(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銅から低酸素銅鋳塊を連続的に製造する製造方法であって、溶解炉を還元性の雰囲気で燃焼を行い溶銅を生成する溶銅生成工程と、前記溶解炉から送られた溶銅を、非酸化雰囲気でシール可能な鋳造樋を用いてタンディッシュまで移送しながら脱水素処理する脱ガス工程と、該溶銅を連続鋳造機に供給して鋳造銅材を連続的に生成する連続鋳造工程と、該鋳造銅材を所定長さに切断して低酸素銅鋳塊とする切断工程と、を含み、前記脱ガス工程は、流路の上側及び下側に設けられた堰により、前記溶銅を少なくとも上下に蛇行させることを特徴とする低酸素銅鋳塊の製造方法。
【請求項２】
溶銅から低酸素銅鋳塊を連続的に製造する製造装置であって、還元性の雰囲気で燃焼を行い溶銅を生成する溶解炉と、該溶解炉から送られた溶銅を所定の温度に保持する保持炉と、該保持炉から送られた溶銅を非酸化雰囲気でシールしてタンディッシュまで移送する鋳造樋と、該鋳造樋に設けられ通過する溶銅を脱水素処理する脱ガス手段と、前記タンディッシュから供給された溶銅から鋳造銅材を連続的に生成する連続鋳造機と、前記鋳造銅材を所定長さに切断する切断手段と、を具備するとともに、前記脱ガス手段は、前記溶銅の流路を蛇行させる複数の堰により構成され、これら堰は、少なくとも前記流路の上側及び下側に設けられていることを特徴とする低酸素銅鋳塊の製造装置。
【請求項３】
前記堰が、前記流路の上側と下側と右側と左側とに設けられ、前記堰により前記溶銅が上下左右に蛇行させられる構成であることを特徴とする請求項２記載の低酸素銅鋳塊の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶解炉からの溶銅を連続鋳造機を用いて連続鋳造し、酸素の含有量を抑制した低酸素銅鋳塊を連続的に製造する製造方法、及びその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
銅鋳塊、とりわけ酸素の含有量を２０ｐｐｍ以下に抑制している低酸素銅鋳塊の製造方法としては、チャンネル炉やマルチ炉といった電気誘導炉を用いて溶銅を生成し、この溶銅を、移送課程において気密に保持したまま連続鋳造機まで移送し、鋳造塊を製造する方法が一般的であった。
このように電気誘導炉を用いて製造する場合には、簡易な操作で容易に高温が得られる、また、溶銅生成時に化学反応を伴わないので品質が安定する、といった利点を有している。しかしその反面、建造コストや運転コストが高い、生産性が低い、といった欠点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
低コストで大量に銅鋳塊を製造するには、シャフト炉等のガス炉を用いる製造方法が好ましいが、こうしたガス炉を用いた場合には、炉内で燃焼、すなわち酸化反応を起こさせるため、溶銅の還元処理を行わなくてはならない。これが電気誘導炉を用いた場合にはない欠点である。そのため、生成された溶銅を、その移送課程において還元ガス及び／又は不活性ガスにより還元処理して酸素濃度を低下させた後に、連続鋳造機まで移送しなければ、低酸素銅鋳塊を製造することはできない。
しかし、このように脱酸素処理を行うのみでは、低酸素銅鋳塊の中にホールが発生して、ふくれ等の欠陥が発生することがあり、こうなると低酸素銅鋳塊の品質は劣化してしまう。そのため、ガス炉を用いて高品質の低酸素銅鋳塊を製造することは、一般的に大変困難とされており、低酸素銅鋳塊は専ら電気誘導炉を用いて製造されているのが実状である。
【０００４】
こうしたホールは、溶銅の凝固時に、溶銅中の水素と酸素との溶解度が減少するために、結合して生成される水蒸気（Ｈ2Ｏ）の気泡に起因する。この気泡が、溶銅の冷却・凝固時にトラップされ、低酸素銅鋳塊中に残存して、ホールが発生するのである。熱力学的には、溶銅中の水素と酸素の濃度は、次式で表される関係にある。
〔Ｈ〕2〔Ｏ〕＝ｐH2O・Ｋ    ………式（Ａ）
ここで、
〔Ｈ〕    ：    溶銅中の水素濃度
〔Ｏ〕    ：    溶銅中の酸素濃度
ｐH2O     ：    雰囲気中の水蒸気分圧
Ｋ      ：    平衡定数
である。
【０００５】
平衡定数Ｋは、温度の関数であり、一定温度下では定数となるため、溶銅中の酸素濃度と水素濃度は反比例の関係となる。そのため、還元によって脱酸素処理するほど水素濃度が高くなり、凝固時にホールが形成され易く、低品質の低酸素銅鋳塊しか製造できなくなる。即ち、脱酸素処理のみでなく脱水素処理をも行わなければ、凝固時にホールが大量に形成されて、高品質の低酸素銅鋳塊を製造することができない。
【０００６】
一方、一般的な脱ガス方法である酸化還元法により、完全燃焼に近い状態で溶解させて水素濃度の低い溶銅を得ることは可能であるが、次いで脱酸素処理を行うために長い移送距離を確保しなければならず、現実的でない。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、長い移送距離を確保せずに脱水素処理が行え、ホールの形成が抑制された高品質の低酸素銅鋳塊を、低コストで大量に製造することができる製造方法及び製造装置を提供すること、を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、溶銅から低酸素銅鋳塊を連続的に製造する製造方法であって、溶解炉を還元性の雰囲気で燃焼を行い溶銅を生成する溶銅生成工程と、前記溶解炉から送られた溶銅を、非酸化雰囲気でシール可能な鋳造樋を用いてタンディッシュまで移送しながら脱水素処理する脱ガス工程と、該溶銅を連続鋳造機に供給して鋳造銅材を連続的に生成する連続鋳造工程と、該鋳造銅材を所定長さに切断して低酸素銅鋳塊とする切断工程と、を含み、前記脱ガス工程は、流路の上側及び下側に設けられた堰により、前記溶銅を少なくとも上下に蛇行させることを特徴とする。
【０００９】
この低酸素銅鋳塊の製造方法では、溶解炉において還元性の雰囲気で燃焼が行われ、溶銅が脱酸素処理され、この溶銅は鋳造樋において非酸化雰囲気でシールされてタンディッシュまで移送される。この溶銅は、酸素濃度と水素濃度とが反比例の関係となることから水素濃度が高くなっているが、続く脱ガス工程にて脱水素処理される。このため、還元によって脱酸素処理するほど高くなる水素濃度が低くなり、凝固時のガスの放出が少なくなることで、鋳造銅材へのホールの形成を抑制できる。
【００１１】
また、溶銅を攪拌することで溶銅中の水素を強制的に追い出して、脱水素処理が行える。すなわち、タンディッシュへ移送される前の溶銅が攪拌されて、非酸化雰囲気を形成するために吹き込まれた不活性ガスと、溶銅との接触性が良好となる。このとき、溶銅の水素分圧に対し不活性ガス中の水素分圧は極めて小さいため、溶銅中の水素は不活性ガス中に取り込まれ、溶銅の脱水素処理が行えるものである。
【００１３】
また、鋳造樋を通過する溶銅は蛇行するように流され、激しい流れとなることで攪拌される。すなわち、溶銅自身の流れによって自動的に攪拌されるようにできるため、鋳造樋を流れる溶銅は万遍なく不活性ガスと接触する機会があり、脱水素処理の効率が更に高められる。
この場合、例えば溶銅の流路に設けられる棒状、板状の堰が好適となる。また、この堰は、溶銅の流れ方向に複数、或いは溶銅の流れに直交する方向に複数設けられても良い。更に、この堰を、例えばカーボンによって作成すれば、溶銅とカーボンとの接触によって、脱酸素処理も効率よく行うことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、溶銅から低酸素銅鋳塊を連続的に製造する製造装置であって、還元性の雰囲気で燃焼を行い溶銅を生成する溶解炉と、該溶解炉から送られた溶銅を所定の温度に保持する保持炉と、該保持炉から送られた溶銅を非酸化雰囲気でシールしてタンディッシュまで移送する鋳造樋と、該鋳造樋に設けられ通過する溶銅を脱水素処理する脱ガス手段と、前記タンディッシュから供給された溶銅から鋳造銅材を連続的に生成する連続鋳造機と、前記鋳造銅材を所定長さに切断する切断手段と、を具備するとともに、前記脱ガス手段は、前記溶銅の流路を蛇行させる複数の堰により構成され、これら堰は、少なくとも前記流路の上側及び下側に設けられていることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の低酸素銅鋳塊の製造装置であって、前記堰が、前記流路の上側と下側と右側と左側とに設けられ、前記堰により前記溶銅が上下左右に蛇行させられる構成であることを特徴とする。
【００１５】
このように、低酸素銅鋳塊の製造装置を構成しているので、上記請求項１に記載の低酸素銅鋳塊の製造方法を、好適に実施することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る低酸素銅鋳塊の製造装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る低酸素銅鋳塊の製造装置を概略的に示した構成図、図２は図１の鋳造樋を平面視（ａ）、側面視（ｂ）で示した要部拡大図である。
【００１７】
この低酸素銅鋳塊の製造装置１は、溶解炉Ａと、保持炉Ｂと、鋳造樋Ｃと、連続鋳造機Ｄと、切断手段Ｅと、搬出手段Ｆと、を備えて構成されている。
【００１８】
溶解炉Ａとしては、円筒形の炉本体を有するガス炉、例えばシャフト炉が好適に用いられている。溶解炉Ａの下部には、円周方向に複数のバーナー（図示略）が、上下方向に多段状に設けられている。この溶解炉Ａでは、還元性の雰囲気で燃焼が行われて、溶銅（湯）がつくられる。還元性の雰囲気は、例えば、天然ガスと空気との混合ガスにおいて、燃料比を高めることで得られる。より具体的には、ＣＯ濃度を通常の０．５％から５％とし、酸素濃度を通常の１００ｐｐｍから２０ｐｐｍ程度とする。このように、溶解炉Ａにおいて還元性の雰囲気で燃焼が行われるので、溶銅は脱酸素処理されることとなる。
【００１９】
保持炉Ｂは、溶解炉Ａから送られた湯を一旦貯蔵するとともに、所定の温度に保持したまま鋳造樋Ｃに送るためのものである。
鋳造樋Ｃは、保持炉Ｂから送られた湯を非酸化雰囲気でシールしてタンディッシュ５まで移送するものである。シールは、図２に示すように、鋳造樋Ｃの溶銅流路（溶銅の流路）３１の上面を、カバー８により覆うことでなされる。この非酸化雰囲気は、例えば、窒素と一酸化炭素の混合ガスやアルゴン等の希ガスを不活性ガスとして、鋳造樋Ｃ内に吹き込むことで形成される。
【００２０】
鋳造樋Ｃの溶銅流路３１には、図２に示すように、通過する湯に対して脱水素処理を含む脱ガス処理を施すための攪拌手段（脱ガス手段）３３が設けられている。この攪拌手段３３は、堰３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄから構成されており、湯が激しく攪拌されながら流れるようにしている。
【００２１】
堰３３ａは、溶銅流路３１の上側、すなわちカバー８に設けられている。また、堰３３ｂは溶銅流路３１の下側に、堰３３ｃは溶銅流路３１の左側に、堰３３ｄは溶銅流路３１の右側に、各々設けられている。これら堰３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄによって、湯は上下左右に蛇行しながら図２中矢印方向に流れることで激しい流れとなって攪拌され、脱ガス処理が行えるものである。なお、図２（ｂ）においては、湯面を符号３２として示している。
堰３３ｃ、３３ｄは、溶銅流路３１の実際の長さに対して湯の流路を長くし、仮に鋳造樋Ｃが短尺であっても、脱ガス処理の効率を高めるとことができるものである。また、堰３３ａ、３３ｂは、脱ガス処理前後の溶銅と雰囲気ガスとの混合を防止する役目を果たすものである。
なお、この攪拌手段３３は、主として脱水素処理を行うためのものであるが、湯が攪拌されることで、湯中に残存している酸素も追い出すことができる。すなわち、脱ガス処理として、脱水素処理と２度目の脱酸素処理との両方が行われる。これら堰３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを、例えばカーボンによって作成するようにすれば、溶銅とカーボンとの接触によって、脱酸素処理も効率よく行うことができる。
【００２２】
この脱ガス処理は、この保持炉Ｂ以降の移送過程において行う必要がある。その理由は、低酸素銅鋳塊を得るために保持炉Ｂでは還元性雰囲気の燃焼、若しくは還元剤による脱酸素処理を行うため、上記の平衡式（Ａ）の関係から必然的に水素濃度が上昇するためである。
【００２３】
さらに、脱ガス処理を行う位置としては、鋳造直前にあるタンディッシュ５での脱ガス処理も好ましくない。その理由は、タンディッシュ５で湯が激しく攪拌されるような動作、例えばバブリングを行うと、湯面が激しく振動し、注湯ノズル９から出る湯のヘッド圧が変動し、安定した溶銅が連続鋳造機Ｄへ供給されないためである。一方、湯面が激しく振動しない程度では、脱ガスの効果は期待できない。このことからも、保持炉Ｂからタンディッシュ５までの移送過程において脱ガス処理を行うのが好ましい。
【００２４】
タンディッシュ５には、湯の流れ方向終端に注湯ノズル（図示省略）が設けられており、タンディッシュ５からの湯が連続鋳造機Ｄへ供給されるようになっている。
【００２５】
保持炉Ｂには、鋳造樋Ｃを介して、連続鋳造機Ｄが連結されている。この連続鋳造機Ｄは、いわゆる縦型鋳造機とよばれるもので、供給された溶銅を冷却しながら略鉛直方向下側に所定の断面形状の鋳造銅材２１として引き抜く、モールド４１と、ピンチロール４２と、を備えている。これらモールド４１及びピンチロール４２の形状及び配置は、製品として得られる低酸素銅鋳塊２３の形状に応じて、適宜選択される。例えば、低酸素銅鋳塊２３を、略円柱形状をなすビレットとする場合には、モールド４１を断面円形としピンチロール４２もそれに対応した形状とする。また、略直方体形状をなすケークとする場合には、モールド４１を断面矩形としピンチロール４２もそれに対応した形状とする。図１においては、低酸素銅鋳塊２３の一例としてケークを示している。
【００２６】
切断手段Ｅは、連続鋳造機Ｄから出た鋳造銅材２１を、所定長さに切断するものである。この切断手段Ｅの一例としては、円盤状の刃が回転する回転カッタが挙げられるが、鋳造銅材２１を切断できるものであれば、他の構成を採用してもよい。
【００２７】
搬出手段Ｆは、バスケット５１と、エレベータ５２と、コンベア５３と、を備えている。
バスケット５１は、連続鋳造機Ｄのほぼ直下部に位置し、切断手段Ｅによって所定長さに切断された低酸素銅鋳塊２３を受け取り、エレベータ５２に載置させるものである。
エレベータ５２は、バスケット５１により載置された低酸素銅鋳塊２３を、コンベア５３の位置まで運び上げるものである。
コンベア５３は、エレベータ５２から低酸素銅鋳塊２３を搬送するもので、途中には図示しない品質検査装置あるいはラベラーが設けられている。なお、エレベータ５２とコンベア５３との間には、低酸素銅鋳塊２３の向きを変えるためのターンテーブルが設けられていてもよい。
【００２８】
このように構成される低酸素銅鋳塊の製造装置１を用いた、低酸素銅鋳塊の製造方法について説明する。
まず、溶解炉Ａにおいて還元性の雰囲気で燃焼を行い、溶銅を脱酸素処理しつつ溶銅をつくる（溶銅生成工程）。脱酸素処理された溶銅は、保持炉Ｂを経て、鋳造樋Ｃを用いて非酸化雰囲気でシールされて、タンディッシュ５まで移送される（溶銅移送工程）。溶解炉Ａにおいて脱酸素処理された溶銅は、酸素濃度と水素濃度とが反比例の関係となることから、水素濃度が高くなっている。この水素濃度が高くなった溶銅は、鋳造樋Ｃを通過する際に、攪拌手段３３によって脱水素処理される（脱ガス工程）。
【００２９】
これにより、溶銅は、酸素の含有量が２０ｐｐｍ以下、水素の含有量が１ｐｐｍ以下に調整される。こうすることで、鋳造時のガスの放出が少なくなり、鋳造銅材２１中へのホールの発生を抑制することができる。
また、平衡式（Ａ）の関係から、水蒸気分圧を下げることで溶銅のガス濃度が低下するため、脱水素処理を施す前の溶銅と脱水素処理後の溶銅を完全に分離することにより、さらなる脱ガス効果を得ることが可能になる。これは、例えば溶銅移送工程において、上記のように攪拌手段３３を設けることで実現できる。即ち、この攪拌手段３３は、脱水素処理前後の雰囲気ガスの混合と、溶銅の混合とを防止する役目も果たすことになる。
【００３０】
溶解炉Ａから保持炉Ｂへ移送された溶銅は、昇温された後、鋳造樋Ｃ、タンディッシュ５を経て連続鋳造機Ｄに供給される。そしてモールド４１からピンチロール４２で下方向に引き抜かれて冷却・凝固され、鋳造銅材２１に連続鋳造される（連続鋳造工程）。
この鋳造銅材２１は、切断手段Ｅによって切断され、所定長さを有する低酸素銅鋳塊２３が順次連続的に製造されていく（切断工程）。
切断された鋳造銅材２１は、低酸素銅鋳塊２３として搬出手段Ｆにより搬出される（搬出工程）。すなわち低酸素銅鋳塊２３は、ほぼ直下に位置するバスケット５１に受け取られ、エレベータ５２に載置されてコンベア５３の位置まで運び上げられ、このコンベア５３によって搬送される。この搬送途中に、低酸素銅鋳塊２３は、品質検査装置あるいは検査員等によって品質検査され、その合格品には、ラベラーにより品番やロット番号等をラベリングされて、最終製品の低酸素銅鋳塊２３として出荷可能となる。
【００３１】
本実施形態に係る低酸素銅鋳塊の製造装置、及びこれを用いた製造方法においては、溶解炉Ａにおいて還元性の雰囲気で燃焼が行われ、溶銅が脱酸素処理され、この溶銅は鋳造樋Ｃにおいて非酸化雰囲気でシールされてタンディッシュ５まで移送される。そしてこの溶銅は、酸素濃度と水素濃度とが反比例の関係となることから水素濃度が高くなっているが、続く脱ガス工程にて攪拌手段３３により脱水素処理される。これにより、溶銅の移送距離を長く確保せずに、還元によって脱酸素処理するほど高くなる水素濃度を低くでき、溶銅中の気泡の生成が抑制される。そのため、炉内で燃焼を行うガス炉を用いて、冷却・凝固時におけるホールの生成が抑制された高品質の低酸素銅鋳塊２３を、低コストで連続的に大量に製造できる。
【００３２】
また、脱ガス手段を、溶銅を攪拌する攪拌手段３３としているので、短時間で強制的に脱水素処理が行えるので、簡易な構成で効率よく脱水素処理を行うことができる。
【００３３】
更に、攪拌手段３３を、通過する溶銅の流路を蛇行させる堰により構成すれば、溶銅自身の流れによって自動的に攪拌されるので、特別にアジテーター等を用いなくてよく、より簡易な構成で効率よく脱水素処理を行うことができるとともに、低酸素銅鋳塊の製造装置の運転管理も容易にでき、更に低コストで製造できる。
【００３４】
なお、この攪拌手段３３による分離は、一箇所に限ったものではなく、移送過程の長さに応じて適宜設置してもよい。また、全体を通して低酸素銅鋳塊に限ったものではなく、適当な添加元素を混合することで低酸素銅合金鋳塊を得ることも可能である。
また、攪拌手段３３として、堰３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを溶銅流路３１の上下左右に各々設けるようにしたが、鋳造樋Ｃの長さや幅等によってこれら堰の個数や配置を適宜変更しても、差し支えない。
【００３５】
また、いわゆる縦型の連続鋳造機Ｄを用いることとしているが、横方向に連続鋳造する、いわゆる横型の連続鋳造機を用いてもよい。この場合には、エレベータ５２のような昇降手段は不要となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る低酸素銅鋳塊の製造方法及び製造装置によれば、溶銅に脱酸素処理を施した後に、脱水素処理を含む脱ガスを行えるようにしているので、炉内で燃焼を行うガス炉を用いて、長い移送距離を確保せずに脱水素処理が行え、ホールの生成が抑制された高品質の低酸素銅鋳塊を、低コストで連続的に大量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明の一実施形態に係る低酸素銅鋳塊の製造装置を概略的に示した構成図である。
【図２】   図１の鋳造樋を平面視（ａ）、側面視（ｂ）で示した要部拡大図である。
【符号の説明】
１  低酸素銅鋳塊の製造装置
５  タンディッシュ
２１  鋳造銅材
２３  低酸素銅鋳塊
３１  溶銅流路（溶銅の流路）
３３  攪拌手段（脱ガス手段）
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ  堰
Ａ  溶解炉
Ｂ  保持炉
Ｃ  鋳造樋
Ｄ  連続鋳造機
Ｅ  切断手段
Ｆ  搬出手段
【図１】
0003945131.tif 000002
【図２】
0003945131.tif 000003