JP2002103003A - 荒引銅線の製造方法及び製造装置 - Google Patents
荒引銅線の製造方法及び製造装置Info
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Abstract
抑制できるように、銅粉の発生量を低減させて、表面品
質の良好な荒引銅線を低コストで大量生産可能な製造方
法及び製造装置を提供する。 【解決手段】 燃焼を行い溶銅をつくる溶解炉Aと、溶
解炉Aから送られた溶銅を所定の温度に保持する保持炉
Bと、保持炉Bから送られた溶銅をタンディッシュ5ま
で移送する鋳造樋Cと、タンディッシュ5から供給され
た溶銅を銅材23として導出するベルトキャスター式連
続鋳造機Dと、銅材23を内部に導入し、鉄を含む金属
からなる圧延ロールで圧延する圧延機Eと、を備える、
荒引銅線の製造装置1において、圧延機Eに窒素ガスを
導入して内部を低酸素分圧とする雰囲気制御手段61を
備えるようにした。
Description
式連続鋳造機を用いて荒引導線を連続的に製造する製造
方法、及びこれに用いる製造装置に関する。
押出し加工法や、ディップフォーミング法等が知られて
いる。前者の押出し加工法は、銅のビレット又はケーク
を一旦押出し加工して棒状にし、荒引銅線にする方法で
ある。また、後者のディップフォーミング法は、銅の種
線を溶融金属槽に通し、種線の外周に溶融金属を付着さ
せて棒状銅材を得、これを圧延して荒引銅線にする方法
である。
トが高騰するという欠点があった。また押出し加工法に
よって得られる棒状銅材は、その製法上、有限の長さで
しか得られないため、長尺の棒状銅材を連続的に得るこ
とが困難であるという欠点もあった。そして、ディップ
フォーミング法の場合には、溶銅から荒引銅線を一連の
生産ラインで連続製造できるという利点があるが、生産
性に乏しく、また製造装置全体を体系的に制御、管理し
なければならず、そのため高価な設備を要するという欠
点があった。
優るものとして、ベルトキャスター方式の連続鋳造機を
用いた製造方法が広く知られている。この製造方法にお
いて用いるベルトキャスター式連続鋳造機は、その主要
部が、周回移動する無端ベルトと、この無端ベルトに円
周の一部を接触させて回転する鋳造輪とにより構成され
ている。そして、シャフト炉などの大型の溶解炉と連続
され、さらに圧延機と連結されることによって、溶解炉
からの溶銅を連続鋳造圧延して荒引銅線を一連の生産ラ
インで高速に製造することができる。従って高い生産性
を得ることができ、大量生産が可能になることから、荒
引銅線の製造コストを低減させることが可能になる。こ
の製造方法は、溶銅をベルトキャスター式連続鋳造機で
銅材とし、この銅材を圧延機で圧延し、更に洗浄を行っ
て、荒引銅線を製造するものである。
量に安価な荒引銅線を製造することが出来るが、押出し
加工法やディップフォーミング法と比較して、伸線時の
銅粉発生量が多いという欠点がある。銅粉が大量に発生
すると、伸線用のダイスに徐々に固着していき、ダイス
詰まりを生じさせ、線径不良あるいは断線を引き起こす
ことがある。また、この銅粉が伸線中の銅材に押し込ま
れた場合には、異物断線を引き起こすことがある。断線
すれば、生産ラインの復旧が必要となり、生産性が低下
することは言うまでもない。この銅粉とは、母材である
銅自体のみでなく、線表面(銅材表面)に形成されるC
u2OあるいはCuOといった酸化被膜の量に大きく影
響される。すなわち、線表面に形成された酸化被膜が伸
線時に剥離して銅粉となるのである。また、この酸化被
膜は、この製造方法における圧延工程においても同様に
剥離し、その銅粉が圧延ロール表面に付着することがあ
る。この時、圧延ロールに付着した銅粉は、再度銅材に
押し込まれ、銅材の表面に傷を発生させ、表面品質を損
なうことがある。このように、荒引銅線の表面品質を低
下させるだけでなく、この荒引銅線を伸線する工程にお
いても、品質を低下させたり生産性を低下させることと
なるため、銅粉の発生を抑制することの出来る製造方法
や、製造装置が望まれていた。
で、銅粉の発生量を低減させて、表面品質の良好な荒引
銅線を、低コストで大量生産を可能とする製造方法及び
製造装置を提供すること、を目的とする。
は、溶解炉で燃焼を行い溶銅をつくる溶銅生成工程と、
前記溶解炉から送られた溶銅を、鋳造樋を用いてタンデ
ィッシュまで移送する溶銅移送工程と、タンディッシュ
から溶銅をベルトキャスター式連続鋳造機に供給する溶
銅供給工程と、該ベルトキャスター式連続鋳造機から銅
材を導出する鋳造工程と、該銅材を圧延機内部に導入
し、鉄を含む金属からなる圧延ロールで圧延する圧延工
程と、を有する、荒引銅線を連続的に製造する製造方法
において、前記圧延工程を、酸素分圧を10%以下とし
た低酸素分圧下で行うことを特徴とする。また、請求項
2に記載の発明は、請求項1に記載の荒引銅線の製造方
法であって、前記圧延工程を、酸素分圧を4%以下とし
た低酸素分圧下で行うことを特徴とする。
を、酸素分圧が10%以下の低酸素分圧下で行うので、
銅材表面を酸化し難くして、Cu2OあるいはCuOと
いった酸化被膜の形成を抑制することができる。また、
圧延ロールの材質として、鉄または鉄を含む合金を用い
た場合、固体潤滑材として作用する黒錆を、圧延ロール
表面に発生させやすくできる。すなわち圧延ロールは、
低酸素分圧に晒されているとともに、鋳造直後で高温の
銅材と圧接して温度が上昇するので、黒錆が発生するの
に適した雰囲気及び温度条件ができる。このように、酸
化被膜の形成を抑制するとともに、潤滑させながら圧延
を行って酸化被膜の剥離を抑制することにより、銅粉の
発生を適切に抑制することができる。なお、酸素分圧が
4%以下の低酸素分圧下で行うようにすれば、こうした
作用はより顕著なものとなる。
求項2に記載の荒引銅線の製造方法であって、前記圧延
機に不活性又は還元性のガスを導入することで、該圧延
機内部を低酸素分圧とすることを特徴とする。また、請
求項4に記載の発明は、請求項3に記載の荒引銅線の製
造方法であって、前記ガスは、窒素ガスであることを特
徴とする。
ガスを導入することで、圧延機内部の酸素を追い出して
酸素分圧を下げるようにしているので、圧延機内部を容
易に低酸素分圧(還元性雰囲気)とすることができる。
また、導入するガスを窒素ガスとすれば、安全かつ低コ
ストで取扱を容易にできるとともに、装置構成を簡易な
ものとできる。
をつくる溶解炉と、該溶解炉から送られた溶銅を所定の
温度に保持する保持炉と、該保持炉から送られた溶銅を
タンディッシュまで移送する鋳造樋と、該タンディッシ
ュから供給された溶銅を銅材として導出するベルトキャ
スター式連続鋳造機と、前記銅材を内部に導入し、鉄を
含む金属からなる圧延ロールで圧延する圧延機と、を備
える、荒引銅線を連続的に製造する製造装置において、
前記圧延機に不活性又は還元性のガスを導入して該圧延
機内部を低酸素分圧とする雰囲気制御手段、を備えてい
ることを特徴とする。また、請求項6に記載の発明は、
請求項5に記載の荒引銅線の製造装置であって、前記圧
延機は、前記銅材を導入する開口部を火炎でシールする
ためのシール用バーナを備えていることを特徴とする。
ているので、上記請求項1〜4に記載の荒引銅線の製造
方法を、好適に実施することができる。また、開口部を
火炎でシールするようにすれば、圧延機内部を充分にシ
ールして、低酸素分圧を維持させることができる。
造方法及び製造装置の実施の形態を、図1乃至図3を参
照して説明する。まず、荒引銅線の製造装置について説
明する。図3は、本実施形態に係る荒引銅線の製造装置
を概略的に示した構成図である。
持炉Bと、鋳造樋Cと、ベルトキャスター式連続鋳造機
Dと、圧延機Eと、コイラーFと、を備えて構成されて
いる。
る、例えばシャフト炉が好適に用いられている。溶解炉
Aの下部には、円周方向に複数のバーナ(図示略)が、
上下方向に多段状に設けられている。この溶解炉Aで
は、燃焼が行われて溶銅(湯)がつくられる。
一旦貯蔵するとともに、所定の温度に保持したまま鋳造
樋Cに送るためのものである。鋳造樋Cは、保持炉Bか
ら送られた湯をタンディッシュ5まで移送するものであ
る。
に注湯ノズル9が設けられており、タンディッシュ5か
らの湯がベルトキャスター式連続鋳造機Dへ供給される
ようになっている。
キャスター式連続鋳造機Dが連結されている。このベル
トキャスター式連続鋳造機Dは、周回移動する無端ベル
ト11と、この無端ベルト11に円周の一部を接触させ
て回転する鋳造輪13とにより構成される。鋳造機D
は、さらに圧延機Eと連結されている。
圧延するものである。この圧延機Eは、洗浄冷却装置1
8及び探傷器19を介して、コイラーFに連結されてい
る。
延機本体51と、垂直圧延ロール(圧延ロール)52
a、52b、53a、53bと、水平圧延ロール(圧延
ロール)54a、54b、55a、55bと、シール用
バーナ56a、56bと、を備えて構成されている。圧
延機本体51は気密容器をなすもので、一端部側に、銅
材23を内部に導入するための開口部51aが形成され
ているとともに、他端部側に、圧延された銅材23を洗
浄冷却装置18に送り出すための開口部51bが形成さ
れている。開口部51bは、洗浄冷却装置18及び探傷
器19と一体に連結されており、圧延機本体51から探
傷器19までは内部の気密を維持できるようになってい
る。また、後述する雰囲気制御手段61のガス導入管6
3と連結し、圧延機E内部に不活性ガス又は還元性ガス
を導入するための連結部51cが形成されている。
53bは、圧延機本体51内に各々垂直方向回転可能に
支持されており、図示しない駆動源によって図中矢印方
向に回転駆動されるものである。また、水平圧延ロール
54a、54b、55a、55bは、圧延機本体51内
に各々水平方向回転可能に支持されており、図示しない
駆動源によって図中矢印方向に回転駆動されるものであ
る。垂直圧延ロール52aと52b、53aと53b、
水平圧延ロール54aと54b、55aと55bとは、
各々が一対をなして銅材23を垂直方向あるいは水平方
向から挟持し、銅材23を圧延するようになっている。
これら垂直圧延ロール52a、52b、53a、53
b、及び水平圧延ロール54a、54b、55a、55
bは、鉄、あるいは鉄を含む合金から構成されている。
なお、ここでは垂直圧延ロールと水平圧延ロールとを各
々2対づつ用いた例を示したが、これらの数は適宜変更
可能なものである。
本体51の開口部51a近傍に設けられ、開口部51a
を火炎でシールするものであり、燃料を燃焼させた火炎
で開口部51aを覆うようにし、圧延機E内部の雰囲気
を一定に維持する。なお、ここではシール用バーナを2
個用いた例を示したが、これらの数は適宜変更可能なも
のである。
酸素分圧とするためのもので、ガス貯蔵庫62と、ガス
導入管63と、を備えて構成されている。ガス貯蔵庫6
2内には不活性ガス又は還元性ガスが貯蔵されており、
こうしたガスは、ガス導入管63を経て圧延機E内部に
導入される。ここでは、不活性ガスとして窒素ガス(N
2)を用いている。ガス導入管63の途中に設けられた
バルブ63aによって、圧延機E内部に送るガスの量を
制御することで、圧延機E内部の雰囲気の制御、すなわ
ち酸素分圧の高低を制御できるようになっている。な
お、ここでは窒素ガスを用いた例を示したが、他の不活
性ガスや還元性ガス、例えば一酸化炭素(CO)や水素
(H2)等のガスを用いても、低酸素分圧を形成させる
ことはできる。しかし、取扱性やコストを重視するなら
ば、窒素ガスを用いることが好ましい。
された銅材23を、アルコール等の洗浄剤で洗浄すると
ともに、冷却させるものである。また探傷器19は、洗
浄冷却装置18から送られた銅材23の傷を検知するも
のである。この探傷器19を通過し、品質に問題のない
銅材23は、製品としての荒引銅線となる。図3中で
は、この荒引銅線を符号25で示している。コイラーF
は、荒引銅線25を巻回するものである。
1を用いた、荒引銅線の製造方法について説明する。ま
ず、溶解炉Aにおいて燃焼を行い、溶銅溶銅をつくる
(溶銅生成工程)。この溶銅は、保持炉Bへ送られて所
定の温度に保持されたまま、鋳造樋Cを用いてタンディ
ッシュ5まで移送される(溶銅移送工程)。そして、タ
ンディッシュ5からベルトキャスター式連続鋳造機Dに
供給され(溶銅供給工程)、ベルトキャスター式連続鋳
造機Dにおいて連続鋳造されて、銅材23として導出さ
れる(鋳造工程)。
51aから圧延機E内部に導入され、圧延される(圧延
工程)。圧延機E内部は、雰囲気制御手段61によっ
て、酸素分圧を10%以下、好ましくは4%以下とした
低酸素分圧となっており、シール用バーナ56a、56
bの火炎によって外気からシールされている。なお、低
酸素分圧を阻害しないよう、シール用バーナ61a、6
1bに還元性の燃焼を行わせる必要がある。こうした燃
焼は、例えば、天然ガスと空気との混合ガスにおいて、
燃料比を高めることで行うことができる。
表面にCu2OあるいはCuOといった酸化被膜が形成
され難い条件となっている。ベルトキャスター式連続鋳
造機Dから導出された銅材23は高温となっているの
で、その表面は、空気中の酸素に触れることで酸化され
易い、つまりCu2OあるいはCuOといった酸化被膜
が形成され易い状態となっている。すなわち、銅材23
を通常の空気中に長時間晒したままでは、膜厚の厚い酸
化被膜が形成されて多量の銅粉が発生し易くなるので、
銅粉の発生量を低減させるには、酸素分圧を下げて低酸
素分圧として、銅材23表面の酸化を最小限に抑制させ
る必要がある。
各圧延ロールの表面、すなわち垂直圧延ロール52a、
52b、53a、53b、及び水平圧延ロール54a、
54b、55a、55bの表面は、黒錆(Fe3O4)が
発生し易い条件となる。すなわち、高温の銅材23を挟
持して圧延するので、熱伝導によって垂直圧延ロール5
2a、52b、53a、53b、及び水平圧延ロール5
4a、54b、55a、55bの表面も高温となる。こ
のように、高温で酸素の少ない環境は、黒錆が発生する
のに好都合な環境となる。この黒錆は、非常に微細な粒
子であって、銅材23の圧延時に固体潤滑材として作用
するので、適度に発生させることが好ましい。図1
(b)に、垂直圧延ロール53a及び53bの表面に黒
錆Rが発生している状態を示す。なお、同じ錆でも赤錆
(FeOOH)は、粗い粒子であって固体潤滑材として
作用し得ず、銅材23に付着して、得られる荒引銅線2
5の品質を劣化させてしまうおそれがある。そのため赤
錆の発生は抑制するのが好ましいが、上記条件下では、
黒錆は多量に発生するが、赤錆は殆ど発生しないか、発
生しても短時間で黒錆に変質するような環境となってい
る。
酸化被膜の形成を抑制されるとともに、垂直圧延ロール
52aと52b、53aと53b、水平圧延ロール54
aと54b、55aと55bによって、適度に潤滑され
ながら圧延されて、銅粉の発生が抑制された状態で、洗
浄冷却装置18に送られる。なお、銅粉の発生量が低減
されているので、銅材が銅粉とともに圧延されることで
発生する微細な傷も減少されて、表面品質の良好な銅材
23が得られる。
及び冷却され、探傷器19で傷を検知されて、品質に問
題のない銅材23は荒引銅線25としてコイラーFに巻
回され、製品として出荷される。
酸素分圧と、荒引銅線の発生銅粉量との関係について、
図2に示す。この図に示すように、通常の空気中、つま
り酸素分圧が20%程度の場合よりも、酸素分圧を4%
程度の低酸素分圧とした場合の方が、発生銅粉量が減少
していることが解る。なお、発生銅粉量の評価は、以下
のようにして行った。先ず、対象となる荒引銅線を直線
状とした後40cmの長さに切断し、捻回機に据え付け
て正逆15回転ずつ捻回し、試料とする。この試料を清
浄な布等で拭き取り、表面の銅粉を除去する。このと
き、試料の両端部5cmの部分は捻回機のチャック部分
となっているので、拭き取る部分の長さは30cmであ
る。拭き取り前後の試料重量の差を、発生銅粉量として
評価した。
いては、圧延工程を、酸素分圧を10%以下、好ましく
は4%以下とした低酸素分圧下で行うようにしているの
で、銅材23表面の酸化被膜の形成を抑制するととも
に、垂直圧延ロール52a、52b、53a、53bの
表面に黒錆を発生させ易くして酸化被膜の剥離を抑制
し、銅粉の発生を適切に抑制することができる。そのた
め、銅粉により荒引銅線25表面に発生する微細な傷を
減少させることができる。これにより、メンテナンスコ
ストを削減できるので、表面品質が良好である高品質の
荒引銅線を低コストで大量生産可能とできる。また、こ
の銅粉発生量を抑制した荒引銅線を伸線する時には、銅
粉によるダイス詰まりや銅粉の押し込みによる異物断線
の発生を抑制して、工程の安定化を図ることができる。
を導入することで、圧延機E内部の酸素を追い出して酸
素分圧を下げるようにしているので、雰囲気の制御を短
時間で正確に行うことができる。更に、導入するガス
を、取扱が容易で低価格な窒素ガスとしているので、装
置構成を簡易なものとして工程管理を容易にできるとと
もに、製造コストをより低廉化させることができる。
延機本体51の開口部51aをシール用バーナ56a、
56bの火炎でシールするようにしているので、外気中
の酸素が圧延機E内部に侵入するのを効果的に防ぎ、圧
延機E内部を充分にシールして低酸素分圧を維持させる
ことができる。そのため、圧延機E内部の雰囲気の制御
を容易にできるとともに、低酸素分圧を長時間安定して
維持することができ、工程を更に安定化させて、運転時
の信頼性を高めることができる。
る荒引銅線の製造方法及び製造装置においては、低酸素
分圧下で圧延及び伸線を行うようにしているので、銅粉
の発生量を低減させて、表面品質の良好な荒引銅線を、
低コストで大量生産を可能とする製造方法及び製造装置
を提供することができる。
置のうちの圧延機を示す図であって、(a)は断面図、
(b)は(a)の垂直圧延ロールを示す正面図である。
示すグラフ図である。
置を概略的に示した構成図である。
延ロール) 54a、54b、55a、55b 水平圧延ロール(圧
延ロール) 56a、56b シール用バーナ 61 雰囲気制御手段 62 ガス貯蔵庫 63 ガス導入管 A 溶解炉 B 保持炉 C 鋳造樋 D ベルトキャスター式連続鋳造機 E 圧延機 F コイラー R 黒錆
Claims (6)
- 【請求項1】 溶解炉で燃焼を行い溶銅をつくる溶銅
生成工程と、 前記溶解炉から送られた溶銅を、鋳造樋を用いてタンデ
ィッシュまで移送する溶銅移送工程と、 タンディッシュから溶銅をベルトキャスター式連続鋳造
機に供給する溶銅供給工程と、 該ベルトキャスター式連続鋳造機から銅材を導出する鋳
造工程と、 該銅材を圧延機内部に導入し、鉄を含む金属からなる圧
延ロールで圧延する圧延工程と、 を有する、荒引銅線を連続的に製造する製造方法におい
て、 前記圧延工程を、酸素分圧を10%以下の低酸素分圧下
で行うことを特徴とする荒引銅線の製造方法。 - 【請求項2】 前記圧延工程を、酸素分圧を4%以下
とした低酸素分圧下で行うことを特徴とする請求項1に
記載の荒引銅線の製造方法。 - 【請求項3】 前記圧延機に不活性又は還元性のガス
を導入することで、該圧延機内部を非酸化雰囲気とする
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の荒引銅
線の製造方法。 - 【請求項4】 前記ガスは、窒素ガスであることを特
徴とする請求項3に記載の荒引銅線の製造方法。 - 【請求項5】 燃焼を行い溶銅をつくる溶解炉と、 該溶解炉から送られた溶銅を所定の温度に保持する保持
炉と、 該保持炉から送られた溶銅をタンディッシュまで移送す
る鋳造樋と、 該タンディッシュから供給された溶銅を銅材として導出
するベルトキャスター式連続鋳造機と、 前記銅材を内部に導入し、鉄を含む金属からなる圧延ロ
ールで圧延する圧延機と、 を備える、荒引銅線を連続的に製造する製造装置におい
て、 前記圧延機に不活性又は還元性のガスを導入して該圧延
機内部を低酸素分圧とする雰囲気制御手段、を備えてい
ることを特徴とする荒引銅線の製造装置。 - 【請求項6】 前記圧延機は、前記銅材を導入する開
口部を火炎でシールするためのシール用バーナを備えて
いることを特徴とする請求項5に記載の荒引銅線の製造
装置。
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