JP2001246447A - 活性金属元素含有銅合金の連続鋳造方法 - Google Patents

活性金属元素含有銅合金の連続鋳造方法

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JP2001246447A JP2000063338A JP2000063338A JP2001246447A JP 2001246447 A JP2001246447 A JP 2001246447A JP 2000063338 A JP2000063338 A JP 2000063338A JP 2000063338 A JP2000063338 A JP 2000063338A JP 2001246447 A JP2001246447 A JP 2001246447A
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Yoshihira Ton
Koichi Furutoku
浩一 古徳
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元 佐々木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性金属元素の添加歩留まりが高く、品質の
良い活性金属元素含有銅合金の連続鋳造方法の提供。 【解決手段】 溶解炉1内の銅又は銅合金溶湯Lを鋳型
2に流し込むための樋3の上流側に湯溜槽9を形成し、
この湯溜槽9内に活性金属元素ワイヤRを連続的に挿入
してその溶湯L中に活性金属元素を連続添加しながら鋳
込む。これによって、酸化を効果的に抑制しつつ銅合金
溶湯中に活性金属元素を均一に添加しながら鋳込むこと
ができるため、活性金属元素の添加歩留まりが高く、品
質の良い活性金属元素含有銅合金鋳塊Sを容易に得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶解炉内の銅又は
銅合金溶湯を樋を介して鋳型内に連続して鋳込むに際し
て、Mg,Cr,Zr,Al,Ti等の活性金属元素を
連続添加するようにした活性金属元素含有銅合金の連続
鋳造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
電気電子機器の高性能化に伴い、これら機器に使用され
る銅合金材料にも高強度・高導電性の要求が一層高まっ
てきている。
【0003】一般に、このような銅合金材料の高強度・
高導電性を向上するには、銅又は銅合金中にMg,C
r,Zr,Al,Ti等の活性金属元素を添加すること
で達成することが知られている。
【0004】ところで、このような活性金属元素を含有
した銅合金の鋳造方法としては、従来、不活性ガス雰囲
気とした溶解炉又は保持炉内の銅又は銅合金溶湯中に直
接添加していたため、活性金属元素の酸化による添加歩
留まりが悪く、また生成する酸化物が鋳塊の品質を悪化
させてしまうといった問題があった。
【0005】そこで、本発明はこのような課題を有効に
解決するために案出されたものであり、その目的は、活
性金属元素の添加歩留まりが高く、高品質の活性金属元
素含有銅合金鋳塊を容易に得ることができる新規な活性
金属元素含有銅合金の連続鋳造方法を提供するものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、溶解炉内の銅又は銅合金溶湯を鋳型に流し
込むための樋の上流側に、少なくともその湯道の幅より
も大きい幅又は直径を有する湯溜槽を形成し、この湯溜
槽を経由して上記銅又は銅合金溶湯を流しながらその湯
溜槽内にワイヤ又はロッド状の活性金属元素の連続的に
挿入してその銅又は銅合金溶湯中に所望の活性金属元素
を連続添加しながら鋳込むようにしたものである。
【0007】これによって、酸化を効果的に抑制しつつ
銅又は銅合金溶湯中に活性金属元素を均一に連続添加す
ることができるため、活性金属元素の添加歩留まりが高
く、品質の良い活性金属元素含有銅合金鋳塊を容易に得
ることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明を実施する好適一形
態を添付図面を参照しながら説明する。
【0009】図1は本発明に係る活性金属元素含有銅合
金の連続鋳造方法を示したものあり、図中1は、銅又は
銅合金材料を高温で溶解して銅又は銅合金溶湯L(以下
単に溶湯Lと称す)を得るための溶解槽、2は、この溶
解槽1で得られた溶湯Lを鋳込んで銅合金鋳塊Sを鋳造
するための鋳型、3は、この溶解槽1で得られた溶湯L
を鋳型2側に案内して流し込むための樋である。
【0010】この樋3は、図1〜図3に示すように、溶
解槽1の注湯口1aと鋳型2間を連絡する樋本体4の上
面にその長さ方向に延びる断面矩形状の湯道5を形成し
たものであり、この湯道5の上流側から注がれた溶湯L
をその下流側に形成された出湯槽6側に案内し、これを
その出湯槽6の下面略中央部に穿孔された出湯口7から
下降管8を介して湯道5側に流し込むようにしたもので
ある。また、この湯道5の上流側には、少なくともその
湯道5の幅Wよりも大きい直径を有する湯溜槽9が形成
されており、注湯直後の溶湯Lを一時的に滞留させてか
ら順次湯道5側へ流すようになっている。
【0011】すなわち、このような構成をした樋3を用
い、その湯道5の上流側に溶解槽1内の溶湯Lを注ぎ込
むと、この溶湯Lは、先ず、湯溜槽9内に集められ、こ
こで一時的に滞留することにより適度な攪拌を受けた
後、その下流側の湯道5に流れ込む際に、その断面積の
減少に伴って湯道5内を高速で通過して出湯槽6に達
し、ここで、さらに旋回流等の適度な攪拌を受けた後、
その中央底部の出湯口7から下降管8を介して鋳型2内
に鋳込まれるようになる。
【0012】そして、図1及び図2に示すように、この
湯溜槽9内、望ましくは湯溜槽9内のやや上流側に、予
めワイヤ又はロッド状に形成された任意の活性金属元素
Rを、その先端がその液面下に位置するように任意の速
度で連続的に挿入すると、この活性金属元素Rがその溶
湯Lの熱によってその湯面下で先端部から溶解した後、
溶湯Lに溶け込み、この溶湯Lと共に湯道5を高速で通
過する際に攪拌されてこの活性金属元素Rが溶湯L中に
均一に混ざり合うことによって移送と同時に均質な活性
金属元素含有溶湯L1が得られることになる。
【0013】従って、この活性金属元素含有溶湯L1を
出湯口7から下降管8を介して鋳型2内に鋳込むこと
で、活性金属元素の添加歩留まりが高く、かつ酸化が抑
制された品質の良い活性金属元素含有銅合金鋳塊を容易
に得ることができる。
【0014】ここで、本発明の目的・作用効果をより確
実に得るためには、図2に示すように上記湯溜槽9を樋
3の出湯口7から600〜3000mm離れた上流側に
形成すると共に、この湯溜槽9の直径を湯道5の幅Wに
対して1.5〜4倍に設定し、さらにこの湯溜槽9の溶
湯深さを図3に示すように20〜120mmの範囲に維
持することが望ましい。
【0015】すなわち、湯溜槽9を樋3の出湯口7から
600〜3000mm離れた上流側に形成することが望
ましい理由としては、この湯溜槽9を出湯口7から60
0mm以内の距離に設けた場合、湯溜槽9から出湯口7
迄の距離が短くなってしまうため、湯溜槽9内で溶解し
た活性金属元素が十分に攪拌されないうちに出湯口7に
達し、そのまま溶湯L中に相分離したような状態で鋳込
まれてしまって鋳塊の品質を悪化させてしまうばかりで
なく、均一に混ざらないことにより鋳塊の成分ばらつき
が発生する虞があるためである。反対に、この湯溜槽9
を樋3の出湯口7から3000mm以上離れた位置に設
けると、湯溜槽9から出湯口7迄の距離が長くなって空
気と触れる時間が多くなるため、湯道5内を移送中に活
性金属元素の酸化され、活性金属元素の添加歩留まりが
悪くなってしまう虞があるからである。
【0016】また、この湯溜槽9の直径を湯道5の幅W
に対して1.5〜4倍に設定することが望ましい理由と
しては、この湯溜槽9の幅が湯道5の幅Wに対して1.
5以下であると、湯溜槽9に対する湯道5の断面積減少
率が小さくなって溶湯Lの流速の増加が殆ど得られず、
その結果、湯道5における溶湯Lの十分な攪拌効果が得
られないからである。反対に、この湯溜槽9の幅が湯道
5の幅Wに対して4倍を超えると、湯道5内の流速が速
くなりすぎて溶湯L中にその表面に発生した酸化物や被
覆材が巻き込まれてしまい、これが溶湯Lと共に鋳込ま
れて鋳塊の品質悪化を招く虞があるからである。そし
て、この湯溜槽9の直径をより具体的に設定すれば、1
00mm〜300mmの範囲が最も好適である。100
mm以下では作業性が悪く、反対に300mmを超える
と、樋3が大型化する上に、樋3内の溶湯Lの表面積が
増大して酸化しやすくなってしまうからである。尚、本
実施の形態における湯溜槽9は平面真円形状とした場合
で説明したが、この湯溜槽9は平面楕円形でも或いは平
面矩形状をしたものでも良く、この場合は、湯溜槽9の
直径ではなく、その幅を上述したように湯道5の幅Wに
対して1.5〜4倍になる。
【0017】また、この湯溜槽9の溶湯深さを20〜1
20mmの範囲に維持する理由としては、この溶湯深さ
が20mm以下であると、溶湯深さが浅すぎて溶湯L中
で溶解した活性金属元素が直ちに湯面上に達し、これが
酸化して鋳塊欠陥の原因となる酸化物の生成量が増大し
やすくなるるためであり、反対に120mm以上では、
溶湯表面での酸化防止効果に飽和が見られる上に、溶湯
深さが深すぎて樋3全体が大型化してしまうからであ
る。
【0018】一方、本発明で使用する活性金属元素Rと
しては、従来と同様な公知のMg,Cr,Zr,Al,
Ti等の活性金属元素をロッド又はワイヤー状に加工し
たもものを溶湯L中に挿入してその先端が溶湯L中で連
続して溶解できる状態を維持できるのであれば、その送
り速度や太さ等は特に限定されるものでなく、溶湯Lの
流量や添加量などに応じてその都度適宜最適な条件が採
用されることは勿論である。
【0019】
【実施例】(実施例1)先ず、図1に示すように、溶解
炉1にて銅を1250℃に溶解して得られた銅溶湯Lを
Pにより脱酸した後、この溶湯Lを予め木炭を配置した
樋3に連続して流し込みながら、その湯溜槽9内の溶湯
L中に、図示しない活性金属添加装置から連続して繰り
出される活性金属Zrワイヤ(φ6)Rを挿入速度31
0mm/minで連続して添加し、得られたCu−Zr
合金溶湯L1をそのまま鋳込んでCu−0.1%Zr合
金鋳塊S(210mmT×620mmW、重量4.5ト
ン)を連続鋳造した。また、本実施例では湯溜槽9を出
湯口7から2000mm上流側に形成すると共に、その
直径を湯道5の幅の1.8倍である140mmとし、か
つ、湯溜槽9内の溶湯Lの深さを40mmに維持しなが
ら鋳造を行った。
【0020】次に、このようにして得られた合金鋳塊S
について活性金属元素の添加歩留まり検査及び鋳塊の外
観検査、並びに内部欠陥検査を行い、その結果を以下の
表1に示した。尚、ここで鋳塊外観の巻き込みは目視に
より検査し、鋳塊内部の巻き込みは鋳塊の表面を5mm
面削りした後、超音波探傷法により検査した。
【0021】(実施例2)表1に示すように、湯溜槽9
を出湯口7から1250mm上流側に形成すると共に、
その直径を湯道5の幅の2.8倍である200mmと
し、かつ、湯溜槽9内の溶湯Lの深さを30mmに維持
しながら鋳造を行った他は、実施例1と同様な条件で同
様な合金鋳塊Sを連続鋳造した後、この合金鋳塊Sに対
して実施例1と同様な検査を行った。
【0022】(実施例3)表1に示すように、湯溜槽9
を出湯口7から850mm上流側に形成すると共に、そ
の直径を湯道5の幅の3.5倍である250mmとし、
かつ、湯溜槽9内の溶湯Lの深さを60mmに維持しな
がら鋳造を行った他は、実施例1と同様な条件で同様な
合金鋳塊Sを連続鋳造した後、この合金鋳塊Sに対して
実施例1と同様な検査を行った。
【0023】(比較例1)表1に示すように、湯溜槽9
の直径と湯道5との幅の比を1とした他は、実施例1と
同様な条件で同様な合金鋳塊Sを連続鋳造した後、同様
な検査を行った。
【0024】(比較例2)表1に示すように、湯溜槽9
の直径と湯道との幅の比を5とした他は、実施例1と同
様な条件で同様な合金鋳塊Sを連続鋳造した後、同様な
検査を行った。
【0025】(比較例3)表1に示すように、湯溜槽9
内の溶湯深さを15mmとした他は、実施例1と同様な
条件で同様な合金鋳塊Sを連続鋳造した後、同様な検査
を行った。
【0026】(比較例4)表1に示すように、湯溜槽9
と出湯口7との距離を400mmとした他は、実施例1
と同様な条件で同様な合金鋳塊Sを連続鋳造した後、同
様な検査を行った。
【0027】
【表1】
【0028】この結果、表1からも明らかなように、本
発明に係る実施例1〜3はいずれも活性金属元素Zrの
歩留まりが高く、鋳造欠陥も少なかった。
【0029】これに対し、湯溜槽9の直径と湯道5との
幅の比が本発明の規定値を外れる比較例1及び2の場合
では、いずれも鋳塊内外への酸化物巻き込みが多くなっ
て鋳造欠陥が見られた上に、Zr歩留まりも低いもので
あった。また、湯溜槽9内の溶湯深さが浅い比較例3の
場合は、鋳塊表面の酸化物巻き込みが著しい上に、Zr
歩留まりも最も低いものであった。さらに、湯溜槽9と
出湯口7との距離が短すぎる比較例4の場合では鋳塊内
部の酸化物巻き込みが著しい上に、Zr歩留まりも本実
施例のいずれにも到達しなかった。
【0030】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、酸化を効
果的に抑制しつつ銅又は銅合金溶湯中に活性金属元素を
均一に添加しながら鋳込むことができるため、活性金属
元素の添加歩留まりが高く、品質の良い活性金属元素含
有銅合金鋳塊を容易に得ることができる等といった優れ
た効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る製造方法の実施の一形態を示す説
明図である。
【図2】本発明方法に適用できる樋の実施の一形態を示
す平面図である。
【図3】図2中X−X線断面図である。
【符号の説明】
1 溶解炉 2 鋳型 3 樋 5 湯道 7 出湯口 9 湯溜槽 L 銅又は銅合金 R 活性金属元素 S 鋳塊
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B22D 35/00 B22D 35/00 F // C22C 9/00 C22C 9/00 9/01 9/01 (72)発明者 佐々木 元 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内 Fターム(参考) 4E004 MB14 NC07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶解炉内の銅又は銅合金溶湯を鋳型に流
    し込むための樋の上流側に、少なくともその湯道の幅よ
    りも大きい幅又は直径を有する湯溜槽を形成し、この湯
    溜槽を経由して上記銅又は銅合金溶湯を流しながらその
    湯溜槽内にワイヤ又はロッド状の活性金属元素の連続的
    に挿入してその銅又は銅合金溶湯中に所望の活性金属元
    素を連続添加しながら鋳込むようにしたことを特徴とす
    る活性金属元素含有銅合金の連続鋳造方法。
  2. 【請求項2】 上記湯溜槽を上記樋の出湯口から600
    〜3000mm上流側に形成したことを特徴とする請求
    項1に記載の活性金属元素含有銅合金の連続鋳造方法。
  3. 【請求項3】 上記湯溜槽の幅若しくはその直径を、こ
    の湯溜槽と出湯口を連通する湯道の幅に対して1.5〜
    4倍としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の活
    性金属元素含有銅合金の連続鋳造方法。
  4. 【請求項4】 上記湯溜槽の幅若しくはその直径を10
    0〜300mmとしたことを特徴とする請求項3に記載
    の活性金属元素含有銅合金の連続鋳造方法。
  5. 【請求項5】 上記湯溜槽内の溶湯深さを20〜120
    mmに維持しながら鋳造するようにしたことを特徴とす
    る請求項1〜4のいずれかに記載の活性金属元素含有銅
    合金の連続鋳造方法。
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