ｃ
ｍ以内となるようにへ４ｇＣｌ□抜ぎを行ないながら，
　’ｊｒｉｃ１．を延べ約２１トン装入した。得られた
反応生成物は真空分離に供され，結局５．２トンのチタ
ン塊を得た。

この底部及び側面の外層２０πｍ以内におけ゛る鉄の含
有率は平均約０．１５％，いわゆるＡｇ製品の歩留りは
約９１係であった。これは従来方法製品の相尚窩１所に
おける鉄含有率１〜数％，Ａ級跋品歩留りノ８０〜８５
％に比べて入巾な向上を示していることが明らかである
。

【図面の簡単な説明】

第１１Ａ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・・・・・・Ｅ熱炉；　　２−由ヒーター；　
６・・・・・・ルツボ；４・・・・・・ジャケット：　
５・・・・・蓋；　　６・・・・・・Ｔｉ１１．供給管
ニア・・・・・ガス管；８・・・・・・圧力指示計；　
９・・・・・・融液排出管。

Claims (1)

1. 【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析出する金属チタンを回収する方
   法において、該容器内の浴面よりも上方の空間に不活性
   ガスを導入し該空間をほゞ０．５ｋｇ／ｃｍ＾２（ゲー
   ジ圧）以上の圧力に加圧した後四塩化チタンの供給を開
   始し、さらにかゝる圧力範囲で四塩化チタンの供給を行
   ない、以て反応を主に器壁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金属チタンの製造
   法。 ２、上記浴面よりも上方の空間が、不活性ガスの導入に
   より１．５ｋｇ／ｃｍ＾２以下の圧力に加圧される、特
   許請求の範囲第１項記載の金属チタンの製造法。 ３、上記不活性ガスがＨｅ又はＡｒを主成分とするガス
   である、特許請求の範囲第１項記載の金属チタンの製造
   法。 ４、上記容器の浴面以上の器壁内面を、外方からの冷却
   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項記載の金属チタンの製造法。