(57)【要約】【課題】  電解精製を行わなくても、Feを効果的に除去できる銅の精錬方法、及びこの精錬方法により得られた溶銅を用いた銅荒引線の製造方法を提供する。【解決手段】  Feを含有する銅を溶解する溶解工程と、前記溶解された銅を含有する溶湯の酸素濃度を重量比で1000ppm以上3000ppm以下にして、Feを溶湯中から除去する精錬工程とを具える。Feを含む銅の溶湯中のFe濃度は、酸素濃度1000〜3000重量ppmの範囲で最低となる。従って、溶湯中の酸素濃度を上記範囲に制御することで、Feを含む銅の溶湯中から効率よくFeを除去することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Feを含有する銅を溶解する溶解工程と、
前記溶解された銅を含有する溶湯の酸素濃度を重量比で1000ppm以上3000ppm以下にして、Feを溶湯中から除去する精錬工程とを具えることを特徴とする銅の精錬方法。
【請求項２】
請求項1に記載の銅の精錬方法により得られた溶銅を用いて、連続鋳造圧延により銅荒引線を製造することを特徴とする銅荒引線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅の精錬方法、及びこの精錬方法により得られた溶銅を用いた銅荒引線の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電線の導体などに使用される銅線は、主に連続鋳造圧延によって製造された銅荒引線に伸線加工などを施すことによって製造される。このとき、電気伝導度(導電率)の高い銅荒引線を得るべく、上記銅線に用いられる銅荒引線の銅原料には、電解によって精錬(精製)された電気銅が一般に使用されている。
【０００３】
銅荒引線に用いる銅原料中に不純物元素が多量に含有されている場合、銅荒引線に必要な特性である導電率が悪化したり、熱間圧延の際に割れなどが発生する原因となる。そこで、電解精錬により不純物を低減した、具体的には不純物の総量を重量比で100ppm以下にした電気銅を用いて、導電率の悪化や圧延時の割れなどの防止を図っている。
【０００４】
一方、銅や銅合金は、一般に、鉄やアルミニウムなどと同様に需要の大きい金属である。そのため、市場より発生した銅を含有する銅スクラップを回収して再利用することは、資源保護の立場から重要なことである。しかし、市場から回収された銅線屑をはじめとする銅スクラップには、銅以外の不純物元素が含まれる場合が多い。このような不純物元素を多く含む銅スクラップ、いわゆる低品位銅スクラップは、反射炉などで溶解して酸化還元による精錬を行った後、更に電解精錬を行って電気銅を銅荒引線用の原料として再生させている。また、近年、銅スクラップの精錬において、スラグを用いた精錬方法が検討されている(非特許文献1参照)。
【０００５】
【非特許文献１】藤澤敏治、『銅のリサイクルプロセス』、「まてりあ」第35巻12月号(1996)、社団法人  日本金属学会、1294〜1297ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように不純物元素を多く含むいわゆる低品位銅スクラップを再生させる際、電解精錬やスラグによる精錬を行うことで、不純物元素を効果的に除去することができる。しかし、近年、リサイクル関連法の整備に伴って低品位銅スクラップが増大する傾向にあり、低品位銅スクラップの使用比率の拡大を図るべく、より簡便な精錬方法が望まれる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、電解精製やスラグによる精錬を行うことなく、不純物元素であるFeを効果的に除去可能な銅の精錬方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記銅の精錬方法により得られた溶銅を用いて銅荒引線を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、酸素濃度を特定の範囲に調整することで、上記目的を達成する。即ち、本発明銅の精錬方法は、Feを含有する銅を溶解する溶解工程と、前記溶解された銅を含有する溶湯の酸素濃度を重量比で1000ppm以上3000ppm以下にして、Feを溶湯中から除去する精錬工程とを具えることを特徴とする。
【０００９】
従来、いわゆる低品位銅スクラップと呼ばれるものには、Pb、Si、Sn、Zn、Ni、Feなどの少なくとも1種を不純物元素として含むものが多い。そこで、発明者らは、電解精錬を行わないでこれら不純物元素の含有量を低減するべく、酸素濃度を変化させ、このときの各元素の挙動を調べてみた。不純物元素を含む銅を酸化させる際、溶湯中の不純物元素が優先的に酸化されると、不純物元素の酸化物が銅との比重差により溶湯表面に浮上する。従って、浮上した酸化物を除去することで溶湯中の不純物濃度を低下させることができる。この現象を利用して、酸素濃度を変化させた際の各元素の濃度を測定したところ、ある特定範囲の酸素濃度では、Fe濃度を極めて低下できるとの知見を得た。本発明は、この知見に基づき、規定するものである。以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１０】
本発明精錬方法では、溶解材料としてFeが含まれる銅を対象とし、酸素濃度の調整による精錬にてFeを含む銅からFeを除去するものとする。従って、本発明精錬方法は、一度利用された銅材、即ち、銅スクラップを溶解原料の少なくとも一部に使用する場合に適する。もちろん、溶解原料の全部が銅スクラップの場合でも本発明精錬方法を利用することができる。また、いわゆる低品位銅スクラップの精錬にも利用することができる。更に、Fe以外の不純物元素を除去するために、Feを含むスラグを用いて精錬を行うことでFe濃度が高められた場合の後精錬としても利用することができる。
【００１１】
本発明において溶湯の酸素濃度は、重量比で1000ppm以上3000ppm以下とする。本発明者らが検討した結果、酸素を含む溶湯中におけるFe濃度は、溶湯中の酸素濃度が低くても、逆に高くても大きくなり、重量比で1000ppm〜3000ppmのとき最低となる、即ち、Feが安定に存在できる濃度の最低値は、重量比で1000ppm〜3000ppmであるとの知見を得た。この知見により、Feを含む銅からFeの除去に最適な酸素濃度として、上記の範囲を規定する。酸素濃度が1000重量ppm未満でもまた3000重量ppm超でも、Feの除去が不十分で溶湯中のFe濃度が20重量ppm超となる恐れがある。より好ましくは、重量比で1500ppm以上2500ppm以下とすることである。酸素濃度を上記範囲に制御することで、本発明精錬方法により精錬された溶銅は、Fe濃度を20重量ppm以下とすることができ、銅荒引線の要求特性を十分満たすことができる。
【００１２】
上記酸素濃度の調整は、溶湯に酸素或いは空気を吹き込む量を調整することで行うことが挙げられる。その他、例えば、Fe以外の不純物元素を除去するために酸素濃度を3000重量ppm超に高めて精錬を行った場合、還元剤を用いて還元することでFe除去に適した酸素濃度に調整してもよい。還元剤は、例えば、重油などが挙げられる。
【００１３】
なお、銅荒引線の酸素濃度は、通常、重量比で100〜500ppm程度である。本発明精錬方法を行うと、溶銅中の酸素濃度が高くなっている。従って、本発明精錬方法により得られた溶銅を銅荒引線の材料として用いる場合、銅荒引線に適した酸素濃度となるように、本発明精錬方法を施した後は、還元剤などを用いて還元し、酸素濃度を重量比で100〜500ppm程度にすることが好ましい。還元剤としては、重油などが挙げられる。
【００１４】
上記本発明精錬方法により得られた溶銅は、銅荒引線の製造に利用することが最適である。特に、連続鋳造圧延により銅荒引線を製造する際にも利用することができる。本発明精錬方法により溶銅中のFe濃度が低減されているため、圧延時に割れが発生することを防止することができる。また、得られた銅荒引線は、優れた導電性を具える。
【００１５】
なお、溶解材料にFe以外の不純物元素、例えば、Sn、Pb、Ni、Znなどが含まれる場合は、別途スラグを用いた精錬などを合わせて行うとよい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成を具える本発明精錬方法は、溶湯の酸素濃度を特定範囲に制御して精錬を行うことで、電解精錬やスラグによる精錬を行うことなく、溶湯中からFeを効果的に除去することができるという優れた効果を奏し得る。また、酸素濃度の調整による精錬は、溶解を行う反射炉などの溶解炉を用いて行うことができるため、溶解から精錬への作業を連続的に行うことができ、作業効率を向上させることもできる。更に、酸素濃度の調整による精錬は、上記のように溶解炉において行うことができることから、従来の設備をそのまま利用することができ、更なる設備の増加が不要である。
【００１７】
従って、本発明精錬方法を適用すれば、Feを多く含む銅材を溶解原料の一部又は全部に使用しても、連続鋳造圧延にて製造される銅荒引線の導電率の悪化や、熱間圧延時の割れの発生などが生じることがなく、良好な製品を製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
重量比でFe：約120ppmを含有させた銅材1kgを溶解し、Feを含む銅の溶湯の酸素濃度を変化させてFeの除去を行い、このときの溶湯中のFe濃度を測定してみた。
【００１９】
酸素濃度は、ノズルを溶湯に浸漬させて、200〜400cm3/minの範囲で流量を変化させて空気を溶湯に吹き込むことで変化させた。このとき、溶湯の温度は、1150℃に保持した。試験の結果を図1のグラフに示す。
【００２０】
図1に示すように溶湯中の酸素濃度を変化させることで、溶湯中のFe濃度が変化していることがわかる。そして、溶湯中の酸素濃度が1000〜3000重量ppmの範囲、特に、1500〜2500重量ppmにあるとき、Fe濃度が最も低下していることがわかる。具体的には、10重量ppm以下にすることができた。
【００２１】
上記試験結果から、本発明精錬方法を行うことで、従来のように電解精錬を行うことなく、Feを効果的に除去できることが確認された。
【００２２】
上記精錬により得られた溶銅を用いて、連続鋳造圧延により銅荒引線を作製し、銅荒引線の特性(引張強さ(MPa)、伸び(％)、導電率(％IACS))を調べてみた。また、上記銅荒引線に伸線加工を施して硬銅線を作製し、硬銅線の特性(引張強さ(MPa)、伸び(％)、導電率(％IACS))を調べてみた。
【００２３】
連続鋳造圧延の条件、伸線加工の条件は、公知の条件とした。試験の結果を表1に示す。表1において試料No.1〜4が上記酸素濃度の調整による精錬を行ったものである。また、試料No.5は、比較として、Feを含有させていない銅材を用いたものである。具体的には、Feを含有させていない銅材を溶解し、得られた溶湯を用いて、試料No.1〜4と同様の条件で連続鋳造圧延を行って銅荒引線を作製し、同様に銅荒引線の特性を調べた。また、この銅荒引線に同様の条件で伸線加工を施して硬銅線を作製し、同様に硬銅線の特性を調べた。
【００２４】
【表１】
2005042161.tif 000002
【００２５】
その結果、酸素濃度1000〜3000重量ppmにて精錬を行った試料No.2及び3は、連続鋳造圧延による熱間圧延を行っている際に割れなどが生じることがなかった。また、表1に示すように、試料No.2及び3は、高い導電率を有する銅荒引線であった。従って、Feを含有した銅材を用いても、酸素濃度の調整による精錬によりFeの除去を行うことで、Feを含有していない銅材を用いた場合と同程度の品位の銅荒引線を提供できることがわかる。以上から、本発明精錬方法を適用すれば、いわゆる低品位銅スクラップを溶解原料として用いても、電解精錬を行うことなく、要求特性を十分に満たす銅荒引線を提供することが可能であると推測される。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明銅の精錬方法は、特に、Feを含有する銅スクラップを再利用する際に最適である。また、この精錬方法により得られた溶銅は、銅荒引線の製造に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】酸素濃度の調整による精錬を行った際のFe濃度及び酸素濃度の変化を表すグラフである。
【図１】
2005042161.tif 000003