(57)【要約】【課題】  アノード鋳造時に発生するアノード頭部の亀裂発生を抑制することができるアノード鋳型および、そのアノード鋳型を使用するアノードの鋳造方法を提供する。【解決手段】  非鉄金属精錬の中間物であるアノードの鋳造における精製粗銅の熔湯が注がれるアノード鋳型であって、そのアノード鋳型の鋳込み面頭部ラインＭ２とアノード鋳型外形の頭部ラインＭ１に挟まれた範囲のアノード鋳型領域Ｒに、その領域Ｒの１〜２０％の表面積を持つ少なくとも１以上の開口部が設けられていることを特徴とするアノード鋳型。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属精錬の中間物であるアノードの鋳造における精製粗銅の熔湯が注がれるアノード鋳型であって、前記アノード鋳型の鋳込み面頭部ラインと前記アノード鋳型外形の頭部ラインに挟まれ範囲のアノード鋳型領域に、前記領域の面積の１〜２０％の表面積を有する開口部が設けられていることを特徴とするアノード鋳型。
【請求項２】
前記開口部が、前記アノード鋳型の外側表面から外側裏面まで貫通した孔であることを特徴とする請求項１に記載のアノード鋳型。
【請求項３】
前記開口部が、円形孔であることを特徴とする請求項１または２に記載のアノード鋳型。
【請求項４】
前記開口部が、直径４０ｍｍ〜１８０ｍｍの円形孔であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアノード鋳型。
【請求項５】
前記開口部が、前記アノード鋳型を左右に等分する中心線に対して、対称となる位置に２箇所設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアノード鋳型。
【請求項６】
アノード鋳型を用いた非鉄金属精錬の中間物であるアノードの鋳造方法であって、
前記アノード鋳型の鋳込み面頭部ラインと前記アノード鋳型外形頭部ラインに挟まれた範囲のアノード鋳型領域に、前記領域の面積の１〜２０％の表面積を有する開口部が設けられているアノード鋳型を使用することを特徴とするアノードの鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅精錬の中間産物であるアノードの製造技術に関する。より詳しくは、アノードの鋳造時にアノード頭部に発生する「亀裂」を抑制するアノード鋳型及びそのアノード鋳型を用いたアノードの鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅精錬ではアノード製造工程において、精製炉で純度を９９．８％までに高めた精製粗銅を鋳造してアノードを製造する。その得られたアノードは、次に電解工程に送られ、そのアノードと別途準備したカソードを、交互に電解槽に挿入して電解処理を施すことで純度を高め、純度９９．９９％の電気銅を製造している。
【０００３】
このアノード製造の際の品質問題として、アノードの膨れ、鋳バリ、額縁、亀裂等がある。中でも、アノードの鋳造時に長さがアノードの厚みに対して２／３以上ある亀裂が、アノード頭部（アノード上部と称す場合もある。）の厚み方向に発生すると、その亀裂を起点として、電解工程での操業中にアノードに切れ込みが発生し、この亀裂の程度が大きいと電解槽にアノードが落ち込むといった安全上も重大な問題が発生することとなる。
従って、切れ込みの原因となる亀裂の発生を抑制するために、アノード頭部を底部（アノード下部と称す場合もある。）に比べて厚くすることでアノード頭部の強度を確保し、亀裂の発生を抑制する対策が行われている。
【０００４】
しかしながら、アノードの頭部と底部に厚み差をつけていることでアノードの膨れや鋳バリ、額縁といったものがアノード頭部に発生すると、同じものが底部に発生した場合と比較して、電解工程における極間距離をより短くしてしまう。
この極間距離が短くなることは、電解工程でのショートを誘発することとなり、電流効率を低下させる一因となる問題が出てくる。
【０００５】
従って、アノード頭部の亀裂の発生を抑制することで厚みの均一なアノードを製造することができ、電解工程の操業度向上に寄与するため、アノード頭部の亀裂発生を抑制する技術が、現在強く求められている。
【０００６】
特許文献１には、熱伝導率の違う異種の離型剤を使用してアノード周縁部の亀裂を抑制する方法が記載されているが、電解中に電解槽にアノードが落ち込むといった重大な問題の原因となるようなアノード頭部の亀裂発生を抑制する技術に関しては記載がなく、このような重大な問題を生じるアノード頭部の亀裂発生の抑制に適応することが出来なかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１８３５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような状況に鑑み、本発明はアノード鋳造時に発生するアノード頭部の亀裂発生を抑制することができるアノード鋳型および、そのアノード鋳型を使用するアノードの鋳造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１発明は、非鉄金属精錬の中間物であるアノードの鋳造における精製粗銅の熔湯が注がれるアノード鋳型であって、そのアノード鋳型の鋳込み面頭部ライン（符号：Ｍ２）とアノード鋳型外形の頭部ライン（符号：Ｍ１）に挟まれた範囲のアノード鋳型領域（符号：Ｒ）に、その領域Ｒの面積の１〜２０％の表面積を有する開口部が設けられていることを特徴とするアノード鋳型である。
【００１０】
本発明の第２の発明は、第１の発明における開口部が、アノード鋳型の外側表面から外側裏面まで貫通した孔であることを特徴とするアノード鋳型である。
【００１１】
本発明の第３の発明は、第１及び第２の発明における開口部が、円形孔であることを特徴とするアノード鋳型である。
【００１２】
本発明の第４の発明は、第１〜第３の発明おける開口部が、直径４０ｍｍ〜１８０ｍｍの円形孔であることを特徴とするアノード鋳型である。
【００１３】
本発明の第５の発明は、第１から第４の発明における開口部が、アノード鋳型を左右に等分する中心線に対して、対称となる位置に２箇所設けられることを特徴とするアノード鋳型である。
【００１４】
本発明の第６の発明は、アノード鋳型を用いた非鉄金属精錬の中間物であるアノードの鋳造方法であって、そのアノード鋳型の鋳込み面頭部ライン（符号：Ｍ２）とアノード鋳型外形の頭部ライン（符号：Ｍ１）に挟まれた範囲のアノード鋳型領域（符号：Ｒ）に、その領域Ｒの面積の１〜２０％の表面積を有する開口部が設けられているアノード鋳型を使用することを特徴とするアノードの鋳造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るアノード鋳型、及びそのアノード鋳型を用いたアノード鋳造方法によれば、アノード頭部に電解中にアノードの落ち込みを誘発するような亀裂の発生が無い良質なアノードを製造することができ、工業上顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】アノード鋳造におけるアノード鋳型及び得られるアノードを示す図で、（ａ）はアノード鋳型を示す概略図で、（ｂ）はアノードの説明図である。
【図２】実施例におけるアノード鋳型条件を示し、（ａ）は開口部４である真直貫通孔の位置を表した実施例で用いた試験用アノード鋳型の模式図を示し、（ｂ）は温度測定における測定位置を指し示す説明図である。
【図３】鋳造試験中の実施例１に係るアノード鋳型の温度変化測定結果を示す図である。
【図４】鋳造試験中の従来例に係るアノード鋳型の温度変化測定結果を示す図である。
【図５】実施例におけるクラックの評価基準（ランクＡ〜Ｃ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、アノード鋳造時に使用するアノード鋳型頭部に開口部を設け、アノード各部の冷却速度を制御することによりアノード頭部に発生する亀裂を抑制する技術である。
図１は、アノード鋳造におけるアノード鋳型及び得られるアノードを示す図で、（ａ）はアノード鋳型を示す概略図で、（ｂ）はアノードの説明図である。
図１において、１はアノード鋳型、２は鋳込み面、２ａは鋳込み面耳部、２ｕは鋳込み面耳部根元上、２ｓは鋳込み面耳部根元横、３はアノード鋳型頭部、４は開口部、１０はアノード、１１はアノード本体、１２はアノード耳部、１２ｕはアノード耳部根元上、１２ｓはアノード耳部根元横、１３はアノード頭部、Ｍ１は鋳型外形の頭部ライン、Ｍ２は鋳込み面の頭部ライン、Ａは鋳型外形頭部左端、Ｂは鋳型外形頭部右端、Ｏは鋳型１の中心線、Ｒは本発明に係る開口部の形成範囲を示す領域で鋳型外形の頭部ラインＭ１と鋳込み面の頭部ラインＭ２で囲まれる斜線の範囲である。
【００１８】
図１に示すようにアノード鋳造では、アノード１０の細長くなっているアノード耳部１２を良好に形成するために、アノード鋳型１の鋳込み面２の耳部２ａに十分に熔銅を流し込むことが必要で、そのため、熔銅は鋳込み面２の耳部２ａに近いアノード鋳型頭部３から流し込まれる。
従って、熔銅が流し込まれている間、アノード鋳型頭部３の周囲の温度は高くなり、形成されたアノード１０においては、このアノード頭部１３の部分の温度が高いまま鋳造が進み、最後に冷却される。そのためアノード耳根元横１２ｓとアノード耳根元上１２ｕは、共にアノード本体１１の周辺であるが、アノード耳根元横１２ｓの温度はアノード耳根元上１２ｕの温度よりも低くなる。さらに、アノード耳根元横１２ｓはアノード耳根元上１２ｕよりも冷却速度が速い。
【００１９】
即ち、発明者らは、亀裂が発生する原因を、アノード耳根元上（符号１２ｕ、以下、単に耳根元上とよぶ）とアノード耳根元横（符号１２ｓ、以下、単に耳根元横とよぶ）の鋳造時のアノード冷却速度（以下、単に冷却速度とよぶ）差に起因する熱収縮歪が発生させる応力であると考え、耳根元横は耳根元上よりも冷却速度が速いことが、熱収縮歪が発生する原因と考えた。
【００２０】
従って、耳根元上のアノード鋳込み面２の頭部ラインＭ２とアノード鋳型外形頭部ラインＭ１に挟まれる図１（ａ）で斜線により示される領域Ｒに、その領域Ｒの面積に対して特定範囲の表面積を有する開口部４を設けることで、耳根元上からの放散熱量を増加させ、アノード冷却時の耳根元上と耳根元横の冷却速度差を減少させて、アノードのクラック発生を抑制するものである。
【００２１】
この開口部４はアノード鋳型１の表面から裏面まで貫通していることが好ましい。アノード鋳型に対して貫通させることで、より広い、開口部の表面積を得ることができ、耳根元上からの放散熱量を増加させることができる。
一方、この開口部４がアノード鋳型１を貫通しない非貫通孔である場合、設けられた孔に冷却水を溜めることで、放散熱量を増加させるようにしても良く、この非貫通孔の場合には、アノード鋳型に対して次の精製粗銅の熔銅を注ぎ始めるまでに、溜められた冷却水を完全に蒸発するように、冷却水の量を調整することが好ましい。
【００２２】
さらに、開口部４の表面積は、この開口部４が設けられるアノード鋳型１の領域Ｒの面積の１〜２０％の範囲であることが望ましい。この範囲内においては、鋳造中の良好な冷却能とアノード鋳型の耐久性が得られるが、小さい場合には冷却能が、大きい場合には鋳造の繰返しによってアノード鋳型に亀裂を生じさせてしまう。
また、開口部４の形は、円柱体をくり貫いた真直孔であることが好ましい。アノード鋳型に開口部を設ける場合、真直孔であれば、工作が容易である。
この場合、領域Ｒとの上記表面積の関係を満足するように、その直径は４０〜１８０ｍｍであることが好ましい。その直径が４０ｍｍ未満の場合、アノード鋳造時に飛散した精製粗銅（以下、鋳屑とよぶ）が孔に堆積し、埋まってしまう。また、その直径が１８０ｍｍを超える場合、アノード鋳型の強度が低下し、アノードの鋳造を繰り返す度に、加えられる熱収縮の繰り返しによって、アノード鋳型に亀裂が生じてしまう。
【００２３】
また、開口部はアノード鋳型を左右に等分する中心線に対して、対称となるように設けることが望ましく、上記真直孔の場合では、アノード鋳型を左右に等分する中心線に対して、対称となる位置に２箇所設けられることが好ましい。即ち、アノード鋳型を左右に等分する中心線に対して、対称となる位置に２箇所設けることにより、最も効率良く、耳根元上からの放散熱量を増加させ、アノード冷却時の耳根元上と耳根元横の冷却速度差を減少させることができる。
【実施例】
【００２４】
以下に実施例を用いて本発明をさらに説明する。
図２に実施例におけるアノード鋳型条件を示し、（ａ）は開口部４である真直貫通孔の位置を表した実施例で用いた試験用のアノード鋳型１の模式図を示し、（ｂ）は温度測定における測定位置を指し示す説明図である。
開口部４の中心は、アノード鋳型１の角部分（左端Ａ、右端Ｂ）から中心Ｏに向かう方向（ｘ）に５００ｍｍ、アノード鋳型外形頭部ラインＭ１からアノード底部方向（ｙ）に８０ｍｍの位置で、図１の領域Ｒ内になるように、真直孔をあけ、その直径の標準径を８０ｍｍとした。
【００２５】
作製した試験用のアノード鋳型及び開口部を持たない従来の通常アノード鋳型の両者を用いて、鋳造試験を行い、鋳造試験中の、試験用のアノード鋳型と通常アノード鋳型の温度変化の測定を行い、その結果を図３（実施例１）、図４（従来例）に示し、作製したアノードに発生したクラックの有無及び状態の観察を行い、その結果を纏めて表１に示す。
【００２６】
温度測定は、実施例１及び従来例で行い、その結果を図３、図４に示す。温度測定位置は図２（ｂ）中に丸数字で示し、丸数字１はアノード鋳型の耳根元横、丸数字２は中央上、丸数字３は耳根元上の３か所である。この３か所で計測した結果をグラフに丸数字で対応させ示した。
【００２７】
クラックの評価は、図５に示す「クラック評価基準」に従い、発生したクラックをランクＡ、ランクＢ、ランクＣのランク付けを行い、その発生率を求めて評価した。
【実施例１】
【００２８】
図２（ａ）に示す開口部の条件を有する試験用アノード鋳型を用いて鋳造試験を行った。この場合の面積比は４．０％であった。なお試験に際しては、冷却を促進する目的で５週目から１０週目にかけて開口部に水を散布したため、他の周回に比べて温度が低下した。
その温度測定結果を図３に示す。さらに、クラック評価を表１に示す。
【実施例２】
【００２９】
開口部とした真直貫通孔の直径を４０ｍｍとした以外は、実施例１と同条件で鋳造試験を行った。実施例２における面積比は１．０％であった。
クラック評価を表１に示した。
【実施例３】
【００３０】
開口部とした真直貫通孔の直径を１８０ｍｍとした以外は、実施例１と同条件で鋳造試験を行った。実施例３における面積比は２０％であった。
クラック評価を表１に示した。
【００３１】
（比較例１）
開口部とした真直貫通孔の直径を、好ましい範囲の下限値４０ｍｍより細い３０ｍｍとした以外は、実施例１と同条件で鋳造試験を行った。比較例１における面積比は０．６％であった。
クラック評価を表１に示した。
【００３２】
（比較例２）
開口部とした真直貫通孔の直径を、好ましい範囲の上限値１８０ｍｍより太い２００ｍｍとした以外は、実施例１と同条件で鋳造試験を行った。比較例２における面積比は２５％であった。
クラック評価を表１に示した。
【００３３】
（従来例）
開口部を持たない通常のアノード鋳型を用い、実施例１と同条件で鋳造試験を行った。
実施例１と同様に、温度測定を行い、その結果を図４に示し、クラック評価を表１に示した。
【００３４】
［評価］
１．温度測定
温度測定結果の図３と図４を比較すると、３の測定点（丸数字３）の位置では、水を散布した効果もあり実施例１の試験用の鋳型のほうが従来例の通常鋳型よりも低い温度となっているのがわかる。また、１及び２の測定点（丸数字１及び２）の位置でも従来例の通常鋳型に比べて実施例１の試験用の鋳型の温度が低くなっており、鋳型からの放散熱増加による冷却の効果を確認することができた。
さらに、１の測定点１と３の測定点における温度差についても、実施例１の試験用の鋳型が５〜１０℃に対して、従来例の通常鋳型では７〜１５℃となり、実施例の試験鋳型のほうが、従来例の通常鋳型よりも小さくなっているのが見て取れる。
【００３５】
２．クラック評価
表１に示すクラック評価では、Ａ、Ｂ、Ｃとランク付けしたクラックの発生率を示し、図５に示すようにランクＡが一番クラック状態が重く、Ｂ、Ｃの順でクラックの程度が軽微になっている。なお発生率は、実施例、比較例では１１６サンプル、従来例で１００サンプルの鋳造試験の平均値である。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１の結果に示すように、本発明に係るアノード鋳型を用いることで、アノードに発生するクラックの発生確率を約１／３に低減し、さらに深刻なクラックの発生確率も大きく低減することができた。
【００３８】
本発明のアノード鋳型、およびそのアノード鋳型を使用するアノード鋳造方法を用いることで、亀裂の発生を抑制できた。特にアノードの切れ込みの主な原因となる、長さが厚み方向の１／３以上の亀裂（図５中ランクＡ、Ｂ評価の亀裂）の発生をほぼ完全に抑えることが可能となった。
【符号の説明】
【００３９】
１    アノード鋳型
２    鋳込み面
２ａ  鋳込み面耳部
２ｕ  鋳込み面耳部根元上
２ｓ  鋳込み面耳部根元横
３    アノード鋳型頭部
４    開口部
１０    アノード
１１    アノード本体
１２    アノード耳部
１２ｕ  アノード耳部根元上
１２ｓ  アノード耳部根元横
１３    アノード頭部
Ｍ１  鋳型外形の頭部ライン
Ｍ２  鋳込み面の頭部ライン
Ａ    鋳型外形頭部左端
Ｂ    鋳型外形頭部右端
Ｏ    鋳型１の中心線
Ｒ    本発明に係る開口部の形成範囲を示する領域で、鋳型外形の頭部ラインＭ１と鋳込み面の頭部ラインＭ２で囲まれる斜線の範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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