JP2022137332A - 荒引線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２種類以上の添加元素を含む鋳造合金から成る荒引線における添加元素の濃度を安定化させる。
【解決手段】一実施の形態である荒引線の製造方法は、連続鋳造圧延によって得られる荒引線の製造方法であって、（ａ）母材からなる溶融金属を得る工程と、（ｂ）前記溶融金属に第１添加元素を線材４３として連続的に供給する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程の前または前記（ｂ）工程の後に、前記溶融金属に前記第１添加元素とは異なる第２添加元素を塊４４として間欠的に供給する工程と、（ｄ）前記第１添加元素および前記第２添加元素が混合された前記溶融金属を鋳型５０内で連続的に鋳造し、鋳造材を成形する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、荒引線の製造方法に関する。

荒引線の原料となる鋳造合金を連続的に鋳造する方法として、母材である金属に、２種類の添加剤を添加する場合がある（例えば特許文献１、特許文献２、および特許文献３参照）。

特開２０１７－２００８５号公報 特開平１１－２７７１８４号公報 特開２００７－２１７７９２号公報

溶融金属に添加元素を供給する場合、添加元素の濃度を安定化させる観点からは、線状に成形された添加元素から成る線材を、溶融金属に連続的に投入する方法が好ましい。ただし、添加元素の種類によっては、線状に成形することが難しい場合がある。あるいは、仮に線状に成形できたとしても、線材が柔らかい場合には、溶融金属への供給中に線材が変形してしまうことで、溶融金属中への線材の供給速度が安定しない場合がある。この場合、連続的に鋳造することにより製造された荒引線における添加元素の濃度が安定しない。

そこで、本発明は、２種類以上の添加元素を含む鋳造合金から成る荒引線における添加元素の濃度を安定化させることができる技術を提供することを目的とする。

一実施の形態である荒引線の製造方法は、連続鋳造圧延によって得られる荒引線の製造方法であって、（ａ）母材からなる溶融金属を得る工程と、（ｂ）前記溶融金属に第１添加元素を線材として連続的に供給する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程の前または前記（ｂ）工程の後に、前記溶融金属に前記第１添加元素とは異なる第２添加元素を塊として間欠的に供給する工程と、（ｄ）前記第１添加元素および前記第２添加元素が混合された前記溶融金属を鋳型内で連続的に鋳造し、鋳造材を成形する工程と、を有する。

本発明の代表的な実施の形態によれば、２種類以上の添加元素を含む鋳造合金から成る荒引線における添加元素の濃度を安定化させることができる。

一実施の形態である荒引線の製造装置の構成例を示す説明図である。 図１に示す塊供給部から溶融金属へ供給される塊の形状の一例を示す斜視図である。 図２に示す塊の切断面を示す断面図である。 図１に対する変形例を示す説明図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜荒引線製造装置の構成例＞
図１は、本実施の形態の荒引線の製造装置の構成例を示す説明図である。本実施の形態で製造される荒引線８０は、銅を母材とし、母材中に含まれる添加元素を備える鋳造合金から成る。荒引線８０は、用途に応じてさらに伸線され、例えば電線やケーブルに使用される導線などの用途に利用される荒引線である。銅を母材とする鋳造合金から成る銅荒引き線である荒引線８０の製造方法を取り上げて、荒引線の製造方法および製造装置について説明する。

図１に示すように、本実施の形態の荒引線製造装置１００は、溶解炉１０、保持炉２０、タンディッシュ３０、添加元素供給部４０、鋳型５０、圧延部６０、および巻取り部７０を備えている。溶解炉１０と保持炉２０との間、および保持炉２０とタンディッシュ３０との間は、それぞれ移送樋１１により接続されている。また、タンディッシュ３０には、スパウト３１が接続され、タンディッシュ３０に貯液された溶融金属は、スパウト３１を介して鋳型５０内に供給される。

本実施の形態の荒引線の製造方法は、荒引線８０を構成する鋳造合金の母材である銅を溶融させる工程（母材溶解工程）を有する。この母材溶解工程は、図１に示す溶解炉１０で行う。溶解炉１０で溶解した銅の溶融金属は、移送樋１１を介して保持炉２０に移送される。保持炉２０では、溶融金属が溶融状態を維持しつつストックされる。保持炉２０にストックされた溶融金属は、移送樋１１を介して、順次タンディッシュ３０に移送される。

タンディッシュ３０では、溶融金属中に介在する異物（介在物）が除去される（異物除去工程）。異物の除去方法としては、例えば、溶融金属の液面に浮かぶ異物をすくって除去する方法がある。なお、図１では、保持炉２０とタンディッシュ３０とが移送樋１１を介して接続される例を示しているが、変形例として、保持炉２０とタンディッシュ３０との間に、図示しない取鍋と呼ばれる容器が介在する場合がある。この場合、異物の除去は、取鍋でも実施される場合がある。

本実施の形態の荒引線の製造方法は、タンディッシュ３０に溜まった溶融金属を鋳型５０に供給する工程（溶融金属供給工程）を有する。溶融金属供給工程では、例えばタンディッシュ３０に溜まった溶融銅を、スパウト（ノズル）３１を介して鋳型５０に供給する。鋳型５０は、側面視において円形を成し、円の中心を回転軸として回転運動する鋳造輪５１を有する。図１では鋳造輪５１の回転方向ｒ１を模式的に示している。

鋳造輪５１の周縁部には、鋳造輪５１の円周方向に沿って溝（図示は省略）が形成されている。また、鋳造輪５１の周縁部には、鋳造輪５１の溝と対向するように、鋳造ベルト５３が配置されている。鋳造輪５１の溝は、溶融金属を鋳造する鋳型として機能する。また、溝と対向する位置に鋳造ベルト５３を配置することで、鋳造途中の金属が鋳型５０から脱落することを防いでいる。溶融金属は、スパウト３１から鋳型５０の溝内に供給される。溝内に供給された金属は、鋳造輪５１を介して急激に冷却され、鋳型５０の形状、すなわち、溝の形状に成形された鋳造材８１が得られる。

本実施の形態の荒引線の製造方法は、溶融金属に２種類以上の添加元素を供給する工程（添加元素添加工程）を有する。荒引線８０の母材である溶融状態の銅に供給される添加元素は、保持炉２０から鋳型５０に至る経路中の位置で、添加元素供給部４０から、溶融金属中に供給される。図１では、一例として、保持炉２０とタンディッシュ３０とを接続する移送樋１１において、溶融金属中に２種類の添加元素を供給する例を示している。ただし、添加元素を供給する位置は、図１に示す例には限定されず、例えば、タンディッシュ３０において供給される場合、あるいは鋳型５０に直接的に添加元素が供給される場合がある。添加元素の供給方法の詳細は、後述する。

本実施の形態の荒引線の製造方法は、添加元素が添加された溶融金属を鋳型５０内で鋳造する工程（鋳造工程）を有する。図１に示すように、鋳型５０の鋳造輪５１は、回転方向ｒ１に沿って回転している。鋳型５０内に供給された、添加元素を含む溶融金属は、鋳造輪５１と鋳造ベルト５３とに囲まれた領域内で鋳造され、母材金属と添加元素との合金である鋳造材８１が得られる。

本実施の形態の荒引線の製造方法は、得られた鋳造材８１を圧延して、荒引線８０を成形する工程（圧延工程）を有する。圧延工程では、例えば、図１に示す圧延部６０が備える複数のローラ（図示は省略）を用いて鋳造材８１を徐々に圧延し、荒引線８０のような線材に圧延した圧延材が得られる。得られた圧延材に対して表面酸化物の除去などの表面清浄化処理を施すことにより、荒引線８０が得られる。

圧延工程を経て得られた荒引線８０は、巻取り部７０によりリール（図示は省略）に巻き取られる。なお、荒引線８０の外径は、例えば、６ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

＜添加元素供給工程の詳細＞
次に、上記した添加元素供給工程の詳細について説明する。導線などに用いられる荒引線８０は、導線化された時の機能あるいは特性を向上させる観点から、様々な添加元素が母材に添加されることで形成される。この添加元素は、母材を構成する溶解金属中に供給される。添加元素を供給する作業のし易さ、あるいは、装置のレイアウトを考慮すれば、図１に示す移送樋１１やタンディッシュ３０において添加元素を供給する方法が好ましい。例えば、タンディッシュ３０では、溶融金属中に含まれる異物を浮かせて除去する工程を実施する場合があるので、溶融金属の液面の上方には、異物の除去作業を行うことができる程度のスペースが確保されている。このため、このスペースを利用して添加元素を供給すれば、作業を効率的に行うことができる。また、添加元素の供給装置の配置スペースも確保し易い。

本実施の形態のように、連続的に鋳造を行う場合、荒引線を構成する鋳造合金中の添加元素の含有率のバラつきを低減させる観点から、溶融金属が流れる速度と、添加元素の供給速度とを調整した上で、添加元素を溶融金属に連続的に供給することが好ましい。添加元素を連続的に供給する方法としては、図１において線材供給部４１として示すように、線状（ワイヤ形状）に成形された線材４３を溶融金属に連続的に供給する方法が好ましい。線材４３の線径は、バラつきが小さいことが好ましい。これにより、供給場所（図１の場合には、移送樋１１）における溶融金属の流速と、線材４３の供給速度が制御し易くなるため、連続鋳造により製造された荒引線における添加元素の濃度を比較的容易に安定化させることができる。

添加元素の種類によっては、線状に成形することが難しい場合がある。例えば、インジウムなどの柔らかい金属の場合、線状に成形することが難しく、仮に、線状に成形できたとしても、溶融金属への供給中に線材が変形してしまうことがある。供給中に線材が変形してしまうと、溶融金属中への線材の供給速度が安定しない場合がある。この場合、連続鋳造により製造された荒引線における添加元素の濃度が安定しない。添加元素の濃度にバラつきがある場合、荒引線を伸線して製造する銅合金線の引張強さ、あるいは導電率などの特性が安定しない原因になる。

そこで、本実施の形態では、２種類以上の添加元素が添加された鋳造合金から成る荒引線の製造工程において、添加元素供給部４０では、線材供給部４１から溶融金属へ供給される線材４３の供給と、塊供給部（インゴット供給部）４２から溶融金属へ供給される塊（インゴット）４４の供給とを併用する。言い換えれば、本実施の形態の荒引線の製造方法は、（例えばインジウムよりも硬い（ブリネル硬さ（ＨＢ）の数値が大きい）錫などの）第１添加元素を線材４３として溶融金属に連続的に供給することで溶融金属を構成する母材中に第１添加元素が添加される工程（第１添加工程）と、（例えば、錫から成る金属で構成される第１添加元素よりも硬くない（ブリネル硬さ（ＨＢ）の数値が小さい）インジウムなどの金属で構成される）第２添加元素を塊４４として溶融金属に間欠的に添加することで溶融金属を構成する母材中に第２添加元素が添加される工程（第２添加工程）と、を有している。第２添加元素としては、例えば、ブリネル硬さの数値が０．１ＨＢ以上１．０ＨＢ以下である金属で構成される。このような金属としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）などが用いられる。第１添加元素としては、第２添加元素を構成する金属よりもブリネル硬さの数値が大きい金属で構成される。第１添加元素としては、例えば、ブリネル硬さの数値が１．０ＨＢよりも大きい金属で構成される。このような金属としては、例えば、錫（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銀（Ａｇ）などが用いられる。なお、ブリネル硬さは、例えば、ブリネル硬度計によって測定することができる。

このように、２種類以上の添加元素が添加された鋳造合金から成る荒引線の製造工程において、線状に成形することが難しい添加元素（第２添加元素）を塊（インゴット）４４として溶融金属へ供給して母材中に第２添加元素を添加する第２添加工程を、添加元素（第１添加元素）を線材として溶融金属へ供給して母材中に第１添加元素を添加する第１添加工程と併用して具備することにより、２種類以上の添加元素のそれぞれの濃度を安定化させた鋳造合金から成る荒引線を連続鋳造により安定して製造することができる。

なお、母材中に添加された添加元素の濃度の安定化という観点から、塊４４として第２添加元素を添加する第２添加工程では、以下の条件を満たしていることが好ましい。これにより、第２添加元素を塊４４として溶融金属中に供給したときに、母材中に存在する添加元素の濃度がバラつきにくくなる。

まず、上記した第２添加工程において添加される複数の塊４４のそれぞれは、１００ｇ以上３００ｇ以下の質量を備えることが好ましい。塊４４の質量を３００ｇ以下とすることにより、塊４４の溶融金属中への溶解速度を促進することができるので、溶解速度のバラつきに起因する添加元素の濃度のバラつきを低減できる。また、塊４４を溶融金属中に供給する際に、周囲環境の影響により塊４４が飛散することを抑制する観点からは、塊４４の質量が１００ｇ以上であることが好ましい。

また、上記した第２添加工程では、複数の塊４４を間欠的に溶融金属中に供給することが好ましい。この場合、溶融金属を構成する母材中に存在する第２添加元素の濃度を安定化させるためには、塊４４の溶融金属への供給間隔（塊４４を溶融金属へ供給してから次の塊４４を溶融金属へ供給するまでの間隔）を短くすることが好ましい。第２添加工程では、塊４４は、１秒以上３０秒以下の間隔で間欠的に溶融金属へ供給されることが好ましい。塊４４を供給する間隔を短くすることにより、溶融金属を構成する母材中に溶解する添加元素の濃度のムラが低減することができるので、得られる荒引線を構成する鋳造合金に添加された添加元素の濃度分布のバラつきを低減することができる。なお、上述した塊４４の溶融金属への供給間隔は、溶融金属の流速や溶融金属の流量が変化することに応じて変更することが可能である。

図２は、図１に示す塊供給部から溶融金属へ供給される塊の形状の一例を示す斜視図である。図３は、図２に示す塊の切断面を示す断面図である。例では、第２添加元素で構成される塊４４は、インゴット形状（塊形状）である。インゴット形状とは以下のように定義できる。塊４４は、四角形を成す上面４４ｔと、上面４４ｔと面積が同じか上面４４ｔよりも面積が大きい四角形を成し、上面４４ｔの反対側の下面４４ｂと、上面４４ｔおよび下面４４ｂとに連なる側面４４ｓと、を備える。また、上面４４ｔの中心および下面４４ｂの中心を通る面に沿った断面４４ｃｖの形状は、図３に示すように台形である。塊４４の断面４４ｃｖの形状は、台形に限らず、長方形から成る形状であってもよい。

塊４４の形状には種々の変形例がある。例えば、線状に成形されたものをインゴット形状に変形させたものなども、塊４４に含まれる。ただし、上記した第２添加工程では、複数の塊４４が間欠的に供給される。このため、複数の塊４４のそれぞれの質量を安定化させる観点から、複数の塊４４は、同一の形状に成形されていることが好ましい。これにより、塊４４の質量のバラつきを低減できるので、供給のタイミングを制御すれば、得られる荒引線を構成する鋳造合金に添加された添加元素の濃度分布のバラつきを低減することができる。また、図２および図３に例示するインゴット形状の場合、線状に成形する場合と比較して、成形作業が容易であり、原料ロスが少ない。このため、塊４４の製造効率を向上させることができる点でインゴット形状の塊４４を用いることが好ましい。

＜変形例＞
次に、図１に対する変形例について説明する。図４は、図１に対する変形例を示す説明図である。図４に示す変形例である荒引線製造装置１０１は、塊供給部４２が線材供給部４１よりも上流側に配置されている点で図１に示す荒引線製造装置１００と相違する。
荒引線製造装置１０１を用いた荒引線の製造方法の場合、上記した第２添加工程は、第１添加工程の前に実施される。すなわち、保持炉２０から供給された溶融金属中に、先に第２添加元素から成る塊４４が間欠的に供給され、その後、第１添加元素から成る線材４３が連続的に供給される。このように、図１を用いて説明した第１添加工程と第２添加工程との順序の前後は、特に限定されない。上記した相違点を除き、図４に示す荒引線製造装置１０１を用いた荒引線の製造方法は、図１を用いて説明した荒引線の製造方法と同様であるので、重複する説明は省略する。なお、保持炉２０から供給された溶融金属中に、先に第２添加元素から成る塊４４が間欠的に供給され、その後、第１添加元素から成る線材４３が連続的に供給される場合には、第１添加元素からなる線材４３の供給位置が鋳型５０に比較的近くなるため、第１添加元素が酸素に対して活性が高い金属で構成されていても金属溶融中に第１添加元素を溶けやすくすることができる。

本発明は前記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明は、電線やケーブルなどに使用される導体を構成する合金線を製造する際に広く適用可能である。

１０ 溶解炉
１１ 移送樋
２０ 保持炉
３０ タンディッシュ
３１ スパウト（ノズル）
４０ 添加元素供給部
４１ 線材供給部
４２ 塊供給部
４３ 線材
４４ 塊
４４ｔ 上面
４４ｂ 下面
４４ｓ 側面
４４ｃｖ 断面
５０ 鋳型
５１ 鋳造輪
５３ 鋳造ベルト
５４ 鋳型
５４ プール部
６０ 圧延部
７０ 巻取り部
８０ 荒引線
８１ 鋳造材（インゴット）
１００，１０１ 荒引線製造装置
ｒ１ 回転方向

Claims (3)

1. 連続鋳造圧延によって得られる荒引線の製造方法であって、
   （ａ）母材からなる溶融金属を得る工程と、
   （ｂ）前記溶融金属に第１添加元素を線材として連続的に供給する工程と、
   （ｃ）前記（ｂ）工程の前または前記（ｂ）工程の後に、前記溶融金属に前記第１添加元素とは異なる第２添加元素を塊として間欠的に供給する工程と、
   （ｄ）前記第１添加元素および前記第２添加元素が混合された前記溶融金属を鋳型内で連続的に鋳造し、鋳造材を成形する工程と、
   を有する、荒引線の製造方法。
2. 請求項１に記載の荒引線の製造方法において、
   前記第２添加元素は、前記第１添加元素よりも硬くない金属で構成される、荒引線の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の荒引線の製造方法において、
   前記第２添加元素は、インジウムである、荒引線の製造方法。

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