[发明专利]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

说明书

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。根据本发明，可以提供：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。

技术领域

本发明涉及：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。

背景技术

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，本发明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。