JP2014172088A

JP2014172088A - 連続鋳造用溶解銅原料

Info

Publication number: JP2014172088A
Application number: JP2013049625A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Akiyama; 好之秋山; Keiji Wada; 慶司和田; Tetsuya Tsujibayashi; 哲也辻林
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】溶解炉に追加投入された場合であっても、溶解炉内の銅溶湯の湯面を酸化防止剤又は脱酸剤からなる被覆材によって被覆して酸素の混入を防止できるとともに、溶湯温度及び溶湯量の変動を抑えて安定して鋳造することができ、さらに、簡単な構成で自動投入することが可能な連続鋳造用溶解銅原料を提供する。
【解決手段】溶解炉２１と、この溶解炉２１内の銅溶湯３に接続された鋳型３０と、を備えた連続鋳造装置２０により、鋳塊１を連続的に製造する際に溶解炉２１内に供給される連続鋳造用溶解銅原料１０であって、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上、酸素の含有量が２０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされ、外形が球形状をなし、最大径Ｒ_ｍａｘと最小径Ｒ_ｍｉｎとの比Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎが、１．０≦Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎ≦１．５の範囲内とされ、１個当りの重量が５ｇ以上３０００ｇ以下の範囲内に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶解炉と、この溶解炉内の銅溶湯に接続された鋳型と、を備えた連続鋳造装置によって鋳塊を連続的に製造する際に、前記溶解炉内に供給される連続鋳造用溶解銅原料に関するものである。

従来、銅又は銅合金からなる線材、棒材、管材、板材等を製造する場合には、ケークやビレットと呼ばれる断面積の大きな鋳塊を製出し、熱間加工や冷間加工を行うことによって製造されていた。
しかしながら、断面積の大きな鋳塊を製出した後に熱間加工や冷間加工を行って線材、棒材、管材、板材等を製出する場合、鋳塊のサイズによって得られる長さが制限されることになり、長尺の線材、棒材、管材、板材等を得ることができなかった。また、生産効率が悪いといった問題があった。

そこで、銅又は銅合金からなる線材、棒材、管材、板材等を低コストで効率良く製造する方法として、例えば特許文献１に開示されているように、銅又は銅合金の溶湯が貯留された溶解炉に鋳型を設置し、線形状、棒形状、管形状、板形状の鋳塊を連続的に鋳造するニアネットシェイプ連続鋳造法が提供されている。
特許文献１の図１には、鋳造炉の側壁に鋳型が取り付けられ、この鋳型から棒状の鋳塊を水平方向に引き出して連続鋳造する方法が開示されている。
特許文献１の図２には、鋳造炉に貯留された溶湯に上方から鋳型の一部を浸漬し、この鋳型から棒状の鋳塊を上方に引き出して連続鋳造する方法が開示されている。
特許文献１の図３には、鋳造炉の底壁に鋳型が取り付けられ、この鋳型から棒状の鋳塊を下方に引き出して連続鋳造する方法が開示されている。

特開昭６３−０１３６４７号公報

ところで、上述した特許文献１に記載された連続鋳造装置においては、鋳造炉と溶解炉とを一体とし、装置の小型化、簡略化を図ったものとされている。
このような構成とされた連続鋳造装置においては、鋳塊の製出量に応じて銅原料を溶解炉内に追加投入する必要がある。従来、追加投入される銅原料として電気銅や電気銅の切断品等が用いられていた。なお、電気銅や電気銅の切断品等は、１枚当りの重量が数ｋｇ〜数百ｋｇとされていた。電気銅をさらに小さく切断することは、コストが高くなり、工業的には困難であった。

ここで、上述の連続鋳造装置において、無酸素銅又は無酸素銅に添加元素を添加した銅合金の鋳塊を鋳造する場合には、銅溶湯中に酸素が混入しないように、銅溶湯の湯面を酸化防止剤又は脱酸剤からなる被覆材によって被覆している。ここで、被覆材として使用される酸化防止剤又は脱酸剤としては、例えば、木炭等の固体、溶融スラグ等の液体、不活性ガス等の気体が挙げられる。

このように湯面を被覆材によって被覆した状態で、上述の電気銅や電気銅の切断品等を銅原料として追加投入した場合には、湯面が大きく変動してしまい、被覆材のよる被覆が破れ、銅溶湯中に酸素が混入するおそれがあった。
また、溶解炉に投入した際に溶解炉中の溶湯温度及び溶湯量が大きく変動しまい、鋳造を安定して実施できないおそれがあった。
さらに、電気銅や電気銅の切断品等は、簡単な構成で移送する機構を設けることができず、溶解炉への投入を自動で実施することは非常に困難であった。

本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、溶解炉に追加投入された場合であっても、溶解炉内の銅溶湯の湯面を酸化防止剤又は脱酸剤からなる被覆材によって被覆して酸素の混入を防止できるとともに、溶湯温度及び溶湯量の変動を抑えて安定して鋳造することができ、さらに、簡単な構成で自動投入することが可能な連続鋳造用溶解銅原料を提供することを目的としている。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の連続鋳造用溶解銅原料は、溶解炉と、この溶解炉内の銅溶湯に接続された鋳型と、を備えた連続鋳造装置により、無酸素銅又は無酸素銅に添加元素を添加した銅合金からなる鋳塊を連続的に製造する際に、前記溶解炉内に供給される連続鋳造用溶解銅原料であって、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされるとともに、酸素の含有量が２０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされており、外形が球形状をなし、最大径Ｒ_ｍａｘと最小径Ｒ_ｍｉｎとの比Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎが、１．０≦Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎ≦１．５の範囲内とされ、１個当りの重量が５ｇ以上３０００ｇ以下の範囲内に設定されていることを特徴としている。

上述の構成の連続鋳造用溶解銅原料においては、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされるとともに、酸素の含有量が２０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされているので、溶解炉中に貯留された無酸素銅又は無酸素銅に添加元素を添加した銅合金からなる銅溶湯の酸素濃度が上昇することを抑制できる。
また、外形が球形状をなし、最大径Ｒ_ｍａｘと最小径Ｒ_ｍｉｎとの比Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎが、１．０≦Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎ≦１．５の範囲内とされているので、転がり抵抗が小さく、この連続鋳造用溶解銅原料を転がして溶解炉内に投入することができる。よって、簡単な構造で連続鋳造用溶解銅原料の自動投入を行うことが可能となる。
さらに、１個当りの重量が５ｇ以上３０００ｇ以下の範囲内に設定されているので、連続鋳造用溶解銅原料を投入しても、溶湯温度及び溶湯量が大きく変動せず、鋳造を安定して実施することが可能となる。
なお、本発明に係る連続鋳造用溶解銅原料は、外形が概略球状をなしていて転がり抵抗が比較的小さくされていればよく、樽形状をなしていてもよいし、一部に平坦面が存在していてもよい。

ここで、本発明の連続鋳造用溶解銅原料においては、銅の含有量が９９．９９ｍａｓｓ％以上とされるとともに、酸素の含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされていることが好ましい。
この場合、銅の含有量が高く、酸素の含有量が低く抑えられているので、被覆材として脱酸剤を用いることなく、銅溶湯の酸素濃度を低く抑えることができ、無酸素銅又は無酸素銅に添加元素を添加した銅合金の鋳塊を製造することができる。

本発明によれば、溶解炉に追加投入された場合であっても、溶解炉内の銅溶湯の湯面を酸化防止剤又は脱酸剤からなる被覆材によって被覆して酸素の混入を防止できるとともに、溶湯温度及び溶湯量の変動を抑えて安定して鋳造することができ、さらに、簡単な構成で自動投入することが可能な連続鋳造用溶解銅原料を提供することができる。

本発明の一実施形態である連続鋳造用溶解銅原料を用いて連続鋳造を実施する連続鋳造装置の一例を示す説明図である。本発明の一実施形態である連続鋳造用溶解銅原料の説明図である。本発明の一実施形態である連続鋳造用溶解銅原料を用いて連続鋳造を実施する連続鋳造装置の他の例を示す説明図である。本発明の一実施形態である連続鋳造用溶解銅原料を用いて連続鋳造を実施する連続鋳造装置の他の例を示す説明図である。

以下に、本発明の一実施形態である連続鋳造用溶解銅原料について、添付した図を参照にして説明する。
本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０は、溶解炉２１と、この溶解炉２１内の銅溶湯３に接続された鋳型３０と、を備えた連続鋳造装置２０によって、無酸素銅又は無酸素銅に添加元素を添加した銅合金からなる鋳塊１を連続的に製造する際に、溶解炉２１内に順次添加されるものである。

まず、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０を使用する連続鋳造装置２０の一例について説明する。なお、本実施形態においては、断面円形の棒状の鋳塊１を上方に向けて引き抜いて連続鋳造する上方引上連続鋳造機とされている。
図１に示す連続鋳造装置２０は、溶解炉２１と、この溶解炉２１の上方に配置され、その下端が溶解炉２１内の銅溶湯３に浸漬された鋳型３０と、鋳型３０の上方に配置された引抜き機３６と、溶解炉２１内に連続鋳造用溶解銅原料１０を供給する原料供給機４０と、を備えている。

溶解炉２１は、連続鋳造用溶解銅原料１０を加熱溶解し、得られた銅溶湯３を保持するものであり、銅溶湯３が貯留される坩堝２２と、この坩堝２２を加熱する加熱手段２３と、を備えている。本実施形態では、図１に示すように、坩堝２２内に仕切板２４が配設されており、銅溶湯３の湯面が、原料投入部２５と鋳型配置部２６とに２分割されている。なお、坩堝２２の下部においては、仕切板２４が延設されておらず、原料投入部２５と鋳型配置部２６とで、銅溶湯３が流通可能とされている。
ここで、溶解炉２１内の銅溶湯３の湯面は、酸化防止剤又は脱酸剤からなる被覆材５によって被覆されている。本実施形態では、被覆材５として木炭を使用している。

鋳型３０は、銅溶湯３が注入される筒状のモールド３１と、このモールド３１を冷却する冷却ジャケット３２と、を備えている。ここで、本実施形態においては、モールド３１が円筒状をなしており、このモールド３１の外周側に円筒状をなる冷却ジャケット３２が配置されている。すなわち、円筒状をなすモールド３１と冷却ジャケット３２とが同心円状に配置されているのである。
また、本実施形態では、図１に示すように、モールド３１の軸方向長さが冷却ジャケット３２よりも長く設定されており、モールド３１の両端が冷却ジャケット３２から突出するように配置されている。特に、モールド３１の下端側は冷却ジャケット３２から大きく突出しており、この突出したモールド３１の下端部分が、溶解炉２１内の銅溶湯３に浸漬されている。

引抜き機３６は、鋳型３０のモールド３１の上端から製出される鋳塊１を上方に向けて引き抜くものであり、鋳塊１を挟持するピンチロール３７、３７と、このピンチロール３７，３７の動作を制御するピンチロール制御部（図示なし）を備えている。ピンチロール３７，３７の動作を制御することにより、鋳塊１の引抜き速度や引抜きパターンが調整されることになる。

原料供給機４０は、溶解炉２１の原料投入部２５に、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０を供給するものである。
この原料供給機４０は、連続鋳造用溶解銅原料１０を貯留するホッパ４１と、このホッパ４１の下部に設けられた供給口４２と、この供給口４２に連結された供給樋４３と、供給口４２に配設されたゲート部４４と、このゲート部４４の動作を制御するゲート制御部４５と、溶解炉２１の原料投入部２５の湯面高さを検知する湯面検知手段４８と、を備えている。

ホッパ４１には、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０が貯留されており、下部に設けられた供給口４２から供給樋４３へと、連続鋳造用溶解銅原料１０が１個又は複数個ずつ排出される構成とされている。
供給樋４３は、図１に示すように、溶解炉２１側に向かうに従い漸次下方に向かうように傾斜して配置されており、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０がこの供給樋４３内を転がり、溶解炉２１の原料投入部２５に投入されるように構成されている。

そして、本実施形態では、ゲート部４４の開閉動作によって連続鋳造用溶解銅原料１０の供給量、供給タイミングが調整されるように構成されている。詳述すると、湯面検知手段４８からのデータに基づいてゲート制御部４５がゲート部４４の開閉動作を制御しており、溶解炉２１の原料投入部２５の湯面高さの変動に応じて、連続鋳造用溶解銅原料１０の供給量、供給タイミングが調整されているのである。

次に、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０について説明する。本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０は、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされるとともに、酸素の含有量が２０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされており、さらに好ましくは、銅の含有量が９９．９９ｍａｓｓ％以上とされるとともに、酸素の含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされている。

そして、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０は、図２に示すように、概略球形状をなしており、最大径Ｒ_ｍａｘと最小径Ｒ_ｍｉｎとの比Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎが、１．０≦Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎ≦１．５の範囲内とされている。このように、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０においては、完全球形をなしている必要はなく、樽形状をなしていてもよいし、表面の一部に平坦面が形成されていてもよい。ここで、最大径Ｒ_ｍａｘと最小径Ｒ_ｍｉｎは、次のような手順で測定される。目視にて長径部と短径部が見分けられる形状のものについては、長径部と短径部をノギスでそれぞれ５箇所ずつ測定し、それぞれの最大値および最小値をそれぞれ最大径Ｒ_ｍａｘおよび最小値Ｒ_ｍｉｎとした。また、目視にて長径部と短径部の判断がつかないほぼ真球に近い形状のものについては、ノギスで任意に１０箇所測定し、最大値および最小値をそれぞれ最大径Ｒ_ｍａｘおよび最小値Ｒ_ｍｉｎとした。
また、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０は、１個当りの重量が５ｇ以上３０００ｇ以下の範囲内に設定されている。

ここで、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０は、上述のように、供給樋４３を転がることによって溶解炉２１内に投入されることから、その転がり抵抗が特に重要である。すなわち、転がり抵抗が小さすぎると、連続鋳造用溶解銅原料１０の転がり速度が速くなり、溶解炉２１への投入時の衝撃が大きくなり、湯面が大きく変動してしまうおそれがある。また、転がり抵抗が大きすぎると、連続鋳造用溶解銅原料１０が円滑に転がらず、安定して供給できなくなるおそれがある。ここで、転がり抵抗は、供給樋４３の傾斜や樋内面の摩擦抵抗等によっても変動することから、状況に応じて連続鋳造用溶解銅原料１０の形状等を適宜調整することが好ましい。
具体的には、連続鋳造用溶解銅原料１０を、樽形状をなすように構成したり、表面の一部に平坦面を形成したりすることにより、転がり抵抗を調整することが好ましい。

このような構成とされた連続鋳造装置２０においては、鋳型３０のモールド３１内に銅溶湯３が注入され、冷却ジャケット３２によって冷却されることによって、モールド３１の上端から棒状の鋳塊１が製出される。この鋳塊１が引抜き機３６によって上方に向けて引き抜かれる。
ここで、溶解炉２１内の銅溶湯３が消費されて湯面が低下すると、湯面検知手段４８からのデータに基づいてゲート制御部４５がゲート部４４を動作させ、原料供給機４０から、連続鋳造用溶解銅原料１０が供給される。
このようにして、棒状の鋳塊１が連続的に鋳造されることになる。

以上のような構成とされた本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０によれば、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされるとともに、酸素の含有量が２０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされており、好ましくは、銅の含有量が９９．９９ｍａｓｓ％以上とされるとともに、酸素の含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされているので、溶解炉２１中に貯留された無酸素銅又は無酸素銅に添加元素を添加した銅合金からなる銅溶湯３の酸素濃度が上昇することを抑制できる。また、本実施形態では、銅溶湯３の湯面を被覆する被覆材５として木炭を用いているので、木炭の脱酸作用により銅溶湯３の酸素濃度の低減を図ることができる。

また、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０においては、外形が球形状をなし、最大径Ｒ_ｍａｘと最小径Ｒ_ｍｉｎとの比Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎが、１．０≦Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎ≦１．５の範囲内とされているので、転がり抵抗が比較的小さく、この連続鋳造用溶解銅原料１０を、傾斜した供給樋４３内を転がして溶解炉２１内に投入することができる。よって、図１に示すような簡単な構造の原料供給機４０によって、連続鋳造用溶解銅原料１０の自動投入することが可能となる。

さらに、本実施形態である連続鋳造用溶解銅原料１０においては、１個当りの重量が５ｇ以上３０００ｇ以下の範囲内に設定されているので、連続鋳造用溶解銅原料１０を溶解炉２１内に投入しても、溶湯温度及び溶湯量が大きく変動せず、鋳造を安定して実施することが可能となる。
また、連続鋳造用溶解銅原料１０の投入時に、湯面変動も抑制されるため、被覆材５によって湯面を安定して被覆することができ、銅溶湯３への酸素の混入を抑制でき、酸素濃度の上昇を抑えることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、連続鋳造用溶解銅原料１０を、樽形状をなすように構成したり、表面の一部に平坦面を形成したりすることにより、転がり抵抗を調整しているので、連続鋳造用溶解銅原料１０の投入速度が抑えられ、投入時の湯面変動を確実に抑制することができ、被覆材５によって湯面を安定して被覆することが可能となる。また、供給樋４３内において連続鋳造用溶解銅原料１０を確実に転がして移送することができ、連続鋳造用溶解銅原料１０を安定して供給することができる。

以上、本発明の実施形態である連続鋳造用溶解銅原料について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態においては、図１に示す原料供給機を用いて、連続鋳造用溶解銅原料を供給するものとして説明したが、他の構造の原料供給機に、本発明の連続鋳造用溶解銅原料を適用してもよい。

また、本実施形態においては、図１に示すように、鋳塊を上方へ引き抜く構成の連続鋳造装置を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、例えば、図３に示すように、鋳塊を水平方向に引き抜く水平連続鋳造装置に適用してもよいし、図４に示すように、鋳塊を下方に引き抜く下方引抜連続鋳造装置に適用してもよい。

ここで、図３に示す連続鋳造装置１２０は、溶解炉１２１と、この溶解炉１２１の側壁に断熱材１３４を介して接続された鋳型１３０と、鋳塊１を水平方向に引き抜く引抜き機１３６と、上述の原料供給機４０と、を備えている。鋳型１３０は、モールド１３１と冷却ジャケット１３２とを有しており、板状の鋳塊１を連続的に製造するものとされている。また、引抜き機１３６は、一対のピンチロール１３７、１３７によって鋳塊１を挟持し、間欠的に鋳塊１を引抜くように構成されている。
この連続鋳造装置１２０においても、原料供給機４０によって、本実施形態の連続鋳造用溶解銅原料１０を溶解炉１２１に供給することにより、溶湯温度及び溶湯量の変動を抑制して安定した鋳造を実施することが可能となる。

また、図４に示す連続鋳造装置２２０は、溶解炉２２１と、この溶解炉２２１の底壁に断熱材２３４を介して接続された鋳型２３０と、鋳塊１を下方に引き抜く引抜き機２３６と、上述の原料供給機４０と、を備えている。なお、溶解炉２２１は、チャンバ２２７内に配置されており、チャンバ２２７の底壁に断熱材２３４が配設されている。
この連続鋳造装置２２０においても、原料供給機４０によって、本実施形態の連続鋳造用溶解銅原料１０を溶解炉２２１に供給することにより、溶湯温度及び溶湯量の変動を抑制して安定した鋳造を実施することが可能となる。

また、溶解炉内の銅溶湯の湯面を被覆する被覆材として木炭を使用するものとして説明したが、これに限定されることはなく、溶融スラグ、不活性ガス、還元ガス等の他の被覆材を用いてもよい。
さらに、断面円形の棒状鋳塊を製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、断面多角形の棒状鋳塊であってもよいし、内周孔を有する管状鋳塊であってもよいし、板状をなす鋳塊であってもよい。
また、本実施形態では、冷却ジャケットを備えた鋳型を使用するものとして説明したが、鋳型の構造に限定はなく、例えばモールド内に二重管からなる水冷プローブを挿入した鋳型であってもよい。

１鋳塊
３銅溶湯
５被覆材
１０連続鋳造用溶解銅原料
２０連続鋳造装置
２１溶解炉
３０鋳型

Claims

溶解炉と、この溶解炉内の銅溶湯に接続された鋳型と、を備えた連続鋳造装置により、無酸素銅又は無酸素銅に添加元素を添加した銅合金からなる鋳塊を連続的に製造する際に、前記溶解炉内に供給される連続鋳造用溶解銅原料であって、
銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされるとともに、酸素の含有量が２０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされており、
外形が球形状をなし、最大径Ｒ_ｍａｘと最小径Ｒ_ｍｉｎとの比Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎが、１．０≦Ｒ_ｍａｘ／Ｒ_ｍｉｎ≦１．５の範囲内とされ、
１個当りの重量が５ｇ以上３０００ｇ以下の範囲内に設定されていることを特徴とする連続鋳造用溶解銅原料。
銅の含有量が９９．９９ｍａｓｓ％以上とされるとともに、酸素の含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用溶解銅原料。