KR101220594B1 - Method for preparing sponge titanium with improved productivity and apparatus for preparing sponge titanium - Google Patents

Method for preparing sponge titanium with improved productivity and apparatus for preparing sponge titanium Download PDF

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Abstract

본 발명은 스폰지 타이타늄을 제조하는 방법 및 상기 방법에 적합한 스폰지 타이타늄 제조장치에 관한 것으로서, 액상의 환원제를 포함하는 반응용기 내에, 주입관을 통해 사염화타이타늄을 주입하는 단계; 상기 사염화타이타늄이 반응용기 내의 주입관을 통과하여 상기 반응용기 내부로 공급되는 단계; 및 상기 반응용기 내로 공급된 사염화타이타늄이 환원제와 반응하여 스폰지 타이타늄이 제조되는 단계를 포함하며, 상기 반응용기 내로 공급되는 사염화타이타늄은 분할되어 반응용기로 주입되는 것임을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 액상의 환원제 및 액상의 환원제 염화물이 담지되고, 사염화타이타늄이 공급되어 상기 환원제와 반응하여 타이타늄을 생성하는 반응용기; 상기 반응용기의 상부에서 저부로 신장되며, 상기 사염화타이타늄을 반응용기 내로 공급하는 주입관; 및 상기 반응용기를 둘러싸는 환원로를 포함하며, 상기 주입관은 말단이 분할된 구조를 갖는 것임을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조장치를 제공한다.The present invention relates to a method for producing sponge titanium and to an apparatus for producing sponge titanium suitable for the method, comprising: injecting titanium tetrachloride through an injection tube into a reaction vessel including a liquid reducing agent; Supplying the titanium tetrachloride through the injection tube in the reaction vessel and into the reaction vessel; And a step in which the titanium tetrachloride supplied into the reaction vessel is reacted with a reducing agent to produce sponge titanium, and the titanium tetrachloride supplied into the reaction vessel is divided and injected into the reaction vessel. do.
Furthermore, the present invention is a reaction container for supporting a liquid reducing agent and a liquid reducing agent chloride, titanium tetrachloride is supplied to react with the reducing agent to produce titanium; An injection tube extending from the top of the reaction vessel to the bottom and supplying the titanium tetrachloride into the reaction vessel; And it comprises a reduction furnace surrounding the reaction vessel, the injection tube provides a sponge titanium production apparatus characterized in that the terminal has a divided structure.

Description

생산성이 향상된 미세 스폰지 타이타늄 제조방법 및 스폰지 타이타늄 제조장치{METHOD FOR PREPARING SPONGE TITANIUM WITH IMPROVED PRODUCTIVITY AND APPARATUS FOR PREPARING SPONGE TITANIUM}TECHNICAL FOR PREPARING SPONGE TITANIUM WITH IMPROVED PRODUCTIVITY AND APPARATUS FOR PREPARING SPONGE TITANIUM}

본 발명은 스폰지 타이타늄의 생성율이 향상된 스폰지 타이타늄 제조 방법 및 상기 방법에 적합한 스폰지 타이타늄 제조장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing sponge titanium having an improved production rate of sponge titanium and an apparatus for producing sponge titanium suitable for the method.

보다 구체적으로는, 크롤법에 의해 스폰지 타이타늄을 제조함에 있어서, 환원로 내의 반응용기에 사염화타이타늄을 공급하는 주입관의 구조를 개선함으로써 스폰지 타이타늄의 생성율을 향상시키기에 적합한 스폰지 타이타늄 제조방법 및 스폰지 타이타늄 제조장치에 관한 것이다.
More specifically, in the production of sponge titanium by the crawl method, a sponge titanium production method and sponge titanium suitable for improving the production rate of sponge titanium by improving the structure of the injection tube for supplying titanium tetrachloride to the reaction vessel in the reduction furnace It relates to a manufacturing apparatus.

타이타늄 또는 타이타늄 합금은 융점이 높고 고강도 및 고인성으로 밀도가 작고, 나아가 내식성이 우수하기 때문에, 항공기, 화학 공업용 기기 등의 각종 부품의 재료로 널리 사용되고 있다.
Titanium or a titanium alloy has a high melting point, high strength, high toughness, low density, and excellent corrosion resistance. Therefore, titanium or titanium alloy is widely used as a material for various components such as aircraft and chemical industry equipment.

그러나, 타이타늄 또는 타이타늄 합금으로 된 각종 부품을 정밀 주조로 제조하는 것은 타이타늄 또는 타이타늄 합금의 높은 융점(1668℃)으로 인해 용이하지 않아, 제조비용이 높다. 따라서, 타이타늄으로 된 부품을 보다 저렴하게 제조하기 위해서는 타이타늄 분말을 조제하고, 이 타이타늄 분말을 프레스하여 소정 형상으로 성형하고, 그리하여 얻어진 성형체를 소결함으로써 분말 야금법이 요구되었다.
However, the manufacture of various parts of titanium or titanium alloys by precision casting is not easy due to the high melting point (1668 ° C.) of titanium or titanium alloys, and thus the manufacturing cost is high. Therefore, in order to manufacture components made of titanium at a lower cost, a powder metallurgy method has been required by preparing titanium powder, pressing the titanium powder into a predetermined shape, and sintering the obtained molded product.

또한, 타이타늄 합금으로 되는 부품은 타이타늄 분말과 합금화해야 할 금속 분말을 혼합하고, 얻어진 혼합분말을 프레스하여 소정 형상으로 성형한 후, 얻어진 성형체를 소결함으로써 제조할 수 있었다.
In addition, the part which becomes a titanium alloy was manufactured by mixing a titanium powder and the metal powder to be alloyed, pressing the obtained mixed powder, shape | molding to a predetermined shape, and then sintering the obtained molded object.

이와 같이 분말 야금법에 의한 타이타늄 또는 타이타늄 합금으로 되는 각종 부품의 제조에 의해서는 그 원료로서 타이타늄 분말을 사용할 필요가 있다. 이러한 타이타늄 분말은 종래 다음과 같은 방법으로 제조되어 왔다.
As described above, it is necessary to use titanium powder as the raw material for the production of various parts of titanium or titanium alloy by powder metallurgy. Such a titanium powder has been manufactured by the following method.

즉, 사염화타이타늄을 마그네슘으로 환원하는 크롤(Kroll)법 또는 사염화타이타늄(TiCl4)을 나트륨에 의해 환원하는 헌터(Hunter)법에 의해 스폰지 타이타늄을 제조하여 왔다. 이중, 상기 크롤법에 의한 스폰지 타이타늄의 제조는 다음과 같이 행해진다.
That is, sponge titanium has been produced by the Kroll method of reducing titanium tetrachloride to magnesium or the Hunter method of reducing titanium tetrachloride (TiCl 4 ) by sodium. Of these, the production of sponge titanium by the crawl method is performed as follows.

아르곤 가스 분위기로 유지되며, 액상의 용융 마그네슘과 용융 염화마그네슘이 층을 이루고 있는 환원로 내의 반응용기 내부에 반응용기의 상부로부터 주입관을 통해 상온의 액상 사염화타이타늄을 적하하면, 사염화타이타늄이 가스 상태로 되어 환원제인 액상의 용융 마그네슘과 만나면서 반응하여 타이타늄을 생성한다.
When the liquid titanium tetrachloride at room temperature is dropped through the injection tube from the top of the reaction vessel inside the reactor vessel in which the liquid molten magnesium and the molten magnesium chloride are layered in the argon gas atmosphere, the titanium tetrachloride is in the gas state. It reacts with the molten magnesium in the liquid phase as a reducing agent to produce titanium.

상기 사염화타이타늄은 염화마그네슘 층으로 주입되어 마그네슘 층으로 상승하면서 액상의 마그네슘과 기상의 사염화타이타늄이 격렬한 발열과 함께 반응하여 고상의 스폰지 타이타늄이 생성되고 자중에 의해 침전되어 스폰지 타이타늄을 얻을 수 있는 것이다.
The titanium tetrachloride is injected into the magnesium chloride layer and ascends to the magnesium layer, whereby liquid magnesium and gaseous titanium tetrachloride react with vigorous exotherm to produce solid sponge titanium, which is precipitated by its own weight to obtain sponge titanium.

그러나, 크롤법에 의한 종래의 스폰지 타이타늄 제조장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 사염화타이타늄을 반응용기 내로 주입하는 주입관(12)에 있어서, 상기 주입관(12)의 말단은 직경이 큰 단일의 배출구로 형성되어 있기 때문에, 주입관(12)을 빠져 나와 반응용기(11) 내부로 공급되는 사염화타이타늄 기포는 직경이 크게 형성되게 된다.
However, in the conventional sponge titanium manufacturing apparatus 1 by the crawl method, as shown in FIG. 1, in the injection tube 12 which injects titanium tetrachloride into a reaction container, the end of the said injection tube 12 has a diameter. Since it is formed by this large single discharge port, the titanium tetrachloride bubble which exits the injection pipe 12 and is supplied to the inside of the reaction container 11 will have a large diameter.

이와 같이 기포의 직경이 크면, 환원제 용액 내에서 부력이 크게 작용하여 반응용기(11) 내의 액상의 환원제 층 내에서의 체류시간이 작기 때문에 완전히 반응이 일어나지 못하고 부상하여 반응용기(11) 내에 잔존하게 된다. 나아가, 기포의 직경이 크기 때문에, 반응속도가 느려 사염화타이타늄이 모두 반응하지 못하고 반응용기(11)에 미반응 사염화타이타늄이 부상하게 되는 문제가 있다.
As such, when the diameter of the bubble is large, buoyancy acts in the reducing agent solution so that the residence time in the liquid reducing agent layer in the reaction vessel 11 is small, so that the reaction does not occur completely and remains in the reaction vessel 11. do. In addition, since the diameter of the bubble is large, there is a problem that the reaction rate is slow, so that all of the titanium tetrachloride does not react and the unreacted titanium tetrachloride floats in the reaction vessel 11.

이와 같은 문제로 인해 스폰지 타이타늄 생성의 생산성이 저하하게 된다.
Due to this problem, the productivity of sponge titanium production is reduced.

본 발명은 주입관으로 주입되는 사염화타이타늄이 액상의 마그네슘과 완전히 반응할 수 있도록 액상의 마그네슘 층 내에서의 체류 시간을 증대시키고, 나아가 타이타늄 생성을 위한 반응속도를 증진시킬 수 있도록 함으로써 미반응된 사염화타이타늄이 부상하여 반응용기 내에 잔존하는 것을 억제하여 스폰지 타이타늄의 생산성을 향상시키고자 한다.
The present invention increases the residence time in the liquid magnesium layer so that the titanium tetrachloride injected into the injection tube can completely react with the liquid magnesium, and further increase the reaction rate for the production of titanium. It is intended to improve the productivity of sponge titanium by suppressing the rise of titanium and remaining in the reaction vessel.

나아가, 본 발명은 주입관을 통해 주입되는 액상의 사염화타이타늄이 마그네슘과 충분한 시간 동안, 그리고 빠른 반응속도로 반응할 수 있도록 하는 스폰지 타이타늄 제조장치를 제공하고자 한다.
Furthermore, the present invention is to provide a sponge titanium production apparatus for allowing the liquid titanium tetrachloride injected through the injection tube to react with magnesium for a sufficient time and at a high reaction rate.

본 발명은 스폰지 타이타늄을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 액상의 환원제를 포함하는 반응용기 내에, 주입관을 통해 사염화타이타늄을 주입하는 단계; 상기 사염화타이타늄이 반응용기 내의 주입관을 통과하여 상기 반응용기 내부로 공급되는 단계; 및 상기 반응용기 내로 공급된 사염화타이타늄이 환원제와 반응하여 스폰지 타이타늄이 제조되는 단계를 포함하며, 상기 반응용기 내로 공급되는 사염화타이타늄은 분할되어 반응용기로 주입되는 것임을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조방법을 제공한다.
The present invention relates to a method for producing sponge titanium, comprising: injecting titanium tetrachloride into a reaction vessel including a reducing agent in a liquid phase through an injection tube; Supplying the titanium tetrachloride through the injection tube in the reaction vessel and into the reaction vessel; And a step in which the titanium tetrachloride supplied into the reaction vessel is reacted with a reducing agent to produce sponge titanium, and the titanium tetrachloride supplied into the reaction vessel is divided and injected into the reaction vessel. do.

바람직하게는 상기 주입관의 말단이 메쉬 형태의 망상구조로 분할되어 있을 수 있다.
Preferably, the distal end of the injection tube may be divided into a mesh structure.

한편, 상기 반응용기는 상층의 액상 환원제 층 및 하층의 액상 환원제 염화물 층을 포함하고, 상기 주입관은 반응용기 상기 하층의 액상 환원제 염화물 층으로 주입되는 것이 바람직하며, 상기 환원제는 마그네슘이 바람직하다.
On the other hand, the reaction vessel comprises a liquid reducing agent layer of the upper layer and a liquid reducing agent chloride layer of the lower layer, the injection pipe is preferably injected into the liquid reducing agent chloride layer of the lower layer of the reaction vessel, the reducing agent is preferably magnesium.

또한, 상기 사염화타이타늄은 기체상태로 주입될 수 있다.
In addition, the titanium tetrachloride may be injected in a gaseous state.

또한, 본 발명은 스폰지 타이타늄 제조장치에 관한 것으로서, 액상의 환원제 및 액상의 환원제 염화물이 담지되고, 사염화타이타늄이 공급되어 상기 환원제와 반응하여 타이타늄을 생성하는 반응용기; 상기 반응용기의 상부에서 저부로 신장되며, 상기 사염화타이타늄을 반응용기 내로 공급하는 주입관; 및 상기 반응용기를 둘러싸는 환원로를 포함하며, 상기 주입관은 말단이 분할된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조장치를 제공하며, 상기 주입관의 말단은 메쉬 형태의 망상구조를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the present invention relates to a sponge titanium production apparatus, a liquid reducing agent and a liquid reducing agent chloride is supported, and titanium tetrachloride is supplied to react with the reducing agent to produce titanium; An injection tube extending from the top of the reaction vessel to the bottom and supplying the titanium tetrachloride into the reaction vessel; And a reduction furnace surrounding the reaction vessel, wherein the injection tube has a structure in which the terminal is divided, and the terminal of the injection tube has a mesh structure in the form of a mesh. desirable.

제 6항에 있어서, 상기 반응용기는 상층의 액상 환원제 층 및 하층의 액상 환원제 염화물 층을 포함하고, 상기 주입관은 말단이 상기 하층의 액상 환원제 염화물 층에 존재할 수 있으며, 상기 환원제는 마그네슘인 것이 바람직하다.
The method of claim 6, wherein the reaction vessel comprises a liquid reducing agent layer of the upper layer and a liquid reducing agent chloride layer of the lower layer, the injection tube may be present in the liquid reducing agent chloride layer of the lower layer, the reducing agent is magnesium desirable.

본 발명에 따르면 주입관으로 주입되는 사염화타이타늄이 주입관 말단에서 보다 작은 기포로 분리됨으로써 액상의 마그네슘 층에서의 체류 시간이 증대하게 됨으로써 사염화타이타늄이 마그네슘과 반응하는 시간을 증대시킬 수 있다.
According to the present invention, since titanium tetrachloride injected into the injection tube is separated into smaller bubbles at the end of the injection tube, the residence time in the liquid magnesium layer is increased, thereby increasing the time for titanium tetrachloride to react with magnesium.

나아가, 사염화타이타늄 기체의 비표면적이 증대하여 액상의 마그네슘과 반응할 수 있는 영역이 증대함으로써, 타이타늄 생성을 위한 반응면적을 증대하고, 반응속도를 높일 수 있다.
Furthermore, by increasing the specific surface area of titanium tetrachloride gas and increasing the area capable of reacting with liquid magnesium, the reaction area for titanium production can be increased, and the reaction rate can be increased.

이와 같은 체류시간의 증대 및 반응 속도 향상을 통해, 미반응된 사염화타이타늄이 잔존하지 않고 완전히 반응할 수 있어, 스폰지 타이타늄의 생산성을 향상시킬 수 있다.
By increasing the residence time and improving the reaction rate, unreacted titanium tetrachloride can be completely reacted without remaining, thereby improving the productivity of sponge titanium.

도 1은 직경이 큰 단일 배출구 형태의 주입관 말단을 갖는 종래의 스폰지 타이타늄 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 스폰지 타이타늄 제조 장치를 나타내는 것으로서, 주입관 말단이 메쉬 형태의 망상 구조를 갖는 주입관을 갖는 스폰지 타이타늄 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a conventional sponge titanium manufacturing apparatus having a dispensing tube end in the form of a single large outlet.
2 is a view showing a sponge titanium production apparatus according to the present invention, which is a schematic view showing a sponge titanium production apparatus having an injection tube having a mesh structure of the injection tube end.

본 발명은 스폰지 타이타늄 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 이하, 본 발명을 도면을 들어 구체적으로 설명한다.
The present invention relates to a method and apparatus for producing sponge titanium, hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명에 따른 스폰지 타이타늄 제조 공정을 설명하기 위한 도면으로서, 크롤법에 의하여 스폰지 타이타늄을 제조하는 통상의 장치(1)에 있어서, 주입관(12) 말단의 구조를 변경한 본 발명의 일 실시예에 따른 도면을 개략적으로 나타낸 것이다.
2 is a view for explaining a sponge titanium manufacturing process according to the present invention, in the conventional apparatus 1 for producing sponge titanium by the crawl method, the structure of the end of the injection tube 12 is changed The drawings are schematically illustrated in accordance with one embodiment.

일반적으로 크롤법에 의하여 스폰지 타이타늄을 제조함에 있어서, 사용되는 장치(1)는, 환원로(10)의 반응용기(11) 내에 환원제인 용융 마그네슘 및 상기 마그네슘과 사염화타이타늄의 반응에 의해 생성되는 환원제 염화물인 용융 염화마그네슘이 용액 상태로 존재한다. 상기 용액 상태의 환원제와 염화물은 비중 차이에 의해 염화물이 반응용기(11)의 하부에 위치하게 되고, 그 상부에 환원제가 존재하여 2개의 층을 이루고 있으며, 반응용기(1)의 공간은 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기로 유지된다.
In general, in the production of sponge titanium by the crawl method, the apparatus 1 used is a molten magnesium which is a reducing agent in the reaction vessel 11 of the reduction furnace 10 and a reducing agent produced by the reaction of the magnesium and titanium tetrachloride. The molten magnesium chloride, a chloride, is present in solution. Chloride is located in the lower portion of the reaction vessel 11 due to the difference in specific gravity of the reducing agent and the chloride in the solution state, and a reducing agent exists in the upper portion to form two layers, and the space of the reaction vessel 1 is argon gas. It is maintained in an inert gas atmosphere.

타이타늄은 사염화타이타늄의 환원 반응을 통해 타이타늄을 생성시키며, 상기 환원제로서는 마그네슘을 사용하여 행할 수 있다. 상기 환원제를 사용하여 타이타늄을 생성하는 경우의 반응식은 다음 식 (1)과 같이 표현할 수 있다.
Titanium produces titanium through reduction reaction of titanium tetrachloride, and it can carry out using magnesium as said reducing agent. The reaction formula for producing titanium using the reducing agent can be expressed by the following formula (1).

TiCl4(g) + 2Mg(l) = Ti(s) + 2MgCl2(l) (1)TiCl 4 (g) + 2Mg (l) = Ti (s) + 2MgCl 2 (l) (1)

ΔG°= -441,720 + 121.82T (714~1093℃, J/mol)
ΔG ° = -441,720 + 121.82T (714 ~ 1093 ℃, J / mol)

상기 식 (1)은 사염화타이타늄 1mol이 환원되어 타이타늄 1mol이 생성되는 반응을 나타내는 것이다.
Equation (1) represents a reaction in which 1 mol of titanium tetrachloride is reduced to produce 1 mol of titanium.

환원로(10) 내의 작업온도는 상기 환원제인 마그네슘과 상기 환원제의 염화물인 염화마그네슘을 용액 상태로 유지할 수 있도록 하기 위해, 이들의 용융점 이상이고 비등점 이하의 온도로 유지한다. 마그네슘은 용융점이 650℃이고, 비등점이 1100℃이며, 염화마그네슘은 용융점이 714℃이고, 비등점이 1412℃이므로, 환원로(10) 내의 작업온도는 염화마그네슘의 용융점 이상, 마그네슘의 비등점 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 환원로(10)의 작업 온도는 800 내지 960℃의 범위로 유지할 수 있다.
The working temperature in the reduction furnace 10 is maintained at a temperature above their melting point and below the boiling point in order to maintain the reducing agent magnesium and the magnesium chloride chloride of the reducing agent in solution. Since magnesium has a melting point of 650 ° C, a boiling point of 1100 ° C, magnesium chloride of 714 ° C and a boiling point of 1412 ° C, the working temperature in the reduction furnace 10 is maintained above the melting point of magnesium chloride and below the boiling point of magnesium. It is desirable to. More preferably, the working temperature of the reduction furnace 10 can be maintained in the range of 800 to 960 ℃.

이와 같은 환원로(10) 내에서 스폰지 타이타늄을 생산하기 위해, 원료인 사염화타이타늄을 환원로(10) 외부의 상부로부터 주입관(12)을 통해 반응용기(11) 내로 주입함으로써 환원제인 마그네슘과 반응시켜 금속 타이타늄 분말을 생산한다. 이때, 상기 주입관(12)은 상기 염화마그네슘이 존재하는 반응용기(12)의 저부에까지 신장되어 있는 것이 바람직하다.
In order to produce sponge titanium in the reduction furnace 10, titanium tetrachloride, which is a raw material, is injected into the reaction vessel 11 through the injection pipe 12 from the upper portion outside the reduction furnace 10 to react with magnesium as the reducing agent. To produce metallic titanium powder. At this time, the injection tube 12 is preferably extended to the bottom of the reaction vessel 12 in which the magnesium chloride is present.

이와 같이 주입관(12)의 말단이 염화마그네슘 용액이 존재하는 반응용기의 저부에 위치하여 사염화타이타늄을 주입함에 따라, 상기 공급된 사염화타이타늄은 가스 상태로 반응용기(11) 내의 염화마그네슘 층으로 공급되며, 공급된 사염화타이타늄은 상부로 이동하여, 마그네슘 층을 통과하면서 마그네슘과 반응하여 타이타늄을 생성시킨다. 상기 주입관(12)을 통해 반응용기(11) 내로 공급되는 사염화타이타늄 가스가 마그네슘과 직접 만나는 경우에는 모세관 현상에 의해 반응용기(11) 내의 용융 마그네슘이 주입관(12)으로 역류하게 되어 주입관(12) 내부에서 타이타늄이 생성되므로, 주입관(12)의 폐색 문제를 가중시킬 우려가 있다.
As such, as the end of the injection tube 12 is positioned at the bottom of the reaction vessel in which the magnesium chloride solution exists, titanium tetrachloride is injected, and the supplied titanium tetrachloride is supplied to the magnesium chloride layer in the reaction vessel 11 in a gas state. The supplied titanium tetrachloride moves upwards and reacts with the magnesium while passing through the magnesium layer to produce titanium. When the titanium tetrachloride gas supplied into the reaction vessel 11 through the injection tube 12 directly meets magnesium, the molten magnesium in the reaction vessel 11 flows back into the injection tube 12 by a capillary phenomenon. Since titanium is produced inside (12), there is a fear that the problem of blockage of the injection tube 12 will be increased.

상기 사염화타이타늄은 액상으로 환원로(10)의 상부에서 주입관(12)으로 주입되고 주입관(12)을 통해 자유낙하에 의해 반응용기(11) 저부에 위치하는 염화마그네슘 내부로 주입되는데, 사염화타이타늄은 통상 상온, 구체적으로는 약 25℃의 온도로 주입된다. 이러한 사염화타이타늄은 비등점이 136℃로 낮기 때문에, 주입관(12)을 따라 이동하는 중에 반응용기(11) 내의 분위기 온도에 의해 온도가 상승되어 가스화될 수 있다. 경우에 따라서는 상기 사염화타이타늄은 기체 상태로 주입관으로 공급될 수도 있다.
The titanium tetrachloride is injected into the injection tube 12 from the top of the reduction furnace 10 in a liquid phase and injected into the magnesium chloride located at the bottom of the reaction vessel 11 by free fall through the injection tube 12. Titanium is usually injected at room temperature, specifically about 25 ° C. Since the titanium tetrachloride has a boiling point as low as 136 ° C., the temperature may be increased and gasified by the ambient temperature in the reaction vessel 11 while moving along the injection tube 12. In some cases, the titanium tetrachloride may be supplied to the injection tube in a gaseous state.

이러한 가스 상태의 사염화타이타늄은 기포를 형성하여 액상의 염화마그네슘 층에서 부력에 의해 상승하여 액상의 용융 마그네슘 층으로 이동하고, 마그네슘과 만나 상기 식 (1)과 같이 반응하여 타이타늄을 생성하고, 응축되어 금속 타이타늄 분말을 생성한다. 이러한 반응에 의해 생성된 타이타늄 분말은 용융 마그네슘 표면에 축적되어 스폰지 타이타늄(14)이 얻어진다.
This gaseous titanium tetrachloride forms bubbles, rises by buoyancy in the liquid magnesium chloride layer, moves to the molten magnesium layer in the liquid phase, meets with magnesium, reacts as shown in Equation (1) to form titanium, and condenses. Produces metal titanium powder. The titanium powder produced by this reaction accumulates on the molten magnesium surface to obtain sponge titanium 14.

그러나, 액상의 사염화타이타늄은 상기한 바와 같이 환원로(10) 상부에서 주입되어 자유낙하에 의해 주입관(12) 말단을 통해 반응용기(11) 내로 공급되는데, 상기 주입관(12) 말단은 직경이 큰 단일의 배출구로 형성되어 있다. 따라서, 반응용기(11) 내로 주입되는 사염화타이타늄 기포는 직경의 크기가 크다. 이로 인해, 용액 내에서의 부력이 켜지게 되므로 환원제 용액 내에서의 체류 시간이 짧아진다. 따라서, 환원제 용액과 반응할 충분한 시간을 갖지 못하게 되어, 미반응의 사염화타이타늄이 반응용기(11) 상부로 부상하게 되는 문제가 있다.
However, the liquid titanium tetrachloride is injected from the upper part of the reduction furnace 10 as described above, and is supplied into the reaction vessel 11 through the end of the injection tube 12 by free fall, and the end of the injection tube 12 has a diameter. It consists of a single large outlet. Therefore, the titanium tetrachloride bubbles injected into the reaction vessel 11 have a large diameter. For this reason, since the buoyancy in the solution is turned on, the residence time in the reducing agent solution is shortened. Therefore, there is a problem that does not have enough time to react with the reducing agent solution, the unreacted titanium tetrachloride rises above the reaction vessel (11).

나아가, 이러한 미반응 사염화타이타늄이 부상하지 않고 모두 반응한다고 하더라도 기포 직경이 크기 때문에, 하나의 기포를 형성하는 사염화타이타늄 모두가 마그네슘 용액과 반응하는 속도는 상대적으로 느려, 스폰지 타이타늄의 생산성이 저하된다.
Furthermore, even if all of the unreacted titanium tetrachloride reacts without floating, since the bubble diameter is large, the rate at which all of the titanium tetrachloride forming one bubble reacts with the magnesium solution is relatively slow, resulting in low productivity of sponge titanium.

이에, 사염화타이타늄이 주입관(12)을 통해 반응용기(11)로 주입될 때, 상기 주입관(12) 말단에서 배출되는 기포의 직경을 작게 하면 사염화타이타늄의 부력이 감소하여 환원제 용액 내에서 체류하는 시간을 증대시킬 수 있다. 또한, 기포의 직경이 감소함으로써 환원제 용액과 반응할 수 있는 면적이 증대되므로, 반응속도를 증대시킬 수 있다.
Therefore, when titanium tetrachloride is injected into the reaction vessel 11 through the injection tube 12, if the diameter of the bubbles discharged from the end of the injection tube 12 is reduced, the buoyancy of the titanium tetrachloride decreases and remains in the reducing agent solution. You can increase your time. In addition, since the area of the bubble that can react with the reducing agent solution is increased by reducing the diameter of the bubbles, the reaction rate can be increased.

이를 위해, 주입관 말단의 배출구를 통해 반응용기(11)로 공급되는 사염화타이타늄의 기포 직경을 줄이기 위해, 상기 주입관 말단의 배출구(13)를 메쉬 형상으로 분할하여 하나의 큰 직경을 갖는 기포가 복수의 보다 작은 기포로 분리하여 반응용기로 공급하는 것이 바람직하다.
To this end, in order to reduce the bubble diameter of the titanium tetrachloride supplied to the reaction vessel (11) through the outlet of the injection tube end, by dividing the discharge port 13 of the injection tube end into a mesh shape is a bubble having one large diameter It is preferable to separate into a plurality of smaller bubbles and feed them to the reaction vessel.

상기 주입관 말단의 배출구(13)의 분할은 필요에 따라 적절하게 선택하여 적용할 수 있는 것으로서, 예를 들면, 메쉬 형상의 망상 구조로 형성할 수 있다. 이와 같이 메쉬 형상의 망상구조를 갖도록 주입관 말단의 배출구(13) 형상을 변경함으로써, 주입관(12)을 통해 사염화타이타늄 기포가 배출되어 반응용기(11)로 공급될 때, 사염화타이타늄의 기포를 복수 개로 분할할 수 있다. 이로 인해, 반응용기 내의 환원용액 층을 통과할 때, 부력이 감소되어 환원제 용액 내에서의 체류시간을 증대시킬 수 있어 충분한 반응을 유도할 수 있다. 또한, 직경이 작은 복수의 기포가 환원제 용액과 만나 반응함으로써, 사염화타이타늄의 기포가 환원제 용액과 동시 다발적으로 접촉할 수 있어, 반응속도도 증대시킬 수 있다.
The division of the outlet 13 at the end of the injection tube can be appropriately selected and applied as necessary, for example, it can be formed in a mesh-like network structure. By changing the shape of the outlet 13 at the end of the injection tube so as to have a mesh-like network structure, when the titanium tetrachloride bubbles are discharged through the injection tube 12 and supplied to the reaction vessel 11, bubbles of titanium tetrachloride are discharged. It can be divided into a plurality of pieces. Thus, when passing through the reducing solution layer in the reaction vessel, buoyancy is reduced to increase the residence time in the reducing agent solution, thereby inducing sufficient reaction. In addition, when a plurality of bubbles having a small diameter meet and react with the reducing agent solution, bubbles of titanium tetrachloride can be brought into contact with the reducing agent solution at the same time, thereby increasing the reaction rate.

상기 주입관 말단의 배출구(13)를 분할함에 있어서, 분할에 따른 보다 작은 직경을 갖는 기포가 배출되게 하는 구멍의 개수는 특별히 한정하지 않는다. 주입관 말단의 배출구(13)를 분할함으로써 얻어지는 효과는 배출되는 기포의 직경이 작을수록 환원제 용액 내에서의 체류시간 증대 및 반응속도 증가 효과가 더 커질 것이나, 단 한번의 분할만으로도 종래의 단일한 큰 직경으로 형성된 배출구를 갖는 장치를 사용한 경우에 비하여 생산성 향상을 도모할 수 있다.
In dividing the discharge port 13 at the end of the injection pipe, the number of holes through which bubbles having a smaller diameter according to the division are discharged is not particularly limited. The effect obtained by dividing the outlet port 13 at the end of the injection tube is that the smaller the diameter of the discharged bubbles, the greater the residence time in the reducing agent solution and the increased reaction rate. Productivity can be improved compared with the case of using the apparatus which has the outlet formed in diameter.

한편, 상기와 같은 주입관 말단의 배출구(13)를 분할하기 위한 재질 역시 특별히 한정하지 않으며, 고온의 반응용기(13) 내에서 내구성을 가지며, 환원제 및 환원제의 염화물과 반응성이 없는 것이라면 적합하게 사용할 수 있으며, 주입관(12)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
On the other hand, the material for dividing the outlet 13 of the injection tube end as described above is not particularly limited, and if it is durable in the high-temperature reaction vessel 13, and if it is not reactive with the reducing agent and the chloride of the reducing agent may be suitably used. It may be, and may be formed of the same material as the injection tube (12).

본 발명에 의해 주입관 말단의 배출구(13)를 메쉬 형상의 망상구조로 형성함으로써 환원제 용액 내에서의 체류시간 증대 및 반응속도 향상을 도모할 수 있으므로, 스폰지 타이타늄의 생산성 향상을 도모할 수 있음은 물론, 사염화타이타늄을 보다 빨리 주입관(12)을 통해 공급하더라도 사염화타이타늄과 환원제와의 충분한 반응을 도모하여 스폰지 타이타늄 생산의 생산성을 증대시킬 수 있다.
According to the present invention, by forming the outlet 13 at the end of the injection tube into a mesh-like network structure, the residence time in the reducing agent solution and the reaction rate can be improved, so that the productivity of the sponge titanium can be improved. Of course, even if the titanium tetrachloride is supplied through the inlet 12 more quickly, it is possible to increase the productivity of the production of sponge titanium by promoting a sufficient reaction between the titanium tetrachloride and the reducing agent.

1: 스폰지 타이타늄 제조장치
10: 환원로 11: 반응용기
12: 주입관 13: 주입관 말단의 배출구
14: 스폰지 타이타늄 1: Sponge Titanium Manufacturing Equipment
10: reduction furnace 11: reaction vessel
12: injection tube 13: outlet at the end of the injection tube
14: sponge titanium

Claims (9)

액상의 환원제를 포함하는 반응용기 내에, 주입관을 통해 사염화타이타늄을 주입하는 단계;
상기 사염화타이타늄이 반응용기 내의 주입관을 통과하여 상기 반응용기 내부로 공급되는 단계; 및
상기 반응용기 내로 공급된 사염화타이타늄이 환원제와 반응하여 스폰지 타이타늄이 제조되는 단계를 포함하며,
상기 주입관의 말단이 메쉬 형태의 망상구조로 분할되어 있어, 상기 반응용기 내로 공급되는 사염화타이타늄은 분할되어 반응용기로 주입되는 것임을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조방법.
Injecting titanium tetrachloride into the reaction vessel including a liquid reducing agent through an injection tube;
Supplying the titanium tetrachloride through the injection tube in the reaction vessel and into the reaction vessel; And
The titanium tetrachloride supplied into the reaction vessel is reacted with a reducing agent to prepare sponge titanium.
The terminal of the injection tube is divided into a mesh-like network structure, titanium tetrachloride supplied into the reaction vessel is divided sponge titanium production method characterized in that the injection into the reaction vessel.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 반응용기는 상층의 액상 환원제 층 및 하층의 액상 환원제 염화물 층을 포함하고, 상기 주입관은 반응용기 상기 하층의 액상 환원제 염화물 층으로 주입되는 것을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조방법.
The method of claim 1, wherein the reaction vessel comprises a liquid reducing agent layer of the upper layer and a liquid reducing agent chloride layer of the lower layer, the injection tube is a sponge titanium production method, characterized in that the injection vessel is injected into the liquid reducing agent chloride layer of the lower layer. .
제 1항에 있어서, 상기 환원제는 마그네슘인 것을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조방법.
The method of claim 1, wherein the reducing agent is magnesium.
제 1항에 있어서, 상기 사염화타이타늄은 기체상태로 주입되는 것임을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조방법.
The method of claim 1, wherein the titanium tetrachloride is injected into a gaseous state.
액상의 환원제 및 액상의 환원제 염화물이 담지되고, 사염화타이타늄이 공급되어 상기 환원제와 반응하여 타이타늄을 생성하는 반응용기;
상기 반응용기의 상부에서 저부로 신장되며, 상기 사염화타이타늄을 반응용기 내로 공급하는 주입관; 및
상기 반응용기를 둘러싸는 환원로를 포함하며,
상기 주입관의 말단은 메쉬 형태의 망상구조로 분할된 구조를 갖는 것임을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조장치.
A reaction container in which a liquid reducing agent and a liquid reducing agent chloride are supported, and titanium tetrachloride is supplied to react with the reducing agent to produce titanium;
An injection tube extending from the top of the reaction vessel to the bottom and supplying the titanium tetrachloride into the reaction vessel; And
It includes a reducing furnace surrounding the reaction vessel,
Sponge titanium production apparatus, characterized in that the distal end of the injection tube has a structure divided into a mesh-shaped network structure.
삭제delete 제 6항에 있어서, 상기 반응용기는 상층의 액상 환원제 층 및 하층의 액상 환원제 염화물 층을 포함하고, 상기 주입관은 말단이 상기 하층의 액상 환원제 염화물 층에 존재하는 것을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조장치.
The apparatus of claim 6, wherein the reaction vessel comprises an upper liquid reducing agent layer and a lower liquid reducing agent chloride layer, and the injection tube has an end in the lower liquid reducing agent chloride layer. .
제 8항에 있어서, 상기 환원제는 마그네슘인 것을 특징으로 하는 스폰지 타이타늄 제조장치. The apparatus of claim 8, wherein the reducing agent is magnesium.
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