JPH07144265A - 銅又は銅合金被覆鋼線の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速鉄道用トロリ線等に適した銅合金被覆鋼
線を安価に製造する装置を提供する。 【構成】 るつぼ１内に上方から連続または断続的に原
料線材４を供給する手段、前記原料線材４をるつぼ１内
で加熱溶融する手段、前記るつぼ１の下方に位置し前記
るつぼ１と直結され横方向から鋼線17を貫通させる入口
ガイド部８を有した水冷鋳型３、前記水冷鋳型３内で形
成される銅又は銅合金被覆鋼線15を横方向に断続的に引
出す手段からなる銅又は銅合金被覆鋼線の製造装置。 【効果】 原料を線材４で供給し、るつぼ１と水冷鋳型
３を直結し、前記水冷鋳型３を貫通させて鋼線17の供給
と銅又は銅合金被覆鋼線15の引出しを直線化可能にした
ので、無人化が容易であり、品質的にも優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速鉄道用トロリ線や
高強度高導電性電線等に適した銅又は銅合金被覆鋼線を
製造する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道用トロリ線、配電線等には、
導電性に優れた銅線又は銅合金線が使用されていた。し
かしながら高速鉄道用トロリ線等には、更に強度の高い
導電材料が要求され、鋼線の周りに銅を被覆した銅被覆
鋼線が開発された。この銅被覆鋼線の製造には、鋼線の
周囲に銅溶湯を付着凝固させて複合鋳塊となし、これを
溝圧延する方法（ディップ法、特開平3-268832）が提案
された。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法を実施する装置は構造が複雑であり、又原料の溶解炉
を別に必要とした。更に鋳型を使用せずに鋳造を行う為
複合鋳塊の外径寸法及び鋼線位置が変動した。前記変動
は、銅又は銅合金層と鋼線との変形抵抗の差が大きい為
複合鋳塊をダイスで引抜加工しても改善されなかった。
又原料を別の炉で溶解し移送していた為作業が繁雑で人
手を要し、品質的にも問題があった。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】本発明は、このような状況
に鑑み鋭意研究を行いなされたもので、その目的とする
ところは、前記欠点を改良し品質的に安定した銅又は銅
合金被覆鋼線を人手を要さずに、安価に製造し得る装置
を提供することにある。即ち本発明は、るつぼ内に上方
から連続または断続的に銅又は銅合金の原料となる金属
線を供給する手段、前記金属線をるつぼ内で加熱溶融す
る手段、前記るつぼの下方に位置し前記るつぼと直結さ
れ横方向から鋼線を貫通させる入口ガイド部を有した水
冷鋳型、前記水冷鋳型内で形成される銅又は銅合金被覆
鋼線を横方向に断続的に引出す手段からなることを特徴
とするものである。

【０００５】本発明では、酸素量等を調整した、銅線又
は合金元素を含有する金属線等をるつぼ上方から鋳造量
に等しい速度で徐々に供給することにより、前記原料線
材はるつぼ内の溶湯に触れる直前に融点直下の高温に晒
されて、有害なガスが除去される。従って溶解炉を別に
設けて溶湯の調質を行う必要がない。又長時間の無人操
業にも容易に対処できる。

【０００６】従来のディップ法では、鋼線は下方より供
給するのに対し、本発明では、鋼線を横方向から直線的
に供給することにより、鋼線の前処理及び製出する銅又
は銅合金被覆鋼線の引出しと巻取りを容易にした。又鋼
線の位置精度、及び鋼線と銅又は銅合金層との接合強度
を向上させた。又溶湯は鋳型内で凝固させるので、製出
する銅又は銅合金被覆鋼線は外径寸法が一定である。

【０００７】本発明では、るつぼと水冷鋳型を、パッキ
ンを介したネジ止め機構により着脱可能に直結すること
により、消耗の激しい鋳型のみを取替えることができ経
済的である。前記るつぼと水冷鋳型は、黒鉛製のものが
銅又は銅合金の酸化を防ぐ上で好都合である。しかし、
溶湯中の酸素が黒鉛鋳型を炭化し消耗させるので、原料
線材中の酸素量は50ppm 以下に抑えるのが良い。るつぼ
内は還元性ガス又は不活性ガスを充満させて、るつぼ、
るつぼ内の原料線材、溶湯等の酸化を防止する。入口ガ
イド部が黒鉛製の場合は、鋼線の表面が炭化し脆くなる
ので、窒化ボロン（ＢＮ）、マグネシア（ＭｇＯ）、ア
ルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等のセラミックス製スリーブを内
設した複合構造にするのが好ましい。前記セラミックス
は耐磨耗性に優れるので鋳型寿命も改善される。

【０００８】本発明において、銅合金被覆鋼線を製造す
る場合、原料線材を銅線と合金元素を含有する金属線と
に分けて供給すると、最終製品の銅被覆層と同一組成の
銅合金線を供給するのに比べて、合金化の手間が省けて
安価である。特に合金の種類が多岐にわたる少量多品種
の場合に有利である。銅合金が多元系の場合は、合金元
素を含有する金属線は２本以上となる。合金元素が多い
時は、合金元素を含有する金属線は２本以上としても良
い。鋼線には、炭素鋼、合金鋼等任意の材料が使用され
るが、炭素量が 0.6wt％以下、特に0.36〜0.6 wt％の通
常の炭素鋼鋼材が後工程の熱処理が簡単であり、加工性
に優れ、しかも所要の強度が得られ好ましい。

【０００９】本発明では、平均鋳造速度が比較的低速の
為、鋼線と銅合金層との間に高い接合強度が得られる。
従って、鋼線は、表面を酸性又はアルカリ性水溶液で洗
浄するか、或いはワイヤブラシ等により軽く研磨する程
度で十分満足な接合強度が得られる。管理の面倒なダイ
ス皮剥加工は不要である。

【００１０】本発明において、銅合金被覆鋼線を製造す
る場合、原料の銅線と合金元素を含有する金属線は、上
方からるつぼ内に供給され、るつぼ内で同時に加熱溶融
されて溶湯となり、この溶湯はるつぼ下方に直結された
水冷鋳型の溶湯貯留部に移動する。この移動の間に合金
元素は均一に混合されるので、溶湯の攪拌は不要であ
る。従って溶湯が乱れて、凝固層に欠陥が生じたり、鋼
線のＦｅ分が銅合金溶湯中に溶け込んで、凝固層の導電
率が低下したりすることがない。

【００１１】本発明では、溶湯は、鋼線側と鋳型側の両
方から冷却される為凝固層は厚く形成できる。凝固層の
占積率は76〜90％において、品質的に優れた銅又は銅合
金被覆鋼線が得られる。鋼線の供給条件、即ち銅又は銅
合金被覆鋼線の引出条件は、0.1 〜0.5 秒の移送時間と
0.2 〜１秒の停止時間を交互に繰返して、30〜1500mm／
分の平均速度で断続的に引出すのが品質上好ましい。

【００１２】本発明装置にて製造される銅又は銅合金被
覆鋼線の断面形状は、図４イ〜ハにその横断面図を示し
たように、鋼線17の周囲に凝固層18が同心円状に複合さ
れたもの（図４イ）、鋼線17と凝固層18の外形が異なる
もの（図４ロ，ハ）等任意の形状のものが製造可能であ
る。得られた銅又は銅合金被覆鋼線15はダイス引抜き、
皮剥ぎ、焼鈍の組合わせにより、所定の寸法、形状に仕
上げて、寸法精度を更に高め得る。ここで、皮剥加工
は、鋳塊表面の変質層を除去する為に施すものであり、
複合鋳塊に減面率10〜50％の減面加工を施した後に皮剥
加工を行うと皮剥面が平滑になり好ましい。又、熱処理
は通常実施される金属の調質の為ダイス引抜き加工の途
中工程に適宜入れられる。図５は本発明装置にて得られ
た銅被覆鋼線をトロリ線に加工したものである。鋼線17
周囲の銅又は銅合金被覆層21に懸架用切欠き22が形成さ
れている。

【００１３】従来、原料には、安価なカソード又は銅屑
を使用し、生産性を上げる為大型鋳塊を短時間に大量生
産していた。これに対し、本発明は、製品に近い形状に
て銅合金被覆鋼線を製出させ、後の加工工数を減らして
コスト低減、並びに品質向上を計ったものである。又銅
又は銅合金被覆鋼線の断面積が小さいので、時間当たり
の生産性（製造速度）は低いが、本発明装置は、自動化
し易い装置なので、製造速度の低さは、長時間の無人運
転を実現することによりカバーできる。このように、本
発明装置によれば、高品質の銅又は銅合金被覆鋼線を人
手を掛けずに、安価に製造することができる。

【００１４】

【作用】本発明装置では、るつぼ内に上方から連続また
は断続的に銅又は銅合金の原料となる金属線を供給する
手段、及び前記金属線をるつぼ内で加熱溶融する手段を
有するので、これに溶湯レベルセンサを配置し、前記金
属線の供給手段に連動させることにより、高品質の溶湯
を長時間安定して供給できる。前記鋼線の外周に銅又は
銅合金溶湯を凝固させる為の水冷鋳型が前記るつぼの下
方に位置し前記るつぼと直結して設けられているので、
前記溶湯は層流状態で水冷鋳型の溶湯貯留部内に補給さ
れ、横方向から供給される鋼線上に品質良好に凝固す
る。前記水冷鋳型の横方向に鋼線を直線状に貫通させる
ことにより、鋼線の前処理、供給、銅又は銅合金被覆鋼
線の引出し、その巻取り等の諸作業が簡便になり、無人
化運転が可能となる。又品質的にも有利である。水冷鋳
型の入口ガイド部の内面にセラミックス製スリーブを内
設することにより、鋳型寿命が改善される。又るつぼと
水冷鋳型とを分割式として、消耗の激しい鋳型部分のみ
を交換可能としてるつぼの寿命が改善される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 実施例１ 図１は本発明装置の第１の実施例を示す縦断面図であ
る。図で１はるつぼ、２は前記るつぼ内の溶湯、３は前
記溶湯を凝固させる水冷鋳型で、るつぼ１と水冷鋳型３
とは一体に構成されている。るつぼ１の上方に、原料線
材４をるつぼ１内に移送するピンチロール５が、又溶湯
２直上に溶湯レベルを検知するセンサ６がそれぞれ配置
されている。前記センサ６は前記ピンチロール５に連動
されていて、溶湯レベルがほぼ一定に保たれる。るつぼ
１の周囲には、高周波誘導加熱コイル７が巻かれてい
る。

【００１６】水冷鋳型３は、鋼線17を貫通させる入口ガ
イド部８と、るつぼ１の溶湯２を導入する溶湯貯留部９
と、溶湯２を凝固させる鋳造部10とから構成されてい
る。入口ガイド部８と鋳造部10の外周にはそれぞれ水冷
ジャケット11,12 が配置されている。入口ガイド部８の
手前には、ワイヤブラシ13と整直機14が配置されてお
り、鋳造部10の後方には銅又は銅合金被覆鋼線15を引出
すピンチロール16が設置されている。

【００１７】銅又は銅合金被覆鋼線15の芯となる鋼線17
は、ワイヤブラシ13にて表面を浄化され整直機14にて整
直されたのち、水冷鋳型３の入口ガイド部８内に供給さ
れる。溶湯貯留部９と鋳造部10を通る間に凝固層18が成
長して銅合金被覆鋼線15が形成される。この銅合金被覆
鋼線15はピンチロール16により水冷鋳型３から断続的に
引出される。

【００１８】実施例２ 図２は、本発明装置の第２の実施例を示するつぼと水冷
鋳型部分の縦断面図である。るつぼ１と水冷鋳型３はパ
ッキン20を介してネジ止めされている。又入口ガイド部
８にセラミックス製スリーブ（窒化ボロン）19が内設さ
れている。この装置によれば、るつぼ１と水冷鋳型３と
がネジ止めされているので、損耗し易い水冷鋳型３のみ
を交換でき、るつぼ１を延長使用できる。るつぼ１と水
冷鋳型３との間にパッキン20を介在させたので、溶湯の
漏出が防止される。水冷鋳型３の入口ガイド部８にセラ
ミックス製スリーブ19を内設させたので、鋼線が炭化せ
ず、しかもセラミックスは耐磨耗性に優れているので水
冷鋳型３の寿命が延びる。

【００１９】実施例３ 図３は、本発明装置の第３の実施例を示するつぼと水冷
鋳型部分の縦断面図である。この装置は、るつぼ１内面
が直線状なのでるつぼ１の加工費が安い。又パッキン20
がるつぼ１下面に位置し、溶湯２と直接接触しないの
で、パッキン20の損傷によるトラブルが減少する。

【００２０】前記３種の装置を用いて銅被覆鋼線を製造
した。銅被覆鋼線は、ピンチロール16により 0.1秒移
送、 0.5秒停止、平均速度1000mm／分の条件で引出し
た。溶湯２の凝固位置は、鋳造部10の壁部温度を測定
し、水冷ジャケット12の水量を増減して制御した。鋼線
17は表面をワイヤブラシ13で浄化し、整直機14にて整直
して入口ガイド部８に導入した。前記入口ガイド部８の
後端側は水冷ジャケット11により冷却して鋼線17の温度
上昇を抑えると同時に、鋼線17の温度上昇部分に窒素ガ
スを吹きつけて酸化防止を計った。原料は直径８mmφの
銅線４を断続的に自動供給した。るつぼ１内の溶湯レベ
ルは、ピンチロール５を溶湯レベルセンサ６と連動させ
て一定に制御した。るつぼ１内は窒素ガス雰囲気とし、
るつぼ１は高周波誘導加熱した。

【００２１】得られた銅被覆鋼線の品質及びるつぼと水
冷鋳型の寿命を調べた。得られた複合鋳塊について、真
円度、鋼線の位置ずれ、鋼線と銅合金凝固層との密着性
を調べた。真円度は複合鋳塊の最大径と最小径の差を最
大径で除した値で示した。鋼線の位置ずれは、複合鋳塊
の中心点と鋼線の中心点との距離で表した。密着性は長
さ10mmのサンプルを径方向に30％圧縮し、銅合金凝固層
と鋼線の界面の剥離の有無を調べて判定した。比較の為
ディップ式で作製した銅被覆鋼線についても同様の調査
を行った。ディップ式では、実施例１で用いたのと同じ
ワイヤブラシで浄化した９mmφの鋼線を用いた。この鋼
線を銅溶湯を貯留した容器の下方穴部から連続的に導入
し、銅溶湯を所定厚さ凝着させた。この工程を２度繰返
して21mmφの銅被覆鋼線を製造した。容器内及びその出
入り口は窒素ガス雰囲気として鋼線、銅合金溶湯、複合
鋳塊の酸化を防止した。結果は表１に示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１より明らかなように、本発明方法品
（No.1〜3)は、真円度、鋼線と銅合金凝固層の密着性が
ともに良好で、鋼線の位置ずれも少なかった。又銅溶湯
中の酸素量を20ppm に抑えた為水冷鋳型の消耗も僅かで
あった。人工数は、鋼線の供給と銅被覆鋼線の巻取りと
運搬に１人を要するのみであった。原料は長時間無人で
供給したが、高品質の溶湯が安定して得られた。鋳型寿
命は入口ガイド部にセラミック製スリーブを内設したN
o.2,3が長かった。又No.2,3では、るつぼを水冷鋳型を
２回交換する毎に取替えた。従って、No.2,3のるつぼの
使用時間は、水冷鋳型と一体のNo.1のるつぼに比べて３
倍に延びた。尚、No.1では、鋼線が入口ガイド部で黒鉛
と接触して脆化して、得られた銅被覆鋼線の伸びがNo.
2,3の品に比べて若干低下した。他方、比較例１の品
は、どの試験項目でも特性が劣った。これは溶銅を鋳型
を用いずにディップして付着させた為、鋼線の外周に溶
湯が不均一な厚さに凝着した為である。人工数も溶湯の
供給に１人を要したので合計２人になった。

【００２４】

【効果】以上述べたように、本発明によれば、高品質の
銅又は銅合金被覆鋼線を人手を掛けずに、低コストで製
造でき、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の第１の実施例を示す縦断面図であ
る。

【図２】本発明装置の第２の実施例を示するつぼと水冷
鋳型部分の縦断面図である。

【図３】本発明装置の第３の実施例を示するつぼと水冷
鋳型部分の縦断面図である。

【図４】銅又は銅合金被覆鋼線の横断面図である。

【図５】トロリ線の横断面図である。

【符号の説明】

１ るつぼ ２ 溶湯 ３ 水冷鋳型 ４ 原料線材 ５,16 ピンチロール ６ 溶湯レベルセンサ ７ 高周波誘導加熱コイル ８ 入口ガイド部 ９ 溶湯貯留部 10 鋳造部 11,12 水冷ジャケット 13 ワイヤブラシ 14 整直機 15 銅又は銅合金被覆鋼線 17 鋼線 18 凝固層 19 セラミックス製スリーブ 20 パッキン 21 銅又は銅合金被覆層 22 懸架用切欠き

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 るつぼ内に上方から連続または断続的に
   銅又は銅合金の原料となる金属線を供給する手段、前記
   金属線をるつぼ内で加熱溶融する手段、前記るつぼの下
   方に位置し前記るつぼと直結され横方向から鋼線を貫通
   させる入口ガイド部を有した水冷鋳型、前記水冷鋳型内
   で形成される銅又は銅合金被覆鋼線を横方向に断続的に
   引出す手段からなることを特徴とする銅および銅合金被
   覆鋼線の製造装置。
2. 【請求項２】 銅合金の原料となる金属線を供給する手
   段が、銅線の供給手段と合金元素を含有する金属線を供
   給する手段からなることを特徴とする請求項１記載の銅
   合金被覆鋼線の製造装置。
3. 【請求項３】 銅又は銅合金の原料となる金属線を供給
   する手段が、るつぼ内の溶湯レベルが一定に保たれるよ
   うに自動制御されていることを特徴とする請求項１記載
   の銅又は銅合金被覆鋼線の製造装置。
4. 【請求項４】 るつぼと水冷鋳型とがパッキンを介して
   ネジ止め機構により着脱可能に構成されていることを特
   徴とする請求項１記載の銅又は銅合金被覆鋼線の製造装
   置。
5. 【請求項５】 るつぼと水冷鋳型が黒鉛で形成されてお
   り、水冷鋳型の入口ガイド部に窒化ボロン又はマグネシ
   ア又はアルミナ製のスリーブが内設されていることを特
   徴とする請求項１記載の銅又は銅合金被覆鋼線の製造装
   置。