JP2017517397A - 銅アノードを形成する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、鋳造ホイール（１）内で銅アノード（６）を形成する方法であって、固体の銅のアノード（６）がアノード（６）に変化し、鋳造ホイール（１）内に位置する金型（２）から放出されるまで、銅（５）がダンピングシュート（３）内で液体溶融状態にあってレードル（４）に移され、レードル（４）の縁部に、及びエジェクターロッド（１３）と金型（２）に位置する貫通穴（１２）との間に生じる隙間（１４）に液体溶融銅（５）が付着するのを防ぐ方法において、分配ダンピングシュート（３）からレードル（４）の方に溶融液体銅を注ぐ段階と、（ｂ）レードル（４）の金属成分を地面に接続し、正電荷（１７）を生成する段階と、（ｃ）乾燥粉末離型剤（２０）の粒子を高電圧及び負電荷（１８）に荷電するノズル（２１）によって吐出された乾燥粉末離型剤（２０）を含む空気噴流（１９）を、レードル（４）の縁部（へり）の方に噴霧する段階と、（ｂ）金型（２）の金属成分を地面に接続し、正電荷（１７）を生成する段階と、（ｅ）乾燥粉末離型剤（２０）の粒子を高電圧及び負電荷（１８）に荷電するノズル（２１）を通る空気噴流（１９）によって、乾燥粉末離型剤（２０）を、金型（２）のキャビティ（１１）及びエジェクターロッド（１３）の位置領域の方に噴霧する段階と、（ｆ）レードル（４）からアノードの金型（２）のキャビティ（１１）の方へ溶融液体銅（５）を注ぐ段階と、（ｇ）鋳造ホイール（１）の回転によってアノード（６）が形成するために、銅が冷却されるまで待機する段階と、（ｈ）エジェクターロッド（１３）を駆動させ、金型（２）のキャビティ（１１）からアノード（６）を放出する段階と、（ｉ）クレーンによって金型（２）からアノード（６）を取り出す段階とを含む方法に関するものである。ノズル（２１）が、鋳造ホイール（１）の上方につるされるカート（２４）に設置されたロボットアーム（２２）によって、レードル領域（４）及び金型領域（２）にわたり移動する。

Description

本発明は、鋳造ホイール内で銅アノードを形成する方法であって、固体の銅がアノードに変化して鋳造ホイール(casting wheel)内に位置する金型(mould)から放出されるまで、銅がダンピングシュート(dumping chute)内で液体溶融状態にあり、かつ、レードル(ladle)に移され、レードルの縁部とともに金型に溶融液体が付着するのを防ぐ方法に関する。

具体的には、本発明は、銅アノードの製造工程において、鋳造レードル及び金型内に水を用いずに粉末離型剤(release dusting agent)を利用することを含む。

現在、アノード鋳造工程は、所望のアノードの形状のキャビティを含有する（通常、銅製の）金型に、溶融した銅(cooper)を鋳造することを基礎としている。

銅は鋳造で成型されると、スプリンクラー、及び既に固化したアノードを放出する棒状又は鋼円筒状のエジェクターによって、急速冷却工程を経る。

一般に、金型は、回転によって、アノードの鋳造、冷却及び放出という連続工程が可能になるように、回転ラック又は「鋳造ホイール」に取り付けられる。

ホイールの回転が１回終了すると、それぞれの金型には、銅などが再度充填される。

液体の銅が金型に付着せずにロッドによって放出できるように、粉末離型剤物質であって、分離物質として機能し、また、液体の銅が金型の固体銅に付着するのを防ぐ粉末離型剤物質の層を加える必要がある。

世界中で用いられている物質は、水と混合し金型の内面にスプリンクラーにより噴霧される、カルシウム粉末又はバライト粉末からの誘導体である。

これらの物質は非水溶性の物質であるため、粉末が沈殿しないように、溶液を恒久的に撹拌する必要がある。

スプリンクラーが利用される場合、溶液は、大部分が下部領域におよび、そして、金型の垂直側面上の被覆範囲が低減した薄層が形成されるように、金型上の重力によってデカントされる。

粉末離型剤を加えるこの方法は、実際に、銅アノードの製造においてすべての鋳造ホイールに世界中で用いられているが、この方法には、液体の銅に接触すると、水が爆発により反応するという大きな欠点があり、このため、レードルによって液体の銅が注がれる前に、水溶液に粉末離型剤を加える必要があり、また、離型剤とともに加えられる水が１００％蒸発するように、金型が十分に高温であることが保証される必要があるが、これに反して、温度が低下すると、爆発反応が起こり、アノード上にクレーターが残る場合があり、その即時の拒絶反応が起こるか、又は、最悪の場合、設備とこれを管理している人の両方に被害を及ぼし得るような大爆発を引き起こす場合があり、これらの両方の状況が起こり、記録されている。

現在の別の課題は、アノードの適切な形状に絶対に必要な金型内部への溶融物の正しい鋳造、そして分散に対する障害である、銅が固化しその後口が閉塞することを防ぐために、液体の銅を鋳造するレードルの口を鋳造の中間において洗浄する必要があるということである。

そして、固化した銅の蓄積によって、レードルの口が閉塞する場合、鋳造銅が噴出した形状で落下し、通常発生するような滝状によるものではないという現象が起こる。

このような噴出は、１つの箇所において、鋳造される銅のすべてを集中させ、これによって、金型に加えられた離型剤が移動し、このため、アノードが金型に付着するが、このことは、アノードと金型をともに廃棄し、鋳造ホイールから除去する必要があり、その結果、製造工程を停止させることになることを意味する。

このような状況を回避するために、操作者は、恒久的に熱及び液体の銅に暴露されて、手動でレードルの口に粉末離型剤を投入する必要がある。

レードルは液体の銅を含むため、発生する爆発を考慮すると、スプリンクラーによって被覆範囲を加えることは実現可能ではなく、したがって、操作者は、大量のかかる粉末離型剤を手動により常時取り扱うことを義務づけられ、粉末単独では付着能がなく、そして、粉末がレードルに付着しないため、金型のそれぞれの銅鋳造において粉末は急速に移動する。

この技術において、静電方式（原理）の離型剤がある。

例えば、特許文献１には、押出プレートを被覆する方法であって、４５０℃で、静電荷によってプレートに付着する分離剤としてＢＮ粉末を用いる方法が開示されている。

特許文献２には、被覆される金型の表面に対してノズルから被膜剤を噴霧することによって、インゴットの金型表面を被覆する方法であって、被膜が、８５％〜９６％の重量の耐火材料と、４％〜１５％の重量の有機粉末材料とを含む、粒状物質の有機液体懸濁液を含有する方法が開示されている。

被膜は、静電荷によって金型の表面に塗布される。

特許文献３には、金型被覆材料の材料粉を吸引し、そして、負電荷を有する鉄砂層からなる溶融鉄の表面上の正電荷が静電気によって印加される吸引によって、鋳型の材料を被覆する方法が開示されている。

特許文献４には、型遮蔽部材に対して静電耐火性粒子を含有した塗料を利用し、要素へ定着剤を被覆し、これにより、金型を被覆する材料層を形成して、製品の品質を向上させる方法が開示されている。

特許文献５には、蒸留水、イオン交換水、水道水から選択される１種又は２種の水からなる０〜７．５質量％の水を含有し、水が、前述した種類の水のうちのいずれか１つと、前述した種類の水のうちのいずれか１つの中に溶解した電解質と、０．３〜３０質量％の可溶化剤と、を含むことを特徴とする、金属鋳造用の油系離型剤が開示されている。

また、同文献には、この油系離型剤を用いる噴霧方法、及び、金型用のこの油系離型剤の静電噴霧装置も開示されている。

特許文献６には、連続金属鋳造機の作動面(workface)において、静電気によって付着させることが可能な断熱粉末粒子の乾燥粉を静電気により加えることが開示されており、金型の表面が、概して楕円形状の進路により回転する作動面を備える。

保護粉末耐火材料の乾燥粉は、気流に同伴され適切な静電装置によって帯電された後に、作動面に対して加えられる。

散布される作動面は、荷電粉末粒子を誘引し作動面にかかる粒子を付着させるように、電気的に接地される。

粉によって形成され、そして堆積して得られた被膜は、作動面の相当な領域にわたって顕著に均一であり、現象は、堆積する乾燥粉末粒子の相互静電反発作用によって説明可能である。

この方法では、連続鋳造時の作動面における連続的に再度利用される粉によって、鋳造時に、回転金型表面の作動面上の被膜から失われた粉を直ちに有用に補うか又は交換することができる。粉は、連続的に除去することができる。

粉は、空気によって自由に除去することができる。

カナダ特許第２３４５９２２号明細書 英国特許第１２８８２９２号明細書 特開昭５８‐１９２６５７号公報 特開昭６１‐１９９５４３号公報 韓国特許第２００９００８２１０６号明細書 米国特許第５４３７３２６号明細書

前述の文献にはいずれも、銅がレードルの縁部に付着するのを防ぐための、さらに、溶融した銅が冷却して、溶融銅がエジェクターロッドと銅アノード金型との間に付着することにより、銅アノード金型の下方に位置するエジェクターロッドが銅アノード金型に付着するのを防ぐための技術的課題が検討されていない。

本発明は、空気噴流により粉を噴霧乾燥する装置であって、空気噴流が、粒子を高電圧及び負電荷に荷電するノズルを通る装置を用いることによって、これらの課題を解決する。

そして、レードルの一部である金属片は、地面（正電荷）に接続され、これによって、噴霧された粒子は誘引され、電荷の差によってレードルの表面及び金属の表面に付着する。

このようにして、離型剤の導電手段として水を用いる必要がなく、液体の銅を含有するレードルに直接噴霧することができる。

さらに、本発明は、操作者を銅との直接接触から離して維持する手動工具として実施することができるか、又は、そのほかに、工程を自動化できるように、スライドレールシステムを有するロボットアームに取り付けることができる。

本発明の別の利点は、同じロボットアーム、スライドレール又は手動工具が、離型剤を金型に直接噴霧でき、銅が注がれ、このようにして、現在用いられている、液体離型剤を注ぐ自動ステーションの設置が回避されることである。

一方、本発明によって、水をすべて蒸発させ液体の銅との爆発反応を避けるのに液体離型剤を待つ必要がないため、アノード成形工程を促進することができる。

また、このことは、成形工程時に液体の銅と接触させて水を除去する際の安全性の増加も意味する。

本発明の別の利点は、反対の電荷を有した表面に付着する乾燥粉を用いると、液体離型剤の移動が生じないため、この利用は、金型のキャビティ及び垂直壁並びにレードルにおいて一定であるということである。

また、帯電した粉は蓄積する傾向もあり、このため、水をベースとする利用によって達成されるものと比較して、デカント(decanted)された材料では、非常に大きな厚さが達成される。

そして、蒸発も沸騰もないため、静電気によって金型へ加えられる離型剤の層は、非常に一定で、滑らかであり、これによって、鋳造アノードの表面品質が向上する。

前述したことにより、本発明の目的は、溶融した液体銅がレードルに付着するのを防ぐための、静電気によってレードルの縁部（へり）に付着する粉末離型剤の添加である。

本発明の別の目的は、エジェクターロッドがアノードの金型に付着するのを防ぐことによって、金型からアノードが放出するのを促進するように、静電気によってアノードの金型に、具体的にはエジェクターロッドに付着することができる粉末離型剤の添加である。

添付の図面は、先行技術の十分な理解を提供し、そして、本発明の詳細を示すように含まれる。

レードルによって溶融液体銅が金型に注がれている、鋳造ホイールの斜視図である。 操作者がレードルの縁部（へり）の方に粉末離型剤を噴霧している、鋳造ホイールの斜視図である。 アノードの金型の斜視図である。 アノード用の金型の半切断斜視図を示し、エジェクターロッドの詳細図である。 アノード用の金型の前面切断図を示し、エジェクターロッドの詳細図である。 アノード用の金型の前面切断図を示し、離型剤を含む水が注がれているエジェクターロッドの詳細図である。 アノードが溶融した２つの金型の斜視図である。 本発明の概念を説明する前面切断図である。 レードルの縁部（へり）の方に乾燥粉末離型剤を噴霧するロボットが示されている、鋳造ホイールの斜視図である。 ロボットがアノード用の金型に乾燥粉末離型剤を噴霧している、鋳造ホイールの斜視図である。 操作者が手動工具を用いてアノード用の金型に乾燥粉末離型剤を噴霧することが示されている、鋳造ホイールの斜視図である。

図１は、複数のアノード（２）が設置されている鋳造ホイール（１）を示している。前述した鋳造ホイール（１）に隣接し、そして鋳造ホイールの外側には、レードル（４）に溶融液体銅（５）を供給する２つの出口を有した分配ダンピングシュート（３）がある。

レードル（４）に決められた量の溶融液体銅が充填されると、レードルは、金型が充填され、アノード（６）が形成されるまで、内容物を金型に注ぐ。

溶融液体銅（５）が、レードル（４）の縁部（へり）に付着するのを防ぐように、操作者（７）は、手動で容器（８）内に貯蔵されている粉末離型剤を注ぐ。

レードル（４）及び鋳造ホイール（１）に非常に接近している場合、操作者（７）の位置がどれくらい危険性をもたらすか留意する必要がある。しかしながら、溶融液体銅の流れがレードル（４）の縁部（へり）において動かなくなる傾向があることを考慮すると、この粉末離型剤を用いない場合、溶融液体銅の流れは中断する。前述したことにより、図２に示されているこの危険な操作を行う必要がある。

一方、金型（２）のキャビティ（１１）が充填されると、鋳造ホイールはその円形経路を持続し、これによって、溶融液体銅（５）は冷却され、固体状態で、本体（９）と耳部（１０）とを有したアノード（６）が形成される。

金型（２）からアノード（６）を放出するように貫通穴（１２）が設けられ、その中にはエジェクターロッド（１３）が収容され、このため、貫通穴（１２）の外壁とエジェクターロッド（１３）との間には、隙間（１４）が生じ、この隙間は、エジェクタロッド（１３）が、金型の下方に位置する駆動機構（図示せず。）によって移動するのに十分なクリアランスを備える。

駆動機構（図示せず。）がエジェクターロッド（１３）に作用する場合、溶融液体銅（５）が隙間（１４）の内部に落下する場合があり、これによって、エジェクターロッド（１３）が上昇できない場合があり、このため、金型（２）からアノード（６）が移動しないことを考慮すると、エジェクターロッドが貫通穴（１２）の内部に付着する可能性は高い。

このような理由により、操作者（７）は、金型（２）が、レードル（１５）、水及び粉末離型剤(release powder)を含む懸濁液とともに、分配ダンピングシュート（３）の下流にある場合、キャビティ（１１）及び隙間（１４）に粉末離型剤が均一に噴霧されるように、金型（２）の方に注ぐ必要がある。

懸濁液（１５）が金型（２）に注がれると、熱により、水は蒸気雲（１６）を発生させ、これによって、離型剤が金型（２）の壁に付着する。この場合、操作者（７）が鋳造ホイール（１）に非常に接近し、また、金型（２）の水も爆発を生じる場合があるため、操作者も危険にさらされる。

このような理由により、そして、これらの課題を解決するために、本発明は、アノード（６）粒子を形成する工程の２つの領域（Ａ、Ｂ）における乾燥粉末離型剤の噴霧を提案する。

これらの２つの領域は、レードル（４）の縁部領域又は領域Ａと、他方では、金型（２）のキャビティ（１１）又は領域Ｂである。

図８に示されているように、乾燥粉末離型剤（２０）は、粒子を高電圧及び負電荷（１８）に荷電するノズル（２１）を通る空気噴流（１９）によって、噴霧される。そして、レードル（４）と金型（２）とを備える金属片は、地面に接続され、正電荷（１７）が発生し、これによって、噴霧された粒子は誘引され、電荷の差によってレードル（４）及び金型（２）の金属表面に付着する。

図９及び１０に示されているように、ノズル（２１）を介して乾燥粉末離型剤を含む空気噴流（１９）は、鋳造ホイール（１）の上方につるされるカート（２４）に設置されたロボットアーム（２２）によって、領域Ａ、Ｂに加えることができる。

あるいは、図１１に示されているように、ノズル（２１）を介して乾燥粉末離型剤を含む空気噴流（１９）は、操作者（７）により遠隔に操作される手動工具（２３）によって、領域Ａ、Ｂに加えることができる。

前述したことによれば、本発明は、具体的には、銅アノード（６）を形成する方法であって、アノード（６）に変化した固体の銅が金型（２）から放出されるまで、銅（５）が液体溶融状態にあり、かつ、レードル（４）に移され、分配ダンピングシュート（３）からレードル（４）の方に溶融液体銅を注ぐ段階と、（ｂ）レードル（４）の金属成分を地面に接続し、正電荷（１７）を生成する段階と、（ｃ）高電圧及び負電荷（１８）に乾燥粉末離型剤（２０）の粒子を荷電するノズル（２１）によって吐出された乾燥粉末離型剤（２０）を含む空気噴流（１９）を、レードル（４）の縁部（へり）の方に噴霧する段階と、（ｂ）金型（２）の金属成分を地面に接続し、正電荷（１７）を生成する段階と、（ｅ）高電圧及び負電荷（１８）に乾燥粉末離型剤（２０）の粒子を荷電するノズル（２１）を通る空気噴流（１９）によって、前述の乾燥粉末離型剤（２０）を、金型（２）のキャビティ（１１）及びエジェクターロッド（１３）の位置領域の方に噴霧する段階と、（ｆ）レードル（４）からアノードの金型（２）に溶融液体銅（５）を注ぐ段階と、（ｇ）銅が冷却されるまで待機し、鋳造ホイール（１）の回転によってアノード（６）を形成する段階と、（ｈ）エジェクターロッド（１３）を駆動させ、金型（２）のキャビティ（１１）からアノード（６）を放出する段階と、（ｉ）クレーン（図示せず。）によって金型（２）からアノード（６）を取り出す段階と、を含む方法に関する。

Claims (4)

1. 鋳造ホイール（１）内で銅アノード（６）を形成する方法であって、
   固体の銅のアノード（６）がアノード（６）に変化し、かつ、鋳造ホイール（１）内に位置する金型（２）から放出されるまで、銅（５）はダンピングシュート（３）内で液体溶融状態にあって、かつ、レードル（４）に移され、
   液体溶融状態の銅（５）が前記レードル（４）の縁部及びエジェクターロッド（１３）と前記金型（２）に位置する貫通穴（１２）との間に生じる隙間（１４）に付着するのを防ぐ、銅アノード（６）を形成する方法において、
   （ａ）分配ダンピングシュート（３）からレードル（４）の方に溶融液体銅を注ぐ段階と、
   （ｂ）前記レードル（４）の金属成分を地面に接続し、正電荷（１７）を生成する段階と、
   （ｃ）乾燥粉末離型剤（２０）の粒子を高電圧及び負電荷（１８）に荷電するノズル（２１）によって吐出された前記乾燥粉末離型剤（２０）を含む空気噴流（１９）を、前記レードル（４）の縁部（へり）の方に噴霧する段階と、
   （ｂ）前記金型（２）の金属成分を地面に接続し、正電荷（１７）を生成する段階と、
   （ｅ）前記乾燥粉末離型剤（２０）の粒子を高電圧及び負電荷（１８）に荷電するノズル（２１）を通る空気噴流（１９）によって、前記乾燥粉末離型剤（２０）を、前記金型（２）のキャビティ（１１）及び前記エジェクターロッド（１３）の位置領域の方に噴霧する段階と、
   （ｆ）前記レードル（４）からアノードの金型（２）のキャビティ（１１）に溶融液体銅（５）を注ぐ段階と、
   （ｇ）前記鋳造ホイール（１）の回転によってアノード（６）を形成するために、銅が冷却されるまで待機する段階と、
   （ｈ）前記エジェクターロッド（１３）を駆動させ、前記金型（２）の前記キャビティ（１１）から前記アノード（６）を放出する段階と、
   （ｉ）クレーンによって前記金型（２）から前記アノード（６）を取り出す段階と、
   を含むことを特徴とする銅アノード（６）を形成する方法。
2. 前記ノズル（２１）が、前記鋳造ホイール（１）の上方につるされたカート（２４）に設けられたロボットアーム（２２）によって、レードル領域（４）を移動することを特徴とする請求項１に記載のアノード（６）を形成する方法。
3. 前記ノズル（２１）が、前記鋳造ホイール（１）の上方につるされたカート（２４）に設けられたロボットアーム（２２）によって、金型領域（２）を移動することを特徴とする請求項１に記載のアノード（６）を形成する方法。
4. 前記ノズル（２１）が、操作者（７）により遠隔に操作される手動工具によって、移動することを特徴とする請求項１に記載のアノード（６）を形成する方法。