JP3615466B2

JP3615466B2 - スポンジチタンの製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP3615466B2
Application number: JP2000179090A
Authority: JP
Inventors: 直文中原; 正巳広田
Original assignee: Toho Titanium Co Ltd
Current assignee: Toho Titanium Co Ltd
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: JP2002003959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタン製錬に際し、四塩化チタンをマグネシウムで還元した時に副生する塩化マグネシウムを効率的且つ正確に還元容器から抜き取ることができるスポンジチタンの製造方法及び抜出制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チタンの精錬法としては、ルチル鉱などのチタン鉱石を塩素化して四塩化チタンとし、これをマグネシウムで還元する方法が工業化されている。四塩化チタンのマグネシウムによる還元法としては、予め、還元容器に装入した溶融マグネシウム中に四塩化チタンを滴下して行われるものである。
前記の還元反応は、
ＴｉＣｌ_４（ガス）＋２Ｍｇ（液体）＝Ｔｉ（固体）＋２ＭｇＣｌ_２（液体）
に従って進行する。還元温度は、８００〜１０００℃であり、
不活性雰囲気下で行う。
【０００３】
このように、スポンジチタンは、四塩化チタンをマグネシウムで還元することにより製造される。不活性ガスを充填した還元容器内で製造するのは、スポンジチタンが活性な金属であるためである。
このような還元反応を行うと、スポンジチタン以外に液体状の塩化マグネシウムが副生し比重の関係から還元容器の底部に沈降するため、これを還元容器から一定の間隔をおいて系外に抜き出す。この塩化マグネシウムの抜き出しは、通常還元容器内をアルゴンガスで加圧することにより行われる。即ち、所定量の四塩化チタンを還元容器内に供給した後、塩化マグネシウムを定期的に抜き出す。具体的には、還元容器内にアルゴンガスを供給して、より厳密には、アルゴンガスの圧力と加圧時間を制御しつつ還元容器内を加圧することにより達成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、還元容器内に副生した塩化マグネシウムをアルゴンガスで加圧して抜き出すため、設定した量を正確に抜き出すことが困難であるという問題があった。これは、ガスは一般に圧縮性の物体であり、そのような圧縮性の物体で重量の重い液体を正確に所定量排出することは難しく、塩化マグネシウムの抜き出し過ぎや抜き出し不足といった問題を生じさせる。
また、このような場合、還元容器内の反応レベル（液体状のマグネシウムの表面高さ）が変動し、熱バランスが不安定になることがあった。抜き出し速度が早すぎる場合には、設定値よりも過剰な抜き出しを行ってしまうことがある。この時には、溶融金属マグネシウムの一部が系外に流出し、あるいは、浴レベルの下がり過ぎによる温度制御不能といった問題が発生する。
【０００５】
一方、抜き出し速度が遅い場合には、設定値に対して精度よく塩化マグネシウムの抜き出しを行うことができるものの、抜き出しに要する時間がかかり過ぎて排出される塩化マグネシウムが凝固してしまうという問題がある。
このため、前記したような課題を解決する最適な塩化マグネシウムの抜き出し速度が望まれる。
【０００６】
即ち、本発明の目的は、四塩化チタンのマグネシウム還元において副生する溶融塩化マグネシウム還元反応中の排出量を目標重量にできる限り近づけて、しかも精密に且つそれを短時間で行うためのスポンジチタンの製造方法及び抜出制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる事情において、前記したような問題を解決すべく鋭意検討した結果、塩化マグネシウムの抜き出し速度をある範囲に設定することで、できる限り短時間でしかも精度よく塩化マグネシウムの抜き出しを行うことができることを見出し、本願発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第一の態様は、四塩化チタンと金属マグネシウムを直径１９００ｍｍ、長さ５０００ｍｍのステンレス製の容器中で還元反応させスポンジチタンを生成するスポンジチタンの製造方法において、容器内に不活性ガスを供給し、還元反応で副生されて排出されてくる塩化マグネシウムと塩化マグネシウムコンテナの総重量を測定可能な重量計と、容器内の圧力を検出する圧力計からの出力信号を継続的にモニタして不活性ガス供給管に設置された調節弁を自動調節し、容器内を３０〜８０ｋＰａで加圧し、塩化マグネシウムを容器から排出すると共に、排出すべき目標抜き出し塩化マグネシウム量の３００〜５００ｋｇ手前において不活性ガスの供給を停止することを特徴とするスポンジチタンの製造方法を提供する。
【０００８】
このように、還元容器内を不活性ガス、例えば、アルゴンガスで還元容器内を加圧することにより還元容器から排出される塩化マグネシウムの重量を動的に検出し、所定の排出速度になるように還元容器内の圧力を調節する。さらに、圧力計により測定された還元容器内の圧力も考慮に入れて調節弁を調節する。
なお、塩化マグネシウム排出重量及び／又は排出速度が１０ｋｇ／秒を超える範囲まで不活性ガスの供給量を増やして還元容器内の圧力を高めると、還元容器が膨張して永久変形を起こす場合がある。一方、塩化マグネシウム排出重量及び／又は排出速度を２ｋｇ／秒より小さくすると、塩化マグネシウムの排出速度が遅すぎて塩化マグネシウムが排出流路内で凝固する恐れがある。
前記のような構成をとることで、塩化マグネシウムの排出時間をできる限り短時間でかつ所定量の塩化マグネシウムを精度よく抜き出すことができる。
【０００９】
本発明の第二の態様は、四塩化チタンと金属マグネシウムを直径１９００ｍｍ、長さ５０００ｍｍのステンレス製の容器中で還元反応させスポンジチタンを生成するスポンジチタンの製造装置であって、還元反応で副生される塩化マグネシウムと金属マグネシウムおよびスポンジチタンを内包した容器の塩化マグネシウム抜出管に接続され、加圧された不活性ガスに押し出されて排出されてくる塩化マグネシウムを受け入れる塩化マグネシウムコンテナと、還元反応で副生されて排出されてくる塩化マグネシウムと塩化マグネシウムコンテナの総重量を測定可能な重量計と、容器内の圧力を検出する圧力計と、そして、重量計及び圧力計からの出力信号を継続的にモニタし、不活性ガス供給管に設置された調節弁を自動調節し、容器内を３０〜８０ｋＰａで加圧するように不活性ガス供給量を制御し、排出すべき目標抜き出し塩化マグネシウム量の３００〜５００ｋｇ手前において不活性ガスの供給を停止する制御装置とを備えて構成されてなるスポンジチタンの製造装置を提供する。
【００１０】
重量計は、塩化マグネシウムコンテナの総重量を継続的にモニタし、コンテナの単位時間当りの重量の増加率、すなわち、単位時間当りの塩化マグネシウムの排出重量を測定する。制御装置は、この値が２〜１０ｋｇ／秒となるように不活性ガス供給管に設置された調節弁を調節し、これにより、容器内への不活性ガス供給量を制御する。さらに、圧力計により測定された容器内の圧力も考慮に入れて調節弁を調節する。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下、図面を用いて本発明に係るスポンジチタンの製造方法及び抜出制御装置について詳細に説明する。
図１は、本発明に係るスポンジチタンの製造装置の一実施形態を説明するための概略図である。
【００１３】
本発明のスポンジチタンの製造装置１０は、チタン製錬に用いられる還元容器１に関連して設置される。還元容器１は、図示されているように、その底部付近から出て垂直上方向に伸び還元炉３の外に出る塩化マグネシウム抜出管１ａを有している。
還元容器１は、直径１，９００ｍｍ長さ５，０００ｍｍの概略円筒形状で、耐熱性材料、例えば、ＳＵＳ３１６で製作されている。内面を炭素鋼で内張りしたクラツド鋼を用いてもよい。この場合には、還元容器１壁を構成する合金元素のスポンジチタンヘの汚染を防止することができる。塩化マグネシウム抜出管１ａは、パイプ状のものでＳＵＳ３１６等で製作する。
【００１４】
スポンジチタンの製造装置１０は、概略的に、加圧不活性ガスに押し出されて還元容器１から排出されてくる塩化マグネシウムを受け入れる塩化マグネシウムコンテナ１２と、塩化マグネシウムコンテナ１２の総重量を測定可能なロードセル１４と、還元容器１内の圧力を検出する圧力計２４、そして、不活性ガス供給管１６に設置された調節弁１８を調節し還元容器１内へのアルゴンガス供給量を制御する制御装置２０とを備えている。
塩化マグネシウムコンテナ１２は、タンク形式で塩化マグネシウムを溶融状態に保持するための加熱保温装置を設けておくことが好ましい。
ロードセル１４は、塩化マグネシウムコンテナ１２に収納されている塩化マグネシウムを含む総重量を検出し、その信号を制御装置２０に送信する。アルゴンガスの調節弁１８は、制御装置２０より送信される信号に応じて弁の開度を調節する。また、圧力計２４で検出された還元容器１内の圧力が上限を超えた場合には、還元容器内のアルゴンガス調節弁１８を一時的に閉じて還元容器内の圧力を低下させる。このような処理を行うことで還元容器の膨張による永久変形を防止できる。
【００１５】
図示された好ましい実施例では、塩化マグネシウム抜出管１ａと塩化マグネシウムコンテナ１２とは、ゲートバルブ２２ａ付きの塩化マグネシウム排出管２２で接続されている。また、還元容器１の天井部には、内部の圧力を計測する圧力計２４が設けられている。
制御装置２０は、ロードセル１４からの出力信号を継続的にモニタし、塩化マグネシウムコンテナ１２の単位時間当りの重量増加率、すなわち、塩化マグネシウムの還元容器１からの排出速度が好ましくは２〜１０ｋｇ／秒、好ましくは、５〜７ｋｇ／秒となるように、不活性ガス供給管１６に設置された調節弁１８の開
度を調節する。図示された好ましい実施例では、さらに、圧力計２４により測定された還元容器１内の圧力も考慮に入れて自動調節する。
【００１６】
次に、本発明に係るスポンジチタンの製造方法について説明する。
図１に示された本願発明に係るスポンジチタンの製造装置において、還元容器１内には、四塩化チタンが還元容器頂部に設けられた四塩化チタン供給管１ｂから滴下される。これにより、四塩化チタンは、予め還元容器１内に装入しておいた溶融金属マグネシウムで還元される。
当該還元反応で副生された塩化マグネシウムは、還元容器１内をアルゴンガスで加圧することにより排出される。これは、調節弁１８を開くことによって行われる。排出された塩化マグネシウムは、塩化マグネシウム抜出管１ａ及び塩化マグネシウム排出管２２を通って、塩化マグネシウムコンテナ１２に排出される。
【００１７】
コンテナ１２に排出された塩化マグネシウムの重量は、連続的に重量計、図示された好ましい実施例では、ロードセル１４を用いて検出される。還元容器１内の圧力も圧力計２４によって検出されており、その検出信号も、同時に連続的に制御装置２０に送信される。
制御装置２０は、圧力信号及び重量信号をモニタし、所定の塩化マグネシウムの排出速度になるようにアルゴンガス調節弁１８の開閉を調節する。この操作は、供給した四塩化チタンの量から計算して得た還元容器１内に残留する塩化マグネシウムの量が抜き出し必要量３００ｋｇとなった時点で停止する。この３０
０ｋｇの塩化マグネシウムは、還元容器１内の残圧で更に系外に排出され、塩化マグネシウムの排出が停止したところで本操作を終了する。
【００１８】
操業における運転方法は、以下の通りである。
１）塩化マグネシウム排出流路の設置
塩化マグネシウム抜出管１ａと塩化マグネシウム排出管２２とを接続する。次いで、塩化マグネシウムコンテナ１２を塩化マグネシウム排出管２２の受部に配置させる。
【００１９】
２）還元容器内の加圧
還元容器１内にアルゴンガスの供給を開始して、塩化マグネシウムの排出を開始する。ロードセル１４から５の出力信号に基づき還元容器内へのアルゴンガス供給量を調節して還元容器内の圧力を変化させることによって塩化マグネシウムコンテナ１２の重量増加率、すなわち還元容器１からの塩化マグネシウムの排出速度を２〜１０Ｋｇ／秒、好ましくは５〜７Ｋｇ／秒の範囲に自動的に制御する。この間、還元容器１内の圧力は、３０〜８０ｋＰａの範囲に制御するのが好ましい。前記圧力の下限以下では、塩化マグネシウムの排出速度が遅すぎて塩化マグネシウムが排出流路内で凝固することが懸念される。
逆に、還元容器１内の圧力を８０ｋＰａ以上に高めると、還元容器１が膨張して永久変形を起こす場合があり好ましくない。
【００２０】
３）加圧の停止
排出すべき目標塩化マグネシウム抜き出し量の手前、所定重量において、アルゴンガスの加圧を停止する。前記の指定重量は、３００〜５００ｋｇの範囲が好ましい。
【００２１】
４）残圧による塩化マグネシウムの抜き出し
前記の段階で塩化マグネシウムの抜き出しを停止後も、還元容器１内の残圧により塩化マグネシウムが引き続き排出される。塩化マグネシウムコンテナ１２の重量増加が停止した時点で、還元容器１からの塩化マグネシウムの排出が停止したと判断して、塩化マグネシウムの抜き出し操作を停止する。
【００２２】
５）塩化マグネシウム排出流路の切り替え
塩化マグネシウムコンテナ１２を密閉し、次いで、塩化マグネシウム排出管２２を塩化マグネシウム抜出管１ａから切り離して、還元容器１を密閉する。
【００２３】
【実施例１】
溶融マグネシウムを装入した９００℃にある還元容器内に四塩化チタンの滴下を開始し、スポンジチタンの還元反応を開始した。
所定量の四塩化チタンを滴下した後毎に塩化マグネシウム抜き出し管と塩化マグネシウム排出管を接続し、さらに、塩化マグネシウムコンテナを塩化マグネシウム抜き出し管の下に設置した。
次いで、還元容器内をアルゴンガスで加圧して塩化マグネシウムの抜き出しを開始した。
【００２４】
コントローラーを作動させて、塩化マグネシウムの抜き出し速度が６ｋｇ／秒になるように還元容器に供給するアルゴンガスの圧力を調整した。
なお、この間の排出塩化マグネシウムの積算重量、塩化マグネシウム抜出速度、還元容器内の圧力及び調節弁の制御（オン・オフ）は図２の通りであった。
【００２５】
表１は、図１に示した反応装置を用いて塩化マグネシウムの抜き出し速度を調整した場合の最終塩化マグネシウムの抜き出し重量を示した。

【００２６】
【比較例１】
実施例１における条件は同じくして、還元容器内の圧力制御装置は用いず、人手により塩化マグネシウムの抜き出し速度をモニタしつつ、還元容器内に供給するアルゴンガスの圧力を調節することにより、塩化マグネシウムの抜き出しを行った。
その結果を表２に示した。
【００２７】
Ｎ０．３では、目標値を超過した。また、Ｎ０．４では、目標値を狙い過ぎ塩化マグネシウム抜き出し管の閉塞を起こした。

人手の制御に比べて、実施例１の制御装置を用いた方が目標値に対する制御幅は、小さく、精度よく塩化マグネシウムの抜き出しを行うことができることが実証された。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、還元容器内に不活性ガスを導入して、当該還元容器内を加圧し、その底部に滞留している溶融塩化マグネシウムを還元容器から排出する工程と、還元容器からの溶融塩化マグネシウムを重量計付きのコンテナに送り込む工程と、コンテナの単位時間当りの重量の増加率、すなわち、塩化マグネシウムの還元容器からの排出速度をモニタし、その範囲が２〜１０Ｋｇ／秒となるように還元容器内への不活性ガス供給量を制御する工程とを含んで構成されているため、四塩化チタンのマグネシウム還元において副生する溶融塩化マグネシウムの排出を目標重量にできる限り近く精密に且つそれを短時間で行うことができる効果がある。
また、本願発明の塩化マグネシウムの抜出制御を行うことにより人手も削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスポンジチタンの製造装置の一実施形態を説明するための概略図である。
【図２】実施例１の実施における排出塩化マグネシウムの積算重量、塩化マグネシウム抜出速度、還元容器内の圧力及び調節弁の制御（オン・オフ）の実例を示す図である。
【符号の説明】
１還元容器
１ａ塩化マグネシウム抜出管
３還元炉
１０抜出制御装置
１２塩化マグネシウムコンテナ
１４ロードセル
１６不活性ガス供給管
１８調節弁
２０制御装置
２２塩化マグネシウム接続管
２４圧力計

Claims

四塩化チタンと金属マグネシウムを直径１９００ｍｍ、長さ５０００ｍｍのステンレス製の容器中で還元反応させスポンジチタンを生成するスポンジチタンの製造方法において、
前記容器内に不活性ガスを供給し、前記還元反応で副生されて排出されてくる塩化マグネシウムと塩化マグネシウムコンテナの総重量を測定可能な重量計と、前記容器内の圧力を検出する圧力計からの出力信号を継続的にモニタして不活性ガス供給管に設置された調節弁を自動調節し、前記容器内を３０〜８０ｋＰａで加圧し、前記塩化マグネシウムを容器から排出すると共に、排出すべき目標抜き出し塩化マグネシウム量の３００〜５００ｋｇ手前において不活性ガスの供給を停止することを特徴とするスポンジチタンの製造方法。
四塩化チタンと金属マグネシウムを直径１９００ｍｍ、長さ５０００ｍｍのステンレス製の容器中で還元反応させスポンジチタンを生成するスポンジチタンの製造装置であって、
前記還元反応で副生される塩化マグネシウムと金属マグネシウムおよびスポンジチタンを内包した容器の塩化マグネシウム抜出管に接続され、加圧された不活性ガスに押し出されて排出されてくる塩化マグネシウムを受け入れる塩化マグネシウムコンテナと、
前記還元反応で副生されて排出されてくる塩化マグネシウムと前記塩化マグネシウムコンテナの総重量を測定可能な重量計と、
前記容器内の圧力を検出する圧力計と、そして、
前記重量計及び前記圧力計からの出力信号を継続的にモニタし、不活性ガス供給管に設置された調節弁を自動調節し、前記容器内を３０〜８０ｋＰａで加圧するように不活性ガス供給量を制御し、排出すべき目標抜き出し塩化マグネシウム量の３００〜５００ｋｇ手前において不活性ガスの供給を停止する制御装置と、
を備えて構成されてなるスポンジチタンの製造装置。