JPS5825443A - 金属塩化物の還元方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属の
四塩化物やタンタル、ニオブ等の金属の五塩化物を溶融
状態のマグネシウムによって還元する、いわゆるクロル
（Ｋｒｏｌｌ）法によりてこれらの各金属を製造する方
法の改良に関する。

クロル法に基く金属の製造は、一般に電気炉またはガス
炉内に据付けたルツボ中に保持されている溶融状態のマ
グネシウムの表面にこれらの金属の塩化物を導入するこ
とによって行なわれるが、この反応操作を通じてルツボ
内の温度は８００　ｕ以上に保たれまた外気の混入を防
ぐためルツボの内圧は外気に対して正圧に保たれる。更
に副生じた塩化マグネシウムを反応の途中或は終了時に
溶融状態で排出する際ルツボ内をゲージ圧で１１＠度に
加圧することも広〈実施されている。

従ってこの様な反応操作に用いられるルツボは８００ｕ
以上の高温において自重および内容物の重量並びにルツ
ボ内外の圧力差に耐え得る熱間強度を持っていることを
要する。従来この様なルツボ材料としては５Ｕ８４１０
種や８０８５１４種の如き高価な耐熱合金鋼が用いられ
るが、それでもなお充分な熱間強度を持たせるにはかな
りの厚みを必要と−していた。例えば３トンのチタン製
造能力をもつ直径ｔｓｇ、長さ４５１１Ｅのルツボを５
ＵＳ５１６種で作った場合３２１０１程度の肉厚が必要
となり、結局ルツボのみの重量が６トンにも達する。

７方これらの金属の製造コストの低減５を図るために１
パッチ当りの生成量を増大させることが望まれるが、反
面ルツボな大型化すれば肉厚は更に大きくする必要があ
り、この結果価格の上昇のみでなく重量増加に伴なって
、ルツボの移動に使用される工場クレーンの能力も大幅
に増強する必要が生じるので、これらの面において従来
の操業法による装置の大型化は実際上甚だ困難であった
。

その上普通鋼等の他の鋼材に比して熱伝導率の低い合金
鋼製ルツボ壁の肉厚を増すことは、その外面に熱電対を
接触させて行なう通常のルツボ内部温度の推定並びにル
ツボ壁外面を冷却し壁材を通じて行なう内部反応熱の除
去の際の応答が遅くなり、これに基く反応の正確な制御
が困難になる。

その上肉厚ルツボな用いても繰返し使用によって変形す
るので長期間にわたる使用は実際上不可能である。より
高強度の材質である８ＵＳ５０４種やＳＵ８５１６種の
様なニッケルを含有する合金鋼をルツボ材として用いる
場合には、ニッケルのマグネシウムとの合金化によろ消
耗が生じるので、ルツボ内面に接してニッケルを含有し
ない材料によるライニングを施す等の煩雑な操作が更に
必要となる。

その上この様な材料においては粒間腐食による割れの生
じる慣れがあり操業中の高温のルツボに万ら 一亀裂が生じ２場合、溶融状態の金属マグネシウムや塩
化マグネシウムが炉外へ流出する危険もある。

本発明は従来方法に伴なう上記の諸欠点を除去しチタン
やジルコニウム等の金属のクロル法による製造の際に１
バッチ当りの生産能力を大幅に増大（Ｔｉｌ）ン／バッ
チ以上）することを可能にしたものであってその要旨と
するところは、周囲を電気炉により加熱される容器内に
金属塩化物を供給し、該容器内に保持される溶融マグネ
シウムにより還元し該容器内に生成金属を析出させるに
際し、誼容器と電気炉との間の空間を本質的に密閉状態
とし、更に該空間を不活性ガスで上記容器内とはｙ同一
の圧力に保ち、以て容器材の圧力負荷を軽減せしめたこ
とを特徴とする金属塩化物の還元方法に存する。

、本発明によればルツボは内外の圧力差に耐えることを
必要とせず、自重と内容物の重量を支える強度があれば
足りる。従りて熱間強度は低いが熱伝導性および経済性
にまさるＳＳ系構造用鋼をルッｌ＃に利用することが可
能となり、しかも過大な肉厚は不要である。例えば上記
のチタン３トンの虫酸が可能なルツボの場合はｒ２５ｍ
ｍの肉厚かあれば充分であり、更に大型化しても特に肉
厚な大幅に増す必要はない。また加熱の際ルツボの外面
は空気に接しないのでスケールの発生がなく、この面で
も余分の肉厚を必要としない。

還元反応時にルツボ内の圧力は変動するので、アルゴン
の様な不活性ガスを用いて、ルツボ−炉間の空間の圧力
を調整しルツボ内の圧力にｉｘ等しく保つようにする。

この際ルツボ内圧の変化に連動して炉内圧力を制御し反
応操作時の高温化でルツボ内外の圧力差を実質的に無く
すようにした場合最大のルツボ社肉厚減小が達成され、
この結果本発明が目的とする設備の軽減や、温度制御の
応答性の向上による製品品質の向上の藺で最大の効果を
得ることができる。一方ルツボ材の肉厚を幾分増して急
激な圧力変化（耐え・るようにすれば炉内圧力の細かい
制御が不要になり操作を単純化することが°できるが、
過度に大きな肉厚を必要としないようにルツボ内外の圧
力差はこの場合でも±０．５にり／−程度以ろとするこ
とが望ましい。

次に本発明を添付の図面によって説明する。

第１図は本発明方法の実施に適した装置の一例を示す断
面図である。図において、耐火物で円筒状に構成され且
つ外周を鉄板で覆われた密閉可能な構造をもつ炉１の内
面には加熱用のニクロム帯２が配置され、これによって
炉内に収納されたＳｓ系鋼材製の円筒状のルツボ３が加
熱される。ルツボの蓋４を貫通して金属塩化物供給用の
導管５並びに塩化マグネシウム取出用の管６が取付けら
れ、稜者の下端はルツボ３の底面近くまで鷺びている。

ルツボ３の蓋４には更に不活性ガスの導入、内部ガスの
放出および真空排気のためのガス管７並びに圧力指示計
８が取付けられている。ルツボ３と炉１のフランジとの
間にはゴム製のバッキング９が配置され両者の間の空間
１ｏを密閉している。この空間１０への不活性ガスの導
入、内部ガスの放出および真空排気のためのガス管１１
並びに圧力指示計１２が取付けられている。

上記のルツボ内には必要に応じて従来がら用いられてい
る円筒を設置することもできる。

次に本発明の方法の操作例を示す。

実施例１ 本質的に第１図に示す装置を用いた。ルツボは８Ｕ８４
１０種鋼材製で内径替Ｔｌ、軸長■、肉厚２５１謔の円
筒状で、炉は外径２．５ＴＦ＋の円筒状で外周を厚さ１
０１ｍの鉄板で覆ったものが用いた。マグネシウム７．
５）ンを装填し内部を１２１１／ｄ（ゲージ圧）のやへ
正圧のアルゴン雰囲気としたルツボな炉に順付け、炉内
空間を一旦真空に引いた後こ〜ヘアルゴンをａ　６　Ｄ
／宿れゲージ圧）にまで充填した。次いで炉への通電に
よりルツボを約８ｏｏ′Ｃ−迄加熱し、内部のマグネシ
ウムを溶融状態にした。この際ルツボ内外の圧力が共に
上昇したので時々ブリードを行ないａ　５　Ｄ／ｃｄ以
下のゲージ圧においてルツボ周囲の圧力をルツボ内の圧
力に対し±１２０／ｄ以内に維持した。ルツボの温度が
８００’ＣＫ達した後吹込管から四塩化チタンを５００
　勢情の割合で投入した０反応の進行に伴なりてルツボ
内の圧力が徐々に上昇したので炉内空間にアルゴンガス
な導入してこの部分の圧力をルツボ内に比してｉｒ同圧
に維持した。剛生する塩化マグネシウムの排出を反応途
中で４時間毎行なったが、この時炉内圧なルツボの内圧
の変化に合わせて調整した。吹込みを４０時間続けて結
局５トンのスポンジ状金属チタンを得た。この様にして
操作されたルツボは５０回の使用後も大幅な変形は見ら
れず尚使用に耐える様に見えた。

実施例２ 第１図に示す形状の装置を用いた。ＳＵＢ　４１０製の
ルツボは内径ｔＯＷ、軸長ｚｓｉａ、肉厚２００円筒状
で、炉は実施例１と同様のものを用いた。ルツボにマグ
ネシウムを１５）ン装填し内圧をアルゴンで０２絨−の
正圧としたあとこのルツボな炉に取付け、炉内空間を一
旦真空引したおとこ〜にアルゴンを１２勢り（ゲージ圧
）にまで充填した。次いで炉への通電によりルツボを約
８００″Ｃ，まで加熱して内部のマグネシウムを溶融し
た。この際ルツボ内外の圧力が上昇したので時々ブリー
ドを行ない、炉内圧力を１６　Ｋｌ／ｄｌ以下のゲージ
圧でルツボ内圧に対し±０．２φ−の範囲に維持し、一
方ルツボ内圧の変動は基準圧から±０．２にり／ｃｄ以
、内に維持された。ルツボの温度が８００’Ｃ，に達し
た後吹込管から。

四塩化ジルコニウム蒸気をＩ　Ｓ　ＯＫＶＶｔの割合で
供給した。反応を通じて炉内圧はα６勢−のゲージ圧に
保たれ、一方ルツボ内圧は０，２〜ｔｏ　Ｋｔ／ｃｄの
範囲に維持された。゛反応の途中で副生成物である塩化
マグネシウムを排出した。吹込みを４０時間続けて結局
約２トンのジルコニウムスポンジヲ得り。この操作に用
いたルツボ１４０回の使用に耐え、この時点では大幅な
変形は認められなかった。

本発明方法においてはルツボ内と外気との間の圧力差は
常温に近い炉壁材で支えられ、その太きさも最大１１−
程度とすることができるので、炉壁外局の鉄製外被は従
来の構成に比べて特に肉厚とする必要もない。

以上詳述した様に本発明によれば （１）還元反応用ルツボの材質として安価な構造用鋼を
利用でき、その上肉厚も小さくて済むので軽量になり、
結局装置自体が低価格になるのみでなく、クレーン等の
設備も小さな能力で足り、これに関してプラント設備費
の大幅な節減が可能になった。

（２）　　バッチ当りの容量増加により操業コストの低
下が達成されるととに加えて、ルツボの温度測定および
冷却の際の応答速度の向上に伴なって反応制御が確実に
なったことにより生成物の品質が向上するという利点も
得られた。

（３）炉内乃至ルツボの外周が不活性ガス雰囲気に保た
れるので酸化によるルツボの消耗が効果的に防止される
一方合金鋼の場合の様な応力腐食による割れが本質的に
なくなり、また特にニッケル含有鋼使用時における様な
マグネシウムとの合金化による消耗が全く生じない、更
に炉内圧をルツボ内圧とａＸ同圧に保つことによりルツ
ボの変形が殆んどが防止され、これらの結果としてルツ
ボの耐用回数の飛躍的向上が達成された。

（４）　　また万一ルツボ自体に亀裂が生じた場合でも
、炉内がルツボ内に対して正圧の時は溶融状態の内容物
がルツボから漏れることはなく、また炉内がルツボ内に
対し同圧乃至負圧であってもこの様な内容物が炉外へ流
出する危険はなく、この点においても安全性が著しく向
上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に適した装置の一例を示す断
面図である。図において各参照番号は次の各部材を示す
。 １・・・・・・炉；２・・・・・・ニクロム帯：３・・
・・・・ルツボ；４・・−・・・ルツボの蓋；　５・・
・・・・金属塩化物供給用導管；６・・・・・・Ｍ　ｇ
　Ｃ１＊取出管；　　７・・・・・・ガス管；８・・・
・・・圧力指示計；　　９・・・・・・バッキング；１
０・・・・・・空間；１１・・・・・・ガス管；１２・
−・・・・圧力指示計；特許出願人　　石　塚　　　博 第１　マ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｔ１周囲を電気炉により加熱される容器内に金属塩化物
   を供給し、該容器内に保持される溶融マグネシウムによ
   り還元し、蚊容器内に生成金属を析出させるに際し、−
   容器と電気炉との間の空間を本質的に密閉状態とし、更
   に＃空間を不活性ガスで上記容器内とｆｉ！同一の圧力
   に保ち、以て容器材の圧力負荷を軽減せしめたことを特
   徴とする金属塩化物の還元方法。