JPS6134490B2 - - Google Patents
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Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
本発明は、酸化マグネシウム含有物質を減圧下
で還元剤を用いて電気炉により溶融還元し、その
際発生するマグネシウム蒸気をマグネシウム蒸気
凝縮器に導入して凝縮させた後、前記凝縮器より
液体マグネシウムを流出させて連続鋳造を行う金
属マグネシウムの連続製造方法に関するものであ
る。
酸化マグネシウム含有物質を溶融スラグ存在下
で還元剤と反応させ減圧下でマグネシウムを製造
する電熱高温還元法によるマグネシウムの製造方
法は既に工業的に実施されており、この方法は他
の方法例えばピジヨン法に比較して高能率な方法
であるが、いまだに工業生産上種々の欠点があ
る。
従来金属マグネシウムの溶融還元法による製造
装置は単相電気炉とマグネシウム蒸気凝縮用凝縮
器とからなり、前記電気炉が単相電極固定式ジロ
ー炉であるため、電気的力率が悪く、大容量炉と
する場合には一基の炉で操業することは不利であ
り、通常の3基の炉を対にして電気的平衡を保持
しながら操業が行なわれている。このため、例え
ば10000KVAの電気容量の設備を建設する場合に
は3300KVAのジロー炉3基を製造することにな
り、さらに操業に当つては3基を平行操業する必
要がある。したがつて1基の10000KVA炉で操業
できると仮定する場合より3基の3300KVA炉で
操業する場合には、熱効率は非常に低下すること
は当然であるばかりでなく、さらにまた例えば1
基の炉に故障が生じた場合には、残り2基の炉で
不平衡電気的条件下で操業を余儀なくされるとい
う欠点があつた。
ところで、金属マグネシウムの溶融還元用電気
炉として単相固定電極式ジロー炉のみが従来使用
されていた理由は、電極が固定式であるので、電
気炉の密閉が容易であるためであつた。しかし上
述の如く、かかる電気炉には種々欠点があつた。
かかる電気炉によれば設備的ならびに操業技術的
に多くの欠点があつたので、本発明者らはこれら
諸欠点を除去、改良した三相密閉浸漬アーク式電
気炉を発明して、特願昭57−69535号により特許
出願した。
前記発明の装置は、酸化マグネシウム含有物質
を減圧下で還元剤を用いて溶融還元する密閉式電
気炉を含む金属マグネシウム製造装置において、
前記電気炉は三相交流浸漬アーク式減圧自在の密
閉式電気炉であり;
この電気炉の炉蓋を貫通し3本の電極が垂下し
ており;
前記電極はそれぞれ上部は金属製水冷導管部、
下部は人造黒鉛質部よりなり;
前記電極は電気炉の炉蓋に設けられた貫通孔内
を上下方向に移動自在であり;
前記炉蓋貫通孔を囲繞して炉蓋上に凸設された
炉内への外気侵入防止ならびに電極の上下移動の
際の横振れ防止用筒状体と前記電極の上部金属製
水冷導管部との間には耐熱性パツキングが介装さ
れており;
前記筒状体と電極との隙間には不活性ガスを導
入する導入管が筒状体に連結されている密閉式電
気炉を含む金属マグネシウム製造装置に関するも
のである。
つぎに、前記電気炉内で生成するマグネシウム
蒸気マグネシウム蒸気凝縮器内に導入されて凝
縮、固化される。このようにして凝縮器内に金属
マグネシウムが所定量凝固すると、電気炉におけ
る溶融還元を中断した後、凝縮器を電気炉からの
連結管から離脱させた後凝縮器内の凝固マグネシ
ウムを取出し、このように取出された凝固マグネ
シウムは別途再溶解されて所定の鋳型に鋳造され
市販されていた。
かかる従来方法ならびに装置によれば、凝縮器
内マグネシウムを取出す度毎に操業を中断しなけ
ればならず、また取出されたマグネシウムをさら
に再溶解するために少なからぬ熱エネルギーが必
要であつた。よつて本発明者らは前記凝縮器につ
いても研究を重ねた結果、従来の凝縮器の有する
諸欠点を除去、改良した凝縮器ならびにその付帯
設備に想到して特願昭57−103104号により特許出
願した。
前記発明の装置は酸化マグネシウム含有物質を
減圧下で還元剤を用て電気炉により溶融還元し、
その際発生するマグネシウム蒸気を導入、凝縮さ
せるマグネシウム蒸気凝縮器およびその付帯設備
を含む金属マグネシウム製造装置において、
前記凝縮器は鋼板製内壁と鋼板製外壁を有し、
前記内、外壁の間には加熱および冷却装置と断熱
材が内装されており、前記凝縮器の下部は凝縮し
た溶融マグネシウムが蓄留する器底部であり、前
記器底部には蓄留された溶融マグネシウムを排出
する排出口が設けられており;
前記排出口に密着してストツパーと気密鋳造室
が設けられている;
ことを特徴とするマグネシウム蒸気凝縮器および
その付帯設備を含む金属マグネシウム製造装置に
関するものである。
前記発明した三相交流浸漬アーク式密閉電気炉
とマグネシウム蒸気凝縮器を用いることによつて
設備面の上記諸欠点は除去改良された。
しかし、上記設備を用いて金属マグネシウムを
製造するためには、操業技術面における障害があ
る。すなわち、前記電気炉内で生成したマグネシ
ウム蒸気は炉内の低温部に到達すると直ちに凝縮
して付着するため、炉蓋の電極貫通部とか、三本
の電極間のライニングの内部あるいは裏側などに
マグネシウム蒸気が浸透して析出付着すると、電
極間の漏電が生じて大きな電気的トラブルの原因
となる。また前記電極貫通部にマグネシウムの析
出物および炉内で発生したダストが付着すると電
極の昇降に支障をきたし、さらに電極部分の気密
保持機構の損傷を早め、そのうえ電極と炉蓋の間
の漏電の原因となる。
前記電気炉内で発生したダストは通常マグネシ
ウム蒸気および炉内ガスとともにマグネシウム導
入管を通つてマグネシウム凝縮器に導入される
が、その一部が前記導入管に付着する前記導入管
の閉塞現象が生じて操業の中断を余義なくされ
る。
本発明者らは上記の操業技術面における諸問題
について詳細に研究、実験を重ねた結果、特許請
求の範囲に記載した構成とによつて上記欠点を除
去されることを知見し、金属マグネシウムの製造
方法を完成した。
すなわち、本発明は、酸化マグネシウム含有物
質を減圧下で還元剤を用いて電気炉により溶融還
元し、その際発生するマグネシウム蒸気をマグネ
シウム蒸気凝縮器内に導入して凝縮させる金属マ
グネシウムの製造方法において、
(イ) 原料として酸化マグネシウム含有物質と還元
剤とを減圧下で溶融還元するに当り、三相交流
浸漬アーク式密閉電気炉を用いて、前記電気炉
の3本の電極がそれぞれ電気炉の炉蓋を貫通す
る部分の近傍にH2,He,Ar,N2のなかから選
ばれる何れか少なくとも1種のガスを流入させ
て電極の炉蓋貫通部分にマグネシウム蒸気ある
いはダストが付着することを防止する手段;
(ロ) 前記電気炉内で生成されるマグネシウム蒸気
を炉内ガスと共に凝縮器内に導入するに当り、
凝縮器内をマグネシウム金属の溶融温度を下廻
らない温度に保持しつつ、マグネシウム蒸気を
凝縮器内に凝縮させて液体状態で保持する手
段;
(ハ) 前記凝縮器内に液体マグネシウムが所定量蓄
留したとき、凝縮器の下部に設けられた排出口
より流体マグネシウムを流出させ、鋳型に鋳込
み、凝固させる手段;
(ニ) 前記電気炉内にスラグおよび副生メタルが所
定量蓄留したとき、電気炉ならびに凝縮器内の
圧力をH2,He,Ar,N2のなかから選ばれる何
れか少なくとも1種のガスを用いて常圧に戻し
た後、電気炉の下部に設けられたスラグ排出口
よりスラグおよび副生メタルを排出させる手
段;
前記(イ)〜(ニ)の一連の手段からなることを特徴と
する金属マグネシウムの電気炉による溶融還元製
造方法に関するものである。
つぎに本発明について詳細に説明する。
第1図は本発明方法に使われた金属マグネシウ
ム製造装置の全体の設備系統図であり、前記特願
昭57−69535および特願昭57−103104号に係る三
相交流浸漬アーク式密閉電気炉およびマグネシウ
ム蒸気凝縮器ならびにその付帯設備を示す。
前記電気炉は、電気炉炉体1、炉蓋15ならび
に電極9からなり、前記炉体1の下部にはスラグ
および副生メタルを排出するための排出口10、
またその上部にはマグネシウム蒸気を前記凝縮器
に導入するためのマグネシウム蒸気導入管6なら
びに前記導入管と別に炉内ガス排出口が設けられ
ている。前記炉蓋15には3本の電極9が炉蓋を
貫通してデルタ型に配設されており、前記電極は
昇降自在であり、さらに外気と完全に遮断されて
いる。また前記炉蓋の中央部には原料投入管11
が配設されており、その上部に原料貯蔵容器12
が設けられている。
前記電気炉にマグネシウム蒸気導入管6を介し
てマグネシウム蒸気凝縮器2が接続されており、
前記凝縮器の下部には、液体マグネシウムを流出
させるための排出口ならびにダストおよびドロス
を排出するための排出口を有し、その排出口には
開閉自在のストツパー16が設けられており、そ
れらの排出口に密着してそれぞれ気密鋳造室3な
らびに気密室4が設けられている。
前記凝縮器の上部には、マグネシウム蒸気凝縮
分離後の残ガスの排出口を有し、そのさきに前記
残ガスに含まれているダストを除去するため、集
塵機5が付設されている。さらに前記集塵機5に
よつて清浄化された前記ガスを電気炉への流入ガ
スとして循環使用するため、ガス配管18が設け
られており、前記配管の途中には炉内ガスを吸
引、循環するためのガス吸引ポンプ7、前記ガス
の流量を調整するためのガス保持容器8、ならび
に前記ガスの補充用としてのガス容器17が付設
されている。
また、電気炉炉体1の上部に配設されている炉
内ガス排出口からガスを吸引した場合にも、循環
使用できるように上記のガス吸引ポンプ7に配管
19が設けられており、前記配管19の途中にガ
ス冷却器14、集塵機3が付設されている。なお
このガス吸引系統と、上記マグネシウム凝縮器を
経由するガス吸引系統は容易に切り換えが可能と
なつている。
つぎに、本発明の操業方法について説明する。
原料として、酸化マグネシウム含有物質、還元
剤および必要により造滓剤を用い、適正粒度に調
整したのち、それぞれ単独で、あるいは適量配合
したのち混合した状態で前記電気炉に装入され、
溶融還元される。
前記酸化マグネシウム含有物質は、天然マグネ
シア、海水マグネシア、ドロマイトあるいはフエ
ロクロムスラグなどが使われる。還元剤はシリコ
ンおよび/またはアルルミニウムの金属あるいは
合金が用いられる。これらが電気炉内に装入され
て加熱溶融されると次の反応式に従つてマグネシ
ウム金属が生成する。
2MgO+Si=2Mg+SiO2
3MgO+2A=3Mg+A2O3
生成したマグネシウムは、電気炉内の溶融原料が
約1600℃の高温であるため蒸気となつて揮散し、
マグネシウム蒸気還元器に導入され、凝縮されて
液体マグネシウムとして集められる。
前記反応式で示されたSiO2,A2O3はスラグ
となるが、生成するスラグは原料の溶融還元が容
易に進み、また反応生成したマグネシウム蒸気が
容易に発生し、電気炉からの排出が容易であるよ
うにさせるため、流動性の良好な組成とする必要
がある。前記スラグを適正な組成とするために造
滓剤が加えられる。造滓剤には主としてA
2O3,CaO含有物質等が用いられるが、使用され
る前記マグネシウム含有物質に応じて適正なスラ
グ組成となる物質を選択して使用する。
上記原料の溶融還元ならびにマグネシウム蒸気
の凝縮捕集を行うに当り、前記電気炉ならびにマ
グネシウム蒸気凝縮器内をH2,He,Ar,N2のう
ちから選ばれる何れか少なくとも1種のガスで置
換し、その内圧力(以下装置内圧力と称する)を
30〜100Torr、通常は30〜50Torrの範囲内とす
る。
前記反応式によるマグネシウムの生成反応の圧
力範囲は非常に広く、実際に電気炉よる金属マグ
ネシウムの製造においては、通常用いられている
数10Torr程度から最大1500Torr(米国特許
3475162号)までの圧力範囲が用いられている。
本発明方法において、電気炉内およびマグネシ
ウム蒸気凝縮器内の圧力範囲を上のごとく限定す
る理由を第2図に示した金属マグネシウムの状態
図により説明する。
第2図に示されたように、金属マグネシウムは
数Torr以下の圧力の場合は蒸気相と固相のみで
液相は存在しない。また数Torr以上、30Torr以
下では液相は存在するが、液相温度範囲が狭く、
マグネシウム蒸気が効率良く凝縮させ、さらに液
体状態に保持するためには操業条件がむずかしく
実用的ではない。逆に圧力が高くなるとマグネシ
ウムの気化温度(沸点)が高くなるため、マグネ
シウム蒸気がマグネシウム蒸気凝縮器に導入され
る前に電気炉内で凝縮、気化を繰り返して製造効
率を悪くしたり、また、電気炉とマグネシウム蒸
気凝縮器を接続しているマグネシウム蒸気導入管
付近で凝縮して系が閉塞したりする現象が生ず
る。種々実験した結果、液相温度範囲約200℃以
上で、液化温度約1000℃以下にすると上記のよう
な障害がないことが判明した。すなわち、電気炉
内およびマグネシウム蒸気凝縮器内の圧力は30〜
100Torrの範囲内とすることが必要であり、なか
でも30〜50Torrの範囲内が好適である。
また上記圧力範囲からマグネシウム蒸気凝縮器
内の温度は650〜950℃の範囲内に保持する必要が
ある。650℃はマグネシウムの融点であるから、
それ以下ではマグネシウムは固化し、950℃以上
ではマグネシウム蒸気が凝縮せずに揮散する。マ
グネシウム蒸気凝縮器の温度調整は電熱線、非金
属発熱体あるいは高周波加熱装置を用いることが
できる。
前記電気炉内で生成したマグネシウム蒸気は大
部分は炉内ガスとともにマグネシウム蒸気凝縮器
に導入され凝縮されるが、一部電気炉内の低温部
に到達したものは直ちに凝縮して付着するため、
炉蓋の電極貫通部とか、三本の電極間のライニン
グの内部あるいは裏側などにマグネシウム蒸気が
浸透して析出付着すると電極間の漏電が生じて大
きな電気的トラブルの原因となる。また前記電極
貫通部にマグネシウムの析出物および炉内で発生
したダストが付着すると電極の昇降に支障をきた
し、さらに電極部分の気密保持機構の損傷を早
め、そのうえ電極と炉蓋の間の漏電の原因とな
る。
本発明方法によれば、そのような障害を防止す
るため、原料の溶融還元に際して、前記三本の電
極の炉蓋貫通孔それぞれからH2,He,Ar,N2の
なかから選ばれる何れか1種のガスを流出させる
ことにより上記のような障害を容易に防止するこ
とができる。その際、通常操業時すなわち装置内
圧力が30〜50Torrのときは、前記ガスの流速が
炉蓋電極貫通孔出口部分における線速度で5cm/
sec以上の場合、電極貫通部分および電極周りへ
のマグネシウムの析出、およびダストの付着は見
られなくなる。しかし、マグネシウムおよびダス
トの付着を防止できる前記ガスの流量は装置内圧
力が変るとそれにともなつて変える必要がある。
例えば、特許請求の範囲第1項(ニ)の手段、すなわ
ち電気炉内に蓄留したスラグおよび副生メタルを
排出するため前記装置内圧力を常圧に戻したと
き、あるいは原料が短時間に大量に投入されたこ
とによりマグネシウム蒸気が大量に発生して装置
内圧力が上昇したときには、電極貫通孔出口から
の前記流入ガスの勢いを押し戻して、電極貫通部
へのマグネシウムの付着が生じてくる。
一方前記流入ガスを大量に流しすぎると、炉内
ガスおよびマグネシウム蒸気の吸引容量が不足し
てい場合は、装置内圧力が上昇し圧力制御が難し
くなり、たとえ前記吸引容量が十分な場合でも、
一定流量以上になるとマグネシウム凝縮器の効率
が低下する。種々の電気炉容積で実験した結果、
上記現象が生じない前記流入ガス流量の上限は電
極貫通孔出口部分における線速度で120×Scm/
sec(Sは炉内容積m3)で表わされることがわか
つた。
すなわち前記流入ガス流量は炉蓋の電極貫通孔
出口部分における線速度で5〜120×Scm/secの
範囲内で装置内圧力に応じて調整される。
電気炉で発生したマグネシウム蒸気は若干のダ
ストならびに炉内ガスとともに吸引されマグネシ
ウム蒸気凝縮器に導入されてマグネシウム蒸気が
凝縮液化して分離され、残ガスは前記凝縮器上部
から排出される。この排出ガスの一部または全部
を前記電気炉の炉蓋の電極貫通孔部分の流入ガス
として循環使用することができる。この方法によ
り、H2,He,Arのような比較的高価なガスの使
用量を大干に低減させることができ、実際には操
業中の若干の損失分だけ補充すれば良いので大き
な効果がある。また、前記炉内ガスを循環使用す
るに当り、ガス循環系統に炉内ガス吸引装置、吸
引ガス冷却器、集塵器、ならびに吸引ガス保持容
器のうちから選ばれる何れか少なくとも1つを設
けて炉内ガスの吸引、冷却、精製ならびに流量調
整を行なうことができる。この炉内ガスの循環使
用によれば、装置内圧力がほとんど変らない場合
は、前記流入ガスの量が増大したときは前記排出
ガス量もそれに比例して増大するため、入排気の
バランスがとれ、操業が容易になる。また、装置
内圧力が変えるときは前記吸引ガス保持容器への
前記ガスの貯蔵、排出を行うことにより調整する
ことができる。
さらに、マグネシウム蒸気ならびにダストの付
着を防止するための流入ガスを炉蓋電極貫通孔部
分だけでなく、電気炉の原料投入口からも流入さ
せることができる。この手段により原料投入を一
時中断した場合などの原料投入口の閉塞を防止す
ることができる。
つぎに、電気炉内で発生したマグネシウム蒸気
は通常マグネシウム凝縮器に導入されるが、ダス
トが大量に発生する時期、このような時期はスタ
ート時あるいは装置内圧力を常圧に戻して電気炉
内のスラグおよび副生メタルを排出したときなど
であるが、マグネシウム凝縮器と別に炉内ガス吸
引装置を設け、ダストを大量に含む炉内ガスを別
に吸引することができる。このような場合のダス
ト成分はおゝよそMgO85〜95%、C5〜20%、
CaOおよびA2O3約1%、であり、主成分は原
料から発生する微粉末ではなく、MgO+C→Mg
+COの逆反応により生成したMgOとCが大半を
占めていることが判明した。Ar雰囲気中におい
て前記逆反応が生ずるということは電気炉内で
COガスの発生するような前記反応式の正反応
MgO+C→Mg+COが起つていなければならな
い。また、良く知られているように、前記反応式
の正反応は1800℃以上で起こるため、操業スター
ト時とか電気炉内のスラグおよび副生メタルを排
出した後などに黒鉛電極の周囲にスラグが十分形
成されていないとき、アーク熱による局部加熱が
行なわれた場合のみ発生すると考えられる。
本発明者らは上記の現象を実際の操業において
も確認し、マグネシウム蒸気凝縮器側の閉塞が予
想される前記時期には、凝縮器ならびにその付帯
設備と別系統に設置した炉内ガス吸引装置を作動
させ、このような時期を除いた純度の高いマグネ
シウム蒸気の発生するときのみ凝縮器側へ吸引す
ることにより、マグネシウム蒸気凝縮器ならびに
その付帯設備の閉塞、または汚染を少なくするこ
とができ、長期間の操業が可能となる。また、炉
内ガス吸引装置、吸引ガス保持容器などはマグネ
シウム蒸気凝縮器側から吸引する場合と別系統か
ら吸引する場合と単独でも良く第1図に示される
ごとく共用することもできる。
前記マグネシウム凝縮器下部に蓄留した液体マ
グネシウム装置内圧力を常圧に戻したのち、凝縮
器の排出口を開口して流出させて鋳造することが
できるが、前記排出口と密着させた気密鋳造室を
設け、その中に鋳型を設置して、前記気密鋳造室
内を減圧て装置内圧力とほぼ同じくして液体マグ
ネシウムを流出させ、鋳造することによつて電気
炉操業と無関係に独立した操作とすることができ
る。なお、鋳造においては連続鋳造装置を使用す
ることもできる。
マグネシウム凝縮器にはさらにダストと通常ド
ロスと呼ばれているスラグ状成分が蓄留してくる
が、前記ダストおよびドロスが一定量蓄留したと
き、前記排出口から液体マグネシウムを流出させ
た後、別にドロス受器を設置してダストおよびド
ロスを排出させても良く、また、凝縮器の下部に
別にドロス排出口を設けて排出させても良い。後
者の場合はドロス排出口に密着してドロス受器を
収納できる気密室を設けるのが良い。
つぎに電気炉操業を継続すると、SiO2,A
2O3を主成分とするスラグならびにSi,Aを消
費したあとの副生メタル(主として低品位Siのフ
エロシリコン)が電気炉炉底に蓄留する。該スラ
グおよび副生メタルを排出させるときは、電気炉
内をH2,He,Ar,N2のなかから選ばれる何れか
少なくとも1種ガスを用いて装置内圧力を常圧に
戻したのち、電気炉の下部に設けられた排出口を
開口して排出させる。その際、電気炉内へのガス
流入を止めて行なつても良いが、電気炉内が若干
減圧状態となり、前記排出口から外気の侵入の危
険があるため、炉蓋の電極貫通孔から電気炉内へ
ガス流入を行ないつつ常圧を保つておく方がより
安全である。また常圧にした場合、ダスト発生量
が多くなるため、該ダストがマグネシウム凝縮器
に侵入しないように、前記凝縮器と別の炉内ガス
排出口から炉内ガスを吸引しながら行なうことが
できる。
かくの如く、装置内圧力が100Torr以上となつ
たとき、マグネシウム凝縮器を通さず別系統で炉
内ガスを吸引し、正常操業のとき(30〜
100Torr)のみ、マグネシウム凝縮器に炉内ガス
とマグネシウム蒸気を導入、凝縮させることによ
り、製造される金属マグネシウムの品位の向上が
見られ、一方、電気炉内の圧力が上昇すればマグ
ネシウム蒸気の発生量が減少するため、マグネシ
ウム自体の損失は少なく、マグネシウム収率への
影響は微少である。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例 1
原料として酸化マグネシウム含有物質として焼
成ドロマイト(2CaO・MgO)と焼成マグネサイ
ト(MgO)を用い、還元剤としてフエロシリコ
ンアルミニウム(FeSiA)を用いた。それぞれ
の原料組成ならびに配合比率を第1表に示した。
また原料粒度は1〜15mm程度である。
The present invention melts and reduces a substance containing magnesium oxide in an electric furnace using a reducing agent under reduced pressure, introduces the magnesium vapor generated at that time into a magnesium vapor condenser and condenses it, and then transfers the magnesium oxide to liquid magnesium from the condenser. The present invention relates to a method for continuously manufacturing magnesium metal, which involves continuous casting by discharging magnesium metal. A method for producing magnesium by an electrothermal high-temperature reduction method, in which a substance containing magnesium oxide is reacted with a reducing agent in the presence of molten slag to produce magnesium under reduced pressure, has already been carried out industrially, and this method is similar to other methods such as the Pigeon method. Although this method is highly efficient compared to the previous method, it still has various drawbacks in industrial production. Conventional equipment for manufacturing magnesium metal using the smelting reduction method consists of a single-phase electric furnace and a condenser for condensing magnesium vapor.Since the electric furnace is a single-phase fixed-electrode Giraud furnace, the electric power factor is poor and the capacity is large. In the case of a furnace, it is disadvantageous to operate with one furnace, and the operation is carried out by pairing three ordinary furnaces while maintaining electrical balance. For this reason, for example, when constructing a facility with an electric capacity of 10,000 KVA, three 3,300 KVA Giraud furnaces must be manufactured, and it is necessary to operate the three in parallel. Therefore, it is not only natural that the thermal efficiency will be much lower when operating with three 3,300 KVA furnaces than when operating with one 10,000 KVA furnace, but also, for example, with one 10,000 KVA furnace.
The drawback was that if one furnace failed, the remaining two furnaces would be forced to operate under unbalanced electrical conditions. By the way, the reason why only a single-phase fixed electrode type Giraud furnace has been conventionally used as an electric furnace for melting and reducing metallic magnesium is because the electric furnace can be easily sealed because the electrode is of a fixed type. However, as mentioned above, such electric furnaces have various drawbacks.
Since such electric furnaces had many drawbacks in terms of equipment and operational technology, the inventors of the present invention removed and improved these drawbacks and invented a three-phase closed immersion arc electric furnace. A patent application was filed under No. 57-69535. The apparatus of the invention is a metal magnesium production apparatus including a closed electric furnace for melting and reducing a magnesium oxide-containing substance using a reducing agent under reduced pressure.
The electric furnace is a three-phase AC immersion arc closed type electric furnace that can freely depressurize; three electrodes hang down through the furnace lid of the electric furnace; the upper part of each electrode is a metal water-cooled conduit section. ,
The lower part is made of artificial graphite; the electrode is vertically movable within a through hole provided in the lid of the electric furnace; A heat-resistant packing is interposed between the cylindrical body for preventing outside air from entering the furnace and for preventing lateral vibration during vertical movement of the electrode, and the upper metal water-cooling conduit portion of the electrode; The present invention relates to a metal magnesium production apparatus including a closed electric furnace in which an inlet pipe for introducing an inert gas into a gap between the body and the electrode is connected to a cylindrical body. Next, the magnesium vapor generated in the electric furnace is introduced into a magnesium vapor condenser, where it is condensed and solidified. When a predetermined amount of metallic magnesium has solidified in the condenser, the melting reduction in the electric furnace is interrupted, the condenser is separated from the connecting pipe from the electric furnace, and the solidified magnesium in the condenser is taken out. The solidified magnesium thus extracted was separately remelted, cast into a predetermined mold, and sold commercially. According to such conventional methods and devices, the operation had to be interrupted every time the magnesium in the condenser was taken out, and a considerable amount of thermal energy was required to further remelt the taken out magnesium. As a result of repeated research on the condenser, the present inventors came up with an improved condenser and its ancillary equipment that eliminates the various drawbacks of conventional condensers, and patented it in Japanese Patent Application No. 103104/1983. I applied. The apparatus of the invention melts and reduces a magnesium oxide-containing substance in an electric furnace using a reducing agent under reduced pressure,
In a metal magnesium manufacturing apparatus including a magnesium vapor condenser and its ancillary equipment for introducing and condensing the magnesium vapor generated at that time, the condenser has an inner wall made of a steel plate and an outer wall made of a steel plate,
A heating and cooling device and a heat insulating material are installed between the inner and outer walls, and the lower part of the condenser is the bottom part where condensed molten magnesium is accumulated; An apparatus for manufacturing magnesium metal, including a magnesium vapor condenser and ancillary equipment thereof, characterized in that: an exhaust port is provided for discharging magnesium; a stopper and an airtight casting chamber are provided in close contact with the exhaust port; It is something. By using the invented three-phase AC immersion arc closed electric furnace and magnesium vapor condenser, the above-mentioned drawbacks of the equipment have been eliminated and improved. However, in order to produce metallic magnesium using the above-mentioned equipment, there are obstacles in terms of operational technology. In other words, the magnesium vapor generated in the electric furnace condenses and adheres as soon as it reaches the low temperature part of the furnace, so magnesium vapor is deposited on the electrode penetration part of the furnace lid, inside or behind the lining between the three electrodes, etc. If the vapor penetrates and deposits, leakage between the electrodes will occur, causing major electrical troubles. Furthermore, if magnesium precipitates and dust generated in the furnace adhere to the electrode penetration part, this will impede the lifting and lowering of the electrode, accelerate damage to the airtight maintenance mechanism of the electrode part, and furthermore prevent electrical leakage between the electrode and the furnace lid. Cause. The dust generated in the electric furnace is normally introduced into the magnesium condenser together with magnesium vapor and furnace gas through the magnesium introduction pipe, but a part of the dust adheres to the introduction pipe and the introduction pipe is blocked. The company was forced to suspend operations. As a result of detailed research and repeated experiments regarding the various problems in the operational technology described above, the inventors of the present invention found that the above drawbacks can be eliminated by the configuration described in the claims. The manufacturing method has been perfected. That is, the present invention provides a method for producing metallic magnesium, in which a substance containing magnesium oxide is melted and reduced in an electric furnace using a reducing agent under reduced pressure, and the magnesium vapor generated at the time is introduced into a magnesium vapor condenser and condensed. (a) When melting and reducing a magnesium oxide-containing material and a reducing agent as raw materials under reduced pressure, a three-phase AC immersion arc closed electric furnace is used, and the three electrodes of the electric furnace are connected to each other. At least one gas selected from H 2 , He, Ar, and N 2 is introduced into the vicinity of the part of the electrode that penetrates the furnace lid to prevent magnesium vapor or dust from adhering to the part of the electrode that penetrates the furnace lid. Means for preventing; (b) When introducing the magnesium vapor generated in the electric furnace into the condenser together with the furnace gas,
Means for condensing magnesium vapor in the condenser and maintaining it in a liquid state while maintaining the interior of the condenser at a temperature that does not fall below the melting temperature of magnesium metal; (c) A predetermined amount of liquid magnesium is stored in the condenser. (d) When a predetermined amount of slag and by-product metal accumulates in the electric furnace, After returning the pressure in the electric furnace and condenser to normal pressure using at least one gas selected from H 2 , He, Ar, and N 2 , the slag exhaust installed at the bottom of the electric furnace is Means for discharging slag and by-product metal from the outlet; This invention relates to a method for producing metal magnesium by melting and reduction using an electric furnace, characterized by comprising a series of means (a) to (d) above. Next, the present invention will be explained in detail. Figure 1 is an overall equipment system diagram of the metal magnesium production apparatus used in the method of the present invention, and is a three-phase AC immersion arc closed electric furnace according to the aforementioned Japanese Patent Application No. 57-69535 and Japanese Patent Application No. 57-103104. and a magnesium steam condenser and its ancillary equipment. The electric furnace includes an electric furnace body 1, a furnace lid 15, and an electrode 9, and a discharge port 10 at the bottom of the furnace body 1 for discharging slag and by-product metal.
Moreover, a magnesium vapor introduction pipe 6 for introducing magnesium vapor into the condenser and a furnace gas discharge port separate from the introduction pipe are provided in the upper part. Three electrodes 9 are disposed in the furnace lid 15 in a delta shape so as to pass through the furnace lid, and the electrodes are movable up and down, and are completely isolated from the outside air. In addition, a raw material input pipe 11 is located in the center of the furnace lid.
is arranged, and a raw material storage container 12 is placed above it.
is provided. A magnesium steam condenser 2 is connected to the electric furnace via a magnesium steam introduction pipe 6,
The lower part of the condenser has an outlet for discharging liquid magnesium and an outlet for discharging dust and dross, and the outlet is provided with a stopper 16 that can be opened and closed. An airtight casting chamber 3 and an airtight chamber 4 are provided in close contact with the discharge port. The upper part of the condenser has an outlet for the residual gas after condensation and separation of the magnesium vapor, and a dust collector 5 is attached before that to remove dust contained in the residual gas. Further, a gas pipe 18 is provided in order to circulate and use the gas purified by the dust collector 5 as an inflow gas to the electric furnace, and a gas pipe 18 is provided in the middle of the pipe to suck and circulate the gas in the furnace. A gas suction pump 7, a gas holding container 8 for adjusting the flow rate of the gas, and a gas container 17 for replenishing the gas are attached. Further, even when gas is sucked from the furnace gas outlet disposed in the upper part of the electric furnace body 1, the gas suction pump 7 is provided with a pipe 19 so that the gas can be reused for circulation. A gas cooler 14 and a dust collector 3 are attached in the middle of the pipe 19. Note that this gas suction system and the gas suction system that passes through the magnesium condenser can be easily switched. Next, the operating method of the present invention will be explained. As raw materials, a magnesium oxide-containing substance, a reducing agent and, if necessary, a slag-forming agent are used to adjust the particle size to an appropriate particle size, and each is charged into the electric furnace either alone or in a mixed state after being blended in an appropriate amount,
It is melted and reduced. The magnesium oxide-containing material may be natural magnesia, seawater magnesia, dolomite, ferrochrome slag, or the like. A metal or alloy of silicon and/or aluminum is used as the reducing agent. When these are charged into an electric furnace and heated and melted, magnesium metal is produced according to the following reaction formula. 2MgO + Si = 2Mg + SiO 2 3MgO + 2A = 3Mg + A 2 O 3The produced magnesium becomes steam and evaporates because the molten raw material in the electric furnace is at a high temperature of about 1600℃.
It is introduced into a magnesium vapor reducer where it is condensed and collected as liquid magnesium. SiO 2 and A 2 O 3 shown in the above reaction formula become slag, but the slag that is produced is easily melted down and reduced, and the magnesium vapor produced by the reaction is easily generated and discharged from the electric furnace. In order to make this easy, it is necessary to have a composition with good fluidity. A slagging agent is added to give the slag the proper composition. The slag forming agent mainly contains A.
2 O 3 , CaO-containing substances, etc. are used, but a substance that provides an appropriate slag composition is selected and used depending on the magnesium-containing substance used. In performing the melting reduction of the above-mentioned raw materials and the condensation collection of magnesium vapor, the inside of the electric furnace and the magnesium vapor condenser are replaced with at least one gas selected from H 2 , He, Ar, and N 2 . The internal pressure (hereinafter referred to as the device internal pressure) is
30 to 100 Torr, usually in the range of 30 to 50 Torr. The pressure range of the magnesium production reaction according to the above reaction formula is very wide, and in fact, in the production of metallic magnesium using an electric furnace, the pressure range ranges from several tens of Torr, which is normally used, to a maximum of 1,500 Torr (US patent
Pressure ranges up to 3475162) have been used. The reason why the pressure ranges in the electric furnace and the magnesium vapor condenser are limited as above in the method of the present invention will be explained with reference to the phase diagram of metallic magnesium shown in FIG. As shown in FIG. 2, metallic magnesium has only a vapor phase and a solid phase, and no liquid phase exists at pressures below several Torr. In addition, a liquid phase exists above a few Torr and below 30 Torr, but the liquidus temperature range is narrow.
The operating conditions are difficult to efficiently condense magnesium vapor and maintain it in a liquid state, making it impractical. Conversely, as the pressure increases, the vaporization temperature (boiling point) of magnesium increases, so the magnesium vapor is repeatedly condensed and vaporized in the electric furnace before being introduced into the magnesium vapor condenser, reducing production efficiency. A phenomenon occurs in which condensation occurs near the magnesium steam introduction pipe that connects the electric furnace and the magnesium steam condenser, causing the system to become clogged. As a result of various experiments, it was found that the above-mentioned problems do not occur when the liquidus temperature range is about 200°C or more and the liquefaction temperature is about 1000°C or less. That is, the pressure in the electric furnace and in the magnesium steam condenser is 30~
It is necessary to set it within the range of 100 Torr, and within the range of 30 to 50 Torr is particularly preferable. Furthermore, the temperature inside the magnesium vapor condenser must be maintained within the range of 650 to 950°C due to the above pressure range. Since 650℃ is the melting point of magnesium,
Below that temperature, magnesium solidifies, and above 950°C, magnesium vapor evaporates without condensing. To adjust the temperature of the magnesium vapor condenser, a heating wire, a nonmetallic heating element, or a high frequency heating device can be used. Most of the magnesium vapor generated in the electric furnace is introduced into the magnesium vapor condenser together with the furnace gas and condensed, but some of it reaches the low temperature part of the electric furnace and immediately condenses and adheres to it.
If magnesium vapor penetrates into the electrode penetration part of the furnace cover or inside or behind the lining between the three electrodes and deposits and adheres, leakage between the electrodes will occur, causing major electrical problems. Furthermore, if magnesium precipitates and dust generated in the furnace adhere to the electrode penetration part, this will impede the lifting and lowering of the electrode, accelerate damage to the airtight maintenance mechanism of the electrode part, and furthermore prevent electrical leakage between the electrode and the furnace lid. Cause. According to the method of the present invention, in order to prevent such troubles, when melting and reducing the raw material, one of H 2 , He, Ar, and N 2 is released from each of the furnace cover through holes of the three electrodes. By allowing one type of gas to flow out, the above-mentioned problems can be easily prevented. At that time, during normal operation, that is, when the pressure inside the device is 30 to 50 Torr, the flow rate of the gas is 5 cm/cm at the linear velocity at the outlet of the furnace cover electrode through hole.
When the temperature is sec or more, precipitation of magnesium and adhesion of dust around the electrode penetration portion and around the electrode are no longer observed. However, the flow rate of the gas that can prevent the adhesion of magnesium and dust needs to be changed as the pressure inside the device changes.
For example, when the means set forth in claim 1 (d) is used, that is, when the pressure inside the apparatus is returned to normal pressure in order to discharge the slag and by-product metal accumulated in the electric furnace, or when the raw material is When a large amount of magnesium vapor is generated due to a large amount of magnesium vapor being introduced and the pressure inside the device increases, the force of the inflowing gas from the electrode through hole outlet is pushed back, causing magnesium to adhere to the electrode through hole. . On the other hand, if too much of the inflow gas is allowed to flow, if the suction capacity for the furnace gas and magnesium vapor is insufficient, the pressure inside the device will increase and pressure control will become difficult, and even if the suction capacity is sufficient,
Above a certain flow rate, the efficiency of the magnesium condenser decreases. As a result of experiments with various electric furnace volumes,
The upper limit of the inflow gas flow rate at which the above phenomenon does not occur is 120×Scm/linear velocity at the outlet of the electrode through hole.
It was found that it is expressed in sec (S is the furnace internal volume m 3 ). That is, the flow rate of the incoming gas is adjusted according to the pressure inside the apparatus within the range of 5 to 120 x Scm/sec at the linear velocity at the outlet of the electrode through hole of the furnace cover. Magnesium vapor generated in the electric furnace is sucked together with some dust and furnace gas and introduced into a magnesium vapor condenser, where the magnesium vapor is condensed and liquefied and separated, and the remaining gas is discharged from the upper part of the condenser. A part or all of this exhaust gas can be recycled and used as an inflow gas into the electrode through-hole portion of the lid of the electric furnace. This method makes it possible to greatly reduce the amount of relatively expensive gases used, such as H 2 , He, and Ar, and in fact has great effects because only a small amount of gas lost during operation needs to be replenished. be. In order to circulate and use the in-furnace gas, the gas circulation system is provided with at least one selected from the group consisting of an in-furnace gas suction device, a suction gas cooler, a dust collector, and a suction gas holding container. It is possible to suction, cool, purify, and adjust the flow rate of gas in the furnace. According to this circulating use of gas in the furnace, if the pressure inside the device hardly changes, when the amount of incoming gas increases, the amount of exhaust gas also increases proportionally, so the intake and exhaust cannot be balanced. , operation becomes easier. Further, when the internal pressure of the apparatus changes, it can be adjusted by storing and discharging the gas into the suction gas holding container. Furthermore, an inflow gas for preventing adhesion of magnesium vapor and dust can be allowed to flow in not only through the furnace lid electrode through-hole but also through the raw material inlet of the electric furnace. By this means, it is possible to prevent the raw material input port from being blocked when the raw material input is temporarily interrupted. Next, the magnesium vapor generated in the electric furnace is normally introduced into the magnesium condenser, but during periods when a large amount of dust is generated, it is necessary to restart the electric furnace at the start or after returning the pressure inside the device to normal pressure. When slag and by-product metals are discharged, an in-furnace gas suction device is provided separately from the magnesium condenser, and the in-furnace gas containing a large amount of dust can be separately suctioned. In such cases, the dust components are approximately 85-95% MgO, 5-20% C,
CaO and A 2 O 3 are about 1%, and the main components are not fine powder generated from raw materials, but MgO + C → Mg
It was found that MgO and C produced by the reverse reaction of +CO accounted for most of the content. The fact that the above-mentioned reverse reaction occurs in an Ar atmosphere means that
Forward reaction of the above reaction formula that generates CO gas
MgO+C→Mg+CO must occur. Furthermore, as is well known, the forward reaction in the above reaction formula occurs at temperatures above 1800°C, so slag builds up around the graphite electrode at the start of operation or after discharging slag and by-product metals from the electric furnace. It is thought that this occurs only when local heating is performed by arc heat when it is not sufficiently formed. The present inventors confirmed the above phenomenon in actual operation, and found that during the period when blockage on the magnesium steam condenser side is expected, an in-furnace gas suction device installed in a separate system from the condenser and its auxiliary equipment By operating the magnesium vapor condenser and drawing it into the condenser only when highly pure magnesium vapor is generated, excluding such times, it is possible to reduce blockage or contamination of the magnesium vapor condenser and its ancillary equipment. Long-term operation becomes possible. Further, the in-furnace gas suction device, suction gas holding container, etc. may be used alone or in common, as shown in FIG. 1, for suctioning from the magnesium vapor condenser side and for suctioning from another system. After the internal pressure of the liquid magnesium device stored in the lower part of the magnesium condenser is returned to normal pressure, the discharge port of the condenser can be opened and the liquid can flow out for casting. A chamber is provided, a mold is installed in the chamber, the pressure is reduced in the airtight casting chamber, liquid magnesium is flowed out at almost the same pressure as the inside of the device, and the liquid magnesium is cast, thereby allowing independent operation independent of the operation of the electric furnace. can do. Note that a continuous casting device can also be used in casting. In the magnesium condenser, dust and a slag-like component usually called dross accumulates, but when a certain amount of the dust and dross has accumulated, after liquid magnesium is discharged from the outlet, A separate dross receiver may be installed to discharge the dust and dross, or a separate dross discharge port may be provided at the bottom of the condenser to discharge the dust and dross. In the latter case, it is preferable to provide an airtight chamber that can accommodate the dross receiver in close contact with the dross outlet. Next, when electric furnace operation continues, SiO 2 , A
Slag mainly composed of 2 O 3 and by-product metal (mainly low-grade Si ferrosilicon) after consuming Si and A accumulate at the bottom of the electric furnace. When discharging the slag and by-product metal, the pressure inside the electric furnace is returned to normal pressure using at least one gas selected from H 2 , He, Ar, and N 2 . Open the discharge port provided at the bottom of the electric furnace to discharge. At that time, it is possible to stop the gas flowing into the electric furnace, but the pressure inside the electric furnace will be slightly reduced and there is a risk of outside air entering from the exhaust port, so the electric It is safer to maintain normal pressure while allowing gas to flow into the furnace. Further, when the pressure is set to normal pressure, the amount of dust generated increases, so in order to prevent the dust from entering the magnesium condenser, the furnace gas can be sucked in from the condenser and another furnace gas outlet. . As shown above, when the pressure inside the device exceeds 100 Torr, the gas inside the furnace is sucked through a separate system without passing through the magnesium condenser, and during normal operation (30 to
100 Torr), the quality of the produced metallic magnesium is improved by introducing the furnace gas and magnesium vapor into the magnesium condenser and condensing it.On the other hand, as the pressure inside the electric furnace increases, magnesium vapor is generated. Since the amount decreases, the loss of magnesium itself is small, and the effect on the magnesium yield is minimal. Next, examples of the present invention will be described. Example 1 Calcined dolomite (2CaO.MgO) and calcined magnesite (MgO) were used as raw materials containing magnesium oxide, and ferrosilicon aluminum (FeSiA) was used as a reducing agent. The raw material composition and blending ratio of each are shown in Table 1.
The particle size of the raw material is about 1 to 15 mm.
【表】【table】
【表】
150KVAの三相交流密閉式電気炉(電極径127
mmφ、炉内径800mmφ)を用いて溶融還元を実施
するに当り、前記電気炉内をアルゴンガス雰囲気
とし、前記配合原料を投入しながら通電して原料
を溶解した。ついで前記電気炉およびマグネシウ
ム蒸気凝縮器内の圧力を30〜50Torrの範囲内に
減圧し、そのまま保持しながら前記混合原料を逐
次投入して溶解した。
操業開始から12時間後まで、炉内ガスはマグネ
シウム凝縮器と別のガス排出口から吸引して操業
当初大量にダストがマグネシウム凝縮器等に導入
されないようにし、また同時に炉蓋の電極貫通孔
から電気炉内に流入させるアルゴンガスの流速は
約30cm/secとした。12時間経過後、正常操業
(装置内圧力30〜100Torrで炉内ガスおよびマグ
ネシウム蒸気をマグネシウム凝縮器へ吸引、導入
する操業をいう)に切り換えるに当り、前記電気
炉内への流入ガス流速を20cm/secとし、酸化マ
グネシウムが還元されて生じたマグネシウム蒸気
を炉内ガスとともにマグネシウム凝縮器に導入さ
せ、マグネシウム蒸気を凝縮させて液体マグネシ
ウムとして集めた。
この操業中、電気炉の溶湯温度を約1600℃に保
つように、またマグネシウム蒸気凝縮器内の温度
を約800℃に調整保持した。
一定時間操業して、マグネシウム蒸気凝縮器の
器底に液体マグネシウムが一定量蓄留したとき、
該液体マグネシウムを気密鋳造室内に流出させ、
鋳型に直接鋳造した。また、前記マグネシウム蒸
気凝縮器内にダストやドロスが蓄積したときは、
気密室内に設置されているドロス受器に排出させ
た。
電気炉操業を継続し、該電気炉内にスラグおよ
び副生メタルが一定量蓄積したとき、装置内圧力
をアルゴンガスを用いて常圧に戻し、同時に、マ
グネシウム凝縮器と別のガス排出口から炉内ガス
吸引し、電極貫通孔からの流入ガス流速を約30
cm/secとしながら、前記電気炉からスラグおよ
び副生メタルを排出した。
上記スラグおよび副生メタルの排出が完了した
後、装置内圧力を30〜100Torrに戻して正常操業
に復帰させた。
以上の如くして操業を続けた結果、8日間の操
業後も炉蓋の電極貫通孔部分へのマグネシウム蒸
気の析出付着またはダストの付着がなく、長期間
の安定操業が可能であつた。さらに操業当初と常
圧時にマグネシウム凝縮器に炉内ガスを導入しな
いことにより、該マグネシウム凝縮器からのダス
トおよびドロスの排出回数は常に炉内ガスをマグ
ネシウム凝縮器に導入する場合に比較して約1/2
に減少した。そのうえ上記両者を比較すると明ら
かに製造された金属マグネシウムの品位の向上が
第2表に示すごとく見られた。[Table] 150KVA three-phase AC closed electric furnace (electrode diameter 127
mmφ, furnace inner diameter 800 mmφ), the inside of the electric furnace was made into an argon gas atmosphere, and electricity was applied while charging the raw materials to melt the raw materials. Next, the pressure in the electric furnace and magnesium vapor condenser was reduced to a range of 30 to 50 Torr, and while maintaining the pressure, the mixed raw materials were successively introduced and melted. Until 12 hours after the start of operation, the gas in the furnace is sucked through the magnesium condenser and a separate gas outlet to prevent large amounts of dust from being introduced into the magnesium condenser etc. at the beginning of operation. The flow rate of the argon gas flowing into the electric furnace was approximately 30 cm/sec. After 12 hours, when switching to normal operation (operation in which furnace gas and magnesium vapor are sucked and introduced into the magnesium condenser at an internal pressure of 30 to 100 Torr), the inflow gas flow rate into the electric furnace is reduced to 20 cm. /sec, and the magnesium vapor produced by reducing magnesium oxide was introduced into the magnesium condenser together with the furnace gas, and the magnesium vapor was condensed and collected as liquid magnesium. During this operation, the temperature of the molten metal in the electric furnace was maintained at approximately 1600°C, and the temperature inside the magnesium steam condenser was adjusted and maintained at approximately 800°C. When a certain amount of liquid magnesium accumulates at the bottom of the magnesium vapor condenser after a certain period of operation,
Flowing the liquid magnesium into an airtight casting chamber,
Cast directly into a mold. In addition, when dust or dross accumulates in the magnesium vapor condenser,
The dross was discharged into a dross receiver installed in an airtight room. When the electric furnace continues to operate and a certain amount of slag and by-product metal accumulates in the electric furnace, the pressure inside the equipment is returned to normal pressure using argon gas, and at the same time, the pressure is returned to normal pressure from the magnesium condenser and another gas outlet. Gas is sucked into the furnace, and the inflow gas flow rate from the electrode through hole is set to approximately 30%.
cm/sec, slag and by-product metal were discharged from the electric furnace. After the discharge of the slag and by-product metals was completed, the pressure inside the apparatus was returned to 30 to 100 Torr to restore normal operation. As a result of continuing the operation as described above, even after 8 days of operation, there was no precipitation of magnesium vapor or adhesion of dust to the electrode through-hole portion of the furnace lid, and stable operation for a long period of time was possible. Furthermore, by not introducing furnace gas into the magnesium condenser at the beginning of operation and at normal pressure, the number of times dust and dross are discharged from the magnesium condenser is about 100% compared to when furnace gas is always introduced into the magnesium condenser. 1/2
decreased to Moreover, when comparing the two above, it was clearly seen that the quality of the produced metallic magnesium was improved as shown in Table 2.
【表】
比較例 1
実施例1と同様の操業において、正常操業時に
炉蓋の電極貫通孔から電気炉内に流入させるアル
ゴンガスの流速を3cm/secとしたとき、電極周
辺にマグネシウム蒸着物の付着が見られ、約3日
後に漏電現象が観察され電気炉操業を停止した。
装置を解体した結果、マグネシウム凝縮器にもダ
ストの蓄留量の増加が見られ、前記マグネシウム
蒸着物やダストの除去操作を必要とした。
実施例 2
150KVAの三相交流密閉式電気炉および実施例
1と同様の原料を用いて電気炉内の容湯温度は約
1600℃、マグネシウム凝縮器内の温度は約800℃
に調整保持して操業した。
装置内圧力は正常操業時30〜50Torrに保ち、
炉内ガスならびに電極貫通孔からの流入ガスはア
ルゴンガスを使用し、そのガス流速は電極貫通孔
出口部分で通常20cm/secを基準として、装置内
圧力が増えた場合、それに応じて増加させた。
正常操業においては、電気炉で生成したマグネ
シウム蒸気は炉内ガスと共にマグネシウム凝縮器
に吸引されマグネシウムのみ凝縮分離して残つた
ガスおよびダストの一部は前記凝縮器の上部から
排出され、ついで集塵器により残ガス中のダスト
を除去したのち、電気炉への電極貫通孔からの流
入ガスとして循環使用た。また、操業開始から12
時間までと、一定時間操業を続けて炉内にスラグ
および副生メタルが蓄留し、その排出を行なうた
め装置内を常圧に戻したとき、マグネシウム凝縮
器と別のガス排出口から炉内ガスを吸引し、同様
に除塵、冷却、を行なつたのち循環使用した。な
お、必要により原料投入を一時中断した場合な
ど、例えば、スラグ、副生メタルの排出のときは
原料投入口から同様にアルゴンガスを電気炉内に
流入させ、マグネシウム蒸気およびダスト付着に
よる閉塞などを防止した。
このアルゴンガス循環使用に際し、第1図に示
したようにマグネシウム凝縮器の系統と別に炉内
ガスを吸引する系統の吸引ポンプ口を共用し、電
気炉へのガス流入も兼ねることによつて、常時電
気炉への流入ガスと排出ガスのバランスが取りや
すくなつた。
また正常操業時の圧力(30〜100Torr)と常圧
の切換に際しては、ガス循環系統の途中に設けら
れたガス保持容器8を用いて、減圧する場合は余
剰ガスを前記容器内に保持し、圧を上げるときは
それを放出することによつて調整した。
以上のような操作によつて、操業中アルゴンガ
スの新規使用はほとんど必要なく、高価なアルゴ
ンガス使用による製造原価への影響はほとんど皆
無であつた。
以下、液体マグネシウムの鋳造、また電気炉か
らのスラグおよび副生メタルの排出等は実施例1
と同様に行なわれ操業した。
その結果、炉蓋の電極貫通部分などへのマグネ
シウム蒸着物、およびダストの付着はまつたくな
く、金属マグネシウムの純度も向上した。
実施例 3
150KVAの三相交流密閉式電気炉および実施例
1と同様の原料を用いて電気炉内の溶湯温度は約
1600℃、マグネシウム凝縮器内の温度は約800℃
に調整保持して操業した。
装置内圧力は正常操業時30〜100Torrに保ち、
炉内ガスならびに電極貫通孔からの流入ガスはア
ルゴンガスを使用し、そのガス流速は電極貫通孔
出口部分で通常40cm/secとした。
電気炉で生成したマグネシウム蒸気は炉内ガス
と共にマグネシウム凝縮器に吸引されマグネシウ
ムのみ凝縮分離して残つたガスおよびダストの一
部は前記凝縮器の上部から排出されるが、正常操
業時またはスラグ、副生メタル排出のため常圧に
戻したときに無関係に、マグネシウム凝縮器を通
して炉内ガスおよびマグネシウム蒸気の排出を行
なつた。
この場合、電気炉内で発生するダストはすべて
マグネシウム凝縮器に導入されるため、前記凝縮
器からのダスト及びドロスの排出回数が増えた。
すなわち、前記凝縮器から液体マグネシウムを流
出させ鋳造する度毎にダストが排出され、実施例
1あるいは2に比較して鋳造されたマグネシウム
金属の汚れが多く、品位の面でも劣るものであつ
た。また、凝縮器内の清掃を2日に1回程度行な
う必要があつた。
第2表に本発明方法によつて製造された金属マ
グネシウムの品位例を示したが、従来のように再
溶解をしなくとも市販品と同等以上のものであつ
た。第3表は本発明方法による操業結果をまとめ
たものである。[Table] Comparative Example 1 In the same operation as in Example 1, when the flow rate of argon gas flowing into the electric furnace from the electrode through hole in the furnace lid during normal operation was 3 cm/sec, magnesium vapor deposits were formed around the electrode. Adhesion was observed, and about 3 days later an electrical leakage phenomenon was observed and the electric furnace operation was stopped.
As a result of dismantling the equipment, an increase in the amount of dust accumulated in the magnesium condenser was also observed, necessitating an operation to remove the magnesium deposits and dust. Example 2 Using a 150KVA three-phase AC closed electric furnace and the same raw materials as in Example 1, the temperature of the hot water in the electric furnace was approximately
1600℃, the temperature inside the magnesium condenser is about 800℃
The operation was carried out with the adjustment maintained. The pressure inside the device is maintained at 30 to 50 Torr during normal operation.
Argon gas was used as the gas in the furnace and the inflow gas from the electrode through hole, and the gas flow rate was normally 20 cm/sec at the exit of the electrode through hole, and was increased accordingly if the pressure inside the device increased. . During normal operation, the magnesium vapor generated in the electric furnace is sucked into the magnesium condenser together with the furnace gas, only the magnesium is condensed and separated, and some of the remaining gas and dust are discharged from the upper part of the condenser and then collected. After the dust in the residual gas was removed using a vessel, it was recycled and used as an inflow gas from the electrode through hole to the electric furnace. In addition, since the start of operations, 12
When slag and by-product metal accumulate in the furnace after continuous operation for a certain period of time, and when the inside of the equipment is returned to normal pressure to discharge it, the inside of the furnace is discharged from the magnesium condenser and another gas outlet. The gas was sucked, dust removed and cooled in the same manner, and then recycled and used. In addition, when raw material input is temporarily interrupted as necessary, for example, when discharging slag or by-product metal, argon gas is similarly flowed into the electric furnace from the raw material input port to prevent blockages caused by magnesium vapor and dust adhesion. Prevented. When using this argon gas circulation, as shown in Figure 1, the suction pump port of the system for suctioning the furnace gas is shared with the magnesium condenser system, and also serves as the gas inflow into the electric furnace. It has become easier to maintain a balance between the gas constantly flowing into the electric furnace and the exhaust gas. In addition, when switching between the pressure during normal operation (30 to 100 Torr) and normal pressure, a gas holding container 8 provided in the middle of the gas circulation system is used, and when reducing the pressure, excess gas is held in the container, When increasing the pressure, it was regulated by releasing it. Due to the above operations, there was almost no need for new use of argon gas during operation, and the use of expensive argon gas had almost no effect on manufacturing costs. The following describes the casting of liquid magnesium and the discharge of slag and by-product metal from the electric furnace in Example 1.
It was carried out and operated in the same manner. As a result, the adhesion of magnesium vapor deposits and dust to the electrode penetration parts of the furnace cover was prevented, and the purity of metallic magnesium was improved. Example 3 Using a 150KVA three-phase AC closed electric furnace and the same raw materials as in Example 1, the temperature of the molten metal in the electric furnace was approximately
1600℃, the temperature inside the magnesium condenser is about 800℃
The operation was carried out with the adjustment maintained. The pressure inside the device is maintained at 30 to 100 Torr during normal operation.
Argon gas was used as the in-furnace gas and the inflow gas from the electrode through-hole, and the gas flow rate was normally 40 cm/sec at the exit of the electrode through-hole. The magnesium vapor generated in the electric furnace is sucked into the magnesium condenser together with the furnace gas, and only the magnesium is condensed and separated, and some of the remaining gas and dust are discharged from the upper part of the condenser, but during normal operation or slag, In order to discharge by-product metals, the furnace gas and magnesium vapor were discharged through the magnesium condenser regardless of when the pressure was returned to normal. In this case, since all the dust generated in the electric furnace is introduced into the magnesium condenser, the number of times dust and dross are discharged from the condenser has increased.
That is, each time liquid magnesium was discharged from the condenser and cast, dust was discharged, and compared to Examples 1 and 2, the cast magnesium metal had more dirt and was inferior in quality. Additionally, it was necessary to clean the inside of the condenser about once every two days. Table 2 shows examples of the quality of magnesium metal produced by the method of the present invention, which was equivalent to or better than commercially available products even without remelting as in the conventional method. Table 3 summarizes the results of operation according to the method of the present invention.
【表】【table】
第1図は本発明方法に使われた金属マグネシウ
ム製造装置の全体の設備系統図、第2図は金属マ
グネシウムの状態図である。
1…電気炉炉体、2…マグネシウム蒸気凝縮
器、3…気密鋳造室、4…気密室、5…集塵機、
6…マグネシウム蒸気導入管、7…ガス吸引ポン
プ、8…ガス保持容器、9…電極、10…スラグ
排出口、11…原料投入口、12…原料貯蔵容
器、13…集塵機、14…ガス冷却器、15…炉
蓋、16…ストツパー、17…ガス容器、18…
ガス配管、19…ガス配管。
FIG. 1 is an overall equipment system diagram of a metal magnesium manufacturing apparatus used in the method of the present invention, and FIG. 2 is a state diagram of metal magnesium. 1... Electric furnace furnace body, 2... Magnesium vapor condenser, 3... Airtight casting chamber, 4... Airtight chamber, 5... Dust collector,
6... Magnesium vapor introduction pipe, 7... Gas suction pump, 8... Gas holding container, 9... Electrode, 10... Slag discharge port, 11... Raw material input port, 12... Raw material storage container, 13... Dust collector, 14... Gas cooler , 15... Furnace cover, 16... Stopper, 17... Gas container, 18...
Gas piping, 19...Gas piping.
Claims (1)
を用いて電気炉により溶融還元し、その際発生す
るマグネシウム蒸気マグネシウム蒸気凝縮器内に
導入して凝縮させる金属マグネシウムの製造方法
において、 (イ) 原料として酸化マグネシウム含有物質と還元
剤とを減圧下で溶融還元するに当り、三相交流
浸漬アーク式密閉電気炉を用いて、前記電気炉
の3本の電極がそれぞれ電気炉の炉蓋を貫通す
る部分の近傍にH2,He,Ar,N2のなかから選
ばれる何れか少なくとも1種のガスを流入させ
て電極の炉蓋貫通部分にマグネシウム蒸気ある
いはダストが付着することを防止する手段; (ロ) 前記電気炉内で生成されるマグネシウム蒸気
を炉内ガスと共に凝縮器内に導入するに当り、
凝縮器内をマグネシウム金属の溶融温度に下廻
らない温度に保持しつつ、マグネシウム蒸気を
凝縮器内に凝縮させて液体状態で保持する手
段; (ハ) 前記凝縮器内に液体マグネシウムが所定量蓄
留したとき、凝縮器の下部に設けられた排出口
より液体マグネシウムを流出させ、鋳型に鋳込
み、凝固させる手段; (ニ) 前記電気炉内にスラグおよび副生メタルが所
定量蓄留したとき、電気炉ならびに凝縮器内の
圧力をH2,He,Ar,N2のなかから選ばれる何
れか少なくとも1種のガスを用いて常圧に戻し
た後、電気炉の下部に設けられたスラグ排出口
よりスラグおよび副生メタルを排出させる手
段; 前記(イ)〜(ニ)の一連の手段からなることを特徴と
する金属マグネシウムの電気炉による溶融還元製
造方法。 2 前記(イ)〜(ハ)の手段において電気炉ならびにマ
グネシウム蒸気凝縮器内の圧力を30〜100Torrと
することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の製造方法。 3 前記マグネシウム蒸気凝縮器内の温度を電熱
線、非金属発熱体あるいは高周波加熱装置を用い
て650〜950℃温度範囲内に保持することを特徴と
する特許請求の範囲第1項あるいは2項の何れか
に記載の製造方法。 4 前記(イ)〜(ニ)の手段において、マグネシウム蒸
気を凝縮させた後の炉内ガスを電極の炉蓋貫通部
分の流入ガスとして循環使用することを特徴とす
る特許請求の範囲第1〜3項の何れかに記載の製
造方法。 5 前記炉内ガスを循環使用するに際し、循環系
統に炉内ガス吸引装置、吸引ガス冷却器、集塵器
ならびに吸引ガス保持容器のうちから選ばれる何
れか少なくとも一つを設けて炉内ガス吸引、冷
却、精製ならびに流量調整を行ことを特徴とする
特許請求の範囲第1項〜4項の何れかに記載の製
造方法。 6 前記(イ)、(ニ)の手段において、電気炉の原料投
入口にH2,He,Ar,N2のなかから選ばれる何れ
か少なくとも1種のガスを流入させ、マグネシウ
ム蒸気あるいはダストの付着による原料投入口の
閉塞を防止することを特徴とする特許請求の範囲
第1〜5項の何れかに記載の製造方法。 7 前記(イ)、(ニ)の手段において、電気炉で発生す
るマグネシウム蒸気を凝縮器内に導入するマグネ
シウム蒸気導入口のほかに電気炉の側壁に設けら
れた炉内ガスおよび粉塵排出口より、炉内ガスお
よび粉塵を吸引して前記導入口の閉塞を防止する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1〜6項の何
れかに記載の製造方法。 8 前記(イ)、(ニ)の手段において、ガスの流出線速
度Vを電極の炉蓋貫通部分あるいは原料投入口部
分で5cm/sec以上とし、また最大120×Scm/
sec(Sは炉内容積;m3)とするとを特徴とする
特許請求の範囲第1〜7項の何れかに記載の製造
方法。 9 前記(ハ)の手段において、凝縮器下部に設けら
れた排出口より液体マグネシウムを流出させるに
際し、前記排出口と連結されている気密鋳造室内
をH2,He,Ar,N2のなかから選ばれる何れか少
なくとも1種の雰囲気となし、前記気密鋳造室内
に設けられた鋳型に常圧下であるいは減圧下で鋳
込み、凝固させることを特徴とする特許請求の範
囲第1項〜8項の何れかに記載の製造方法。 10 前記(ニ)の手段において、スラグおよび副生
メタルを排出させるに当り、電気炉内H2,He,
Ar,N2のなかから選ばれる何れか少なくとも1
種のガスの導入を行い、常圧に保持しながら排出
させることを特徴とする特許請求の範囲第1項〜
9項の何れかに記載の製造方法。[Scope of Claims] 1. A method for producing metallic magnesium, in which a substance containing magnesium oxide is melted and reduced in an electric furnace using a reducing agent under reduced pressure, and the magnesium vapor generated at the time is introduced into a magnesium vapor condenser and condensed. (a) When melting and reducing a magnesium oxide-containing material and a reducing agent as raw materials under reduced pressure, a three-phase AC immersion arc sealed electric furnace is used, and the three electrodes of the electric furnace are connected to each other. At least one gas selected from H 2 , He, Ar, and N 2 is introduced into the vicinity of the part of the electrode that penetrates the furnace lid to prevent magnesium vapor or dust from adhering to the part of the electrode that penetrates the furnace lid. Means for preventing; (b) When introducing the magnesium vapor generated in the electric furnace into the condenser together with the furnace gas,
Means for condensing magnesium vapor in the condenser and maintaining it in a liquid state while maintaining the temperature in the condenser at a temperature not lower than the melting temperature of magnesium metal; (c) A predetermined amount of liquid magnesium is stored in the condenser. (d) When a predetermined amount of slag and by-product metal accumulates in the electric furnace, After returning the pressure in the electric furnace and condenser to normal pressure using at least one gas selected from H 2 , He, Ar, and N 2 , the slag exhaust installed at the bottom of the electric furnace is A method for manufacturing magnesium metal by smelting and reduction in an electric furnace, characterized by comprising a series of means (a) to (d) above: means for discharging slag and by-product metal from an outlet; 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein in the means (a) to (c), the pressure in the electric furnace and the magnesium vapor condenser is set to 30 to 100 Torr. 3. The temperature in the magnesium vapor condenser is maintained within a temperature range of 650 to 950°C using a heating wire, a nonmetallic heating element, or a high frequency heating device. The manufacturing method described in any of the above. 4. Claims 1 to 4 are characterized in that in the means (a) to (d) above, the furnace gas after condensing the magnesium vapor is circulated and used as the inflow gas of the furnace lid penetrating portion of the electrode. The manufacturing method according to any of Item 3. 5. When circulating the furnace gas, the circulation system is equipped with at least one selected from a furnace gas suction device, a suction gas cooler, a dust collector, and a suction gas holding container to suck the furnace gas. 5. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that cooling, purification, and flow rate adjustment are performed. 6 In the means of (a) and (d) above, at least one gas selected from H 2 , He, Ar, and N 2 is flowed into the raw material input port of the electric furnace, and magnesium vapor or dust is produced. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that clogging of the raw material input port due to adhesion is prevented. 7 In the means of (a) and (d) above, in addition to the magnesium vapor inlet that introduces the magnesium vapor generated in the electric furnace into the condenser, the in-furnace gas and dust outlet provided on the side wall of the electric furnace The manufacturing method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the in-furnace gas and dust are sucked to prevent clogging of the inlet. 8 In the means of (a) and (d) above, the outflow linear velocity V of the gas is set to 5 cm/sec or more at the part where the electrode passes through the furnace lid or the raw material input port, and the maximum linear velocity V is 120 x Scm/sec.
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that sec (S is the furnace internal volume; m 3 ). 9 In the above method (c), when liquid magnesium is discharged from the discharge port provided at the bottom of the condenser, the airtight casting chamber connected to the discharge port is filled with H 2 , He, Ar, and N 2 . Any one of claims 1 to 8, characterized in that the casting is performed in at least one selected atmosphere, and is cast into a mold provided in the airtight casting chamber under normal pressure or reduced pressure and solidified. The manufacturing method described in Crab. 10 In the means (d) above, when discharging slag and by-product metal, H 2 , He,
At least one selected from Ar, N 2
Claims 1 to 3, characterized in that a seed gas is introduced and discharged while maintaining the pressure at normal pressure.
The manufacturing method according to any of Item 9.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17383882A JPS5964727A (en) | 1982-10-05 | 1982-10-05 | Manufacture of metallic magnesium by melt-reduction in electric furnace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17383882A JPS5964727A (en) | 1982-10-05 | 1982-10-05 | Manufacture of metallic magnesium by melt-reduction in electric furnace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5964727A JPS5964727A (en) | 1984-04-12 |
| JPS6134490B2 true JPS6134490B2 (en) | 1986-08-08 |
Family
ID=15968090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17383882A Granted JPS5964727A (en) | 1982-10-05 | 1982-10-05 | Manufacture of metallic magnesium by melt-reduction in electric furnace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5964727A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2002359902A1 (en) * | 2001-12-04 | 2003-06-17 | Mintek | Method of and apparatus for condensing metallic vapours |
| CN104120282B (en) * | 2014-07-21 | 2015-12-30 | 东北大学 | A kind of method of refining magnesium fast continuously |
| CN110273071A (en) * | 2019-07-19 | 2019-09-24 | 华西能源工业股份有限公司 | It is a kind of using inert gas blow and inside and outside combined heat the continuous magnesium smelting reducing furnace system of minute-pressure |
-
1982
- 1982-10-05 JP JP17383882A patent/JPS5964727A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5964727A (en) | 1984-04-12 |
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