JP4240793B2

JP4240793B2 - 荒引銅線の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP4240793B2
Application number: JP2000300682A
Authority: JP
Inventors: 勉増井; 和雅堀; 芳明服部
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP2002103003A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルトキャスター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。
【０００２】
【従来の技術】
荒引銅線の製造方法としては、いわゆる押出し加工法や、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。
【０００３】
押出し加工法の場合には、一般に製造コス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。
【０００４】
こうした製造方法に生産性や生産コストで優るものとして、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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この製造方法では、大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Ｃｕ₂Ｏ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。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、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、を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、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、鉄を含む金属からなる圧延ロールで前記銅材を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、気密容器をなして、一端部側に前記銅材を導入するための開口部が設けられるとともに他端部側に圧延された銅材を送り出すための開口部が設けられた圧延機本体と、この圧延機本体内に配置された前記圧延ロールとを備えた圧延機により、酸素分圧が１０％以下の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。
【０００８】
この荒引銅線の製造方法では、圧延工程を、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。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の荒引銅線の製造方法であって、前記圧延工程では、不活性又は還元性のガスを導入することで、酸素分圧を１０％以下の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。
【００１０】
このように、圧延機に不活性又は還元性の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。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、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、前記圧延機は、気密容器をなし、一端部側に前記銅材を導入するための開口部が設けられるとともに他端部側に圧延された銅材を送り出すための開口部が設けられた圧延機本体を有し、この圧延機本体内に前記圧延ロールが配置されており、前記圧延機本体に不活性又は還元性のガスを導入して前記圧延機本体内部を低酸素分圧とする雰囲気制御手段と、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、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。
【００１２】
荒引銅線の製造装置をこのような構成としているので、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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る荒引銅線の製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。
【００１４】
荒引銅線の製造装置１は、溶解炉Ａと、保持炉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。
【００１５】
溶解炉Ａとしては、円筒形の炉本体を有する、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。
【００１６】
保持炉Ｂは、溶解炉Ａから送られた湯を、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。
【００１７】
タンディッシュ５には、湯の流れ方向終端に注湯ノズル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。
【００１８】
保持炉Ｂには、鋳造樋Ｃを介して、ベルト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。
【００１９】
圧延機Ｅは、鋳造機Ｄから出た銅材２３を圧延するものである。この圧延機Ｅは、洗浄冷却装置１８及び探傷器１９を介して、コイラーＦに連結されている。
【００２０】
圧延機Ｅは、図１（ａ）に示すように、圧延機本体５１と、垂直圧延ロール（圧延ロール）５２ａ、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６３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。
【００２１】
垂直圧延ロール５２ａ、５２ｂ、５３ａ、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、５３ｂ、及び水平圧延ロール５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ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。
【００２２】
シール用バーナ５６ａ、５６ｂは、圧延機本体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。
【００２３】
雰囲気制御手段６１は、圧延機Ｅ内部を低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６２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（Ｎ₂）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。
【００２４】
洗浄冷却装置１８は、圧延機Ｅから送り出された銅材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。
【００２５】
このように構成される荒引銅線の製造装置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）。
【００２６】
この銅材２３は、圧延機本体５１の開口部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、５６ｂ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、６１ｂ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。
【００２７】
このように、圧延機Ｅ内部は、銅材２３の表面に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。
【００２８】
また、こうした低酸素分圧とすることで、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５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ、及び水平圧延ロール５４ａ、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２５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。
【００２９】
このように銅材２３は、圧延機Ｅ内部で、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５４ａ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。
【００３０】
この銅材２３は、洗浄冷却装置１８で洗浄及び冷却され、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。
【００３１】
圧延機Ｅ内部の雰囲気、すなわち圧延機内酸素分圧と、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。
【００３２】
本実施形態に係る荒引銅線の製造方法においては、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。
【００３３】
また、圧延機Ｅに不活性又は還元性のガスを導入することで、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。
【００３４】
また、荒引銅線の製造装置においては、圧延機本体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。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る荒引銅線の製造装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。
【図２】圧延機内酸素分圧と銅粉発生量との関係を示すグラフ図である。
【図３】本発明の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。
【符号の説明】
１荒引銅線の製造装置
５タンディッシュ
２３銅材
２５荒引銅線
５１圧延機本体
５１ａ開口部
５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ垂直圧延ロール（圧延ロール）
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

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、鉄を含む金属からなる圧延ロールで前記銅材を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、気密容器をなして、一端部側に前記銅材を導入するための開口部が設けられるとともに他端部側に圧延された銅材を送り出すための開口部が設けられた圧延機本体と、この圧延機本体内に配置された前記圧延ロールとを備えた圧延機により、酸素分圧が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。
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。
前記圧延工程では、不活性又は還元性のガスを導入することで、酸素分圧を１０％以下の低酸素分圧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。
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。
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、
前記圧延機は、気密容器をなし、一端部側に前記銅材を導入するための開口部が設けられるとともに他端部側に圧延された銅材を送り出すための開口部が設けられた圧延機本体を有し、この圧延機本体内に前記圧延ロールが配置されており、
前記圧延機本体に不活性又は還元性のガスを導入して前記圧延機本体内部を低酸素分圧とする雰囲気制御手段と、を備えていることを特徴とする荒引銅線の製造装置。
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。