JPH06299261A - 銅または銅合金の清浄化法 - Google Patents

銅または銅合金の清浄化法

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JPH06299261A
JPH06299261A JP8483893A JP8483893A JPH06299261A JP H06299261 A JPH06299261 A JP H06299261A JP 8483893 A JP8483893 A JP 8483893A JP 8483893 A JP8483893 A JP 8483893A JP H06299261 A JPH06299261 A JP H06299261A
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molten metal
copper
inert gas
gas
nozzle
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JP8483893A
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English (en)
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Kenji Osumi
研治 大隅
Kiyomasa Oga
清正 大賀
Motohiro Arai
基浩 新井
Joji Masuda
穣司 益田
Eiji Yoshida
栄次 吉田
Hirofumi Okada
裕文 岡田
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 銅または銅合金を溶製するに当たり、該銅ま
たは銅合金溶湯の還元処理と同時もしくは還元処理の後
に、該溶湯内へ不活性ガスを吹込み、該溶湯内に含まれ
るH2 ,CO2 ,CO,N2 等のガス成分を不活性ガス
泡に補足して湯面上方へ除去する。 【効果】 溶製段階で銅または銅合金溶湯中に不活性ガ
スを吹込むことによって、ガス欠陥の原因となる不純ガ
ス成分の全てを効率よく除去することができ、それによ
り溶製時の残存ガスに起因する製品欠陥を殆ど皆無にす
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、銅または銅合金(以
下、銅合金で代表する)溶湯中に含まれるH2,CO
2 ,CO,N2 等のガス成分を効率よく除去し、その清
浄度を高める改善方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】銅合金は優れた伝熱性や導電性を有して
いると共に、耐食性や加工性においても非常に優れたも
のであり、電気・電子分野や熱交換器分野をはじめとし
て多分野に亘って広く活用されている。しかし銅は鉄鋼
材料に比べて原料鉱石の埋蔵量が少なく高価であるとこ
ろから、資源保護の観点からもスクラップの回収再利用
が重要な課題となっている。
【0003】ところで、銅合金製品の品質を高めるに
は、原料溶製段階で不純介在物を極力少なくすることが
必要となるが、前記の様な原料事情もあって銅合金溶湯
中の不純介在物量を皆無にすることは不可能であり、そ
のため、銅合金製品の品質面においても製品欠陥を零と
することはできない。
【0004】これら製品欠陥の発生原因を大別すると、
溶製工程に起因するものと、固体状態となった後の加工
工程に起因するものに分けられる。このうち、前者の溶
製工程に起因する製品欠陥としては、ピンホールやブロ
ーホール、膨れ等のガス欠陥が挙げられる。従来、これ
らガス欠陥の原因は水素であると考えられており、従来
は、溶製段階で水素を如何に効率よく除去するかという
方向で研究が行われてきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが本発明者らが
種々研究を行ったところによると、溶製段階で水素を十
分に低減した場合でもガス欠陥を生じることがあり、ガ
ス欠陥は必ずしも水素のみによって生じるとは限らない
ことが明らかとなってきた。
【0006】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、銅合金原料の溶製段階で、
水素のみならずCO2 ,CO,N2 等のガス成分の全て
を効率よく除去し、ガスに起因する製品欠陥をより確実
に解消することのできる溶湯清浄化法を提供しようとす
るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る清浄化法の構成は、銅または銅合
金を溶製するに当たり、該銅または銅合金溶湯の還元処
理と同時もしくは還元処理の後に、該溶湯内へ不活性ガ
スを吹込み、該溶湯内に含まれるH2 ,CO2,CO,
2 等のガス成分を不活性ガス泡に捕捉して湯面上方へ
除去するところに要旨を有するものである。
【0008】上記不活性ガスの吹込みに当たっては、回
転ノズルを使用し該ノズルの回転によって生じる剪断力
を利用して不活性ガスを微細な気泡として溶湯内へ吹込
む方法、より好ましくはガス吹込みノズルの開口部を1
20m/分程度以上の周速度で回転させながら不活性ガ
スを吹込む方法を採用すれば、ガス成分の除去効率を一
層高めることができるので好ましい。
【0009】
【作用】前述の如く銅合金製品に見られるガス欠陥の原
因は、溶製工程で除去し切れなかった水素ガスによるも
のと考えられており、ガス欠陥は水素ガスを減少するこ
とによって低減し得るものと考えられていた。
【0010】もっとも、銅合金中に水素以外のガス成分
としてCO2 ,CO,N2 等が微量混入してくるであろ
うことは十分に予測されるが、銅合金の固体試料でCO
2 ,CO,N2 等を定量することは極めて困難であり、
溶湯状態になるとCO2 ,CO,N2 等はもとより、固
体試料で定量の可能なH2 やO2 についてすら定量分析
が不可能であり、この様な事情もあって、溶製の最終工
程で行われる還元工程で最も混入し易く、且つ分析の比
較的容易な水素ガスに着目してガス欠陥の防止対策が講
じられてきたのである。
【0011】ところが、銅合金溶湯中に含まれるガス成
分を分圧平衡法によって詳細に調べたところ、該溶湯中
には水素ガス以外にもCO2 ,CO,N2 等が明らかに
含有されており、これらも銅合金製品のガス欠陥に少な
からぬ影響を及ぼしていること、そしてこれらも溶製段
階で水素ガスと共に可及的に除去してやれば、ガス欠陥
をほぼ完全に解消し得ることが明らかとなった。
【0012】銅合金には、溶製時の精錬工程で多量に混
入してくる酸素を還元除去する際の還元性ガス成分とし
て水素が多量混入する他、次の様な理由でCO2 ,C
O,N 2 等のガス成分も相当量混入してくる。
【0013】即ち、溶鋼の場合は、精錬後の還元工程で
Cを還元剤として使用すると、溶鋼内で下記(1),(2) 反
応が起こり、 C + O → CO2 (1) CO2 + C → 2CO (2) 溶鋼中のO2 は最終的にCOガスとなって湯面上方に放
出される。ところが銅合金溶湯中でCによる還元を行な
った場合は、上記(1) の反応は速やかに進行するが、上
記(2) の反応は溶鋼の場合に比べて進みにくく、銅合金
溶湯中には相当量のCO2 やCOが溶存している。ま
た、精錬等は通常大気雰囲気で行なわれるので、銅合金
溶湯は大気中の窒素を取り込んでおり、これらは鋳造、
成形後の銅合金製品にガス欠陥を生じさせる原因にな
る。
【0014】そこで本発明では、従来はガス欠陥発生原
因として殆ど注目されなかったこれらのガス成分を、水
素や酸素と共に銅合金溶湯から効率よく除去し、それに
より銅合金製品に見られるガス欠陥を解消しようとする
ものである。
【0015】そして、これらのガスを除去する具体的方
法としては、(1) 溶湯中に存在するガス成分をそのまま
で溶湯外へ放出させる方法と、(2) 溶湯中のガス成分を
化学変化させて溶湯外へ除去する方法があるが、本発明
では、上記(1) の方法を採用する。即ち、溶湯内へ不活
性ガスを吹き込み、分圧差によって銅合金溶湯中のガス
成分を不活性ガス気泡に拡散移行させることによって捕
捉し、該ガス気泡と共に溶湯内を浮上させて湯面上方に
放散させる方法である。この方法であれば、水素、CO
2 ,CO,N2 等のガス成分の全てを溶湯から効率よく
除去することができる。
【0016】これに対し上記(2) の方法は、CO2 やC
Oの除去に適用されるものであって、溶湯表面に木炭等
の固体還元剤を散布しておき、CO2 +C→2COの反
応を生じさせ、生成するCOを、元々溶湯中に存在して
いるCOと共に溶湯表面で溶湯熱により着火燃焼させて
上方へ放散させる方法であるが、この場合も、溶湯内の
COを溶湯表面から如何に効率よく浮上させるかという
ことが最大のポイントであり、これも上記不活性ガス気
泡によるCOの拡散捕捉と湯面への浮上促進効果によっ
て実現可能となる。
【0017】このとき、不活性ガス吹込みに回転ノズル
を使用し、該ノズルを溶湯中で回転させながら不活性ガ
スを吹込むと、吹込まれる不活性ガス気泡がノズルの回
転によって生じる剪断力により微細化され、それに伴な
う表面積の拡大よって溶存ガス成分の捕捉効果が高めら
れ、上記ガス成分の除去効果を一層短時間で効率良く進
めることができる。
【0018】尚、銅または銅合金溶湯は相対的に粘性が
高く、回転数が小さ過ぎる場合はノズルの回転に伴なっ
て溶湯が回転方向に同伴流を生じ、剪断による気泡微細
化効果が有効に発揮されなくなる。しかし回転によるノ
ズル開口部の周速度が120m/分以上、より好ましく
は300m/分以上となる様に当該ノズルの回転数を設
定してやれば、上記回転による吹込みガス気泡の微細化
効果が有効に発揮され、溶湯中の不純ガス成分を極低レ
ベルにまで低減することができる。
【0019】この場合、銅または銅合金溶湯は高温であ
り、回転ノズルに駆動源を直結すると溶湯からの伝熱に
よって駆動源が焼付きを起こす恐れがあるので、回転ノ
ズルと駆動源は断熱性素材を介して連結するか、あるい
はベルト等を介して間接的に連続し、回転駆動源との熱
伝達を防止することが望まれる。
【0020】例えば図1は、バッチ式清浄化処理装置を
例示する概略説明図であり、清浄化処理炉1の上方から
不活性ガス吹込みノズル2を垂下して溶湯Me内に浸漬
せしめ、該ノズル2を回転させながら不活性ガスを溶湯
内へ吹き込む。尚、該不活性ガスノズル2への不活性ガ
スの供給は、該ノズルの付け根部へ自在継手5によって
接合された不活性ガス供給管4によって行なう。そし
て、不活性ガス吹込みノズル2を冷却軸6およびプーリ
8を介してベルト9により回転駆動源10に間接的に連
結し、溶湯Meの熱が回転駆動源10に直接伝わらない
様に工夫している。
【0021】また、不活性ガス吹込みノズル2を高速で
回転させると、その回転によって溶湯Meが連れ回りを
起こし、吹込みガスの微細化効果が損なわれることがあ
る。ところが、図1に一点鎖線で示す如く清浄化処理炉
1内に邪魔板3を配置して溶湯Meの連れ回りを防止す
れば、吹込みガスの連れ回りが防止され、吹込みガスの
微細化効果を高めることができるので好ましい。
【0022】不活性ガス吹込みノズル2の先端構造も特
に限定されないが、例えば図2(ノズル2を下面側から
見た図)の様に、十字状に形成したノズル先端部材2a
の下面にスリット2bを形成し、該スリット2bに沿っ
て不活性ガスが吹込まれる様にすることも可能である。
【0023】
【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の記載に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。
【0024】実施例1(純銅系溶湯の清浄化) P脱酸銅を使用し、下記の工程および条件で処理を行な
い、鋳造前の溶湯中のガス成分量を測定すると共に、厚
さ0.3mmの供試純銅板としてポンホール欠陥の数を調
べた。結果を表1に示す。 [処理工程] 本発明法:原料(電気銅地金50%+純銅糸屑50%)
→シャフト炉溶解→保持炉→P添加→還元(清浄化:木
炭散布+Arガス吹き込み)→鋳造→圧延 比較法(従来法):原料(電気銅地金50%+純銅糸屑
50%)→シャフト炉溶解→保持炉→P添加→還元(清
浄化:木炭散布)→鋳造→圧延 [処理条件] 溶 解 :15t/hr,温度1200〜1300℃ 保 持 :20トン炉 P添加 :Cu−P合金として添加(JISのP
脱酸銅のP目標) 還元(清浄化):温度1200〜1300℃ 比較法……溶湯表面への木炭粉散布のみ 本発明法…溶湯表面への木炭粉散布処理後、移湯樋でA
rガス吹込み(40Nリットル/min,周速度300m/minで回転
吹込み)
【0025】
【表1】
【0026】実施例2(銅合金溶湯の清浄化) Cu−Ni合金を使用し、下記の工程および条件で処理
を行ない、鋳造前の溶湯中のガス成分量を測定すると共
に、厚さ0.3mmの供試純銅板としてポンホール欠陥の
数を調べた。結果を表2に示す。 [処理工程] 本発明法:原料(電気銅地金95%+Ni5%)→バッ
チ式高周波誘導炉(1KHZ)(木炭散布)→還元(清
浄化:木炭散布+Arガス吹込み)→鋳造→圧延 比較法(従来法):原料(電気銅地金95%+Ni5
%)→バッチ式高周波誘導炉(1KHZ)(木炭散布)
→還元(木炭散布)→鋳造→圧延 [処理条件] 溶 解 :1トン(アルミナ系耐火物内張り)、
温度1200〜1300℃ 還元(清浄化):温度1200〜1300℃ 比較法……溶湯表面への木炭粉散布のみ 本発明法…溶湯表面へ木炭粉を散布し、回転ノズルを用
いてArガス吹込み(30Nリットル/min,周速度300m/min
で回転吹込み)
【0027】
【表2】
【0028】上記実施例からも明らかである様に、本発
明実施例では、比較例に比べて鋳造前の溶湯中の不純ガ
ス成分の全てが非常に少なくなっており、それに伴って
製品のピンホール欠陥は殆ど皆無になっている。
【0029】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、溶
製段階で銅または銅合金溶湯中に不活性ガスを吹込むこ
とによって、ガス欠陥の原因となる不純ガス成分の全て
を効率よく除去することができ、それにより溶製時の残
存ガスに起因する製品欠陥を殆ど皆無にすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用する清浄化処理装置を例示する概
略説明図である。
【図2】回転式吹込みノズルの構造を例示する説明図で
ある。
【符号の説明】
1 清浄化処理炉 2 不活性ガス吹込みノズル 3 邪魔板 4 不活性ガス供給管 5 自在継手 6 冷却軸 8 プーリ 9 ベルト 10 回転駆動源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益田 穣司 山口県下関市長府港町14番1号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者 吉田 栄次 山口県下関市長府港町14番1号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者 岡田 裕文 山口県下関市長府港町14番1号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅または銅合金を溶製するに当たり、該
    銅または銅合金溶湯の還元処理と同時もしくは還元処理
    の後に、該溶湯内へ不活性ガスを吹込み、該溶湯内に含
    まれるH2 ,CO2 ,CO,N2 等のガス成分を不活性
    ガス泡に捕捉して湯面上方へ除去することを特徴とする
    銅または銅合金溶湯の清浄化法。
  2. 【請求項2】 不活性ガスの吹込みに回転ノズルを使用
    し、該ノズルの回転によって生じる剪断力を利用して、
    不活性ガスを微細な気泡として溶湯内へ吹込む請求項1
    記載の清浄化法。
  3. 【請求項3】 ガス吹込みノズルの開口部を120m/
    分程度以上の周速度で回転させながら不活性ガスの吹込
    みを行なう請求項2記載の清浄化法。
JP8483893A 1993-04-12 1993-04-12 銅または銅合金の清浄化法 Pending JPH06299261A (ja)

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