JP4593397B2 - 回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法による無酸素銅線材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法による無酸素銅線材の製造方法に関する。
無酸素銅線材の製造は、通常、ディップフォーミング法、ベルト＆ホイール式に代表される回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法などにより行われていた。ディップフォーミング法とは無酸素銅コアロッドの外周に無酸素溶銅を連続的に固化させ棒状銅材を得て、これを圧延する方法であり小規模設備で生産性が低いことからコストが高くなる欠点がある。これに対して回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法とは、例えば、特許文献１に開示されているように、シャフト炉などの大型の溶解炉で溶解した溶銅を、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しながら回転する鋳造ホイールにより構成される回転移動鋳型鋳造機に注入し、溶銅を冷却固化して鋳塊とし、この鋳塊を連続的に引き出し圧延する方法であり、大規模設備で大量生産でき、低コスト化が可能である。また、この従来の回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法では、前記溶解炉から前記鋳造機までの間の溶銅の移送過程で還元ガス及びまたは不活性ガスによって還元処理を行うことで、無酸素銅を得ていた。
しかしながら、前記回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法による無酸素銅線材では、溶銅を冷却固化させて鋳塊としたとき、鋳塊にホール、割れが生成し、圧延時に無酸素銅線材表面に傷が発生し、表面品質を低下させる問題があった。
これに対して、特許文献２では前記鋳塊に発生するホール、割れの原因として溶銅中の水素に注目し、前記溶銅の移送過程において、溶銅の攪拌あるいは流路を蛇行させる堰を設けることによって前記溶銅中の脱水素処理を行う技術や、また無酸素銅線材の水素濃度を１ｐｐｍ以下にすることによって無酸素銅線材の表面品質を向上させる技術が開示されている。しかしながら、この技術を用いても、前記鋳塊でのホール、割れの生成はさほど低減されず、圧延での無酸素銅線材表面での傷の発生もさほど抑制されず、得られる無酸素銅線材の表面品質はまだ不十分なままであった。
さらに、回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法において使用することは記載されていないが、前記溶銅の移送過程における技術に関して、前記溶解炉から前記鋳造機まで溶銅を移送するための樋において、リン含有量を１０〜１４０ｐｐｍで調整するとともに、溶銅を固体還元剤で還元し、溶銅中に不活性ガスを吹き込んで攪拌しながら脱酸する技術が特許文献３に開示されている。この技術を回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法と組み合わせると、溶銅を冷却固化させた鋳塊でのホール、割れの生成が低減し、圧延での無酸素銅線材表面の傷が発生しにくくなり、表面品質が良好な無酸素銅線材が得られる。なお、無酸素銅とは含有酸素量が１０ｐｐｍ以下の銅を指す。
特開昭５５−１２６３５３号公報
特開２００１−２９７６２９号公報
特許第３２３５２３７号公報
しかしながら、前記特許文献３に開示された溶銅の脱酸処理と回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法を組み合わせて製造された無酸素銅線材は、無酸素銅とは言っても、不純物となるリン含有量が１０〜１４０ｐｐｍと高いことから、該無酸素銅線材をさらに冷間加工して得られる無酸素銅伸線の導電率は９８％未満の低いものとなるため、ＪＩＳ Ｃ１０１１ 質別Ｈで規定されるところの９８％以上の高い導電率が求められる用途には使用できない問題があった。
本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法による無酸素銅線材の製造方法において、低コストで、表面品質が良好で、且つ該無酸素銅線材をさらに冷間加工して得られる無酸素銅伸線が９８％以上の高い導電率を有する無酸素銅線材の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法による無酸素銅線材の製造方法は、電気銅を溶解して得た溶銅を、樋を経てタンディッシュ内に連続的に導き、前記タンディッシュ内の溶銅を、回転移動鋳型内に注入し、冷却固化させて鋳塊とし、この鋳塊を前記鋳型から連続的に引き出してそのまま連続圧延する無酸素銅線材の製造方法において、前記樋内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込み、前記タンディッシュ内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込むことに加えて、鋳塊中のリン含有量が１〜１０ｐｐｍとなるようにリン化合物を溶銅に添加し、前記タンディッシュ内の溶銅の温度を１０８５〜１１００℃に調整することを特徴とする。
本発明の回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法によれば、低コストで、表面品質が良好で、且つ該無酸素銅線材をさらに冷間加工して得られる無酸素銅伸線が９８％以上の高い導電率を有する無酸素銅線材が製造できる。
以下、本発明に係る回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法による無酸素銅線材の製造方法を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る製造方法の説明図である。
本発明に係る製造方法は、電気銅の地金等をたとえばシャフト炉１を用いて還元性雰囲気で溶解して溶銅（ここでは図示せず）を得て、該溶銅を樋２を経てタンディッシュ３内に連続的に導き、該タンディッシュ３内の溶銅を、ベルト６とホイール７により構成された回転移動鋳型（ここでは図示せず）内に注入し、冷却固化して鋳塊９とし、この鋳塊９を前記鋳型から連続的に引き出し、そのまま圧延機１０で連続圧延する製造方法である。回転移動鋳型としては、図１に示したベルト６とホイール７により構成されるいわゆるベルト＆ホイール式回転移動鋳型に制限されるわけではなく、そのほかに、たとえばベルトとベルトにより構成されるいわゆるツインベルト式回転移動鋳型等が使用できる。
このとき、樋２内で溶銅を固体還元剤（ここでは図示せず）と反応させ、溶銅に不活性ガス（ここでは図示せず）を吹込み、タンディッシュ３内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込むことに加えて、鋳塊中のリン含有量が１〜１０ｐｐｍ、より好ましくは２〜８ｐｐｍとなるようにリン化合物を溶銅に添加し、且つタンディッシュ３内の溶銅の温度を１０８５〜１１００℃、より好ましくは１０８５〜１０９５℃に調整する。
樋２内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込む方法、使用する固体還元剤の量、種類、サイズ、空孔率等、及び使用する不活性ガスの種類、量等を含めて特に制限はないが、たとえば溶銅表面に該表面をほぼ覆う程度の木炭を浮遊させ、窒素ガス、もしくはアルゴンガスを溶銅底部から強制的に吹き込む方法があげられる。なお、樋２内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込むのは、溶銅の脱酸、脱水素等を行うためである。
タンディッシュ３内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込む方法は前記樋２内での方法と同様に特に制限はなく、さらに鋳塊中のリン含有量が１〜１０ｐｐｍとなるようにリン化合物を溶銅に添加する方法についても特に制限はないが、必要量のＣｕＰを溶銅に添加する方法があげられる。たとえば、前記樋２内での方法と同様に溶銅表面に該表面をほぼ覆う程度の木炭を浮遊させ、窒素ガス、もしくはアルゴンガスを溶銅底部から強制的に吹き込み、さらに溶銅に鋳塊中のリン含有量が１〜１０ｐｐｍになるようなＣｕＰ量を添加する方法があげられる。このとき、添加するＣｕＰは溶銅に溶解、拡散しやすいように２ｍｍφ程度の粒状のものが好ましい。
また、タンディッシュ３内では溶銅の温度を１０８５〜１１００℃に調整するが、この方法、装置については特に制限はないが、前記樋２内のタンディッシュに近い部分に、温度調整槽を取り付け、タンディッシュ３内の溶湯温度を調整するのが好ましい。
なお、タンディッシュ３内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込むのは、前記同様に溶銅の脱酸、脱水素等を行うためである。タンディッシュ３内で、リン化合物を溶銅に添加するのは、溶銅の脱酸を行うためのほかに、脱水素を行い、鋳塊でのホールを低減させるためであり、さらに、鋳塊に残存することで結晶粒界の強度を向上させ、鋳塊での割れを低減させるためである。さらに、タンディッシュ３内の溶銅の温度を１０８５〜１１００℃に調整するのは、前記リン化合物による溶銅の脱水素、及び鋳塊の結晶粒界の強度向上を顕著に発現させ、鋳塊中のリン含有量が１０ｐｐｍ以下と少ない場合でも、鋳塊でのホール、割れの生成を少なくし、圧延での無酸素銅線材表面に傷を発生しにくくするためである。
また、リン化合物を溶銅に添加するのをタンディッシュ３内で行う理由は、添加歩留りを向上させるためであり、また、最終製品の無酸素銅線のリン含有量の調整が容易なためである。
鋳塊中のリン含有量を１〜１０ｐｐｍに制限する理由は、リン含有量が１ｐｐｍ未満では溶銅を冷却固化させた鋳塊でのホール、割れの生成が低減できず、圧延時での無酸素銅線材表面の傷が発生しやすくなり、表面品質が悪化するためである。リン含有量が１０ｐｐｍを超えると、該無酸素銅線材をさらに冷間加工して得られる無酸素銅伸線の導電率が９８％未満の低いものになってしまうためである。
タンディッシュ３内の溶銅の温度を１０８５〜１１００℃に制限する理由は、温度が１０８５℃未満だと溶銅が凝固する恐れがあるためであり、温度が１１００℃を超えると、前記リン化合物による溶銅の脱水素、及び鋳塊の結晶粒界の強度向上を十分に発現できなくなり、溶銅を冷却固化させた鋳塊でのホール、割れの生成が増加し、圧延時での無酸素銅線材表面の傷が発生しやすくなるためである。
なお、図１には示してないが、シャフト炉１と樋２の間、もしくは樋２の途中に保持炉を設けてもよい。
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。図１に示す回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法により、電気銅地金をシャフト炉１でＣＯ雰囲気にて溶解し溶銅を得、該溶銅を樋２を経てタンディッシュ３内に連続的に導き、該タンディッシュ３内の溶銅を該タンディッシュ３に取り付けられた注湯ノズル４から、ベルト６とホイール７により構成された回転移動鋳型内に注入し、冷却固化して鋳塊９とし、この鋳塊９を前記鋳型から連続的に引き出し、そのまま圧延機１０で連続圧延し、８ｍｍφの無酸素銅荒引とし、その後、巻取機１２によりパレット１３に巻取った。
このとき、樋２内では溶銅表面に該表面をほぼ覆う程度の木炭を浮遊させ、窒素ガスを２００リットル／分の流量で溶銅底部から強制的に吹き込み、タンディッシュ３内では溶銅表面に該表面をほぼ覆う程度の木炭を浮遊させ、窒素ガスを２００リットル／分の流量で溶銅底部から強制的に吹き込み、さらにタンディッシュ３の溶銅中に鋳塊中のリン含有量が０〜２０ｐｐｍになるような範囲で２ｍｍφの粒状のＣｕＰを添加し、なおかつ、そのときのタンディッシュでの溶銅温度を１０８５〜１１５０℃の範囲で振って、具体的には表１に示すタンディッシュでの溶銅温度、荒引き線のリン含有量（タンディッシュ３の溶銅中に該荒引き線リン量となるようにＣｕＰを添加した）の実施例１〜７、及び比較例１〜４の製造法により８ｍｍφの無酸素銅荒引を製造した。また、前記無酸素銅荒引をさらに冷間加工し、２．６φｍｍの無酸素銅伸線を製造した。
さらに、得られた無酸素銅荒引線について表面品質の評価を行い、該無酸素銅荒引き線をさらに冷間加工して得た無酸素銅伸線について導電率の測定を行った。また、無酸素銅荒引線についてリン含有量の測定を行い、酸素含有量、及び水素含有量についても測定を行った。結果を表１にまとめた。なお、表面品質は渦流探傷試験機（うず電流試験機、日本フェルスター社製）を用いて傷の数およびその大きさを定性的に評価した。表１中の表面品質の程度を現す記号の意味は、以下のとおりである。すなわち、◎は表面にほとんど傷がなく非常に優れる、○は表面に小さい傷が少しあるものの、使用上問題にならない、×は表面に小さい傷がかなりあり、もしくは大きい傷があり、使用に耐えない、××は表面に大きい傷が多数あり、商品価値がまったくない、である。
表１により、タンディッシュの溶銅に鋳塊中でのリン含有量が１〜１０ｐｐｍの範囲になるようにＣｕＰを添加し、なおかつ、そのときのタンディッシュでの溶銅温度を１０８５〜１１００℃の範囲で製造した実施例１〜７の無酸素荒引き線は、表面品質が良好で、且つ該無酸素銅荒引き線を冷間加工して得られた無酸素銅伸線の導電率が９８％以上と高いのが明らかである。また、酸素含有量が４〜６ｐｐｍ、水素含有量が０．４〜０．５ｐｐｍであり、無酸素銅線材として十分に使用できるものであった。
さらに、タンディッシュの溶銅に鋳塊中でのリン含有量が２〜８ｐｐｍの範囲になるようにＣｕＰを添加し、なおかつ、そのときのタンディッシュでの溶銅温度を１０８５〜１０９５℃の範囲で製造した実施例２，３，４，６の無酸素荒引き線は、表面品質が非常に優れ、且つ該無酸素銅荒引き線を冷間加工して得られた無酸素銅伸線の導電率が９８．５％以上と非常に高いのが明らかである。もちろん、酸素含有量が５〜６ｐｐｍ、水素含有量が０．４ｐｐｍであり、無酸素銅線材として十分に使用できるものであった。
一方、比較例１，２はタンディッシュの溶銅に鋳塊中でのリン含有量が１ｐｐｍ未満になるようにＣｕＰを添加した例だが、該無酸素銅荒引き線を冷間加工して得られた無酸素銅伸線の導電率は９９．５％以上と極めて高いものの、表面品質が悪かった。特に、ＣｕＰを添加しなかった比較例１では表面品質がきわめて悪かった。リンの添加量が１ｐｐｍ未満であるため、溶銅の脱水素、及び鋳塊の結晶粒界の強度向上が不十分になり、鋳塊でのホール、割れの生成を抑制することができなくなったためである。
比較例３はタンディッシュの溶銅に鋳塊中でのリン含有量が３ｐｐｍになるようにＣｕＰを添加しており、本発明の範囲である１〜１０ｐｐｍを満たしているが、そのときのタンディッシュでの溶銅温度が１１５０℃で、本発明の温度範囲である１０８５〜１０９５℃から外れている例である。すなわち、前記実施例３，４，５と溶銅温度のみが異なる。この比較例３でも、前記比較例１，２同様に表面品質が悪かった。これは温度が１１００℃を超えたので、添加したリン化合物による溶銅の脱水素、及び鋳塊の結晶粒界の強度向上が十分に発現できなくなり、溶銅を冷却固化させた鋳塊でのホール、割れの生成を抑制することができなくなったためである。
以上に述べたように、本発明の回転移動鋳型を用いた連続鋳造圧延法による無酸素銅線材の製造方法は、樋内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込み、タンディッシュ内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込むことに加えて、鋳塊中のリン含有量が１〜１０ｐｐｍとなるようにリン化合物を溶銅に添加し、タンディッシュ内の溶銅の温度を１０８５〜１１００℃を調整するので、低コストで、表面品質が良好で、且つ該無酸素銅線材をさらに冷間加工して得られる無酸素銅伸線が９８％以上の高い導電率を有する無酸素銅線材が得られる。
１ シャフト炉
２ 樋
３ タンディッシュ
４ 注湯ノズル
５ 溶銅
６ ベルト
７ ホイール
８ ターンロール
９ 鋳塊
１０ 圧延機
１１ 線材
１２ 巻取機
１３ パレット
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１２ 巻取機
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Claims (3)
- 電気銅を溶解して得た溶銅を、樋を経てタンディッシュ内に連続的に導き、前記タンディッシュ内の溶銅を回転移動鋳型内に注入し、冷却固化させて鋳塊とし、この鋳塊を前記鋳型から連続的に引き出してそのまま連続圧延する無酸素銅線材の製造方法において、
前記樋内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込み、
前記タンディッシュ内で溶銅を固体還元剤と反応させ、溶銅に不活性ガスを吹込むことに加えて、鋳塊中のリン含有量が１〜１０ｐｐｍとなるようにリン化合物を溶銅に添加し、
前記タンディッシュ内の溶銅の温度を１０８５〜１１００℃に調整することを特徴とする無酸素銅線材の製造方法。 - 前記鋳塊中のリン含有量が２〜８ｐｐｍとなるようにリン化合物を溶銅に添加することを特徴とする請求項１記載の無酸素銅線材の製造方法。
- 前記溶銅の温度を１０８５〜１０９５℃に調整することを特徴とする請求項１記載の無酸素銅線材の製造方法。
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