JPWO2011093310A1

JPWO2011093310A1 - 活性元素含有銅合金線材の製造方法

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Publication number: JPWO2011093310A1
Application number: JP2011551866A
Authority: JP
Inventors: 正登小出; 和之大楽; 賢一高木
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: CN102686337A; TWI520799B; EP2529860A1; CN102686337B; WO2011093310A1; JP5613907B2; TW201201925A; EP2529860A4

Abstract

この活性元素含有銅合金線材の製造方法は、銅原料を溶解して溶銅を生成する溶銅生成工程と、前記溶銅中に活性元素を添加する活性元素添加工程と、前記溶銅を鋳造炉内に保持する保持工程と、前記鋳造炉に接続された鋳型によって鋳塊を連続的に製出する鋳造工程とを有し、前記鋳型は、前記鋳造炉の鉛直方向下方側に、断熱部材を介して接続されており、前記鋳造工程では、前記鋳型内に向けて圧力を作用させて前記鋳型内に前記溶銅を供給し、前記鋳型において前記溶銅を冷却・凝固させる。

Description

本発明は、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等を含有する銅合金からなり、電車用トロリー線等に使用される高強度の銅合金線材の製造方法に関する。
本願は、２０１０年１月２６日に、日本に出願された特願２０１０−１４３９７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、電車用トロリー線等の素材として、純銅やＳｎ含有銅合金等の銅線材が広く使用されている。これらの銅線材は、例えば特許文献１及び特許文献２に示された連続鋳造機を用いて製造されている。特許文献１及び特許文献２に示された連続鋳造機は、鋳造炉に鋳型が直接接続されており、鋳型内で凝固して得られた鋳塊を、水平方向、鉛直方向上方又は鉛直方向下方に向けて引き出すようになっている。
このような連続鋳造機では、比較的小径の鋳塊を連続的に製出できるため、線材を製出することに特に適している。

近年、新幹線等の高速鉄道用のトロリー線として、従来よりも強度が高く、かつ、電気伝導性が良好な銅合金からなる線材が求められている。
ここで、強度が高く、かつ電気伝導性が良好な銅合金として、例えばＣｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等を含有する銅合金が挙げられる。これらの元素を含む銅合金では、適切な熱処理を行うことによって、銅の母相中に析出物粒子が分散され、強度の向上と電気伝導性の確保を図ることができる。

このようなＣｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等を含有する銅合金の線材は、従来、ケークやビレットと呼ばれる断面積の大きな鋳塊を製出し、この鋳塊を熱間加工、冷間加工することによって製造されていた。
しかしながら、断面積の大きな鋳塊を製出し、次いで熱間加工や冷間加工を行って線材を製出する場合、得られる線材の長さが、鋳塊のサイズによって制限されるため、長尺の線材を得ることができなかった。また、生産効率が悪いといった問題があった。

そこで、特許文献３には、Ｃｒ，Ｚｒ等を含有する銅合金の線材を、水平方向、鉛直方向上方または鉛直方向下方に引き出して、小径の線材を連続的に製出する技術思想が開示されている。すなわち、Ｃｒ，Ｚｒ等を含有する銅合金の線材を特許文献１，２に示すような連続鋳造機で鋳造することが提案されている。
また、特許文献４には、Ｃｒ，Ｚｒを含有する銅合金の線材を、加熱鋳型を用いた横型連続鋳造機によって製出する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示す連続鋳造機においては、通常、鋳型が固体潤滑性に優れた黒鉛（グラファイト）からなり、このグラファイトからなる鋳型が鋳造炉内の溶湯に直接接触するようになっている。
ここで、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の元素は、黒鉛との反応性が高い活性元素である。このため、鋳型と溶銅中のＣｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の元素（活性元素）とが反応して炭化物が生成し、鋳造された鋳塊と鋳型とが固着したり、鋳型が早期に損耗したりして、鋳造を長時間安定して行うことができなかった。

また、特許文献１，２に記載された横型連続鋳造機では、略水平方向に鋳塊を引き出すことから、鋳型内での凝固時に重力の影響を受けることになる。また、凝固収縮によって鋳型と鋳塊との間にエアーギャップと呼ばれる隙間が生じるが、横型連続鋳造機では、鋳塊の上方側と下方側とでエアーギャップ量が異なることになる。このため、鋳塊の上方側と下方側とで冷却速度が異なることになり、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等を含有する銅合金からなる鋳塊の品質が安定しないおそれがあった。また、前述のように、鋳塊と鋳型との固着や鋳型の早期損耗が発生することから、鋳塊の表面品質が劣化したり、鋳型の引き出しが困難となったりして、鋳造を安定して行うことができなかった。

特許文献３においては、Ｃｒ，Ｚｒ等を含有する銅合金の線材を、水平方向、鉛直方向上方または鉛直方向下方に引き出して、小径の線材を連続的に製出する思想が開示されている。しかしながら、上記したように、従来の連続鋳造方法では、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等を含有する銅合金の線材を連続的に製出することはできなかった。

また、特許文献４には、加熱鋳型を用いることによって、黒鉛とＣｒ、Ｚｒ等の活性元素との反応を抑制し、横型連続鋳造機によってＣｒ，Ｚｒ等を含有する銅合金の線材を連続的に製出することが開示されている。しかし、黒鉛鋳型自体が高温の溶銅と接触することから、酸化損耗が激しくなる。また、加熱鋳型を使用する場合、鋳塊の引き出し速度を増加させることが困難であるため、生産効率を向上できないといった問題があった。さらに、この特許文献４では、略水平方向に鋳塊を引き出すことから、やはり、重力の影響を受けることになり、品質が安定しないといった問題があった。

特開平０６−２２６４０６号公報特開昭６１−２０９７５７号公報特開２００６−１３８０１５号公報特公平０８−０００９５６号公報

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性金属を含有する銅合金からなる銅合金線材を、効率良く、かつ安定して製出することが可能な活性元素含有銅合金線材の製造方法の提供を目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の一態様は、以下の要件を有する。
本発明の一態様に係る活性元素含有銅合金線材の製造方法は、銅原料を溶解して溶銅を生成する溶銅生成工程と、前記溶銅中に活性元素を添加する活性元素添加工程と、前記溶銅を鋳造炉内に保持する保持工程と、前記鋳造炉に接続された鋳型によって鋳塊を連続的に製出する鋳造工程とを有し、前記鋳型は、前記鋳造炉の鉛直方向下方側に、断熱部材を介して接続されており、前記鋳造工程では、前記鋳型内に向けて圧力を作用させて前記鋳型内に前記溶銅を供給し、前記鋳型において前記溶銅を冷却・凝固させる。
前記活性元素含有銅合金線材は、活性元素を含む銅合金からなる。
本発明の一態様に係る活性元素含有銅合金線材の製造方法では、前記鋳型の温度が４５０℃以下に保持されてもよい。
前記断熱部材部分の前記溶銅の温度が、前記溶銅の融点よりも高くなるように設定されてもよい。
前記鋳造工程において、前記鋳型の上端からの鋳造炉内溶銅の水頭が１００ｍｍ以上とされてもよい。
前記鋳型の水平方向の断面積Ｓｃと、前記鋳造炉の水平方向の断面積Ｓｆとの断面積比Ｓｆ／Ｓｃが５以上であってもよい。
前記鋳造炉の前段には、連続溶解炉と保持炉が設けられており、前記溶銅生成工程で生成された前記溶銅が連続的に前記鋳造炉内に供給されてもよい。

本発明の一態様に係る活性元素含有銅合金線材の製造方法においては、鋳型と鋳造炉との間に断熱部材が配設されているので、鋳型が鋳造炉内部の溶銅と同等の温度にまで加熱されることが防止される。このため、鋳型とＣｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素との反応を抑制できる。また、鋳型の温度を低く抑えても、鋳造炉内の鋳型近傍の溶銅の温度が高く維持されることになり、鋳造を安定して行うことができる。

さらに、鋳造工程では、鋳型内に向けて圧力を作用させて鋳型内に溶銅を供給し、鋳型において溶銅を冷却・凝固させている。このため、前述のように、鋳造炉と鋳型との間に断熱部材を介在させても、鋳造炉から鋳型へと溶銅を確実に供給でき、安定して鋳造を行うことができる。また、鋳型が鋳造炉の鉛直方向下方側に配設されているので、鋳造炉内に保持された溶銅の水頭圧を利用して、確実に、鋳型内に圧力を作用させることができる。

ここで、鋳型の温度、すなわち、鋳型のうち最も高い温度となる部位の温度は４５０℃以下に保持されていることが好ましい。
この場合、鋳型を冷却して、鋳型の最も高い温度となる部位の温度を４５０℃以下に保持することにより、鋳型の早期損耗を抑制できるとともに、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素との反応を抑制できる。特に、鋳型の一部が黒鉛からなる場合には、鋳型の酸化損耗を確実に抑制できる。また、断熱部材を介して鋳型と鋳造炉が接続されているため、鋳型を４５０℃以下に保持しても、鋳造炉内の溶銅の温度低下を防止でき、鋳造を安定して行うことが可能となる。

前記断熱部材部分の前記溶銅の温度が、前記溶銅の融点よりも高くなるように設定されていることが好ましい。
この場合、断熱部材部分における溶銅の流動性が保持され、鋳造炉内の溶銅の水頭圧によって溶銅を鋳型内に確実に供給できる。また、断熱部材を介して鋳型と鋳造炉が接続されているため、断熱部材内を通過している溶銅の温度を溶銅の融点よりも高くなるように設定しても、鋳型が高温に曝されることがない。このため、鋳型の早期損耗や活性元素との反応を抑制できる。

前記鋳造工程において、前記鋳型の上端からの鋳造炉内溶銅の水頭が１００ｍｍ以上とされていることが好ましい。
この場合、鋳型内に向けて溶銅を確実に供給でき、鋳造を安定して行うことができる。また、ミクロ空孔の発生を抑制でき、高品質な鋳塊を製出できる。

鋳型の水平方向の断面積Ｓｃと、鋳造炉の水平方向の断面積Ｓｆとの断面積比Ｓｆ／Ｓｃが５以上であることが好ましい。
この場合、鋳型から鋳塊を引き出した際の鋳造炉内の溶銅の湯面の変動を小さく抑えることができる。従って、溶銅の水頭圧が安定し、高品質な鋳塊を製出できる。

鋳造炉の前段には、連続溶解炉と保持炉とが設けられ、溶銅生成工程で生成された溶銅が連続的に鋳造炉内に供給されることが好ましい。
この場合、溶銅が鋳造炉内に連続的に供給されるため、長尺の鋳塊を製出できる。また、線材の素材となる鋳塊を効率良く製造できる。

本発明の一態様によれば、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性金属を含有する銅合金からなる銅合金線材を、効率良く、かつ安定して製出できる。

本発明の一態様に係る活性元素含有銅合金線材の製造方法の実施形態にて用いられる連続鋳造装置の一例の概略説明図である。図１に示す連続鋳造装置に備えられた鋳造炉の説明図である。鋳造炉と鋳型との接続部分の拡大説明図である。本発明の一態様に係る活性元素含有銅合金線材の製造方法の実施形態のフロー図である。本発明の一態様に係る活性元素含有銅合金線材の製造方法の実施形態にて用いられる連続鋳造装置の他の一例を示す図である。

以下に、本発明の一態様に係る活性元素含有銅合金線材の製造方法の実施形態について、添付した図を参照して説明する。
本実施形態の製造方法において製造される活性元素含有銅合金線材は、後述する黒鉛スリーブ３１を構成するグラファイト（黒鉛）との反応性が高い活性元素であるＣｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等を含む。なお、グラファイト（黒鉛）との反応性が高い元素とは、炭化物標準生成自由エネルギーが低く、元素単体よりも炭化物を生成した方が安定な元素のことである。

本実施形態では、活性元素含有銅合金線材は、Ｃｒ：０．２５質量％以上０．４５質量％以下、Ｚｒ：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．０５質量％以下を含有し、残部としてＣｕと不可避不純物を含むＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ｓｉ合金からなる。
また、活性元素含有銅合金線材の線径（直径）は、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であり、本実施形態では３０ｍｍである。

次に、本実施形態の活性元素含有銅合金線材の製造方法にて用いられる連続鋳造装置について説明する。図１は、活性元素含有銅合金線材の素材となる鋳塊Ｗを製出する連続鋳造装置１０を示している。
この連続鋳造装置１０は、溶解炉１１と、保持炉１３と、移送樋１５と、鋳造炉２０と、鋳型３０と、製出された鋳塊Ｗを引き出すピンチロール１７を具備する。

溶解炉１１は、銅原料を加熱溶解して溶銅を製出する炉であり、銅原料が投入される原料投入口１１Ａと、製出した溶銅を排出する溶銅排出口１１Ｂとを備えている。
また、この溶解炉１１の後段側に保持炉１３が配設されており、溶解炉１１と保持炉１３とは連結樋１２によって接続されている。

保持炉１３は、溶解炉１１から供給された溶銅を一時的に保持して保温する炉である。この保持炉１３には、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素を添加する添加手段（添加装置）（図示なし）が設けられている。また、この保持炉１３内は、活性元素の酸化を防止するために、不活性ガス雰囲気とされている。

移送樋１５は、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素が添加されて成分調整された溶銅を、後段の鋳造炉２０へと移送するものである。本実施形態では、移送樋１５の内部が不活性雰囲気とされている。

鋳造炉２０は、保持炉１３から移送された溶銅を貯留する炉である。この鋳造炉２０は、図２に示すように、チャンバ２１と、炉本体２３と、加熱手段（加熱装置）２４とを具備する。チャンバ２１の内部は不活性ガス雰囲気とされている。また、加熱手段２４は、貯留した溶銅の温度を調整するために設けられており、本実施形態では輻射ヒータが設けられている。さらに、炉本体２３及びチャンバ２１の底面部分には、注湯孔２６が穿設されている。
この鋳造炉２０のうち、溶銅が貯留される炉本体２３の内部の水平方向に沿った断面の断面積Ｓｆは、２００００ｍｍ^２≦Ｓｆ≦３４６００ｍｍ^２の範囲内に設定されている。さらに、この鋳造炉２０には、炉本体２３の内部に貯留された溶銅の湯面位置を検知するためのレベルセンサ（図示なし）が配設されている。

鋳型３０は、図３に示すように、軸方向に貫通した鋳造孔３６を備えた筒状の形状を有する。鋳型３０は、鋳造孔３６の内周面に設けられた黒鉛スリーブ３１と、この黒鉛スリーブ３１の外周側に位置する冷却ジャケット３２とを具備する。冷却ジャケット３２の内部には、冷却水を流通させるための水路３３が設けられており、黒鉛スリーブ３１を冷却するようになっている。
この鋳型３０は、鋳造炉２０の鉛直方向下方側に接続されており、図２及び図３に示すように、鋳造炉２０の注湯孔２６と鋳型３０の鋳造孔３６が連通するように配設されている。鋳型３０の鋳造孔３６の直径は、５０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定される。本実施形態では、鋳造孔３６の直径は３０ｍｍに設定されている。

鋳型３０の水平方向の断面積Ｓｃと、鋳造炉２０の水平方向の断面積Ｓｆとの断面積比Ｓｆ／Ｓｃは、５以上（Ｓｆ／Ｓｃ≧５）に設定される。この断面積比Ｓｆ／Ｓｃは、好ましくは１０以上（Ｓｆ／Ｓｃ≧１０）である。

そして、鋳型３０の黒鉛スリーブ３１と、鋳造炉２０の炉本体２３との間には、断熱部材４０が配設されており、本実施形態では、断熱部材４０は、チャンバ２１の底面外側と炉本体２３の底面外側との間に配置されている。また、この断熱部材４０は貫通孔４６を有する筒状をなしており、貫通孔４６の内周面が、鋳型３０の鋳造孔３６及び鋳造炉２０の注湯孔２６の内周面に連なるように配置されている。
断熱部材４０は、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２等のセラミックスからなり、その熱伝導率が、常温で４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、厚さが５ｍｍ以上６０ｍｍ以下に設定されている。

次に、前述した連続鋳造装置１０を用いた本実施形態の活性元素含有銅合金線材の製造方法について説明する。
この活性元素含有銅合金線材の製造方法は、図４に示すように、銅原料を溶解して溶銅を生成する溶銅生成工程Ｓ０１と、得られた溶銅中に活性元素を添加する活性元素添加工程Ｓ０２と、保持炉１３から鋳造炉２０への溶銅を移送する溶銅移送工程Ｓ０３と、活性元素が添加された溶銅を鋳造炉２０内に保持する保持工程Ｓ０４と、この鋳造炉２０に接続された鋳型３０によって鋳塊Ｗを連続的に製出する鋳造工程Ｓ０５と、を有している。

（溶銅生成工程Ｓ０１）
まず、銅原料として、純度が９９．９９質量％以上９９．９９９質量％未満の純銅（４ＮＣｕ）のカソードを準備する。この４ＮＣｕカソードを、原料投入口１１Ａから溶解炉１１内に投入し、溶解炉１１で加熱溶解して溶銅を製出する。そして、得られた溶銅は、溶銅排出口１１Ｂから連結樋１２を介して保持炉１３へと供給される。

（活性元素添加工程Ｓ０２）
保持炉１３では、供給された溶銅を一時保持するとともに、ヒータや誘導加熱コイル等の加熱手段（加熱装置）（図示なし）によって、溶銅の温度を、例えば１１００〜１４００℃に制御する。そして、保持炉１３内の溶銅に、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素を添加し、溶銅の成分を調整する。このとき、保持炉１３内は不活性ガス雰囲気とされており、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素の酸化が抑制されている。

（溶銅移送工程Ｓ０３）
保持炉１３においてＣｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素が添加された溶銅は、移送樋１５を介して鋳造炉２０へと供給される。この移送樋１５の内部は、前述のように、不活性ガス雰囲気とされており、溶銅及び活性元素の酸化が防止されている。

（保持工程Ｓ０４）
この鋳造炉２０では、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素が添加された溶銅を保持しつつ、輻射ヒータなどの加熱手段（加熱装置）２４によって、溶銅の温度を、例えば１１００〜１４００℃に制御する。なお、この鋳造炉２０の炉本体２３内に貯留された溶銅の湯面位置は、レベルセンサによって検知されており、湯面位置が一定となるように、保持炉１３からの溶銅の移送量が調整される。

（鋳造工程Ｓ０５）
そして、鋳造炉２０内に貯留された溶銅は、注湯孔２６を介して鋳型３０の鋳造孔３６内へと供給される。鋳型３０内に供給された溶銅は、冷却ジャケット３２にて冷却された黒鉛スリーブ３１部分で凝固し、鋳造孔３６の下端側から鋳塊Ｗが製出されることになる。なお、鋳塊Ｗの引き出し速度は、ピンチロール１７によって制御されており、本実施形態では、間欠的に鋳塊Ｗを引き出すように構成されている。

鋳造工程０５における鋳塊Ｗの引き出し速度は、２００ｍｍ／ｍｉｎ以上６００ｍｍ／ｍｉｎ以下に調整されている。また、鋳造炉２０への溶銅の供給速度は、０．５ｔ／時間以上１０ｔ／時間以下に調整されている。

また、この鋳造工程Ｓ０５においては、鋳造炉２０の炉本体２３内に貯留されている溶銅の水頭圧が鋳型３０内に作用するように構成されており、本実施形態では、鋳型３０の上端３０ａからの炉本体２３内の溶銅の水頭が１００ｍｍ以上となるように、炉本体２３内の溶銅の湯面高さが制御されている。
さらに、この鋳造工程Ｓ０５では、鋳型３０の黒鉛スリーブ３１の上端部分３１ａの温度が４５０℃以下に設定されており、断熱部材４０部分の溶銅温度が、溶銅の融点よりも高くなるように設定されている。

このようにして得られた鋳塊Ｗは、冷却手段（図示なし）によって冷却されてコイル状に巻き取られる。本実施形態では、冷却手段によって例えば９５０℃以上の長尺鋳塊Ｗを、５０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で常温まで冷却することによって、鋳塊Ｗの溶体化処理を行う構成とされている。
そして、常温まで冷却された鋳塊Ｗに熱処理や冷間加工等を施すことにより、所定の特性とされた活性元素含有銅合金線材が製出されることになる。

このような工程を有する本実施形態の活性元素含有銅合金線材の製造方法によれば、鋳型３０の黒鉛スリーブ３１と鋳造炉２０の炉本体２３との間に断熱部材４０が配設されているので、炉本体２３内の溶銅が鋳型３０の黒鉛スリーブ３１に直接、接触することが防止される。このため、黒鉛スリーブ３１とＣｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素との反応を抑制できる。これにより、黒鉛スリーブ３１と鋳塊Ｗとの固着を防止でき、黒鉛スリーブ３１の劣化を防止できる。また、黒鉛スリーブ３１の酸化損耗が抑制され、鋳造を長期間安定して行うことができる。

そして、鋳型３０が鋳造炉２０の鉛直方向下方側に配設されているので、鋳造工程Ｓ０５では鋳造炉２０の炉本体２３内に保持された溶銅の水頭圧を鋳型３０内に作用させながら鋳型３０において溶銅を冷却・凝固させることができ、断熱部材４０を介在させても溶銅を鋳型３０の鋳造孔３６内に確実に供給することが可能となり、安定して鋳造を行うことができる。特に本実施形態では、鋳造工程Ｓ０５において、鋳型３０の上端からの炉本体２３内の溶銅の水頭が１００ｍｍ以上とされていることから、鋳型３０内に向けて溶銅を確実に供給することができ、鋳造を安定して行うことができる。また、ミクロ空孔の発生を抑制でき、高品質な鋳塊Ｗを製出することができる。

また、鋳型３０の黒鉛スリーブ３１の上端部分３１ａの温度が４５０℃以下に保持されているので、黒鉛スリーブ３１の早期損耗を抑制できるとともに、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素との反応を抑制できる。また、断熱部材４０を介して鋳型３０の黒鉛スリーブ３１と鋳造炉２０の炉本体２３とが接続されているため、鋳型３０の温度が４５０℃以下になるように鋳型３０を冷却しても、鋳造炉２０内の溶銅の温度低下を防止できる。

さらに、断熱部材４０部分の溶銅温度が、溶銅の融点より高くなるように設定されているので、断熱部材４０部分における溶銅の流動性が保持され、鋳造炉２０内の溶銅の水頭圧によって、溶銅を鋳型３０内に確実に供給することができる。また、断熱部材４０を介して鋳型３０と鋳造炉２０が接続されていることから、断熱部材４０部分の溶銅温度を溶銅の融点よりも高くなるように設定しても、鋳型３０が高温に曝されることがなく、鋳型３０の早期損耗や活性元素との反応を抑制することができる。
特に、本実施形態では、断熱部材４０の熱伝導率が、常温で４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とされ、断熱部材４０の厚さが５ｍｍ以上６０ｍｍ以下に設定されていることから、鋳型３０の黒鉛スリーブ３１と鋳造炉２０の炉本体２３との間の伝熱を確実に抑制することができる。

鋳型３０の鋳造孔３６の水平方向の断面積Ｓｃと、鋳造炉２０の水平方向の断面積Ｓｆとの断面積比Ｓｆ／Ｓｃは、Ｓｆ／Ｓｃ≧５、好ましくはＳｆ／Ｓｃ≧１０を満たすように設定されている。このため、鋳造工程Ｓ０５において、炉本体２３内の溶銅の湯面変動を小さく抑えることができ、溶銅の水頭圧が安定することになる。よって、高品質な鋳塊Ｗを製出できる。

さらに、鋳造炉２０の前段に、溶解炉１１と保持炉１３と連結樋１２とが設けられており、溶銅生成工程Ｓ０１で生成された溶銅が連続的に鋳造炉２０内に供給される。このため、鋳塊Ｗを効率良く製造できる。
また、本実施形態では、溶解炉１１、保持炉１３、移送樋１５、鋳造炉２０の内部を不活性ガス雰囲気としているので、溶銅及びＣｒ，Ｚｒ，Ｓｉ等の活性元素の酸化を防止でき、高品質の鋳塊Ｗを製出できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、得られた鋳塊Ｗを急冷して溶体化処理を行う場合を説明したが、これに限定されない。例えば、鋳塊Ｗを冷却し、次いで溶体化処理を行ってもよいし、溶体化処理自体を実施しなくてもよい。

また、溶解炉１１と保持炉１３と連結樋１２とを備えた連続鋳造装置１０を用いて説明したが、これに限定されない。例えば、図５に示すように、バッチ式溶解炉１１１によって溶銅を生成し、移送樋１５を介して鋳造炉２０に溶銅を供給してもよい。この場合、バッチ式溶解炉１１１において、成分調整を行うことができる。すなわち、溶銅生成工程Ｓ０１と活性元素添加工程Ｓ０２とを同時に行うことができる。また、複数台のバッチ式溶解炉１１１を鋳造炉２０に接続し、バッチ式溶解炉１１１から鋳造炉２０へ交互に溶銅を供給することによって、長尺の鋳塊Ｗを製出できる。

本実施形態では、Ｃｒ：０．２５質量％以上０．４５質量％以下、Ｚｒ：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．０５質量％以下を含有し、残部としてＣｕと不可避不純物を含むＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ｓｉ合金の銅合金線材を製出する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、銅合金線材は、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｉのいずれか１種または２種以上の活性元素を含有してよいし、その他の元素を含有してもよい。
鋳型３０の鋳造孔３６の直径が５０ｍｍ以下であり、好ましくは１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である場合について説明したが、これに限定されない。

また、鋳造工程における鋳塊Ｗの引き出し速度や鋳造炉２０への溶銅の供給速度は、本実施形態に限定されない。
注湯孔２６及び鋳造孔３６がそれぞれ一つだけ設けられた場合を図に示して説明したが、これに限定されない。例えば、注湯孔２６及び鋳造孔３６が複数設けられ、複数本の鋳塊Ｗを同時に製出してもよい。
鋳塊Ｗを間欠的に引き出す場合を説明したが、これに限定されることはない。例えば、鋳塊Ｗを連続して引き出してもよい。

また、溶解炉１１、保持炉１３、移送樋１５、及び鋳造炉２０の内部を不活性ガス雰囲気とする場合を説明したが、これに限定されない。例えば、真空（減圧）状態として、溶銅や活性金属の酸化を防止してもよい。
鋳型３０が黒鉛スリーブ３１を備える場合を説明したが、これに限定されない。例えば、鋳型３０が窒化硼素（ＢＮ）等の固体潤滑性を有する他の材料によって構成されていてもよい。

断熱部材４０の貫通孔４６の内周面が、鋳型３０の鋳造孔３６の内周面に連なるように配置された場合を説明したが、これに限定されない。例えば、貫通孔４６の内周面が鋳造孔３６の内周面よりも径方向外方に後退していてもよい。すなわち、貫通孔４６の直径が鋳造孔３６の直径よりも大きくてもよい。
また、鋳型３０の構成部材は、本実施形態に限定されない。例えば、冷却ジャケット３２の構造や水冷配管（水路３３）の配置等は適宜、設計変更してもよい。

本発明の一態様によれば、活性金属を含有する銅合金からなる銅合金線材を、効率良く、かつ安定して製出できる。活性金属を含有する銅合金線材は、強度が高く、かつ電気伝導性が良好であるため、例えば高速鉄道用のトロリー線などに利用できる。本発明の一態様は、この銅合金線材の製造工程に好適に適用できる。

Ｗ鋳塊、１１溶解炉、１３保持炉、２０鋳造炉、３０鋳型、３０ａ鋳型の上端、４０断熱部材、Ｓ０１溶銅生成工程、Ｓ０２活性元素添加工程、Ｓ０４保持工程、Ｓ０５鋳造工程。

Claims

銅原料を溶解して溶銅を生成する溶銅生成工程と、
前記溶銅中に活性元素を添加する活性元素添加工程と、
前記溶銅を鋳造炉内に保持する保持工程と、
前記鋳造炉に接続された鋳型によって鋳塊を連続的に製出する鋳造工程とを有し、
前記鋳型は、前記鋳造炉の鉛直方向下方側に、断熱部材を介して接続されており、
前記鋳造工程では、前記鋳型内に向けて圧力を作用させて前記鋳型内に前記溶銅を供給し、前記鋳型において前記溶銅を冷却・凝固させることを特徴とする活性元素含有銅合金線材の製造方法。
前記鋳型の温度が４５０℃以下に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の活性元素含有銅合金線材の製造方法。
前記断熱部材部分の前記溶銅の温度が、前記溶銅の融点よりも高くなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の活性元素含有銅合金線材の製造方法。
前記鋳造工程において、前記鋳型の上端からの鋳造炉内溶銅の水頭が１００ｍｍ以上とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の活性元素含有銅合金線材の製造方法。
前記鋳型の水平方向の断面積Ｓｃと、前記鋳造炉の水平方向の断面積Ｓｆとの断面積比Ｓｆ／Ｓｃが５以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の活性元素含有銅合金線材の製造方法。
前記鋳造炉の前段には、連続溶解炉と保持炉が設けられており、前記溶銅生成工程で生成された前記溶銅が連続的に前記鋳造炉内に供給されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の活性元素含有銅合金線材の製造方法。