JP7145139B2

JP7145139B2 - 銅又は銅合金の連続鋳造方法及び連続鋳造装置

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Publication number: JP7145139B2
Application number: JP2019186258A
Authority: JP
Inventors: 芳徳釘宮; 賢二田嶋; 武英行里
Original assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Current assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2039-10-09
Also published as: JP2021058928A

Description

本発明は銅又は銅合金の連続鋳造方法及び連続鋳造装置に関する。

鋳型を連続鋳造する際に溶湯を一旦タンディッシュに貯留してから鋳型へ注入することが行われているが、特許文献１には連続鋳造中のタンディッシュ内の湯面レベルを目標レベルに維持するために、タンディッシュ内の湯面レベルをレベル計で検出し、タンディッシュに対する溶湯供給ノズルの開閉に湯面レベルをフィードバックすることが開示されている。また、特許文献２には連続鋳造中にタンディッシュから鋳型へ注入される溶湯の流れを安定させるために、タンディッシュの注出口に分流器を設置することが開示されている。

特開平４－３６１８５９号公報特開２０１３－１９３１１１号公報

しかしながら、高純度の銅又は銅合金の連続鋳造を行う場合には、板状となった多数の電気銅を順次に搬送して溶解炉へ投入する工程を要するので、例えば電気銅が溶解炉へ投入される直前のタイミングでは溶解炉内の湯面が一時的に低下する一方、直後のタイミングでは溶解炉内の湯面が一時的に上昇するので、仮に特許文献１又は２の技術を利用したとしても、タンディッシュの湯面が急激に低下又は上昇してしまう場合がある。これに起因して、鋳型へ注入される溶湯の流量が不安定となると鋳造金属（銅）の品質が低下するという問題がある。

そこで、本発明は上記の課題に鑑み、高品質な銅又は銅合金の製品鋳片を製造することのできる銅又は銅合金の連続鋳造方法及び連続鋳造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の本発明は、電気銅を溶解炉で加熱溶融した溶湯をタンディッシュに貯留し、前記タンディッシュを介して前記溶湯を鋳型へ注入することにより連続的に鋳造を行う銅又は銅合金の連続鋳造方法において、前記タンディッシュの湯面レベルを湯面レベル計で検出し、前記湯面レベル計による検出結果に応じて前記溶解炉へ投入する前記電気銅の投入量を調整することにより、前記鋳型へ注入する前記溶湯の注入量を安定化することを特徴とする銅又は銅合金の連続鋳造方法を提供する。

上記課題を解決するため請求項２に記載の本発明は、前記湯面レベル計による検出結果に応じて前記溶解炉へ投入する前記電気銅の投入量を調整すると共に、前記タンディッシュ内の溶湯が予め設定された所定量に対して不足又は過剰となる場合には、前記溶解炉から前記タンディッシュへ投入する前記溶湯の投入量を調整することで前記鋳型へ注入する前記溶湯の注入量を安定化することを特徴とする請求項１に記載の銅又は銅合金の連続鋳造方法を提供する。

上記課題を解決するため請求項３に記載の本発明は、前記電気銅は乾燥炉内で予熱されながら搬送されて前記溶解炉に投入されると共に、前記電気銅の投入量の調整は搬送速度を調整することによって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅又は銅合金の連続鋳造方法を提供する。

上記課題を解決するため請求項４に記載の本発明は、前記溶解炉から前記タンディッシュへ投入する前記溶湯の投入量の調整は前記溶解炉の傾転角度を調整することによって行われることを特徴とする請求項２又は３に記載の銅又は銅合金の連続鋳造方法を提供する。

上記課題を解決するため請求項５に記載の本発明は、電気銅を予熱する乾燥炉を備えた搬送装置と、前記搬送装置によって予熱搬送された前記電気銅を加熱溶融する溶解炉と、
前記溶解炉で加熱溶融された溶湯を貯留するタンディッシュと、前記タンディッシュを介して注入される前記溶湯を連続的に鋳造する鋳型と、前記タンディッシュに貯留された前記溶湯の湯面レベルを検知する湯面レベル計と、前記湯面レベル計による検出結果に応じて、前記電気銅を搬送する前記搬送装置の搬送速度を調整して前記鋳型へ注入する前記溶湯の注入量を安定化する制御部とを備えることを特徴とする銅又は銅合金の連続鋳造装置を提供する。

上記課題を解決するため請求項６に記載の本発明は、前記溶解炉から前記タンディッシュへ前記溶湯を供給するための供給管であって、途中に屈曲部が設けられた供給管を備え、前記溶解炉は、前記供給管の前記屈曲部が当該溶解炉の湯面レベルよりも上方に位置するように傾転可能とされていることを特徴とする請求項５に記載の銅又は銅合金の連続鋳造装置を提供する。

上記課題を解決するため請求項７に記載の本発明は、前記制御部は、前記湯面レベル計による検出結果に応じて前記電気銅を搬送する前記搬送装置の搬送速度を調整すると共に、前記タンディッシュ内の溶湯が不足する又は過剰となる場合には、前記タンディッシュへ溶湯を投入する前記溶解炉の傾転角度を調整することで前記鋳型へ注入する前記溶湯の注入量を安定化することを特徴とする請求項５又は６に記載の銅又は銅合金の連続鋳造装置を提供する。

本発明によれば、連続鋳造中に、溶解炉に対する電気銅の投入量を調整するので、電気銅が板状であるが故に不安定になりがちだった溶湯の生成量を、直接的に調整できる。しかも、この溶湯生成量の調整（ここでは電気銅投入量の調整）は、鋳型の直上に位置するタンディッシュの湯面レベルに応じて行われるので、鋳型へ注入される溶湯の流量安定化を確実に図ることが可能である。したがって、本発明によれば高品質な銅又は銅合金の製品鋳片を製造することが可能という効果がある。

本発明に係る銅又は銅合金の連続鋳造方法に用いられる連続鋳造装置の一実施形態を示す概略図である。連続鋳造装置において溶湯の流量制御に係る制御系を説明するブロック図である。タンディッシュにおける湯面レベル計の配置先を説明する断面図である。本発明に係る銅又は銅合金の連続鋳造方法の一実施形態を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る銅又は銅合金の連続鋳造方法及び連続鋳造装置について図面を参照しつつ好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。

初めに、連続鋳造装置の好ましい一実施形態の構成について説明する。図１は、本発明に係る銅又は銅合金の連続鋳造方法に用いられる連続鋳造装置の一実施形態を示す概略図である。

図示されるとおり、連続鋳造装置１は、概略として、コンベア１１Ｂによって運ばれた電気銅１００を重量計１１Ａへ運搬するロボットアーム１１と、電気銅１００の重量計測を行う重量計１１Ａと、重量計測後の電気銅１００を予熱する乾燥炉１２Ｂを備えた搬送装置１２と、搬送装置１２によって予熱搬送された電気銅１００を加熱溶融する溶解炉１３と、溶解炉１３で加熱溶融された溶湯２００を貯留するタンディッシュ１４と、溶解炉１３からタンディッシュ１４溶湯を供給するための供給管１３Ｆと、タンディッシュ１４を介して注入される溶湯２００を連続的に鋳造する鋳型１５と、タンディッシュ１４に貯留された溶湯２００の湯面レベルを検知する湯面レベル計１４Ａと、各部を制御する制御部１０（図１では不図示）とを備える。

この連続鋳造装置１において、コンベア１１Ｂから重量計１１Ａへと移送された電気銅１００は、重量計１１Ａによって重量計測が行われた後、乾燥炉１２Ｂ内で予熱されながら搬送機構１２Ａによって略水平な姿勢を維持しつつ搬送された後、溶解炉１３の側壁に設けられた投入口１３Ｃから溶解炉１３の内部へ投入される。なお、搬送装置１２の溶解炉１３側には緩やかなスロープ状の搬送路１２Ｃが設けられているので、電気銅１００が溶解炉１３に投入される際に溶解炉１３の湯面が大きく波立つことはない。そして、溶解炉１３に投入された電気銅１００は溶解炉１３内で加熱溶融されることにより溶湯２００となる。その溶湯２００は、投入口１３Ｃとは反対側の溶解炉１３の側壁に設けられた供給口１３Ｅから、供給管１３Ｆの屈曲部１３Ｂを下方側に位置させることにより溶湯２００が上方に向って流れるようにした状態でタンディッシュ１４に傾注され、タンディッシュ１４に貯留される。タンディッシュ１４に貯留された溶湯２００は、タンディッシュ１４の底部に設けられた複数の出湯口１４Ｄ，１４Ｄ，１４Ｄ（後述する図３参照）を介して下方の鋳型１５へ注入される。なお、図３では出湯口１４Ｄの数は３となっているが、これに限定されるものではなく、１としてもよいし、４以上としてもよい。

ここで、溶解炉１３の投入口１３Ｃ側及び供給管１３Ｆの出口側にはそれぞれ回転継手が配置されており、投入口１３Ｃの中心から供給管１３Ｆの出口側の開口中心を通る軸ＡＸを中心として溶解炉１３が傾転可能になっている。この溶解炉１３の軸ＡＸの回りの傾転角度θは、溶解炉１３に備えられたモータ等の傾転機構１３Ａによって適宜に調整される。この傾転機構１３Ａが溶解炉１３の傾転角度θを調整すると、軸ＡＸから偏芯した位置にある屈曲部１３Ｂの高さ位置が変化するので、溶解炉１３内の湯面レベルが仮に不変であったとしても、供給管１３Ｆから流出する溶湯２００の流量が変化し、タンディッシュ１４に対する溶湯２００の注入量が調整される。具体的には、溶解炉１３の傾転角度θと溶解炉１３が貯留している溶湯２００の量との関係で、溶解炉１３内の湯面レベルが屈曲部１３Ｂの高さを超えている場合には、溶解炉１３内の溶湯２００が供給管１３Ｆを介してタンディッシュ１４へ注入されるが、溶解炉１３内の湯面レベルが屈曲部１３Ｂの高さを下回る場合には、溶解炉１３内の溶湯２００は供給管１３Ｆ内を流れることはない（又は供給管１３Ｆ内を流れる溶湯２００の流量は低く抑えられる。）。

以上の連続鋳造装置１では、溶解炉１３に対する電気銅１００の投入量の調整は、基本的には搬送機構１２Ａによる電気銅１００の搬送速度を調整することによって行われるが、傾転機構１３Ａが溶解炉１３の傾転角度θを調整することによっても行うことができる。

次に、連続鋳造装置１の制御系について説明する。図２は、連続鋳造装置において溶湯の流量制御に係る制御系を説明するブロック図である。
図２に示されるとおり、連続鋳造装置１の制御部１０は、重量計１１Ａ、搬送装置１２の搬送機構１２Ａ、溶解炉１３の傾転機構１３Ａ、タンディッシュ１４の湯面レベル計１４Ａ、及び操作部１０Ａの各々と無線又は有線で接続されている。このうち重量計１１Ａは、重量計１１Ａに載置された電気銅１００の重量を示す信号を検出結果として制御部１０へ出力し、湯面レベル計１４Ａは、タンディッシュ１４に貯留された溶湯２００の湯面レベルを示す信号を検出結果として制御部１０へ出力する。そして、制御部１０は、重量計１１Ａによる検出結果及び湯面レベル計１４Ａによる検出結果に応じて、（Ａ）搬送装置１２の搬送速度、（Ｂ）溶解炉１３の傾転角度、の少なくとも１つを調整して鋳型１５へ注入する溶湯２００の注入量を安定化する。なお、操作部１０Ａは、例えば、キーボードなどの入力装置によって構成されるものである。以下、制御部１０によるパラメータ（Ａ）、（Ｂ）の調整例を幾つか説明する。

（Ａ）搬送速度
制御部１０は、重量計１１Ａによる検出結果及び湯面レベル計１４Ａによる検出結果に応じて、搬送装置１２の搬送速度を調整する。例えば、制御部１０は、重量計１１Ａが検出した重量が大きいときほど、また湯面レベル計１４Ａが検出した湯面レベルが高いときほど、搬送機構１２Ａのモータ回転速度を抑えて搬送速度を抑える。その反対に、制御部１０は、重量計１１Ａが検出した重量が小さいときほど、また湯面レベル計１４Ａが検出した湯面レベルが低いときほど、搬送機構１２Ａのモータ回転速度を向上させて搬送速度を高める。例えば、制御部１０は、湯面レベル計１４Ａの検出結果を参照し、湯面レベル計１４Ａが検出した湯面レベルが予め設定した所定範囲（理想範囲、許容範囲などである。以下、許容範囲とする。）の下限値を下回っていた場合には、搬送速度が大きくなるように搬送機構１２Ａの設定を変更する。その反対に、湯面レベル計１４Ａが検出した湯面レベルが予め設定した許容範囲の上限値を超えていた場合には、搬送速度が小さくなるように搬送機構１２Ａの設定を変更する。

（Ｂ）傾転角度
制御部１０は、搬送速度（Ａ）の調整を行っても、依然としてタンディッシュ１４内の溶湯２００が不足する場合（又は過剰となる場合）には、タンディッシュ１４へ溶湯２００を投入する溶解炉１３の傾転角度θを調整することにより、溶解炉１３からタンディッシュ１４へ投入する溶湯２００の投入量を調整することによって鋳型１５へ注入する溶湯２００の注入量を安定化する。例えば、制御部１０は、搬送速度が可変範囲の上限に達しても依然としてタンディッシュ１４内の湯面レベルが予め設定した許容範囲の下限を下回っているような場合には、溶湯２００の傾注量が大きくなるように傾転機構１３Ａの設定を変更する。その反対に、搬送速度が可変範囲の下限に達しても依然としてタンディッシュ１４内の湯面レベルが予め設定した許容範囲の上限を超えているような場合には、溶湯２００の傾注量が小さくなるように傾転機構１３Ａの設定を変更する。

次に、タンディッシュ１４の湯面レベル計について説明する。図３は、タンディッシュにおける湯面レベル計の配置先を説明する断面図である。図示されるとおり、タンディッシュ１４は、ケーシング１４Ｅの内側に耐火物１４Ｂ、１４Ｃを層状に積層して形成される。このタンディッシュ１４の底部には複数（本実施形態では３つ）の出湯口１４Ｄ，１４Ｄ，１４Ｄがそれぞれ設けられている。そして、タンディッシュ１４の底部の上方には、湯面レベル計１４Ａが設置されており、湯面レベル計１４Ａの先端（検出ヘッドの先端）は、タンディッシュ１４の底部側に向けられている。湯面レベル計１４Ａの先端（検出ヘッドの先端）の水平方向における位置は、複数の出湯口１４Ｄ，１４Ｄ，１４Ｄに正対する位置から外れている。また、湯面レベル計１４Ａの先端（検出ヘッドの先端）の鉛直方向の高さは、湯面レベル計１４Ａの検出範囲Ｌ４がタンディッシュ１４の底部直上から十分な高さ（例えば２００ｍｍ）までとなるように、設定されている。この検出範囲Ｌ４は、連続鋳造中における湯面レベルの許容範囲Ｌ５を完全にカバーしている。なお、湯面レベル計１４Ａは、例えば概略円柱状の検出部と、不図示の増幅器と、不図示の耐熱性ケーブルと、不図示のアームとを備えており、概略円柱状の検出部は、当該アームを介してタンディッシュ１４の内部の適当な位置へ配置され、増幅器は、タンディッシュ１４の外部の適当な位置へ配置され、当該ケーブルを介して検出部に接続される。

以上の湯面レベル計１４Ａとしては、例えば渦流式溶鋼レベル計を使用することができる。渦流式溶鋼レベル計は、例えばニレコ社製ＥＣＬＭ１０００シリーズなどである。このような湯面レベル計１４Ａは、一般に鋳型内の湯面レベルを検出する際に用いられるものであるので、十分な耐熱性を有している。

次に、本発明に係る銅又は銅合金の連続鋳造方法を説明する。この連続鋳造方法には上述した連続鋳造装置が用いられる。図４は、本発明に係る銅又は銅合金の連続鋳造方法の一実施形態を示すフローチャートである。なお、ここでは制御部１０が自動モードに設定されていた場合のフローについて説明する。

連続鋳造の開始直後は、連続鋳造装置は標準的なモードで動作する。標準的なモードは次のとおりである。すなわち、ロボットアーム１１は、コンベア１１Ｂで運ばれてくる電気銅１００を重量計１１Ａへ載置する動作を繰り返し、重量計１１Ａは、少なくとも電気銅１００が重量計１１Ａに載置される度に重量計測を行い、その検出結果を制御部１０へ出力する。また、搬送機構１２Ａは、重量計測後の電気銅１００を標準速度で搬送して溶解炉１３へ順次に投入し、傾転機構１３Ａは、溶解炉１３の傾転角度θを標準角度に設定する。また、湯面レベル計１４Ａは、所定頻度でタンディッシュ１４の湯面レベル計測を行い、その検出結果を制御部１０へ出力する。

その後、制御部１０は、重量計１１Ａの検出結果を参照し、その検出結果に応じて搬送装置１２の搬送速度を変更する（Ｓ１１，Ｓ１２）。例えば、制御部１０は、電気銅１００の重量が変化した場合（Ｓ１１Ｙ）には、その変化量に応じて搬送速度を調整する（Ｓ１２）。

次に、制御部１０は、湯面レベル計１４Ａの検出結果を参照し、その検出結果に応じて搬送装置１２の搬送速度を変更する（Ｓ１３，Ｓ１４）。例えば、制御部１０は、湯面レベルが許容範囲Ｌ５を超過した又は下回った場合（Ｓ１３Ｙ）には、超過した又は下回った量に応じて搬送速度を調整する（Ｓ１４）。但し、自動モードにおける搬送速度の可変範囲は予め決められた自動モード用の可変範囲に制限されるものとする。このため、タンディッシュ１４の湯面レベルが急激に上昇した場合には、搬送速度が可変範囲の下限に達する可能性があり、タンディッシュ１４の湯面レベルが急激に下降した場合には、搬送速度が可変範囲の上限に達する可能性がある。

搬送速度の調整後、制御部１０は、搬送速度が可変範囲の上限又は下限に達したか否かを判別し（Ｓ１５）、達した場合（Ｓ１５Ｙ）には傾転機構１３Ａによって溶解炉１３の傾転角度θを調整する（Ｓ１６）。例えば、搬送速度が可変範囲の上限に達した場合、制御部１０は、傾注量が大きくなるように傾転機構１３Ａによって溶解炉１３の傾転角度θを調整し、搬送速度が可変範囲の下限に達した場合、制御部１０は、傾注量が小さくなるように傾転機構１３Ａによって溶解炉１３の傾転角度θを調整する。但し、自動モードにおける傾転角度θの可変範囲は、予め決められた自動モード用の可変範囲に制限されるものとする。

次に、制御部１０は、操作部１０Ａをオペレータが操作して制御部１０を手動モードに切り替えたか否かを判定し（Ｓ１７）、手動モードに切り替えた場合（Ｓ１７Ｙ）には自動モードのフローを終了し、そうでない場合には（Ｓ１７Ｎ）、当初のステップ（Ｓ１１）に移行する。

なお、手動モードは、オペレータからの指示に応じて制御部１０が搬送速度及び傾転角度の少なくとも１つのパラメータを調節できるモードのことである。この手動モードは、自動モードでは対応しきれない場合に有効である。例えば、オペレータは、上記の自動モードでは湯面レベルが許容範囲Ｌ５に収まらないような場合に、安全性に留意しつつ自己の判断で操作部１０Ａを操作して、電気銅１００の搬送速度、溶解炉１３の傾転角度の少なくとも１つを、自動モード用の可変範囲を超えて調節することができる。

また、自動モードでは、タンディッシュ１４の湯面レベルに応じて電気銅投入量（搬送速度）を調整する頻度及び調整量、タンディッシュ１４の湯面レベルに応じて傾転角度を調整する頻度及び調整量は、それぞれ連続鋳造の安全性等に応じて適当に設定されるものとする。

以上説明したように、本実施形態によれば、連続鋳造中に、溶解炉１３に対する電気銅１００の投入量を調整するので、電気銅１００が板状であるが故に不安定になりがちだった溶湯２００の生成量を、直接的に調整できる。しかも、この溶湯２００の生成量の調整（ここでは電気銅１００の投入量の調整）は、鋳型１５の直上に位置するタンディッシュ１４の湯面レベルに応じて行われるので、鋳型１５へ注入される溶湯２００の流量安定化を確実に図ることが可能である。したがって、本実施形態によれば、高品質な銅又は銅合金の製品鋳片を製造することが可能という効果がある。

本発明は各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。

１連続鋳造装置
１０制御部
１０Ａ操作部
１１ロボットアーム
１１Ａ重量計
１１Ｂコンベア
１２搬送装置
１２Ａ搬送機構
１２Ｂ乾燥炉
１２Ｃ搬送路
１３溶解炉
１３Ａ傾転機構
１３Ｂ屈曲部
１３Ｃ投入口
１３Ｅ供給口
１３Ｆ供給管
１４タンディッシュ
１４Ａ湯面レベル計
１４Ｂ耐火物
１４Ｃ耐火物
１４Ｄ出湯口
１４Ｅケーシング
１５鋳型
１００電気銅
２００溶湯
Ｌ１深い部分の深さ
Ｌ２浅い部分の深さ
Ｌ４検出範囲
Ｌ５許容範囲

Claims

電気銅を溶解炉で加熱溶融した溶湯をタンディッシュに貯留し、前記タンディッシュを介して前記溶湯を鋳型へ注入することにより連続的に鋳造を行う銅又は銅合金の連続鋳造方法において、
前記タンディッシュの湯面レベルを湯面レベル計で検出し、前記湯面レベル計による検出結果に応じて前記溶解炉へ投入する前記電気銅の投入量を調整することにより、前記鋳型へ注入する前記溶湯の注入量を安定化することを特徴とする銅又は銅合金の連続鋳造方法。
前記湯面レベル計による検出結果に応じて前記溶解炉へ投入する前記電気銅の投入量を調整すると共に、前記タンディッシュ内の溶湯が予め設定された所定量に対して不足又は過剰となる場合には、前記溶解炉から前記タンディッシュへ投入する前記溶湯の投入量を調整することで前記鋳型へ注入する前記溶湯の注入量を安定化することを特徴とする請求項１に記載の銅又は銅合金の連続鋳造方法。
前記電気銅は乾燥炉内で予熱されながら搬送されて前記溶解炉に投入されると共に、
前記電気銅の投入量の調整は搬送速度を調整することによって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅又は銅合金の連続鋳造方法。
前記溶解炉から前記タンディッシュへ投入する前記溶湯の投入量の調整は前記溶解炉の傾転角度を調整することによって行われることを特徴とする請求項２又は３に記載の銅又は銅合金の連続鋳造方法。
電気銅を予熱する乾燥炉を備えた搬送装置と、
前記搬送装置によって予熱搬送された前記電気銅を加熱溶融する溶解炉と、
前記溶解炉で加熱溶融された溶湯を貯留するタンディッシュと、
前記タンディッシュを介して注入される前記溶湯を連続的に鋳造する鋳型と、
前記タンディッシュに貯留された前記溶湯の湯面レベルを検知する湯面レベル計と、
前記湯面レベル計による検出結果に応じて、前記電気銅を搬送する前記搬送装置の搬送速度を調整して前記鋳型へ注入する前記溶湯の注入量を安定化する制御部と、
を備えることを特徴とする銅又は銅合金の連続鋳造装置。
前記溶解炉から前記タンディッシュへ前記溶湯を供給するための供給管であって、途中に屈曲部が設けられた供給管を備え、
前記溶解炉は、前記供給管の前記屈曲部が当該溶解炉の湯面レベルよりも上方に位置するように傾転可能とされていることを特徴とする請求項５に記載の銅又は銅合金の連続鋳造装置。
前記制御部は、
前記湯面レベル計による検出結果に応じて前記電気銅を搬送する前記搬送装置の搬送速度を調整すると共に、前記タンディッシュ内の溶湯が予め設定された所定量に対して不足又は過剰となる場合には、前記タンディッシュへ溶湯を投入する前記溶解炉の傾転角度を調整することで前記鋳型へ注入する前記溶湯の注入量を安定化することを特徴とする請求項５又は６に記載の銅又は銅合金の連続鋳造装置。