JP5203613B2 - 活性金属含有銅合金溶製用炭素質還元剤 - Google Patents

Description

本発明は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ等の活性金属を含有する銅あるいは銅合金（以下、単に銅合金という）を大気中において溶製する際に使用する炭素質還元剤、詳しくは該銅合金を溶製する際にその溶湯表面に散布上置きして使用される炭素質還元剤に関する。

Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ等の活性金属を含有する銅合金は、高導電性および高強度を有し、電子機器類の中枢材料として多用されているが、その溶製時におけるこれら活性金属の添加歩留まりの低下が依然として問題とされている。この対策として、不活性ガス雰囲気下で銅合金を溶製する方法や、活性金属の添加手段を改良する方法等により、活性金属の添加歩留まりの低下を抑制することが下記特許文献１〜８に紹介されている。しかし、大気中で行なう簡便にしてより実用的な溶製では、活性金属添加時における溶湯中酸素濃度が空気由来酸素によって高くなりやすく、活性金属の酸化損失をおさえることが容易でない。したがって、溶製中における活性金属の酸化損失の防止と同時に活性金属添加前の溶湯中酸素濃度を十分に下げておく必要がある。

この対策として、木炭の遮蔽効果と還元機能を利用する方法はすでに実用化されており、下記特許文献９は効果的な改善策を提案している。この方法は、溶湯面に木炭粉を散布するのみではなく、これを機械的に押し込むことにより、溶湯中に木炭を強制的に沈降させて溶湯中の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下とし、添加される活性金属の酸化損失をより有効に抑制するとしている。

ところが、木炭を還元剤として使用する方法では、木炭自身はＣＯガスとして消失するとしても、多くの木炭はもともと通常数％の灰分を含有し、これらはＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｋ、Ｓｉ等の酸化物から構成されるため、高温下ではこれらが酸素の供給源となって活性金属の酸化消失をもたらすという副次的問題を残している。
特開平１０−２１６９０５号公報 特開２０００−３１７５８０号公報 特開２００１−２４６４４７号公報 特開平１１−８０８６１号公報 特開平７−４８６３８号公報 特開平１１−５０１７５号公報 特開昭６１−１８６４３２号公報 特開２００２−８６２６１号公報 特開平５−１９５１０４号公報

本発明は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ等の活性金属を含有する銅合金を大気中において溶製する場合、溶湯面に散布上置き使用しても上記活性金属が酸化消耗するのをきわめて効果的かつ安定的に抑制し、その添加歩留まりを十分に向上させることが可能な活性金属含有銅合金溶製用炭素質還元剤を用いた活性金属含有銅合金の溶製法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌから選ばれる１種以上の活性金属を含有する銅合金を大気中で溶製する方法において、該活性金属含有銅合金の溶湯表面に、粒径が５〜５０ｍｍであって固定炭素の含有量が９０質量％以上であり且つ灰分の含有量が１質量％未満の炭素質還元剤を散布上置きするとともに該活性金属を０.３質量％以下添加して溶製し、前記活性金属の酸化消耗を抑制して歩留を向上させることを特徴とする活性金属含有銅合金溶製法を提案する。

本発明は、大気中で活性金属含有銅合金を溶製する際に、上記特定の炭素質還元剤を選定して溶湯表面に散布上置きするといった簡便にして実用的な方法により、活性金属が酸化消耗するのをきわめて効果的かつ安定的に抑制し、その添加歩留まりを顕著に向上させることができるといった有利な効果がもたらされる。

本発明は、活性金属含有銅合金を不活性ガスのような特殊な雰囲気下で溶製する方法と異なり、通常の開放された溶解炉を使用して大気中で実施される。添加される活性金属は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌの１種以上であり、配合率および添加方法等は限定されるものではないが、目的に応じて通常０．３質量％（以下、単に％と表示する）以下を添加する。

本発明に使用する炭素質還元剤は、固定炭素の含有量が９０％以上であり且つ灰分の含有量が１％未満のものを選択的に使用する。代表的な炭素質還元剤は電極黒鉛や木炭などであるがこれらに限定されるものではない。

電極黒鉛は固定炭素がほぼ１００％でありまた実質的に灰分を含有しないので最適といえる。

一方、木炭は電極黒鉛に比べ、通常、固定炭素の他に、揮発分が含まれており、灰分としてシリカ、カルウム、アルミナ、酸化カリウム、酸化ナトリウム、五酸化りんなどの無機成分をある程度含んでいるため、固定炭素を９０％以上及び含有灰分を１％未満に精選あるいは調整された高質のものを使用することとする。

本発明において、活性金属含有銅合金の溶製に当たり、固定炭素を９０％以上で且つ含有灰分を１％未満の炭素質還元剤を使用することは、活性金属が酸化消耗するのをきわめて効果的かつ安定的に抑制し、その添加歩留まりを十分に向上させるという本発明の課題を達成する必須の条件であり、これは後述する実施例の結果からも明らかである。

また、これらの炭素質還元剤の粒径はとくに規定しないが、粉塵の飛散防止や、還元の効率化を考慮して、５〜５０ｍｍが望ましい。

炭素質還元剤の使用方法としては、所定の使用量を適当に二分しておいて、まずその一部をはじめに炉内に装入して加熱し、銅原料が溶落した後に残量を溶湯の表面に均一に散布し、そして、合金材を添加して溶解作業を行なう。あるいは、最初に炉内に炭素質還元剤の一部を装入してから銅合金の溶解原料を装入して加熱溶解し、銅合金の溶落後にさらに残りの炭素質還元剤を散布上置きして溶製することもできる。

このように、前記条件を満足する精選あるいは調整された高質の固体還元剤を使用すると、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、ＫあるいはＳｉ等の酸化物の量が極小化し、その酸化作用による活性金属元素の損耗が激減し、その添加歩留まりが著しく向上するという優れた技術的効果が得られる。
（実施例）
Ｍｇ添加銅合金の溶製
以下の条件により、Ｍｇを含有する銅合金を、本発明の実施例および比較例に分けて溶製した。なお、炭素質還元剤の種類、固定炭素の含有量、灰分の含有量は表１に示すとおりである。

・銅溶解量：２０ｋｇ
・溶解温度：１２３０℃
・Ｍｇの各添加量：０．１％
・炭素質還元剤の総使用量：３００ｇ
各実施例および比較例のいずれも銅原料の装入に先立って２００ｇｒの炭素質還元剤を炉内に装入した状態で加熱し、そして、原料の銅材を装入し、その溶落後に残りの１００ｇｒを溶湯の表面に均一に散布して加熱し、ついでＭｇを添加して１２３０℃まで加熱して溶解を終えた。

これらの溶製過程中において、Ｍｇの添加前の溶湯中酸素濃度を計測するとともに、溶湯中のＭｇの濃度を、その添加直後ならびに添加３０分後の２回に分けてそれぞれ計測した。その結果を表１に示す。

本発明の実施例および比較例ともに炭素質還元剤として木炭および電極黒鉛の双方を使用し、また固定炭素及び灰分の含有量は、本発明の範囲内外の両者に分けて異なるものを採用した。電極黒鉛の場合は一般に灰分の含有量が僅少にて０．１％以下である。

表１から明らかなように、Ｍｇの添加前の溶湯中酸素濃度は、いずれも１０ｐｐｍ以下の３〜６ｐｐｍに制御されているが、溶湯中におけるＭｇの濃度をみると、添加直後にはおおむね目標値の０．１％であったのが、添加３０分後には酸化損耗している。そして、４比較例はいずれもＭｇの濃度が０．０６０〜０．０７０％となっているのに対して、実施例では０．０８５〜０．０９５％にとどまっており、本発明による炭素質還元剤の性状の効果が明らかである。しかも、木炭および電極黒鉛のいずれであっても、本発明が規定する固定炭素と灰分の含有量の条件を満足するものは添加歩留まりが優れて大きいことがわかる。

Claims (1)

1. Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌから選ばれる１種以上の活性金属を含有する銅合金を大気中で溶製する方法において、該活性金属含有銅合金の溶湯表面に、粒径が５〜５０ｍｍであって固定炭素の含有量が９０質量％以上であり且つ灰分の含有量が１質量％未満の炭素質還元剤を散布上置きするとともに該活性金属を０.３質量％以下添加して溶製し、前記活性金属の酸化消耗を抑制して歩留を向上させることを特徴とする活性金属含有銅合金溶製法。