海绵钛和海绵钛的制造方法以及钛铸锭或钛合金铸锭的制造方法技术

一种海绵钛，其特征在于，其为通过克罗尔法而制造的海绵钛，所述海绵钛的氯含量和镁含量的总计为350质量ppm以下，填充密度为1.65～1.95g/cm

Manufacturing methods of titanium sponge and titanium sponge and titanium ingot or titanium alloy ingot

A sponge titanium is characterized in that it is a sponge titanium manufactured by Kroll Process, the total chlorine content and magnesium content of the sponge titanium are less than 350 mass ppm, and the filling density is 1.65-1.95g/cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】海绵钛和海绵钛的制造方法以及钛铸锭或钛合金铸锭的制造方法
本专利技术涉及：基于用金属镁还原四氯化钛而制造海绵钛的克罗尔法的海绵钛和其制造方法以及钛铸锭或钛合金铸锭的制造方法。
技术介绍
海绵钛在工业上通过克罗尔法制造。基于克罗尔法的工业上的海绵钛的制造中的工序被大致分为：氯化蒸馏工序、还原分离工序、破碎工序和电解工序这四个工序。作为这些工序之一的还原分离工序由还原工序和真空分离工序构成。还原工序中，通过在不锈钢制或钢制的反应容器内的熔融状态的金属镁上滴加四氯化钛，从而引起还原反应，生成海绵钛和作为副产物的氯化镁。接着，真空分离工序中，通过将还原工序中生成的海绵钛在高温且减压下抽真空，从而制造去除了残留的氯化镁、金属镁的海绵钛块(非专利文献1)。如此制造的海绵钛块在后续的破碎工序中阶段性地被切断并破碎，最终成为毫米至厘米级的海绵钛。海绵钛作为后续的熔解工序的主原料单独熔解或与副原料一起熔解，成为钛铸锭或钛合金铸锭。此处所谓副原料例如是指，钛加工品的切屑、板、块等钛废料、其他合金元素的颗粒、板、块等添加材料。钛的熔解方法中，通常使用有消耗电极式电弧熔化法、电子束熔解法、等离子体熔解法、真空感应熔炼法、非活性感应熔化法，但已知任意熔解法中，海绵钛的氯含量均为左右熔解稳定性和生产率的重要要素。例如，有时产生如下问题：电子束熔解法中，在真空下进行熔解，但对于氯含量多的海绵钛，随着氯化物的挥发大量产生飞溅物，因此，熔解成品率恶化的问题(非专利文献2)；通过使飞溅物附着或堆积在原料供给口，从而无法进行原料插入的问题(专利文献1)。此外，还产生如下问题：由于挥发了的氯化物而妨碍电子束的产生的问题(非专利文献3)；产生了的氯化物气体使熔解设备腐蚀等问题。因此，氯含量越低，熔解稳定性越增加，故是理想的。等离子体熔解法、真空感应熔炼法、非活性感应熔化法中，随着氯化物的挥发而产生同样的各种问题，因此，海绵钛的氯含量越少越优选。此处，如果提及通常的海绵钛的氯含量，则氯含量为700ppm左右、镁含量为250ppm左右是通常的值，本专利技术人等进行探索的过程中，氯含量最低为230ppm、镁含量最低为140ppm(非专利文献2)。非专利文献4中，对海绵钛的氯含量和其残留机制有详细记载，报道了海绵钛块内的分布如下：在块上部为1000～1500ppm、在块下部为400～600ppm左右，氯的存在形态为如下三种：Type1：钛一次颗粒内的微细孔中的氯化镁、Type2：残留于钛一次颗粒间的氯化镁、Type3：附着于钛一次颗粒表面的二氯化钛，Type2为主要存在形态。此处所谓的钛一次颗粒是指，构成海绵钛的几十μm级的钛的颗粒，海绵钛是使一次颗粒烧结而成的多孔体。对于Type1，氯化镁极其微细地分散在钛一次颗粒的颗粒内而存在，对于Type2，氯化镁存在于钛一次颗粒彼此的间隙，对于Type3，二氯化钛存在于钛一次颗粒的表面上。非专利文献4中，作为支配氯含量的重要因素，列举了还原工序中的四氯化钛的供给速度、镁存在量，报道了四氯化钛的供给速度小、镁存在量多的情况下，氯含量变低，四氯化钛的供给速度小至1.4(L/m2/分钟)(2.4(kg/m2/分钟))，在镁充足地存在的状态下生成的海绵钛块的下部，成功地形成小于400ppm的氯含量。因而，钛铸锭的品质是铸锭熔炼中的重要的要素，特别重要的是，铸锭的铸件表面和成分。海绵钛的氯含量多时，在熔解工序中，经常产生源自氯化物而电子束偏移、或者电子枪暂时停止等麻烦，因此，无法如设定进行电子束对钛熔液外周部的照射，这成为铸件表面不良的原因。对于铸件表面，有关于电子束熔解时的射束输出和下拉速度、与铸件表面的关系的报道例(非专利文献2)。关于成分，有调查了以电子束熔解法熔炼了的铸锭的成分分布的报道例(非专利文献5)。成分控制中成为特别重要的是，氧浓度和铁浓度，对于工业用纯钛，要求将成分控制在250ppm左右的窄的范围内。现有技术文献非专利文献非专利文献1：资源与原材料Vo.1.109P1157-1163(1993)非专利文献2：ISIJVol.31(1991)No.2P906-914非专利文献3：铁与钢Vol.74(1988)No.2P215-223非专利文献4：资源与原材料Vo.112P251-256(1996)非专利文献5：材料与工艺Vol.1、(1988)No.5P1335专利文献专利文献1：日本实公平6-23918
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，非专利文献5的海绵钛中的氯含量小于400ppm的情况下，熔解工序中，不是解决源自含氯化物的问题所需的充分的氯降低量，因此，仍然存在源自含氯化物的问题。另外，此外，非专利文献5的方法中，四氯化钛的供给速度极端慢，因此，存在工业化时海绵钛的生产率也过低的问题。因此，寻求电子束熔解法、等离子体熔解法、真空感应熔炼法、非活性感应熔化法等未伴有压缩成型的熔解法中不产生源自含氯化物的问题、低氯含量的海绵钛。另外，非专利文献2的方法中，在小规模的制造水平下，能实现铸件表面的改善，但是几吨以上的大型铸锭熔炼时，即使适当控制射束输出、下拉速度，也经常产生铸件表面不良，要求改善。另外，几吨以上的大型铸锭熔炼时，经常无法将成分控制为规定的范围内，要求改善。因此，本专利技术的目的在于，提供：基于不伴有压缩成型的熔解法的大型铸锭熔炼时、不易产生源自含氯化物的问题、且容易实现成分控制的大型铸锭制造用的海绵钛和工业上有效地制造该海绵钛的方法。用于解决问题的方案上述课题通过以下的本专利技术而解决。即，本专利技术(1)提供一种海绵钛，其特征在于，其为通过克罗尔法而制造的海绵钛，所述海绵钛的氯含量和镁含量的总计为350质量ppm以下，填充密度为1.65～1.95g/cm3。另外，本专利技术(2)提供(1)的海绵钛，其特征在于，平均粒径为1.7～19.1mm。另外，本专利技术(3)提供(1)或(2)中的任一海绵钛，其特征在于，粒径为0.84mm以下的海绵钛细粒的比率为0.8质量％以下。另外，本专利技术(4)提供一种基于克罗尔法的海绵钛的制造方法，其特征在于，其为基于克罗尔法的海绵钛的制造方法，所述制造方法具备如下工序：还原分离工序，其反应浴面的面积为2.5m2以上，且(i)使从四氯化钛对金属镁的供给开始至生成达到相当于破碎工序中的采集对象的上限位置的位置的海绵钛的期间，以下述式(1)算出的每单位面积反应浴面的四氯化钛的平均供给速度A为2.8～4.0kg/(分钟·m2)，A＝每1分钟的四氯化钛的平均供给速度(kg/分钟)/反应浴面的面积(m2)(1)，且，(ii)使四氯化钛的总供给量为以下述式(2)算出的海绵钛块的底部载荷指数B成为3.5～5.5t/m2的量，B＝海绵钛块的质量(t)/海绵钛块的下侧所接触的圆板或基座的面积(m2)(2)；和，破碎工序，其使采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海绵钛，其特征在于，其为通过克罗尔法而制造的海绵钛，所述海绵钛的氯含量和镁含量的总计为350质量ppm以下，填充密度为1.65～1.95g/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170331 JP 2017-0727481.一种海绵钛，其特征在于，其为通过克罗尔法而制造的海绵钛，所述海绵钛的氯含量和镁含量的总计为350质量ppm以下，填充密度为1.65～1.95g/cm3。


2.根据权利要求1所述的海绵钛，其特征在于，平均粒径为1.7～19.1mm。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的海绵钛，其特征在于，粒径为0.84mm以下的海绵钛细粒的比率为0.8质量％以下。


4.一种基于克罗尔法的海绵钛的制造方法，其特征在于，其为基于克罗尔法的海绵钛的制造方法，所述制造方法具备如下工序：
还原分离工序，其反应浴面的面积为2.5m2以上，且(i)使从四氯化钛对金属镁的供给开始至生成达到相当于破碎工序中的采集对象的上限位置的位置的海绵钛的期间，以下述式(1)算出的每单位面积反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：井上洋介，山口雅宪，
申请(专利权)人：东邦钛株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP