JP3195156B2 - チタンの製造方法 - Google Patents
チタンの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、四塩化チタンを還元し
てチタンを製造する方法に関し、更に詳しくは還元反応
で得られたチタンと混合している副生成物（例えば塩化
マグネシウム）を分離する工程からインゴットを製造す
る工程までを連続的に実施し得るチタンの製造方法に関
するものである。
てチタンを製造する方法に関し、更に詳しくは還元反応
で得られたチタンと混合している副生成物（例えば塩化
マグネシウム）を分離する工程からインゴットを製造す
る工程までを連続的に実施し得るチタンの製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ハロゲン化金属の還元反応によって製造
される金属としてチタン（Ti）が代表的である。このチ
タンは、耐食性に優れ、比強度が高く、高融点である等
の数々の優れた特性を有することから、従来から工業的
に重要な金属として注目されている。
される金属としてチタン（Ti）が代表的である。このチ
タンは、耐食性に優れ、比強度が高く、高融点である等
の数々の優れた特性を有することから、従来から工業的
に重要な金属として注目されている。
【０００３】チタンの製造方法としては、精製された四
塩化チタン（TiCl4）をアルカリ土類金属であるマグネ
シウム（Mg）で還元するクロール (Kroll)法、および同
じくTiCl4をアルカリ金属であるナトリウム（Na）で還
元するハンター（Hunter）法がある。この二つの方法を
比較すると、還元および分離の工程で改善が加えられた
クロール法が、生産性および省エネルギーの観点から優
れており、チタンの工業的な製造方法として広く適用さ
れている。
塩化チタン（TiCl4）をアルカリ土類金属であるマグネ
シウム（Mg）で還元するクロール (Kroll)法、および同
じくTiCl4をアルカリ金属であるナトリウム（Na）で還
元するハンター（Hunter）法がある。この二つの方法を
比較すると、還元および分離の工程で改善が加えられた
クロール法が、生産性および省エネルギーの観点から優
れており、チタンの工業的な製造方法として広く適用さ
れている。
【０００４】クロール法による金属チタンの製造では、
チタン鉱石の塩化処理によって得られたTiCl4を中間原
料として、還元反応、分離および破砕混合の処理によっ
て、海綿状または針状のスポンジチタンを得たのち、こ
れを溶解してインゴットを製造する。このインゴットを
所定形状に加工して最終用途に供する。
チタン鉱石の塩化処理によって得られたTiCl4を中間原
料として、還元反応、分離および破砕混合の処理によっ
て、海綿状または針状のスポンジチタンを得たのち、こ
れを溶解してインゴットを製造する。このインゴットを
所定形状に加工して最終用途に供する。
【０００５】図４は、クロール法によってスポンジチタ
ンを製造し、得られたスポンジチタンからチタンインゴ
ットを製造するまでの工程の概要を示した図である。
ンを製造し、得られたスポンジチタンからチタンインゴ
ットを製造するまでの工程の概要を示した図である。
【０００６】還元工程（）では、還元剤として必要な
Mgを還元炉11内の反応容器12に装入して、容器内を不活
性ガス (通常アルゴンガス) で置換したのち、加熱、昇
温してMgを溶融させる。この溶融Mgを収容した反応容器
12に供給ノズル13からTiCl4を滴下し、反応容器内の溶
融Mgと接触させて下記 (A)式の反応によって還元する。
Mgを還元炉11内の反応容器12に装入して、容器内を不活
性ガス (通常アルゴンガス) で置換したのち、加熱、昇
温してMgを溶融させる。この溶融Mgを収容した反応容器
12に供給ノズル13からTiCl4を滴下し、反応容器内の溶
融Mgと接触させて下記 (A)式の反応によって還元する。
【０００７】 TiCl4 ＋ 2 Mg → Ti ＋ 2MgCl2 ・・・(A) このとき反応雰囲気中に酸素等の混入があると、スポン
ジチタンを汚染することになるので、反応は密閉した反
応容器12内で行う必要がある。このため、クロール法を
はじめとするチタンの製造は、還元工程で使用する反応
容器を製造単位とするバッチ式となる。
ジチタンを汚染することになるので、反応は密閉した反
応容器12内で行う必要がある。このため、クロール法を
はじめとするチタンの製造は、還元工程で使用する反応
容器を製造単位とするバッチ式となる。
【０００８】上記 (A)式の反応では、スポンジチタン
(Ti) とともに副生成物であるMgCl2が同時に生成する。
このMgCl2 は適宜反応容器12の外へ抜き取られるが、最
終的には、未反応Mgとともにスポンジチタン中に残留す
る。
(Ti) とともに副生成物であるMgCl2が同時に生成する。
このMgCl2 は適宜反応容器12の外へ抜き取られるが、最
終的には、未反応Mgとともにスポンジチタン中に残留す
る。
【０００９】分離工程（）では、未反応のMgおよび上
記副生成物である MgCl2を除去して、金属チタンのみを
取り出すために真空分離法やリーチング法が行われる
が、一般には残留分が少なく品質的に安定する真空分離
法が多く採用されている。
記副生成物である MgCl2を除去して、金属チタンのみを
取り出すために真空分離法やリーチング法が行われる
が、一般には残留分が少なく品質的に安定する真空分離
法が多く採用されている。
【００１０】真空分離法では、MgおよびMgCl2を残留し
たままのスポンジチタンを収容した反応容器12を真空分
離炉14内に収納し、反応容器12の内部を吸引して真空状
態にするとともに、さらに反応容器12の外部から加熱し
て、反応容器12内のスポンジチタンに含まれる残留分を
蒸発させる。蒸発した残留分は真空分離炉14の外に排出
し、例えば凝縮器15によって凝縮させて回収する。この
ようにして純化されたスポンジチタンは、反応容器12か
ら円筒状のケーキとして押し出される。
たままのスポンジチタンを収容した反応容器12を真空分
離炉14内に収納し、反応容器12の内部を吸引して真空状
態にするとともに、さらに反応容器12の外部から加熱し
て、反応容器12内のスポンジチタンに含まれる残留分を
蒸発させる。蒸発した残留分は真空分離炉14の外に排出
し、例えば凝縮器15によって凝縮させて回収する。この
ようにして純化されたスポンジチタンは、反応容器12か
ら円筒状のケーキとして押し出される。
【００１１】上記の円筒状ケーキは、その長手方向およ
び半径方向に成分偏析（残留物等の濃度偏析) がある。
従って、そのままの状態から後述する消耗電極を製造す
ると製品インゴットに成分偏析を生じさせることにな
る。そこで、次の粉砕混合の工程が必要になる。
び半径方向に成分偏析（残留物等の濃度偏析) がある。
従って、そのままの状態から後述する消耗電極を製造す
ると製品インゴットに成分偏析を生じさせることにな
る。そこで、次の粉砕混合の工程が必要になる。
【００１２】破砕混合工程（）では、円筒状のスポン
ジチタンを切断プレス16で大割りした後、図示しないジ
ョークラッシャー等で細粒（通常、1/2 インチ以下）に
小割りにする。こうして所定の粒径まで破砕されたスポ
ンジチタンをブレンダー等で混合する。
ジチタンを切断プレス16で大割りした後、図示しないジ
ョークラッシャー等で細粒（通常、1/2 インチ以下）に
小割りにする。こうして所定の粒径まで破砕されたスポ
ンジチタンをブレンダー等で混合する。
【００１３】からまでの工程で製造されたスポンジ
チタンの粉砕混合物をの溶解工程に供するために消耗
電極17の形状に圧縮成形する。の工程では、消耗電極
17を例えば、10-2〜10-3Torrの真空中でアーク溶解し、
チタンインゴット４を製造する。
チタンの粉砕混合物をの溶解工程に供するために消耗
電極17の形状に圧縮成形する。の工程では、消耗電極
17を例えば、10-2〜10-3Torrの真空中でアーク溶解し、
チタンインゴット４を製造する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
チタン製造方法は、反応容器を製造単位とするバッチ式
であり、金属チタンのインゴットを製造するまでには還
元反応、真空分離、破砕混合、電極成形およびアーク溶
解とそれぞれ独立した多くの製造工程が必要となる。従
って、従来のチタンの製造工程は多くの人手を要し、生
産能率が低いだけでなく、製造工程間のハンドリングや
製造工程 (例えば前記の粉砕混合工程) 中にチタンの汚
染が起こり易いという問題点がある。
チタン製造方法は、反応容器を製造単位とするバッチ式
であり、金属チタンのインゴットを製造するまでには還
元反応、真空分離、破砕混合、電極成形およびアーク溶
解とそれぞれ独立した多くの製造工程が必要となる。従
って、従来のチタンの製造工程は多くの人手を要し、生
産能率が低いだけでなく、製造工程間のハンドリングや
製造工程 (例えば前記の粉砕混合工程) 中にチタンの汚
染が起こり易いという問題点がある。
【００１５】本発明は、従来のチタン製造技術の問題点
に鑑み、還元反応の後、反応副生成物を分離する工程か
らインゴットを製造する工程までを連続化して、生産性
が高く、不純物による汚染がなく、品質的に安定したチ
タンを製造する方法を提供することを目的としてなされ
たものである。
に鑑み、還元反応の後、反応副生成物を分離する工程か
らインゴットを製造する工程までを連続化して、生産性
が高く、不純物による汚染がなく、品質的に安定したチ
タンを製造する方法を提供することを目的としてなされ
たものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記のから
までの工程を順次連続して実施することを特徴とする
チタンの製造方法を要旨とする。
までの工程を順次連続して実施することを特徴とする
チタンの製造方法を要旨とする。
【００１７】 反応容器中で四塩化チタンをアルカリ
金属またはアルカリ土類金属で還元する工程。
金属またはアルカリ土類金属で還元する工程。
【００１８】 生成した未溶融チタンと、反応副生成
物であるアルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲ
ン化物との混合物を反応容器から抜き取る工程。
物であるアルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲ
ン化物との混合物を反応容器から抜き取る工程。
【００１９】 抜き取った混合物を上下開放型るつぼ
に収容し、その中で加熱し、混合物中のチタンを溶融さ
せ、上記ハロゲン化物を蒸発させる工程。
に収容し、その中で加熱し、混合物中のチタンを溶融さ
せ、上記ハロゲン化物を蒸発させる工程。
【００２０】 チタンを凝固させ、上下開放型るつぼ
から引き抜いてインゴットとする工程。
から引き抜いてインゴットとする工程。
【００２１】上記のの工程における加熱は、プラズマ
加熱、または高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合
わせによって行うのが望ましい。そして、プラズマ加熱
の場合は、上下開放型るつぼとして水冷銅るつぼを使用
し、高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合わせで加
熱する場合は分割型水冷銅るつぼを用いるのが望まし
い。
加熱、または高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合
わせによって行うのが望ましい。そして、プラズマ加熱
の場合は、上下開放型るつぼとして水冷銅るつぼを使用
し、高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合わせで加
熱する場合は分割型水冷銅るつぼを用いるのが望まし
い。
【００２２】
【作用】従来のチタンの製造方法において工程の連続化
ができないのは、還元反応および真空分離において、共
通の反応容器を使用するからである。この容器によって
規制される製造バッチ毎にスポンジチタンを製造しなけ
ればならず、その後も品質管理上、チタンの溶解からイ
ンゴットの製造までバッチ処理が必要となる。
ができないのは、還元反応および真空分離において、共
通の反応容器を使用するからである。この容器によって
規制される製造バッチ毎にスポンジチタンを製造しなけ
ればならず、その後も品質管理上、チタンの溶解からイ
ンゴットの製造までバッチ処理が必要となる。
【００２３】本発明方法の特徴は、TiCl4の還元工程で
生成した未溶融チタンと副生成物であるMgCl2との混合
物を、反応容器から抜き取り、MgCl2の分離とインゴッ
トの製造とを一つの装置で連続的に行うことにある。
生成した未溶融チタンと副生成物であるMgCl2との混合
物を、反応容器から抜き取り、MgCl2の分離とインゴッ
トの製造とを一つの装置で連続的に行うことにある。
【００２４】図１は、後述する実施例で使用した装置
で、入熱手段にプラズマ加熱を採用した例を示す断面概
略図である。以下、この図によってクロール法に基づい
て本発明方法を実施する場合の具体的なチタンの製造方
法を説明する。
で、入熱手段にプラズマ加熱を採用した例を示す断面概
略図である。以下、この図によってクロール法に基づい
て本発明方法を実施する場合の具体的なチタンの製造方
法を説明する。
【００２５】本発明で採用する製造工程は、前記のよう
にの還元工程、の反応生成物（Ti）と副生成物（Mg
Cl2）との混合物を反応容器から抜き取る工程、の溶
解・分離工程、およびのインゴット製造工程であり、
少なくともの工程との工程を連続して行う。以下、
各工程について説明する。
にの還元工程、の反応生成物（Ti）と副生成物（Mg
Cl2）との混合物を反応容器から抜き取る工程、の溶
解・分離工程、およびのインゴット製造工程であり、
少なくともの工程との工程を連続して行う。以下、
各工程について説明する。
【００２６】の工程（TiCl4の還元工程) この還元工程では、中間原料であるTiCl4をMgで還元す
ることによって、金属チタンと副生成したハロゲン化物
であるMgCl2との混合物を得る。
ることによって、金属チタンと副生成したハロゲン化物
であるMgCl2との混合物を得る。
【００２７】図１の還元炉11は加熱装置を内蔵してお
り、その内部を所定温度に加熱するものである。まず、
還元炉11内に設置した密閉式反応容器12に還元剤として
Mgを入れ、還元炉11内を加熱して溶融Mg１とする。その
後、反応容器12の上部に設けた供給ノズル13からTiCl4
を供給する。
り、その内部を所定温度に加熱するものである。まず、
還元炉11内に設置した密閉式反応容器12に還元剤として
Mgを入れ、還元炉11内を加熱して溶融Mg１とする。その
後、反応容器12の上部に設けた供給ノズル13からTiCl4
を供給する。
【００２８】TiCl4の供給にともなって TiCl4は前記
(A)式のようにMgによって還元され、反応容器12の内部
ではチタンとMgCl2との混合物２が生成する。この混合
物２は、溶融Mgに比べて比重が大きいので次第に沈降
し、反応容器12の底部に溜まる。通常、混合物２には比
重差で峻別された溶融Mg１は混入しないが、例え、混合
物２に未反応のMgが僅かながら混入したとしても、後で
述べる溶解・分離工程でMg成分も分離されるので問題と
ならない。
(A)式のようにMgによって還元され、反応容器12の内部
ではチタンとMgCl2との混合物２が生成する。この混合
物２は、溶融Mgに比べて比重が大きいので次第に沈降
し、反応容器12の底部に溜まる。通常、混合物２には比
重差で峻別された溶融Mg１は混入しないが、例え、混合
物２に未反応のMgが僅かながら混入したとしても、後で
述べる溶解・分離工程でMg成分も分離されるので問題と
ならない。
【００２９】の工程（反応生成物の抜取り工程） 混合物２は、溶融状態のまま反応容器12の底部に設けた
配管から抜取りバルブ20を操作して一定量ずつ抜き取ら
れる。そして、この混合物は、従来方法におけるMgCl2
の真空分離を行うことなく、即ち、チタンとMgCl2の混
合のままで次の溶解・分離工程に供給される。なお、反
応容器12には還元反応の進行にともない、還元剤のMgが
反応容器12の上部から補給される。
配管から抜取りバルブ20を操作して一定量ずつ抜き取ら
れる。そして、この混合物は、従来方法におけるMgCl2
の真空分離を行うことなく、即ち、チタンとMgCl2の混
合のままで次の溶解・分離工程に供給される。なお、反
応容器12には還元反応の進行にともない、還元剤のMgが
反応容器12の上部から補給される。
【００３０】の工程 (溶解・分離工程) 図１の右側に示す溶解分離装置21を使用する。この装置
の内部には上下開放型るつぼ（図１の例では水冷銅るつ
ぼ）23が設置されており、その上方には、入熱手段とし
て、例えばプラズマトーチ22が設けられている。るつぼ
23は、インゴット製造用の鋳型を兼ねるものであるか
ら、上下が開放された筒状のものでなければならない。
溶解分離装置の内部は、例えばアルゴンガスによって不
活性雰囲気とする。
の内部には上下開放型るつぼ（図１の例では水冷銅るつ
ぼ）23が設置されており、その上方には、入熱手段とし
て、例えばプラズマトーチ22が設けられている。るつぼ
23は、インゴット製造用の鋳型を兼ねるものであるか
ら、上下が開放された筒状のものでなければならない。
溶解分離装置の内部は、例えばアルゴンガスによって不
活性雰囲気とする。
【００３１】操作開始に当たっては、まず、るつぼ23に
初期溶解用チタンインゴットを挿入し、その上部表面を
プラズマトーチ22によって加熱溶融させ、溶融チタンの
プール３を形成する。この溶融チタンのプールが安定し
たら、前の工程で抜き取った混合物を溶融状態で一定
量ずつこのプール３に供給する。なお、プール３への供
給は、抜き取った混合物を一旦冷却固化したのち、それ
を粉砕して行ってもよい。
初期溶解用チタンインゴットを挿入し、その上部表面を
プラズマトーチ22によって加熱溶融させ、溶融チタンの
プール３を形成する。この溶融チタンのプールが安定し
たら、前の工程で抜き取った混合物を溶融状態で一定
量ずつこのプール３に供給する。なお、プール３への供
給は、抜き取った混合物を一旦冷却固化したのち、それ
を粉砕して行ってもよい。
【００３２】供給された混合物は、入熱手段によって加
熱される。MgCl2の沸点 (約1412℃)はチタンの融点（16
60℃）より低いから、チタンを溶融状態に保つことによ
って、混合物中の MgCl2は直ちに沸点以上となって蒸発
し、排出口26から装置外に排出され、凝縮、液化して回
収される。
熱される。MgCl2の沸点 (約1412℃)はチタンの融点（16
60℃）より低いから、チタンを溶融状態に保つことによ
って、混合物中の MgCl2は直ちに沸点以上となって蒸発
し、排出口26から装置外に排出され、凝縮、液化して回
収される。
【００３３】溶融チタンは新たな溶融チタンプール３を
構成し、次の工程で冷却されてインゴットとなる。
構成し、次の工程で冷却されてインゴットとなる。
【００３４】の工程（インゴット製造工程） MgCl2が十分に蒸発して分離された溶融チタンは、プー
ル３の底部から順次冷却されて凝固し、インゴット４を
形成する。このインゴットを一定速度で下方に引き抜
き、その引き抜き速度に合わせてプール３への混合物２
の供給量を調整すれば、の溶解・分離工程とインゴッ
ト製造工程を同時に、かつ連続的に行うことができる。
ル３の底部から順次冷却されて凝固し、インゴット４を
形成する。このインゴットを一定速度で下方に引き抜
き、その引き抜き速度に合わせてプール３への混合物２
の供給量を調整すれば、の溶解・分離工程とインゴッ
ト製造工程を同時に、かつ連続的に行うことができる。
【００３５】インゴットの引き抜きは、図示していない
ピンチロール等の周知の手段で行うことができる。
ピンチロール等の周知の手段で行うことができる。
【００３６】前記のおよびの工程で使用するるつぼ
（鋳型を兼ねる）は、内部に冷却水通路を持つ金属製の
ものであるが、特に、水冷銅るつぼが望ましい。これ
は、銅の熱伝導率が大きいので溶融チタンと接するるつ
ぼ表面まで十分に冷却されて、チタンとの反応が起こら
ないからである。
（鋳型を兼ねる）は、内部に冷却水通路を持つ金属製の
ものであるが、特に、水冷銅るつぼが望ましい。これ
は、銅の熱伝導率が大きいので溶融チタンと接するるつ
ぼ表面まで十分に冷却されて、チタンとの反応が起こら
ないからである。
【００３７】また、混合物を溶融状態に保ち混合物中の
MgCl2を蒸発させるために使用される入熱手段は、プラ
ズマ加熱、または高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組
み合わせが好ましい。これらは、いずれも局部的に入熱
できることおよび発熱部が混合物中のチタンやMgCl2と
反応しないからである。
MgCl2を蒸発させるために使用される入熱手段は、プラ
ズマ加熱、または高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組
み合わせが好ましい。これらは、いずれも局部的に入熱
できることおよび発熱部が混合物中のチタンやMgCl2と
反応しないからである。
【００３８】更に、入熱手段が高周波誘導加熱とプラズ
マ加熱との組み合わせである場合には、るつぼは分割型
水冷銅るつぼとするのが望ましい。互いに電気的に絶縁
されるように分割された水冷銅るつぼを、高周波誘導コ
イル中に設置して、磁界を銅るつぼ内を透過させると、
磁気圧によって溶融チタンはるつぼとは無接触の状態で
保持され、溶解されることになる。るつぼ内壁と溶融チ
タンの接触がないため、るつぼを構成する金属によるチ
タンの汚染が回避されるとともに、るつぼの損傷も少な
くなり、その寿命が長くなる。
マ加熱との組み合わせである場合には、るつぼは分割型
水冷銅るつぼとするのが望ましい。互いに電気的に絶縁
されるように分割された水冷銅るつぼを、高周波誘導コ
イル中に設置して、磁界を銅るつぼ内を透過させると、
磁気圧によって溶融チタンはるつぼとは無接触の状態で
保持され、溶解されることになる。るつぼ内壁と溶融チ
タンの接触がないため、るつぼを構成する金属によるチ
タンの汚染が回避されるとともに、るつぼの損傷も少な
くなり、その寿命が長くなる。
【００３９】図３は、この分割型水冷銅るつぼの一例を
示す概略構成図である。同図において、るつぼ24の上部
はスリット27によってセグメント28に分割され、高周波
誘導コイル25の励磁によって上記の効果を発揮する。
示す概略構成図である。同図において、るつぼ24の上部
はスリット27によってセグメント28に分割され、高周波
誘導コイル25の励磁によって上記の効果を発揮する。
【００４０】前記のからまでの工程は連続的に実施
することができる。即ち、反応容器12内にMgとTiCl4を
連続的に供給し、生成した混合物２を連続的に抜取り、
これを溶解分離装置に連続供給し、さらにその供給量に
合わせてインゴットの引き抜きを行うことによって、全
工程の連続化ができる。もちろん、の工程との工程
を分離し、の工程で抜き取った混合物を一旦冷却して
から、の工程に送るような操業も可能である。
することができる。即ち、反応容器12内にMgとTiCl4を
連続的に供給し、生成した混合物２を連続的に抜取り、
これを溶解分離装置に連続供給し、さらにその供給量に
合わせてインゴットの引き抜きを行うことによって、全
工程の連続化ができる。もちろん、の工程との工程
を分離し、の工程で抜き取った混合物を一旦冷却して
から、の工程に送るような操業も可能である。
【００４１】以上、本発明のチタンの製造方法をクロー
ル法に基づいて説明したが、ハンター法によっても同様
に操業できる。
ル法に基づいて説明したが、ハンター法によっても同様
に操業できる。
【００４２】
【実施例】本発明のチタンの製造方法を、入熱手段を変
化させた実施例１および２によって詳細に説明する。
化させた実施例１および２によって詳細に説明する。
【００４３】（実施例１） 図１に示した装置を使用した。この装置は、前述のとお
り、混合物の溶解・分離工程の入熱手段としてプラズマ
加熱を、るつぼとして水冷銅るつぼをそれぞれ使用して
いる。還元工程からインゴット製造までのそれぞれの工
程における操業条件は次の通りである。
り、混合物の溶解・分離工程の入熱手段としてプラズマ
加熱を、るつぼとして水冷銅るつぼをそれぞれ使用して
いる。還元工程からインゴット製造までのそれぞれの工
程における操業条件は次の通りである。
【００４４】 還元工程 図１中の反応容器12として、直径 1.2ｍで高さ３ｍの鋼
製の密閉式容器を使用した。最初に 2.4トンのMgCl2を
反応容器12内に投入した後、還元剤として 1.2トンのMg
を投入して、還元炉11内を800℃に加熱した。その後、
反応容器12の上部に設けた供給ノズル13からTiCl4を流
量 120 kg/Hrで供給した。
製の密閉式容器を使用した。最初に 2.4トンのMgCl2を
反応容器12内に投入した後、還元剤として 1.2トンのMg
を投入して、還元炉11内を800℃に加熱した。その後、
反応容器12の上部に設けた供給ノズル13からTiCl4を流
量 120 kg/Hrで供給した。
【００４５】TiCl4の供給にともなって、TiCl4は溶融Mg
によって還元され、反応容器12の内部ではチタンとMgCl
2の混合物２が生成し、比重差によって反応容器12の底
部に沈降した。この混合物の組成は、MgCl2 ：75重量
％、Ti：25重量％であった。
によって還元され、反応容器12の内部ではチタンとMgCl
2の混合物２が生成し、比重差によって反応容器12の底
部に沈降した。この混合物の組成は、MgCl2 ：75重量
％、Ti：25重量％であった。
【００４６】 混合物の抜取り工程 上記の反応容器の下部に蓄積した混合物２を、抜取りバ
ルブ20を操作して 150kg/minの割合で抜き取った。この
抜取りは、次の工程の溶融チタンプールが安定するの
を待って開始した。
ルブ20を操作して 150kg/minの割合で抜き取った。この
抜取りは、次の工程の溶融チタンプールが安定するの
を待って開始した。
【００４７】なお、還元反応の進行にともない消耗した
還元剤のMgを補うため、反応容器12の上部から液体Mgを
随時供給した。なお、生成チタンを含まないMgCl2は、
抜取りバルブ20を経由せずオーバーフロー等によっても
抜取りを行える。
還元剤のMgを補うため、反応容器12の上部から液体Mgを
随時供給した。なお、生成チタンを含まないMgCl2は、
抜取りバルブ20を経由せずオーバーフロー等によっても
抜取りを行える。
【００４８】 溶解・分離工程 溶解分離装置21の内部は、アルゴンガスによって不活性
雰囲気とし、その内部に内径 200mmの水冷銅るつぼ23を
設けて、初期溶解用チタンインゴット４を挿入した。水
冷銅るつぼ23の上方には、入熱手段として非移行式プラ
ズマトーチ22を設け、このプラズマトーチによって水冷
銅るつぼ23内のチタンインゴットの上部表面を加熱して
溶融させ、溶融チタンのプール３を形成させた。
雰囲気とし、その内部に内径 200mmの水冷銅るつぼ23を
設けて、初期溶解用チタンインゴット４を挿入した。水
冷銅るつぼ23の上方には、入熱手段として非移行式プラ
ズマトーチ22を設け、このプラズマトーチによって水冷
銅るつぼ23内のチタンインゴットの上部表面を加熱して
溶融させ、溶融チタンのプール３を形成させた。
【００４９】チタンインゴット４の上部表面の溶融チタ
ンプール３の溶融状態が安定するのを見計らって、の
工程で反応容器12の底部から抜き取られたチタンとMgCl
2の混合物２を、一定量（ 150kg/min )づつ溶融チタン
３に供給した。この間、プラズマトーチ22による加熱を
継続し、供給された混合物２中のMgCl2 を蒸発させて分
離した。
ンプール３の溶融状態が安定するのを見計らって、の
工程で反応容器12の底部から抜き取られたチタンとMgCl
2の混合物２を、一定量（ 150kg/min )づつ溶融チタン
３に供給した。この間、プラズマトーチ22による加熱を
継続し、供給された混合物２中のMgCl2 を蒸発させて分
離した。
【００５０】 インゴットの製造工程 上記の混合物の供給速度に見合う速度（ 265mm/min)
で、インゴット４を下方に引き抜いた。このようにして
製造されたインゴットを分析したところ、Ti： 99.99重
量％であり、前記の溶解・分離工程でチタンが十分に純
化されていることが確認された。
で、インゴット４を下方に引き抜いた。このようにして
製造されたインゴットを分析したところ、Ti： 99.99重
量％であり、前記の溶解・分離工程でチタンが十分に純
化されていることが確認された。
【００５１】（実施例２） （従来の実施例２は全て削除）図２ に示す高周波誘導加熱とプラズマ加熱とを組み合わ
せた装置を使用した。この場合も、るつぼは分割型水冷
銅るつぼ24を用いた。工程、およびは実施例１と
同じ条件とし、の工程は次の条件で操業した。
せた装置を使用した。この場合も、るつぼは分割型水冷
銅るつぼ24を用いた。工程、およびは実施例１と
同じ条件とし、の工程は次の条件で操業した。
【００５２】 溶解・分離工程 溶解・分離装置21の内部の構成は、図２に示すように、
高周波コイル25の内側に内径95mmで16個のセグメントに
分割された分割型水冷銅るつぼ24を設置するとともに、
るつぼの上方にプラズマ炎がチタンインゴット４の上部
表面に達するように非移行式プラズマトーチ22を設置し
た。高周波誘導加熱によって初期溶解用のチタンインゴ
ットの上部を溶融チタンプール３として、還元工程で抜
き取った混合物２を一定量ずつ供給した。
高周波コイル25の内側に内径95mmで16個のセグメントに
分割された分割型水冷銅るつぼ24を設置するとともに、
るつぼの上方にプラズマ炎がチタンインゴット４の上部
表面に達するように非移行式プラズマトーチ22を設置し
た。高周波誘導加熱によって初期溶解用のチタンインゴ
ットの上部を溶融チタンプール３として、還元工程で抜
き取った混合物２を一定量ずつ供給した。
【００５３】この実施例では、混合物中のMgCl2の蒸発
分離を促進するために、さらに上方からのプラズマ加熱
も併用して、チタンの溶解、インゴットの製造を行っ
た。プラズマ加熱の併用によって、実施例１に比べ電力
効率が好転し、チタンの製造速度を向上させることがで
きた。ここで、電力効率とは、生成したチタンインゴッ
トの単位重量当たりの投入電力量で表される。得られた
チタンインゴットは、汚染の少ないものであった。
分離を促進するために、さらに上方からのプラズマ加熱
も併用して、チタンの溶解、インゴットの製造を行っ
た。プラズマ加熱の併用によって、実施例１に比べ電力
効率が好転し、チタンの製造速度を向上させることがで
きた。ここで、電力効率とは、生成したチタンインゴッ
トの単位重量当たりの投入電力量で表される。得られた
チタンインゴットは、汚染の少ないものであった。
【００５４】
【発明の効果】本発明のチタン製造方法によれば、TiCl
4の還元反応の後、チタン中の副生成物であるMgCl2の蒸
発分離からチタンインゴットの製造まで連続して行うこ
とができ、製造工程での生産性を大幅に向上させること
ができるとともに、不純物による汚染がなく品質的に安
定したチタンを製造することができる。
4の還元反応の後、チタン中の副生成物であるMgCl2の蒸
発分離からチタンインゴットの製造まで連続して行うこ
とができ、製造工程での生産性を大幅に向上させること
ができるとともに、不純物による汚染がなく品質的に安
定したチタンを製造することができる。
【図１】本発明方法で使用する装置の一例で、入熱手段
にプラズマ加熱を採用したものを示す概略断面図であ
る。
にプラズマ加熱を採用したものを示す概略断面図であ
る。
【図２】本発明方法で使用する装置の他の一例で、高周
波誘導加熱とプラズマ加熱とを組み合わせて採用したも
のを示す概略断面図である。
波誘導加熱とプラズマ加熱とを組み合わせて採用したも
のを示す概略断面図である。
【図３】分割型水冷銅るつぼの一例を示す概略構成図で
ある。
ある。
【図４】クロール法による従来のスポンジチタンの主な
製造工程およびスポンジチタンを原料とするチタンイン
ゴットの製造工程の概要を示した図である。
製造工程およびスポンジチタンを原料とするチタンイン
ゴットの製造工程の概要を示した図である。
１…溶融Mg、 ２…混合物、 ３…溶融チタンプール４
…チタンインゴット、11…還元炉、12…反応容器、13…
TiCl4 供給ノズル14…真空分離炉、15…凝縮器、 16…
切断プレス、17…消耗電極20…抜取りバルブ、 21…溶
解分離装置、 22…プラズマトーチ23…水冷銅るつぼ、
24…分割型水冷銅るつぼ、 25…高周波コイル26…Mg
Cl2 排出口、 27…スリット、 28 …セグメント、
29…冷却水
…チタンインゴット、11…還元炉、12…反応容器、13…
TiCl4 供給ノズル14…真空分離炉、15…凝縮器、 16…
切断プレス、17…消耗電極20…抜取りバルブ、 21…溶
解分離装置、 22…プラズマトーチ23…水冷銅るつぼ、
24…分割型水冷銅るつぼ、 25…高周波コイル26…Mg
Cl2 排出口、 27…スリット、 28 …セグメント、
29…冷却水
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 夏目 義丈 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチック ス株式会社内 (72)発明者 藤田 健治 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチック ス株式会社内 (72)発明者 和田 久幸 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチック ス株式会社内 (72)発明者 田端 一喜 兵庫県尼崎市東浜町１番地住友シチック ス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−77430（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−185931（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−88727（ＪＰ，Ａ) 特公 昭28−6257（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭30−8252（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭46−19761（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22B 1/00 - 61/00
Claims (3)
- 【請求項１】下記のからまでの工程を順次連続して
実施することを特徴とするチタンの製造方法。 反応容器中で四塩化チタンをアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属で還元する工程 生成した未溶融チタンと、反応副生成物であるアル
カリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物との混
合物を反応容器から抜き取る工程 抜き取った混合物を上下開放型るつぼに収容し、そ
の中で加熱し、混合物中のチタンを溶融させ、上記ハロ
ゲン化物を蒸発させる工程 チタンを凝固させ、上下開放型るつぼから引き抜い
てインゴットとする工程 - 【請求項２】請求項１に記載のの工程で使用する上下
開放型るつぼが水冷銅るつぼであり、混合物の加熱をプ
ラズマ加熱によって行う請求項１に記載のチタンの製造
方法。 - 【請求項３】請求項１に記載のの工程で使用する上下
開放型るつぼが分割型水冷銅るつぼであり、混合物の加
熱を高周波誘導加熱とプラズマ加熱との組み合わせによ
って行う請求項１に記載のチタン製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04357694A JP3195156B2 (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | チタンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04357694A JP3195156B2 (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | チタンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07252550A JPH07252550A (ja) | 1995-10-03 |
| JP3195156B2 true JP3195156B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=12667591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04357694A Expired - Fee Related JP3195156B2 (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | チタンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3195156B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7912371B2 (en) | 2006-03-24 | 2011-03-22 | Fujitsu Limited | Optical transmission device, optical transmission method, and computer product |
| KR200481607Y1 (ko) * | 2016-03-13 | 2016-10-19 | 박태범 | 김장매트 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006098055A1 (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | Sumitomo Titanium Corporation | 高融点金属の分離回収方法 |
| JP5427452B2 (ja) | 2008-03-31 | 2014-02-26 | 日立金属株式会社 | 金属チタンの製造方法 |
| KR101220758B1 (ko) * | 2010-12-27 | 2013-01-09 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 연속 제조된 미세 티타늄 스폰지의 직접 성형장치 |
| KR101370029B1 (ko) * | 2013-03-18 | 2014-03-05 | 한국생산기술연구원 | 플라즈마 수소이온에 의한 티타늄 스크랩의 정련 장치 및 그 방법 |
| US9840755B2 (en) | 2013-03-18 | 2017-12-12 | Korea Institute Of Industrial Technology | Refining device and refining method for titanium scraps and sponge titanium using deoxidising gas |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6277430A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-09 | Kobe Steel Ltd | 電子ビ−ム溶解・鋳造装置 |
| JP2689520B2 (ja) * | 1988-09-27 | 1997-12-10 | 三菱マテリアル株式会社 | 金属チタンの製造方法 |
| JPH02185931A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-07-20 | Toho Titanium Co Ltd | 金属チタンの製造方法 |
-
1994
- 1994-03-15 JP JP04357694A patent/JP3195156B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7912371B2 (en) | 2006-03-24 | 2011-03-22 | Fujitsu Limited | Optical transmission device, optical transmission method, and computer product |
| KR200481607Y1 (ko) * | 2016-03-13 | 2016-10-19 | 박태범 | 김장매트 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07252550A (ja) | 1995-10-03 |
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