JP6672909B2 - 銅合金材の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、銅合金材の製造装置に関する。

銅合金材を製造する方法として、例えば、連続鋳造圧延法が知られている。この方法では、まず、溶解炉において、銅材料を溶融させて溶銅を生成する。次に、溶銅にチタン、マグネシウム等の合金成分を添加する。次に、合金成分を添加した溶銅をタンディッシュに移送し、タンディッシュ内の溶銅を注湯ノズルから連続鋳造機に流出させる。次に、連続鋳造機により溶銅を冷却・固化しつつ、圧延することにより銅合金材を製造する（例えば、特許文献１を参照）。

特許第３５５２０４３号公報

本発明者らの検討によると、溶銅では、酸化により合金成分の酸化物が介在物として生成しており、介在物を含む溶銅をタンディッシュから注湯ノズルを介して流出させると、介在物が注湯ノズルに付着して、注湯ノズルが詰まることが分かった。そのため、銅合金材の製造装置においては、注湯ノズルの詰まりを掃除する必要があり、長時間の連続操業により銅合金材を生産性よく製造することが困難となっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、銅合金材の製造において、溶銅に含まれる介在物の付着による注湯ノズルの詰まりを抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
溶銅を連続的に鋳造して銅合金材を製造する銅合金材の製造装置であって、
前記溶銅を貯留するタンディッシュと、
前記タンディッシュに接続され、前記タンディッシュから前記溶銅を流出させるための、耐火物からなる注湯ノズルと、
前記タンディッシュに貯留する前記溶銅に浸漬するように前記タンディッシュ内に配置され、耐火物からなり、内部に貫通孔が形成された吸着材を有する、前記溶銅に含まれる介在物を吸着させるための吸着部材と、
前記吸着材の前記貫通孔内に挿入され、前記貫通孔の内壁に吸着した前記介在物を除去する介在物除去装置と、
を備える、銅合金材の製造装置が提供される。

本発明によれば、溶銅に含まれる介在物の付着による注湯ノズルの詰まりを抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかる銅合金材の製造装置を示す概略構成図である。 （ａ）は、タンディッシュを拡大した概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、介在物除去装置により介在物を除去する場合を説明するための図である。

＜銅合金材の製造装置＞
本発明の一実施形態にかかる銅合金材の製造装置について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る銅合金材の製造装置を示す概略構成図である。

なお、以下において、「銅合金材」とは、荒引線や荒引線を伸線加工して得られた素線を含む総称として用いられる。

図１に示すように、本実施形態に係る銅合金材の製造装置１０は、銅合金材を連続鋳造圧延するための、いわゆる連続鋳造圧延装置（ＳＣＲ：Ｓｏｕｔｈｗｉｒｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｄｓｙｓｔｅｍ）として構成され、例えば、溶解炉２１０と、上樋２２０と、保持炉２３０と、添加手段２４０と、下樋２６０と、タンディッシュ３００と、注湯ノズル３２０と、連続鋳造機５００と、連続圧延装置６２０と、コイラー６４０と、を有している。

溶解炉２１０は、銅原料を加熱して溶融させ、溶銅１１０を生成するよう構成され、例えば、炉本体（不図示）と、炉本体の下部に設けられるバーナー（不図示）と、を有している。銅原料が炉本体に投入され、バーナーで加熱されることで、溶銅１１０が連続的に生成される。銅材料としては、例えば、電気銅（Ｃｕ）等を用いることができる。

上樋２２０は、溶解炉２１０の下流側に設けられ、溶解炉２１０と保持炉２３０との間を連結し、溶解炉２１０で生成された溶銅１１０を下流側の保持炉２３０に移送するよう構成されている。

保持炉２３０は、上樋２２０の下流側に設けられ、上樋２２０から移送される溶銅１１０を所定の温度で加熱して（一時的に）貯留するよう構成されている。また、保持炉２３０は、溶銅１１０を所定の温度に保持したまま、所定量の溶銅１１０を下樋２６０に移送するよう構成されている。

保持炉２３０には、合金成分を添加する添加手段２４０が接続されている。添加手段２４０は、保持炉２３０内の溶銅１１０に対して、所定の合金成分を連続的に添加するよう構成されている。添加される合金成分としては、例えば、錫（Ｓｎ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）、等の金属元素が挙げられる。合金成分を添加する方法としては、特に限定されないが、例えば、合金成分からなるワイヤを溶銅１１０中に投入するワイヤインジェクションを用いることができる。

下樋２６０は、保持炉２３０の下流側に設けられ、保持炉２３０から移送される溶銅１１０を下流側のタンディッシュ３００に移送するよう構成されている。

タンディッシュ３００は、下樋２６０の下流側に設けられ、下樋２６０から移送される溶銅１１０を（一時的に）貯留し、連続鋳造機５００に対して所定量の溶銅１１０を連続的に供給するよう構成されている。

タンディッシュ３００の下流側には、貯留する溶銅１１０を流出させるための注湯ノズル３２０が接続されている。注湯ノズル３２０は、例えば酸化ケイ素や炭化ケイ素、窒化ケイ素等の耐火物で形成されている。タンディッシュ３００に溜まった溶銅１１０は、注湯ノズル３２０を介して、連続鋳造機５００へと供給される。なお、注湯ノズル３２０の開口部には、注湯ノズル３２０を介して流出する溶銅１１０の流出量を調整するための流量調整ピン（図示略）が設けられている。

連続鋳造機５００は、いわゆるベルトホイール式の連続鋳造を行うよう構成され、例えば、ホイール（またはリング）５１０と、ベルト５２０と、を有している。円筒状のホイール５１０は、外周に溝部を有している。また、ベルト５２０は、ホイール５１０の外周面の一部に接触しながら周回移動するよう構成されている。ホイール５１０の溝部とベルト５２０との間に形成される空間に、タンディッシュ３００から流出される溶銅１１０が注入される。また、ホイール５１０およびベルト５２０は、例えば冷却水により冷却されている。これにより、溶銅１１０が冷却・固化（凝固）されて、棒状の鋳造材１２０が連続的に鋳造される。

連続圧延装置６２０は、連続鋳造機５００の下流側（鋳造材排出側）に設けられ、連続鋳造機５００から移送される鋳造材１２０を連続的に圧延するよう構成されている。鋳造材１２０が圧延されることで、銅合金材１３０として、例えば所定の外径を有する荒引線や素線が成形加工される。

コイラー６４０は、連続圧延装置６２０の下流側（銅合金材排出側）に設けられ、連続圧延装置６２０から移送される銅合金材１３０を巻き取るよう構成されている。

上述したように、タンディッシュ３００の注湯ノズル３２０は、溶銅１１０に含まれる介在物、例えば溶銅１１０に添加された合金成分の酸化物や、炉材に使用している耐火物などが付着することにより、詰まることがある。本発明者らは、注湯ノズル３２０における詰まりを抑制するには、溶銅１１０が注湯ノズル３２０に導入される前に、溶銅１１０に含まれる介在物を取り除く必要があると考え、そのような方法について検討を行った。その結果、注湯ノズル３２０を構成する耐火物と同じ材料からなり、介在物を吸着できるような吸着部材をタンディッシュ３００内に設けるとよいことが見出された。吸着部材によれば、溶銅１１０に含まれる介在物を吸着して捕集することにより、注湯ノズル３２０での介在物の付着による詰まりを抑制することが可能となる。また、吸着部材の吸着性能を高める観点からは、吸着部材を、注湯ノズル３２０と同じような形状を有する管状の吸着材で構成するとよいことが見出された。

以下、本実施形態における吸着部材について図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図２（ａ）は、タンディッシュを拡大した概略構成図であり、図２（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す断面図であり、図２（ｃ）は、（ａ）の平面図である。

図２（ａ）に示すように、タンディッシュ３００においては、下樋２６０の供給口２６０ａから溶銅１１０が流入し、タンディッシュ３００の底部に接続される注湯ノズル３２０から溶銅１１０が流出する。つまり、溶銅１１０は、供給口２６０ａ側から注湯ノズル３２０側に向かって流れることになる。本実施形態では、吸着部材３５０を、溶銅１１０に浸漬させるとともに、溶銅１１０の流れ方向で注湯ノズル３２０の上流側に配置している。上述したように、吸着部材３５０は、注湯ノズル３２０を構成する耐火物と同様の耐火物からなり、溶銅１１０に含まれる介在物を吸着して捕集できるため、吸着部材３５０を配置することにより、注湯ノズル３２０での介在物の付着、およびそれにともなう詰まりを抑制することができる。

吸着部材３５０は、注湯ノズル３２０と同様に耐火物から形成される複数の吸着材３５１により構成される。吸着材３５１は、内部に例えば円筒状の貫通孔からなる流路３５２が形成されており、溶銅１１０を流路３５２に導入し、その内壁に介在物を吸着できる。流路３５２を有する吸着材３５１は、例えば、耐火物を棒状や板状に成形して流路が形成されていない構造物よりも、溶銅１１０との接触面積が大きく、介在物をより効率的に吸着して捕集することができる。

吸着材３５１の形状としては、貫通孔として流路３５２が形成されていれば特に限定されず、その外観は例えば円筒状や矩形状とすることができ、流路３５２を形成する貫通孔は例えば円筒状や矩形状とすることができる。好ましくは、吸着材３５１は注湯ノズル３２０と同様に直管状に構成されているとよい。このような形状とすることにより、後述するように、流路３５２が溶銅１１０の流れに沿わせやすくでき、介在物をより吸着して捕集することができる。なお、流路３５２の径は特に限定されず適宜変更することができる。

吸着材３５１は、その流路３５２の方向（つまり、貫通孔の方向）がタンディッシュ３００内の溶銅１１０の流れ方向に沿うように配置されることが好ましい。換言すると、吸着材３５１は、流路３５２がタンディッシュ３００において下樋２６０の供給口２６０ａ側から注湯ノズル３２０側に向かって延在するように配置されることが好ましい。このように吸着材３５１を配置することにより、溶銅１１０を澱ませることなく流しつつ、介在物を効率よく吸着させて捕集することができる。なお、複数本の吸着材３５１を配置する場合は、これらが溶銅１１０の流れ方向に沿って並列に配列するように配置するとよい。

図２では、吸着部材３５０が７本の吸着材３５１で構成される場合を示すが、吸着材３５１の本数は特に限定されず、適宜変更することができる。介在物を効率的に吸着する観点からは吸着材３５１の本数が多いほど好ましい。図２（ｂ）では、溶銅１１０の湯面の高さよりも低くなるような本数を敷き詰めている場合を示すが、例えば、溶銅１１０の湯面の高さよりも高くなるように、複数の吸着材３５１を積み重ねてもよい。このように配置することにより、溶銅１１０の吸着部材３５０と接触する面積を増やして、介在物を効率的に吸着させて捕集することができる。

吸着部材３５０が配置される領域は、吸着部材３５０を溶銅１１０に浸漬できれば特に限定されないが、介在物を効率的に吸着して捕集する観点からは、溶銅１１０の対流が小さな領域であることが好ましい。溶銅１１０の対流が小さいと、介在物を吸着部材３５０に吸着させやすいためである。具体的には、図２（ｃ）に示すように、下樋２６０の供給口２６０ａの下部であって、溶銅１１０が流入する領域Ｔ１と、注湯ノズル３２０が接続され、溶銅１１０が流出する領域Ｔ２は、溶銅１１０の流出入により対流が生じやすく、介在物を吸着させにくいので、これらの領域を除くような領域Ｔ３に吸着部材３５０が配置されるとよい。

このように、タンディッシュ３００内に吸着部材３５０を配置することにより、注湯ノズル３２０での詰まりを抑制し、銅合金材の製造装置１０を長時間、連続して操業することができる。

また、本実施形態の銅合金材の製造装置１０は、連続して長時間操業する観点からは、吸着部材３５０に付着した介在物を除去する介在物除去装置４００をさらに備えることが好ましい。吸着部材３５０は、時間の経過とともに、介在物が付着して介在物の吸着能が低下するので、介在物除去装置４００を設けない場合は、所定時間が経過したら交換する必要がある。一方、介在物除去装置４００を設ける場合は、製造装置１０の稼働中であっても吸着部材３５０に付着した介在物を除去できるので、交換を省略し、連続操業時間を長くすることができる。

介在物除去装置４００としては、吸着材３５１の流路３５２に吸着した介在物を除去できるものであれば特に限定されない。
介在物除去装置４００としては、例えば、図３（ａ）に示すように、吸着材３５１の流路３５２内に挿入され、流路３５２の内壁に吸着した介在物を押し出せるように構成される押出冶具４０１を用いることができる。押出冶具４０１によれば、吸着材３５１の一端から挿入し、吸着した介在物を押し出すことにより、その他端から介在物を押し出して除去することができる。
また例えば、図３（ｂ）に示すように、吸着材３５１の流路３５２内に挿入でき、流路３５２内にガスを注入するガス注入装置４０２を用いることができる。ガス注入装置４０２によれば、流路３５２内にガスを注入し、その圧力により他端から介在物を押し出して除去することができる。ガスとしては、例えば、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。
なお、除去される介在物は、凝集により巨大化しており、タンディッシュ３００に貯留する溶銅１１０の湯面に浮遊しやすいため、注湯ノズル３２０へ流出しにくい。

＜銅合金材の製造方法＞
次に、上述した銅合金材の製造装置１０を用いて銅合金材を製造する方法について説明する。

本実施形態の銅合金材の製造方法は、溶融工程、添加工程、タンディッシュ貯留工程、溶銅流出工程、連続鋳造工程、連続圧延工程および介在物除去工程を有している。これらの工程は、個々に不連続に行われるのではなく、一連の工程として連続的に行われる。

（溶融工程）
まず、溶解炉２１０の炉本体に、銅材料を投入する。例えば、１１００℃以上１３２０℃以下に加熱された溶解炉２１０に、銅材料として、電気銅を投入する。そして、バーナーで炉本体を加熱する。これにより溶銅１１０を連続的に生成する。

（添加工程）
次に、溶解炉２１０で生成された溶銅１１０を、上樋２２０を介して、所定温度に保持された保持炉２３０に移送させる。また、添加手段２４０により、保持炉２３０内の溶銅１１０に対して、所定の合金成分を連続的に添加する。このとき、溶銅１１０中では添加した合金成分（例えばＴｉ、Ｍｇなど）が酸化することで、介在物としての酸化物が生成することがある。

（タンディッシュ貯留工程）
次に、溶銅１１０を、保持炉２３０から下樋２６０を介してタンディッシュ３００に移送させる。これにより、タンディッシュ３００に溶銅１１０を（一時的に）貯留させる。本実施形態では、タンディッシュ３００内に吸着部材３５０を配置しているため、溶銅１１０が注湯ノズル３２０に向かって流れている間に、介在物が吸着部材３５０に吸着して捕集されることになる。

（介在物除去工程）
上述のタンディッシュ貯留工程と並行して、所定時間毎に、介在物除去装置４００により、吸着部材３５０に付着した介在物を除去する。これにより、吸着部材３５０の吸着能を回復させ、吸着部材３５０により介在物を吸着して捕集できるようにする。

（溶銅流出工程）
次に、タンディッシュ３００から注湯ノズル３２０を介して連続鋳造機５００に、溶銅１１０を流出させる。本実施形態では、上述したタンディッシュ貯留工程にて介在物が捕集されているので、注湯ノズル３２０を介して溶銅１１０を流出させる際に、介在物が注湯ノズル３２０に付着して詰まることを抑制できる。

（連続鋳造工程）
次に、タンディッシュ３００から注湯ノズル３２０を介して流出させた溶銅１１０を、連続鋳造機５００におけるホイール５１０の溝部とベルト５２０との間に形成される空間に注入する。そして、ベルト５２０を、ホイール５１０の外周面の一部と接触させながら周回移動させる。このとき、ホイール５１０およびベルト５２０を冷却水に冷却する。これにより、溶銅１１０を冷却・固化し、棒状の鋳造材１２０を連続的に鋳造する。

（連続圧延工程）
次に、連続圧延装置６２０により、連続鋳造機５００から移送される鋳造材１２０を例えば５５０℃以上８８０℃以下の温度で連続的に圧延する。これにより、銅合金材１３０として、例えば、所定の外径を有する荒引線を成形加工する。そして、コイラー６４０により、連続圧延装置６２０から移送される荒引線を巻き取る。なお、銅合金材１３０は、荒引線にさらに熱間圧延および冷間圧延を施し、外径を細くした素線として成形加工してもよい。

以上により、銅合金材１３０が製造される。

本実施形態では、タンディッシュ貯留工程にて、吸着部材３５０により溶銅１１０に含まれる介在物を吸着して捕集しているので、注湯ノズル３２０での詰まりを抑制することができる。また、介在物除去工程にて、吸着部材３５０に付着した介在物を除去し、その吸着能を高く維持しているので、吸着部材３５０の交換を省略することができる。したがって、本実施形態によれば、銅合金材１３０の製造を連続して長時間行うことが可能であり、銅合金材１３０を生産性よく製造することができる。

また、本実施形態によれば、注湯ノズル３２０を介在物の付着が少ない状態に保つことができるので、銅合金材１３０に混入する介在物の量を低減し、品質を向上させることができる。

以上、実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

［付記１］
本発明の一態様によれば、
溶銅を連続的に鋳造して銅合金材を製造する銅合金材の製造装置であって、
前記溶銅を貯留するタンディッシュと、
前記タンディッシュに接続され、前記タンディッシュから前記溶銅を流出させるための、耐火物からなる注湯ノズルと、
前記タンディッシュに貯留する前記溶銅に浸漬するように前記タンディッシュ内に配置され、耐火物からなり、内部に貫通孔が形成された吸着材を有する、前記溶銅に含まれる介在物を吸着させるための吸着部材と、
を備える、銅合金材の製造装置。

［付記２］
付記１の銅合金材の製造装置において、好ましくは、
前記吸着部材は、前記タンディッシュにおける前記溶銅の流れ方向に前記貫通孔の方向が沿うように前記吸着材が配置されて構成されている。

［付記３］
付記１又は２の銅合金材の製造装置において、好ましくは、
前記吸着部材は、複数の前記吸着材が並列に配置されて構成されている。

［付記４］
付記１〜３のいずれかの銅合金材の製造装置において、好ましくは、
前記吸着部材は、前記溶銅の湯面の高さよりも高くなるように、前記吸着材を複数積み重ねて構成されている。

［付記５］
付記１〜４のいずれかの銅合金材の製造装置において、好ましくは、
前記吸着材を構成する前記耐火物は、酸化ケイ素、炭化ケイ素および窒化ケイ素の少なくとも１つを含む原料から構成される。

［付記６］
付記１〜５の銅合金材の製造装置において、好ましくは、
前記吸着部材に吸着した前記介在物を除去する介在物除去装置をさらに備える。

［付記７］
付記６の銅合金材の製造装置において、好ましくは、
前記介在物除去装置は、前記吸着材の前記貫通孔内に挿入され、前記貫通孔内に吸着する前記介在物を押し出すように構成される押出冶具を備える。

［付記８］
付記６の銅合金材の製造装置において、好ましくは、
前記介在物除去装置は、前記吸着材の前記貫通孔内にガスを注入するガス注入装置を備える。

１０ 銅合金材の製造装置
１１０ 溶銅
１２０ 鋳造材
１３０ 銅合金材
２１０ 溶解炉
２２０ 上樋
２３０ 保持炉
２４０ 添加手段
２６０ 下樋
３００ タンディッシュ
３２０ 注湯ノズル
３５０ 吸着部材
３５１ 吸着材
３５２ 流路
４００ 介在物除去装置
４０１ 押出冶具
４０２ ガス注入装置
５００ 連続鋳造機
５１０ ホイール
５２０ ベルト
６２０ 連続圧延装置
６４０ コイラー

Claims (7)

1. 溶銅を連続的に鋳造して銅合金材を製造する銅合金材の製造装置であって、
   前記溶銅を貯留するタンディッシュと、
   前記タンディッシュに接続され、前記タンディッシュから前記溶銅を流出させるための、耐火物からなる注湯ノズルと、
   前記タンディッシュに貯留する前記溶銅に浸漬するように前記タンディッシュ内に配置され、耐火物からなり、内部に貫通孔が形成された吸着材を有する、前記溶銅に含まれる介在物を吸着させるための吸着部材と、
   前記吸着材の前記貫通孔内に挿入され、前記貫通孔の内壁に吸着した前記介在物を除去する介在物除去装置と、
   を備える、銅合金材の製造装置。
2. 前記吸着部材は、前記タンディッシュにおける前記溶銅の流れ方向に前記貫通孔の方向が沿うように前記吸着材が配置されて構成されている、請求項１に記載の銅合金材の製造装置。
3. 前記吸着部材は、複数の前記吸着材が並列に配置されて構成されている、請求項１又は２に記載の銅合金材の製造装置。
4. 前記吸着材を構成する前記耐火物は、酸化ケイ素、炭化ケイ素および窒化ケイ素の少なくとも１つを含む原料から構成される、請求項１〜３のいずれかに記載の銅合金材の製造装置。
5. 前記吸着部材は、前記溶銅の湯面の高さよりも高くなるように、前記吸着材が複数積み重ねて構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の銅合金材の製造装置。
6. 前記介在物除去装置は、前記吸着材の前記貫通孔内に挿入され、前記貫通孔内に吸着する前記介在物を押し出すように構成される押出冶具を備える、請求項１に記載の銅合金材の製造装置。
7. 前記介在物除去装置は、前記吸着材の前記貫通孔内にガスを注入するガス注入装置を備える、請求項１に記載の銅合金材の製造装置。

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