JPS62127435A

JPS62127435A - 金属製造装置

Info

Publication number: JPS62127435A
Application number: JP26820185A
Authority: JP
Inventors: Toshio Natsume; 夏目　敏夫; Hirohisa Miura; 三浦　宏久; Tadao Oota; 太田　忠夫; Mamoru Okamoto; 守岡本; Shusuke Katagiri; 片桐　秀典
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-11-28
Filing date: 1985-11-28
Publication date: 1987-06-09

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】［産業上の利用分野］本発明はマグネシウム等の金属を製造する金属製造装置
の改良に関し、詳しくは、耐久性、作業性、メインテナ
ンス性等の改良に関する。

本発明の装置は、溶ｆＡ等を直１と保持するｊ市集炉等
の部材を密１１８本に収納し、必要な減圧状態を確保す
るとともに、特に耐熱性を要求される部材をセラミック
等で形成するもので・ある。

［従来の技術］マグネシウム等の金属の酸化物を還元した模、所熱ｆ！
脹して冷Ｉｎ　Ｌ、これを該金属もしくは該金属と親和
性のある金属の溶湯にて回収する技術が、本出願人によ
って開示されている（公開特許公報５８−８１９３４．
公開特許公報５８−１２３８４２）。

第４図は、従来より提供されている金属（マグネシウム
；Ｍｇ）製造装置の一例を示す断面模式図示の装置は、
金属酸化′＃Ｊ（酸化マグネシウム：ＭｑＯ）９を還元
し、該還元された金属（マグネシウム；ＭＯ）の蒸気を
含むガスとする反応炉１と、前記ガスを末広ノズル２０
にて断熱Ｉ！！脹して急速に冷却する冷却部２と、前記
冷却されたガス中の金属（マグネジ・ラム；Ｍｇ）を該
金属（マグネシウム：Ｍｇ）と親和性の良い金属（鎗：
　１．）　ｂ　）の溶場８によってｌ１ｔｉ集げろ捕集
炉３１と、該捕集された金属（マグネジ１ツム；Ｍｇ）
を蒸溜して精製する蒸溜炉３２とからなる。なお、捕集
炉３１と蒸溜炉３２とによって回収装置３が構成される
。

上記装置は、以下の如く使用される。

まず、酸化マグネシウムと炭素からなるブリケット９を
ホッパ１１より反応室１２に投入し、該反応室１２にて
前記ブリケットを１８００℃程度に加熱して、前１ｌｌ
ｃ！酸化マグネシウムを；９元し、マグネシウムの蒸気
を含むｌＳ温のガスを得る。

次に、該高温のガスを冷却部２のノズル２０に導き、該
ノズル２０にて断熱膨脹させて逆反応が実質的に進まな
い温度（３００〜７００″Ｃ程度）以下に急速に冷却す
る。

該冷却したガス中のマグネシウムは、捕集炉３１内の鉛
の溶ＷＡ　（６００℃程度）にて補集した後蒸溜炉３２
に送り、該蒸溜炉３２にてマグネシウムが十分に蒸発で
きる１度（約９００℃程度）に加熱して精製し、マグネ
シウムのｍ４９０を）りる。

ここに、照温温度が高いほど熱温効率は良い。

なお、マグネシウムの大部分を熱温除去した後の鉛の溶
場８０は、連通管３３より捕集炉３１へｊ！流する。

［発明が解決しようとする問題点］上記した装置は、以下の要請を満たさなければならない
。

（１）耐熱性を有すること上記各部材及びこれらの連結部は、いづれもかなりの高
１に晒される。特に蒸溜炉は、熱温能率向上−の見地よ
り高温が必要となり耐熱性が要求される。しかし、従来
、セラミックあるいは黒鉛等の耐熱材料を用いることは
できなかった。セラミック、黒鉛等は、下記の強度、気
密性に欠けるからである。このため、従来はステンレス
等が用いられていた。また、連結部はメインテナンス性
の悪い溶接による一体構造とされていた。

（２）気密性を有すること反応室１２、捕集炉３１の上部空間３１０、蒸溜炉３２
の上部空間３２０．３２１は、還元反応、マグネシウム
の捕集、マグネシウムの蒸溜を行うために、それぞれ所
定の減圧状態に維持されなｔノればならない。したがっ
て気密シールが必要であり、この面よりこれら各部材の
連結方法等がυｊ限され、一般に？Ｉｌな構成となる。

（３）ａ強度を有すること前記減圧状態を大気圧に抗して確保するために、前記各
部材は所定の強度を要求される。また、ブリケット９、
溶湯８．９０．８０は、いづれちかなりの重量を有する
。したがって、この面より、これら各部材を構成する材
料、もしくはその厚さ等が制限される。

（４）作業性、メインテナンス性が良好であること上記３つの要請を満たし、かつ、作業性、メインテナン
ス性が良好である装置を構成することは困難である。例
えば連結部を溶接による一体構造とした場合は、作業性
、メインテナンス性は必然的に劣る。

逆に、作業性、メインテナンス性を追及する場合は、Ｏ
リングを介したフランジ接合構造とするため、０リング
保護用水冷部と高温部が近接し、熱エネルギーのロスが
大きくなったり、あるいは、シール部が十分に冷却でき
ないと装置に漏れが発生して、回収されるマグネシウム
の純度が悪化したり、装置を損傷したりするといった不
具合が生ずる。

また、マグネシウムの耐蝕性にＮ１が悪彰Ｗするので、
Ｎｉの入った材料を装置構成に用いる事はむづかしく、
９００〜１１００℃以上の高温で十分に使える。耐熱性
と高強度性と耐酸化性とを充分に満足する材料を選定す
ることば回能である。

さらに、捕集炉、蒸溜炉にステンレスを用いた場合は、
溶湯中にニッケル、クロム、鉄等が溶出し、回収される
金属の耐食性が悪化したり、炉が浸蝕されたりした。

本発明は、かかる事情に鑑み案出されたものであり、上
記欠点を克服し、上記要請をすべて満足する装置を提供
するものである。

［問題点を解決するための手段］本発明は、溶湯等を直接保持する部材と、該部材を収納
する８器との二重構造を採用し、高温部をセラミックあ
るいは黒鉛材料で構成する金属製造装置である。

すなわら本発明は、金ｆｉｌ？化物を還元して、少なくとも該還元された金
属の蒸気を含むガスとする反応炉と、前記金属蒸気を含
むガスを断熱膨脹して、急速に冷却する冷却部と、前記冷却されたガス中の金属を、前記還元された金属又
は該金属と親和性の良い金属の溶湯で捕集して、前記還
元された金属を回収づる回収装置と、前記反応炉、前記冷却部、及び前記回収装置を気密的に
収納する収納容器と、該収納容器に連通し、該収納容器内の圧力を設定する吸
排気系と、を有し、前記回収装置の少なくとも一部は、セラミック材料また
は黒鉛材料で形成されていることを特徴とする金属製造
装置である。

以下、各構成要件を説明する。

反応炉は、酸化マグネシウム等の金属酸化物を、高温状
態にて炭素等で還元し、金属蒸気を含むガスとする。反
応炉構造及び構成材料としでは従来と同様のものを用い
ることができるが、従来と異なり、反応炉の外側も減圧
となるので、シールを目的とする反応炉外壁は必ずしも
必要ではなくなる。また、反応炉をセラミック、黒鉛で
形成してもよい。

冷却部は、ノズル等より構成される。

回収装置は、断熱膨脹によって冷Ｎ１された金属を、溶
湯にて捕集し、回収する装置である。捕集用溶湯として
、捕集される金属と異なる金属の溶湯を採用する場合は
、蒸溜炉等の精製装置が必要である。回収装置としては
、その少なくとも一部にセラミック材料あるいは黒鉛材
料を用いる。本発明に於いて、回収装置には、前記減圧
状態を確保するに足る強度までは要求されない。従って
、強度に劣るセラミック材料あるいは黒鉛材料を用いる
ことができるのである。

収納容器は上記各部材を収納し、気密に保ち、所定の減
圧状態を確保するものである。収納容器は減圧状態を確
保できる強度、シール性を有すれば足り、耐熱性までは
要求されない。なお、前記各部材と外部空間とを連通ず
る配管が収納容器外へ導出される部分は、気密シールを
要する。

［作用］以下の如くして、金！ＩＦ！化物から金属を（９る。

まず、金ｍｗＩ化物及び炭素等の還元剤を、例えばブリ
ケット等として反応炉に供給し、該反応炉にて１８００
℃程度に加熱して、前記金属酸化物を還元し、該金属の
蒸気を含む高温のガスを（りる。

次に、該高温のガスを冷却部に導き、断熱膨脹させて逆
反応が実質的に進まない温度（３００〜７００℃程度）
以下に急速に冷却する。

咳冷却したガス中の金属は、回収装置の溶湯にて捕集し
て回収する。

上記に於いて、反応炉、冷却部、及び回収装置は、耐熱
性、溶湯等の被収容物を支える程度の強度、及び１漏れ
を防止し得る程度のシール性を有すれば足りる。したが
って、連結部は、例えばねじこみ（螺合）構造（第５図
）とすることができる。あるいは、第６図図示のように
、両開管Ｃ１、Ｃ２の連結端部外因に突起部Ａ１、Ａ２
を設け、該突起部へ１、Ａ２にねじ込み部材８１．８２
をそれぞれ係止させ、該ねじ込み部材Ｂ１．８２を螺合
することによって両開ｆｆｃ１、Ｃ２を連結してもよい
。

一方収納容器は、前記所定の減圧状態、及びシール性を
有すれば足りる。

［実施例］以下、本発明を具体的な実施例に即して説明する。

（１）第１実施例第１図は本発明の第１実施例装置の断面模式図である。

図示のように本実施例装置は、反応炉１と、該反応炉１
に連通ずる末広ノズル２０と、該ノズル２０の間１１部
に溶湯の液面が対向するようにして鉛（Ｐｂ）の溶湯を
気持するセラミック製の捕集炉３１と、該捕集炉３１に
セラミック製の連通管３３．３４を介して連通するセラ
ミック製の蒸溜炉３２とを有し、これらは鉄製のチャン
バ４によって気密的に１４人されている。また、チトン
バ４の内部は、該チャンバ４に連通する排気管５１、バ
ルブ５３、及びポンプ５２によって真空排気し、△ｒ等
の不活性ガスを導入し、所定の減圧状態（１０〜１００
１ｍ＋１１−Ｉｇ程度）に保たれるようになっている。

反応炉１の内壁１２１はグラフフィト製であり、その外
壁は断熱材を介してステンレス製のケース１２２でｌわ
れており、反応室１２内は図示しないヒータによって１
８００℃程度に加熱されている。また、反応室１２の上
部は、配管１４及びシャッタバルブ１３を介してホッパ
１１に連通し、一方側部にはノズル２０に連なる配管２
１が連通している。

捕集炉３１は上記したようにセラミック（，１２０３・
５ＩＧ）製であり、その周囲にはグラフフィト製のヒー
タ３１１が露出して配設され、捕集炉３１の内部を６０
０℃程度に保ち、炉内に収容された鉛８を溶融状態とし
ている。また、捕集炉３１の上部空間３１０には排気用
の配管３１２及び排気バルブ３１３が連なり、該空間３
１０内を５＋ｅ＊Ｉ−１Ω程度の減ｒｆ状態とし、一方
、側壁には蒸溜炉３２とのセラミック製の連通配管３３
．３４が配設されている。

蒸溜炉３２もセラミック製であり、その周囲に（よ上記
と同様にグラファイト製のヒータ３２１が露出して配設
され、炉内を９００〜１１００℃程度に保っている。な
お、炉内をかかる高温状態に保つことは、従来用いられ
ていたステンレス等の材料によっては不可能であった。

また、蒸溜炉３２の上部空間３２０には排気用の配管３
２２及び排気バルブ３２３が連なり、該空間３２０を１
〜５ｍｍＨＱ程度に減圧し、一方、側壁からはマグネシ
ウム回収用のセラミック製配管３２４が導出され、溶湯
取り出し口６に〒っている。

なお、上記において、配管１４．３１２．３２２．３２
４がチャンバ４の外部へ導出される部分は、溶接によっ
て気密にシールされている。

また、上記各部材間の連結は、第６図に図示したような
ねじ込み構造によっている。

上記構成の装置は、以下の如く使用される。

まず、ホッパ１１から、酸化マグネシウムと炭素のブリ
ケットを反応室１２へ投入し、該反応室１２にて１８０
０℃程度に加熱して還元する。

還元の結果４ｇられたマグネシウム蒸気を含むガスは、
ノズル２０より噴射し、断熱膨脹させて３００〜７００
℃程度まで急速に冷却する。

該冷却したガスは、捕集炉３１内の鉛の溶湯８に衝突さ
せ、ガス中のマグネシウムを該溶′６Ａ８にて捕集する
。

該マグネシウムを捕集した溶湯は、連通配管３４より蒸
溜炉３２へ導く。

蒸溜炉３４では、マグネシウムを含む溶湯を９００℃以
上に加熱してマグネシウムを蒸発させる。

蒸発したマグネシウムは、蒸溜炉３２の上部にて再び液
状とされ、溶？１９０として配ｆｆ３２４を介して取出
し口６に至り、回収される。一方マグネシウムを除去さ
れた溶湯は、連通配管３３より捕集炉３１へ還流する。

以、ヒのようにして、本実施例装置を用い、酸化マグネ
シウムよりマグネシウムが製造される。

上記装置によると、捕集炉３１及び蒸溜炉３２が、ステ
ンレスではなくセラミックによって形成されている。こ
のため、溶湯中へのニッケルもしくはクロムの溶出がな
く、回収されるマグネシウムの耐食性が向上するととも
に、炉の浸蝕も防止されている。また、セラミック材料
故に、炉内を従来より高温とづることができ、露出溶湯
面を大面積としなくても回収能率が大幅に向上している
。

また、連結部にねじ込み構造を採用しているため、作業
性、メインテナンス性が向上している。

また、ヒータの設２箇所が真空中であるため、従来のニ
クロムヒータに代え、グラファイトヒータもしくは各種
メタルヒータを用い得る。このため、加熱能力が向上し
た。また、ヒータ部の断熱構造を簡略化できた。

〈２）他の実施例第２図及び第３図は、本発明の他の実ｆＩＩ！１例装置
の構成を示す断面模式図である。

第２図及び第３図に於いて、第１図の実施例と共通する
部材には、同一の符号を付する。

第２図の実施例は、マグネシウム回収用の溶湯として、
マグネシウムの溶場９０を採用するものであり、捕集炉
３がセラミックにて形成されている。なお、蒸溜炉は不
用である。

第３図の実施例は、第２図の実施例に於いて囚体捕集部
３９を設け、マグネシウムを固相で回収し得るようにし
たものであり、同様に捕集炉３がセラミックにて形成さ
れている。

これら２つの実施例も第１図に示した実施例と同様の効
果を奏する。

［効果］以上詳述したように、本発明は、金属を製造する装置を
チャンバで覆い、２重構造とし、かつ、回収ＨＩＭの少
なくとも一部をセラミックまたは黒鉛材料にて形成した
ものである。

実施例に述べたところからも明らかなように、本発明の
装置では減圧状態をチャンバで確保するため、反応炉及
び回収装置等には、減圧状態を確保し大気圧に耐えるに
足るほどの強度及びシール性は要求されない。したがっ
て、従来、強度もしくはシール性不足故に用いることが
できなかったセラミックあるいは黒鉛等の耐熱性に優れ
た材料を用いることができる。また、セラミックあるい
は黒鉛等の材料を用いることができるため、炉内を従来
よりも高温と１にとができ、回収能率が向上する。さら
に、炉の溶出も防止される。

また、連結部は、渇漏れを防止し１りる程度のシール性
で足りる。したがってねじ込み構造のような簡単な構造
を採用でき、作業性、メインテナンス性が向上する。

また、ヒータ設置部が真空であるため、グラファイトヒ
ータ等、加熱能力の大きいヒータを用いることができる
。また、ヒータの断熱構造を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例ｈｒの断面模式図である。第２図及び第３図は、本発明の他の実施例装置の構成を
示ず断面模式図である。第４図番よ従来装置の断面模式
図である。第５図及び第６図は未発明装置において用い
＋５？る配管の連結構造を示す図である。１・・・反応炉　　２・・・冷ｆｆＪ部３・・・回収装
置Ｉｔ４・・・収納容器５・・・排気系

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属酸化物を還元して、少なくとも該還元された
金属の蒸気を含むガスとする反応炉と、前記金属蒸気を
含むガスを断熱膨脹して、急速に冷却する冷却部と、前記冷却されたガス中の金属を、前記還元された金属又
は該金属と親和性の良い金属の溶湯で捕集して、前記還
元された金属を回収する回収装置と、前記反応炉、前記冷却部、及び前記回収装置を気密的に
収納する収納容器と、該収納容器に連通し、該収納容器内の圧力を設定する吸
排気系と、を有し、前記回収装置の少なくとも一部は、セラミック材料また
は黒鉛材料で形成されていることを特徴とする金属製造
装置。
（２）前記特許請求の範囲第１項に於いて、前記回収装
置は、前記冷却されたガス中の金属を該金属と親和性の
良い金属の溶湯によつて捕集する捕集炉と、該捕集され
た金属を蒸溜して精製する蒸溜炉とからなり、該蒸溜炉
はセラミック材料で形成されている金属製造装置。
（３）前記特許請求の範囲第１項に於いて、前記捕集さ
れる金属はマグネシウム（Ｍｇ）であり、該マグネシウ
ムと親和性の良い金属は鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）
、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）である金属製造装
置。
（４）前記特許請求の範囲第２項に於いて、前記反応炉
、前記冷却部、前記捕集炉、及び前記蒸溜炉の連結部の
少なくとも一部は、セラミック材料の螺合構造である金
属製造装置。