JPS62127434A

JPS62127434A - 金属製造装置

Info

Publication number: JPS62127434A
Application number: JP26820085A
Authority: JP
Inventors: Toshio Natsume; 夏目　敏夫; Hirohisa Miura; 三浦　宏久; Tadao Oota; 太田　忠夫; Mamoru Okamoto; 守岡本; Shusuke Katagiri; 片桐　秀典; Chiaki Tsumiki; 積木　千明
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-11-28
Filing date: 1985-11-28
Publication date: 1987-06-09

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はマグネシウム等の金属をｗＪ造する金属製造装
置の改良に関し、詳しくは、耐久性、作業性、メインテ
ナンス性等の改良に関する。

本発明の装置は、溶湯等を直接保持する捕集炉等の部材
を密閏容器に収納し、必要な減圧状態を確保するもので
ある。

［従来の技術］マグネシウム等の金属の酸化物を還元した後、断熱膨玉
して冷却し、これを該金属もしくは該金属と親和性のあ
る金属の溶湯にて回収する技術が、本出願人によって開
示されている（公開特許公報５８−８１９３４．公開特
許公報５８−１２３８・１２）。

第４図は、従来より提供されている金属（マグネシウム
；ＭＱ）ｔＪ造装置の一例を示す断面模式図示のｓｉ！
ｌ！＋７は、金属酸化物（酸化マグネシウム；ＭｑＯ）
９を還元し、該還元された金属（マグネシウム：Ｍｇ）
の蒸気を含むガスとする反応炉１と、前記ガスを末広ノ
ズル２０にて断熱膨脹して急速に冷却する冷却部２と、
前記冷却されたガス中の金属（マグネシウム：Ｍｇ）を
該金属（マグネシウム：Ｍｇ）と親和性の良い金ｊｌ（
鉛；　Ｐｂ）の溶湯８によって捕集する捕集類３１と、
咳捕集された金属（マグネシウム：ＭＱ）を蒸溜して精
製する蒸溜炉３２とからなる。なお、捕集類３１と蒸溜
炉３２とによって回収装２！３が構成される。

」上記装置は、ＬＪ、上の如く使用される。

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

次に、咳＾温のガスを冷却部２のノズル２０に導き、該
ノズル２０にて断熱ｆ！服させて逆反応が実質的に進ま
ない温度（３００〜７００℃程度）以下に急速に冷却す
る。

該冷却したガス中のマグネシウムは、捕集類３１内の鉛
の溶湯（６ｏＯ℃程度）にて捕集した後蒸溜炉３２に送
り、該蒸溜炉３２にてマグネシウムが十分に蒸発できる
温度〈約９００℃程度）に加熱して精製し、マグネシウ
ムの溶１２９０を得る。

なお、マグネシウムのかなりの部分を蒸溜除去した後の
低濃度のマグネシウムと鉛の溶湯８０は、連通管３３よ
り捕集類３１へｉ！Ｉ流する。

【発明が解決しようとする問題点〕

上記した装置は、以下の要請を満たさなければならない
。

（１）気密性を有すること反応室１２、捕集類３１の上部空間３１０１蒸溜炉３２
の上部空間３２０，３２１は、還元反応、マグネシウム
の捕集、マグネシウムの蒸溜を行うために、それぞれ所
定の減圧状態に維持されな・プればならない。したがっ
て気密シールが必要であり、この面よりこれら各部材の
連結方法等が制限され、一般に複Ｍな構成となる。

（２）高強度を有すること前記′６４圧状態を大気圧に抗して確保するために、前
記各部材は所定の強度を要求される。また、ブリケット
９、溶Ｓ８．９０．８０は、いづれもがなりの重量を有
する。したがって、この面より、これら各部材を構成す
る材料、もしくはその厚さ等がｉ、ＩＩ限される。

（３）耐熱性を有すること上記各部材及びこれらの連結部は、いづれもがなりの高
温に晒される。このため、前記各部材の構成材料、連結
方法等が制限される。例えば、捕集類と蒸溜炉との接続
ではジヨイント構造は採用できず、溶接による一体構造
とされる。

（４）作業性、メインテナンス性が良好であること上記３つの要請を満たし、かつ、作業性、メインテナン
ス性が良好であるｌ′ｅ１を構成することは困難である
。例えば連結部を溶接による一体構造とした場合は、作
業性、メインテナンス性は必然的に劣る。

逆に、作業性、メインテナンス性を追及する場合は、０
リングを介した７ランジ接合構造とするため、０リング
保護用の水冷部と高温部が近接し、熱エネルギーのロス
が大きくなったり、あるいは、シール部が十分に冷却で
きないと装置に漏れが発生して、回収されるマグネシウ
ムの純度が悪化したり、装置を損傷したりするといった
不具合が生ずる。

また、マグネシウムの耐蝕性にＮｉが悪影Ｗするので、
Ｎｉの入った材料をＭＯと接触する部分の装置構成に用
いる事はむづかしく、９００〜１１００℃以上の高温で
十分に使える耐熱性と高強度性と耐酸化性とを有する材
料を選定することは現状では回能である。

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

［問題点を解決するための手段］本発明は、溶湯等を直接保持する部材と、該部材を収納
する容器との二重構造を採用する金属製造装置である。

すなわち本発明は、金ｙＡ酸化物を還元して、少なくとも該還元された金属
の蒸気を含むガスとする反応炉と、前記金属蒸気を含む
ガスを断熱膨脹して、急速に冷却する冷Ｗ部と、前記冷却されたガス中の金属を、前記還元された金属又
は該金属と親和性の良い金属の溶湯で捕集して、前記還
元された金属を回収する回収装置と、前記反応炉、前記冷却部、及び前記回収装置を気密的に
収納する収納容器と、該収納容器に連通し、該収納容器内の圧ノ〕を設定する
吸排気系と、を有することを特徴とする金属ＩＩ造￥＆ｔである。

以下、各構成要件を説明する。

反応炉は、酸化マグネシウム等の金ｆｆ１ｌ！Ｉ化物を
、高温状態にて炭素等で還元し、金属蒸気を含むガスと
する。反応炉構造および構成材料としては従来と同様の
ものを用いることができるが、従来と異なり、反応炉の
外側も減圧となるので、シールを目的とする反応炉外壁
は必ずしも必要ではなくなる。

冷却部は、ノズル等より構成される。

回収装置は、断熱膨脹によって冷却された金属を、溶湯
にて捕集し、回収する装置である。捕集用溶湯として、
捕集される金属と異なる金属の溶湯を採用する場合は、
Ｗ＆溜炉等のｔｉｌｌ装置が必要である。回収装置とし
ても従来とＪｌｌｍのものを用いることができるが、回
収装置の外側が減圧状態となるので回収装置の容器で大
気圧を保持するに足る強度までは要求されない。従って
、従来と異なり、ステンレスに限定されない。

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

［作用］以下の如くして、金属酸化物から金属を得る。

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

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

該冷却したガス中の金属は、回収装置の溶湯にて捕集し
て回収する。

上記に於いて、反応炉、冷却部、及び回収装置は、耐熱
性、溶潟等の被収容物を支える程度の強度、及び瀾漏れ
を防止し得る程度のシール性を有すれば足りる。

一方収納容器は、前記所定の減圧状態、及びシール性を
有すれば足りる。

［実施例］以下、本発明を具体的な実施例に即して説明する。

（１）第１実施例第１図は本発明の第１実施例装置の断面模式図である。

。図示のように本実施例＠霞は、反応炉１と、該反応炉１
に連通する末広ノズル２０と、該ノズル２０の開口部に
溶湯の液面が対向するようにして鉛（Ｐｂ）の溶湯を保
持する捕集炉３１と、該捕集炉３１に連通管３３．３４
を介して連通する蒸溜炉３２とを有し、これらは鉄製の
チャンバ４によって気密的に封入されている。また、チ
ャンバ４の内部は、該チャンバ４に連通する排気管５１
、バルブ５３、及びポンプ５２によって、真空排気し、
Ａｒ等の不活性ガスを導入し所定の減圧状態（１０〜１
００ｍｍｆ−１ｇ程度）に保たれるようになっている。

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

捕集類３１はｆＡ（Ｆｅ）！ｊであり、その周囲にはグ
ラファイト製のヒータ３１１が露出して配設され、捕集
類３１の内部を６００℃程度に保ち、炉内に収容された
鉛８を溶融状態としている。また、捕集類３１の上部空
間３１０には排気用の配管３１２及び排気バルブ３１３
が連なり、該空間３１０内を５−−Ｆ１ｇ程度の減圧状
態とし、一方、側壁には蒸溜炉３２との連通配置！３３
．３４が配設されている。

蒸溜炉３２はＮ１を含まないスパンレス製であり、その
周囲には上記と同様にグラファイト製のじ一夕３２］が
露出してｌ’ｌｔ！設され、炉内を９００℃程度に保っ
ている。また、蒸溜炉３２の上部空間３２０には排気用
の配管３２２及びｉＪＦ気バルブ３２３が連なり、該空
間３２０を１〜５　ｍｍＨｇ程度に減圧し、一方、側壁
から１１マグネシウム回収用配管３２４が導出され、溶
４取り出し口６に至っている。

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

また、上記各部材間の連結は、ジ」インド構造によって
いる。

上記構成の装置は、以下の如く使用される。

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

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

該冷却したガスは、捕集類３１内の鉛の溶湯８に衝突さ
せ、ガス中のマグネシウムを該溶１ｉ１８にて捕集する
。

該マグネシウムを捕集した溶湯は、連通配管３４より蒸
溜炉３２へ導く。

蒸溜ｔＰ３４では、マグネシウムを含むＩｌｌを９００
℃程度に加熱してマグネシウムを蒸発させる。

蒸発したマグネシウムは、蒸溜炉３２の上部にて再び液
状とされ、溶湯９０として配管３２４を介して取出し０
６に至り、回収される。一方マグネシウムを除去された
溶湯は、連通配管３３より捕集類３１へ還流する。

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

上記装置によると、捕集類３１及びｆｆ１）！！？炉３
２が、ステンレスではなく鉄によっ゛Ｃ形成されている
。このため、溶湯中へのニッケルの溶出がなく、回収さ
れるマグネシウムの耐食性が向上している。

また、連結部にジヨイント構造を採用しているため、作
業性、メインテナンス性が向上している。

また、ヒータの設置箇所が真空中であるため、従来のニ
クロムヒータに代え、グラファイトヒータもしくは各種
メタルヒータを用い（りる。このため、加熱能力が向上
した。また、と−タ部の１１ｆｉ熱構造を簡略化できた
。

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

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

第２図の実施例は、マグネシウム回収用の溶湯として、
マグネシウムの溶１９０を採用するものである。したが
って、蒸溜炉は不用である。

第３図の実施例は、第２図の実施例に於いて固体捕集部
３９を設け、マグネシウムを固相で回収し得るようにし
たものである。

これら２つの実施例も第１図に示した実施例と同様の効
果を奏する。

［効！Ｉ］以上詳述したように、本発明は、金属を製造するｌｌＦ
をチャンバで覆い、２重構造としたものである。

実施例に述べたところからも明らかなように、本発明の
装置では減圧状態をチャンバで確保するため、反応炉及
び回収装置等には、減圧状態を確保し大気圧に耐えるに
足るほどの強度は要求されない。したがって、材料等の
選定の自由度が大きい。例えば、捕集炉としてＮｉを含
むステンレスを用いなくとも足り、回収されるマグネシ
ウムの耐食性が向上する。

また、連結部は、潟漏れを防止し得る程度のシール性で
足りる。したがってジヨイント構造を採用でき、作業性
、メインテナンス性が向上する。

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

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例装置の断面模式図である。第２図及び第３図は、本発明の他の実施例装置の構成を
示す断面模式図である。第４図は従来の装置の断面模式
図である。１・・・反応炉　　２・・・冷却部３・・・回収装置　４・・・収納容器５・・・排気系

Claims

【特許請求の範囲】

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