JP5160179B2 - 銅材連続製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶解炉から送られた溶銅を樋を経由してタンディッシュに移送し、該タンディッシュから連続鋳造機に供給して、銅材を連続的に製造する方法に係り、特に、溶銅中の脱ガス処理技術に関する。

溶銅中に含まれる酸素や水素は、鋳造した後の銅材にピンホールやブローホール等の欠陥を生じさせ易い。このため、銅を溶解して、その溶銅を鋳造するまでの間に脱ガス処理をするようにしている。

この脱ガス処理しながら銅材を連続して製造する方法として、特許文献１、２に示す方法がある。
特許文献１に記載の方法は、銅原料を溶解する溶解炉から出湯された溶銅を保持炉内で一時保持した後、連続鋳造機に送って連続的に銅材を製造しており、保持炉の前後等で、溶銅中に炭素部材を浸漬したり、溶銅中に不活性ガスをバブリングしたりすることにより、溶銅中の酸素や水素を除去する脱ガス処理がなされている。
また、特許文献２に記載の方法では、シャフト炉などの大型の溶解炉にベルトホイール式連続鋳造機が接続され、溶解炉からの溶銅を連続鋳造圧延して、銅線を大量生産することができるものである。この場合も、溶解炉から保持炉を経由してタンディッシュまでの間の樋の中に堰が設けられ、溶銅が堰を通過する際の攪拌作用によって脱ガスされるようになっている。
特開２０００−３２８１５２号公報 特開２００１−３１４９５０号公報

いずれの従来技術も、銅原料を溶解しながら連続的に鋳造する設備の中で脱ガス処理するものであるが、溶解炉から鋳造機までの間の限られた樋等の中で、しかも連続的に流れてくる溶銅に対して脱ガス処理するものであるため、その脱ガスには限界がある。これを改善するには、樋の横幅や長さを大きくするなどにより、樋の雰囲気に接触する溶銅の表面積を大きくしたり、製造速度を落として樋等における滞留時間を長くしたりすることが考えられるが、設備の大型化や生産性の低下を招くことになる。

本発明は、前記事情に鑑みて提案されたもので、設備の大型化や生産性の低下を招くことなく、溶解炉から連続鋳造しながら効率的に脱ガス処理することを目的とする。

本発明は、溶解炉から送られた溶銅を樋を経由してタンディッシュに移送し、該タンディッシュから連続鋳造機に供給して、銅材を連続的に製造する方法であって、前記樋を流れる溶銅の上方の雰囲気中に、窒素ガスとアルゴンガスを別々に注入することによって、溶銅の表面にアルゴンガスの層を形成し、前記アルゴンガスの層の上方の雰囲気が窒素ガス雰囲気とされていることを特徴とする。

つまり、樋の雰囲気中に比重の異なる複数の不活性ガスを注入すると、これら不活性ガスの比重分離により、樋の雰囲気の下側に比重の大きい不活性ガスが流れ、雰囲気の上側には比重の小さい不活性ガスが流れることになる。言い換えれば、溶銅の表面が比重の大きい不活性ガスの層によって覆われた状態となるのである。そして、溶銅から放出されたガスは、比重が小さい水素や一酸化炭素が主体であり、比重の大きい不活性ガスの層を通過して比重の小さい不活性ガス雰囲気中に混入されるが、比重の大きい不活性ガスの層が溶銅表面に対する封止層となり、抜けたガスが溶銅表面に再接触することが防止される。一方、溶銅表面は常にフレッシュな不活性ガスの層と接触することから、ガスの放出が促進されることになる。

この場合、前記複数の不活性ガスとして、窒素ガスとアルゴンガスを用いるとよく、アルゴンガス（比重１．３８）が溶銅表面を覆う層となり、窒素ガス（比重０．９６７）がその上方に充満することになる。

本発明によれば、比重の大きい不活性ガスによって溶銅の表面を覆って封止するので、一旦溶銅から放出され比重の小さい不活性ガス雰囲気に混入されたガスは、再び溶銅と接触することが防止されるとともに、溶銅表面は常にフレッシュな不活性ガスの層と接触するから、ガスの放出が促進され、効率的に脱ガス処理することができる。その結果、溶解炉から鋳造機までの樋の幅や長さを大きくする必要もないので、設備の大型化や生産性の低下を招くことなく、溶解炉から連続鋳造しながら効率的に脱ガス処理することができる。

以下、本発明の銅材連続製造方法の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
この実施形態は、銅材として銅線を連続的に製造する方法であり、まず、その製造装置について説明する。
本実施形態の製造装置１は、その主要部が、溶解炉Ａと、保持炉Ｂと、樋Ｄと、ベルトホイール式連続鋳造機Ｅと、圧延機Ｆと、コイラーＧとに大別構成されている。
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ー（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、還元性の雰囲気で燃焼が行われて、いわゆる低酸素銅の溶銅がつくられる。還元性の雰囲気は、例えば、燃料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得られる。

保持炉Ｂは、溶解炉Ａから出湯された溶銅を一時保持し、下流側への溶銅の供給量を一定に制御するためのものである。この保持炉Ｂには、バーナー等の加熱手段を備えられており、保持した溶銅が温度低下しないようにしている。また、炉内は、バーナーの燃料比を高める等により還元性雰囲気とされている。

樋Ｄは、保持炉Ｂとタンディッシュ２との間を連結し、溶銅を不活性ガスでシールして脱ガス処理しながらタンディッシュ２まで移送するものである。この場合、不活性ガスとしては、窒素（Ｎ_２）とアルゴンガス（Ａｒ）とが用いられており、これら不活性ガスを樋Ｄの溶銅の上方空間に注入するための注入口３，４が樋Ｄに長さ方向に適宜の間隔をおいて複数設けられている。これら注入口３，４は、アルゴンガスと窒素ガスとではこれらを別々に注入できるように注入個所を異ならせて配置されており、樋Ｄの全長のうち中流位置から下流位置の間で例えば２箇所にアルゴンガス注入口３が設けられ、樋Ｄの上流位置、中流位置、下流位置の例えば５箇所に分散して窒素ガス注入口４が設けられている。両ガスの量の比率は、Ａｒ：Ｎ_２＝（３〜５）：１２が好ましい。例えば、アルゴンガスが３０〜５０ｌ／分の流量で注入され、窒素ガスが１２０ｍｌ／分の流量で注入される。

前記タンディッシュ２には、溶銅の流れ方向の終端に注湯ノズル９が設けられており、タンディッシュ２からの溶銅がベルトホイール式連続鋳造機Ｅへ供給されるようになっている。
前記ベルトホイール式連続鋳造機Ｅ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１２とにより構成される。鋳造機Ｅは、さらに圧延機Ｆと連結されている。

圧延機Ｆは、鋳造機Ｅから出た鋳造母線材２１を圧延するものである。この圧延機Ｆは、探傷器１４を介して、コイラーＧに連結されている。

次に、このように構成した製造装置１を使用して線材２２を製造する方法について説明する。
まず、溶解炉Ａに電気銅などの銅原料を装入し、この銅原料をバーナの燃焼によって溶解して溶銅を得る。このとき、溶解炉Ａ内を還元性雰囲気とし、低酸素状態の溶銅を製造する。
溶解炉Ａで得られた溶銅は保持炉Ｂで一旦保持されることにより、一定の流量に制御された状態で移送される。

樋Ｄを経由して溶銅を送るのであるが、この樋Ｄの中には、前述したようにアルゴンガスと窒素ガスとが供給されており、窒素ガスに比べてアルゴンガスの比重が大きいことから、これらの比重分離によって溶銅の表面にはアルゴンガスの層が形成され、そのアルゴンガスの層の上方の雰囲気が窒素ガス雰囲気となる。

そして、この脱ガス処理された溶銅がタンディッシュ２に送られ、該タンディッシュ２で、必要に応じて添加元素が加えられた後、タンディッシュ２からベルトホイール式連続鋳造機Ｅに注入されて連続的に鋳造され、ベルトホイール式連続鋳造機Ｅを出たところで鋳造母線材２１に成形される。この鋳造母線材２１は、圧延機Ｆによって圧延されて、線材２２となり、探傷器１４により傷の有無が検知された後、ワックス等の潤滑油を塗布されながらコイラーＧに巻回される。

このような連続製造において、樋Ｄの雰囲気中に注入されるアルゴンガスと窒素ガスとは、アルゴンガスが比重１．３８、窒素ガスが比重０．９６７で、両者の比重が異なることから、溶銅上の雰囲気の下側に比重の大きいアルゴンガスが層状となって流れ、雰囲気の上側には比重の小さい窒素ガスが流れることになる。このため、溶銅の表面は、比重の大きいアルゴンガスの層によって覆われた状態となる。

そして、溶銅から放出されるガスは、比重が小さい水素（比重０．０７）や一酸化炭素（比重０．９６７）が主体であり、溶銅表面のアルゴンガスの層を通過して、その上の窒素ガス雰囲気中に混入され、この窒素ガスとともに上流に流されて排出される。また、溶銅の表面は比重の大きいアルゴンガスの層によって覆われていることから、溶銅から一旦放出され窒素ガス雰囲気に混入した一酸化炭素等のガスは、再びアルゴンガスの層を通過して溶銅に接触することがなく、確実に排出される。一方、放出した一酸化炭素が溶銅の表面にとどまってしまうと、その一酸化炭素の酸素成分と溶銅中の酸素とが平衡して、新たに溶銅中の酸素を放出することが困難になるが、溶銅の表面が常にフレッシュなアルゴンガスの層と接触していることから、ガスの放出が促進されることになる。

なお、本発明においては、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、樋を流れる溶銅の表面にカーボン製ボールを浮遊させてもよいし、さらにＣＯ（一酸化炭素）ガスを注入して還元性雰囲気にしてもよい。この場合、ＣＯは比重が０．９６７であり、アルゴンガスの層の上を流通することになる。また、本発明はベルトホイール式連続鋳造機によって連続鋳造する場合以外にも、縦型連続鋳造機等によって連続鋳造する場合も適用可能である。

本発明の一実施形態である銅材製造方法に使用される製造装置を概略的に示した構成図である。

符号の説明

１ 銅材製造装置
Ａ 溶解炉
Ｂ 保持炉
Ｄ 樋
Ｅ ベルトホイール式連続鋳造機
Ｆ 圧延機
Ｇ コイラー
２ タンディッシュ
３ アルゴンガス注入口
４ 窒素ガス注入口
５ バブリングガス注入口
９ 注湯ノズル

Claims (1)

1. 溶解炉から送られた溶銅を樋を経由してタンディッシュに移送し、該タンディッシュから連続鋳造機に供給して、銅材を連続的に製造する方法であって、
   前記樋を流れる溶銅の上方の雰囲気中に、窒素ガスとアルゴンガスを別々に注入することによって、溶銅の表面にアルゴンガスの層を形成し、前記アルゴンガスの層の上方の雰囲気が窒素ガス雰囲気とされていることを特徴とする銅材連続製造方法。

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