JP2000328152A - 銅または銅合金溶湯の脱ガス方法および前記脱ガス方法を実施する装置が組み込まれた銅または銅合金の連続溶解鋳造設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶銅中の酸素ガスおよび水素ガスを長時間安
定して良好に除去できる溶銅の脱ガス方法および前記脱
ガス方法を実施する装置が組み込まれた銅または銅合金
の連続溶解鋳造設備を提供する。 【解決手段】 固定炭素を９０wt％以上、灰分を１wt％
未満（0wt%を含む）含有する炭素部材１を銅または銅合
金溶湯３中に浸漬し、前記炭素部材１と前記溶湯３中の
酸素ガスとの間で炭酸ガス気泡を生成させ、前記炭酸ガ
ス気泡中に水素ガスを吸収させて前記溶湯３中の酸素ガ
スと水素ガスとを除去する脱ガス方法、および溶解炉、
ラウンダＡ、保持炉、ラウンダＢ、および鋳造機の少な
くとも１つに前記脱ガス方法を実施する装置が組み込ま
れている銅または銅合金の連続溶解鋳造設備。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅または銅合金溶
湯（以下、溶銅と称す）中の酸素ガスおよび水素ガスを
長時間安定して良好に除去できる脱ガス方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶銅中に含まれる酸素や水素は、鋳塊に
芯割れを発生させたり、鋳塊にピンホールやブローホー
ルを形成して製品の品質や特性を阻害したりする。この
ため溶銅の脱ガス方法には、次のような種々の方法が適
用されている。 溶銅表面に木炭または松丸太を浮かべる方法。溶銅
中に木炭を浸漬する方法（特開昭63−108946号公報）。
溶銅中にアンモニアガス、アンモニア分解ガス、水素
含有ガスをバブリングする方法。溶銅中に酸素との親
和力の高い元素（Ｐ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃａ、Ａｌな
ど）を微量添加する方法。溶銅中に不活性ガスをバブ
リングする方法。溶銅を減圧または真空雰囲気下に保
持する方法（特願昭60-61667号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来法
〜には、それぞれ次のような問題がある。即ち、〜
の方法では酸素ガスのみが除去され、水素ガスは除去
されないか若しくは増加する。さらにの方法では脱ガ
スに伴い木炭表面が灰化して脱ガス効果が経時的に低下
し、また０．５ton/hr程度の小量の溶銅か低酸素溶銅に
しか適用できない。の方法では過剰に添加した場合は
導電率の低下を招く。またの方法では酸素ガスが除
去され難い。さらにの方法では雰囲気保持に多大のメ
ンテナンス費が掛かる。このように従来方法では酸素ガ
スおよび水素ガスを長時間に渡り安定して良好に除去す
ることが困難であった。本発明は、溶銅中の酸素ガスお
よび水素ガスを長時間安定して良好に除去できる溶銅の
脱ガス方法および前記脱ガス方法を実施する装置が組み
込まれた銅または銅合金の連続溶解鋳造設備の提供を目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
固定炭素を９０wt％以上、灰分を１wt％未満（0wt%を含
む）含有する炭素部材を銅または銅合金溶湯中に浸漬
し、前記炭素部材と前記溶湯中の酸素ガスとの間で炭酸
ガス気泡を生成させ、前記炭酸ガス気泡中に水素ガスを
吸収させて前記溶銅中の酸素ガスと水素ガスとを除去す
ることを特徴とする銅または銅合金溶湯の脱ガス方法で
ある。

【０００５】請求項２記載の発明は、前記炭素部材に多
数の微細孔を有するポーラスな炭素部材を用い、前記炭
素部材の微細孔から不活性ガスを溶銅中に吹き込むこと
を特徴とする請求項１記載の銅または銅合金溶湯の脱ガ
ス方法である。

【０００６】請求項３記載の発明は、前記炭素部材の表
面に沿って不活性ガス気泡を浮上させることを特徴とす
る請求項１記載の銅または銅合金溶湯の脱ガス方法であ
る。

【０００７】請求項４記載の発明は、前記溶湯または前
記炭素部材の少なくとも一方に振動を付与しつつ脱ガス
することを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記
載の銅または銅合金溶湯の脱ガス方法である。

【０００８】請求項５記載の発明は、溶解炉、ラウンダ
Ａ、保持炉、ラウンダＢ、および鋳造機を主要部とする
銅または銅合金の連続溶解鋳造設備において、前記主要
部の少なくとも１つに請求項１、２、３、４記載の脱ガ
ス方法を実施する装置のいずれかが組み込まれているこ
とを特徴とする銅または銅合金の連続溶解鋳造設備であ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明では、溶銅中
の酸素ガスは、炭素部材表面で、炭素部材の炭素と反応
して炭酸ガス気泡を生成する。この炭酸ガス気泡は炭素
部材表面で成長して臨界サイズを超えると炭素部材表面
から離脱して溶銅中を浮上し大気中に放出される。溶銅
中の水素ガスは前記炭酸ガス気泡に吸収され、酸素ガス
と一緒に放出される。前記炭素部材表面には熱流により
常に新しい溶銅が供給されるため良好な脱ガス効果が長
時間維持される。この発明では、前記炭素部材の固定炭
素を９０wt％以上に規定し、かつ灰分を１wt％未満に規
定するので、前記炭素部材表面は灰分で覆われることな
く、固定炭素が十分供給され、従って炭酸ガス気泡は長
時間良好に生成される。なお、前記固定炭素とは、炭素
部材から水分、揮発分、灰分を除去した残部である。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の脱
ガス方法において、炭素部材に多数の微細孔を有するポ
ーラスな炭素部材を用い、前記炭素部材の微細孔から不
活性ガスを溶銅中に吹き込む脱ガス方法である。前記炭
素部材表面に生成した炭酸ガス気泡は、前記微細孔から
吹き込まれる不活性ガスに吸着されて小サイズのうちに
炭素部材表面を離脱するため溶銅中の酸素ガスの除去が
促進される。また溶銅中の水素ガスは炭酸ガス気泡の
他、不活性ガス気泡中にも吸収されるので水素ガスもよ
り効率良く除去される。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の脱
ガス方法において、溶銅中に浸漬させた炭素部材の表面
に沿って不活性ガス気泡を浮上させる脱ガス方法で、炭
素部材表面に生成した炭酸ガス気泡は、前記浮上する不
活性ガス気泡に吸着されて小サイズのうちに炭素部材表
面を離脱するため溶銅中の酸素ガスの除去が促進され
る。また溶銅中の水素ガスは炭酸ガス気泡の他、不活性
ガス気泡中にも吸収されるので水素ガスもより効率良く
除去される。

【００１２】請求項４記載の発明は、溶銅または炭素部
材の少なくとも一方に振動を付与して、炭素部材表面上
での炭酸ガス気泡の生成と、前記炭酸ガス気泡の炭素部
材表面からの離脱と、前記炭素部材表面への溶銅の供給
を促進させた脱ガス方法である。溶銅および炭素部材の
両方を振動させるとより大きな効果が得られる。振動方
法には、機械的振動、超音波振動など任意の振動方法が
適用される。振動と不活性ガスの吹き込みとを併用する
ことにより脱ガス効果はさらに向上する。

【００１３】本発明において、炭素部材の表面を粗面に
する、炭素部材の形状を表面積の大きい形状にするなど
の方法により、脱ガス効果をより高めることができる。
本発明は、無酸素銅、低酸素銅、希薄銅合金を始め、任
意の銅および銅合金の溶湯の脱ガスに適用して優れた効
果が得られる。

【００１４】以下に本発明方法を図を参照して具体的に
説明する。図１（イ）は本発明方法の第１の実施形態を
示す側面説明図である。溶銅保持炉と鋳造機を繋ぐラウ
ンダＢに、板状の炭素部材１を複数枚、前記炭素部材１
の面が溶銅の流動方向に並行になるように縦に配置して
脱ガス装置２を構成し、この脱ガス装置２の前記炭素部
材１間に溶銅３を流して脱ガスを行う。この脱ガス方法
では、前述のように溶銅３がこの脱ガス装置２内を移動
する間に、溶銅３中の酸素が炭素部材１と反応して炭酸
ガス気泡を生成し、この炭酸ガス気泡は臨界サイズに成
長すると炭素部材１表面から離脱し、溶銅３中を浮上し
て大気中に放出される。溶銅３中の水素は前記炭酸ガス
気泡中に吸収され、炭酸ガスと一緒に除去される。図で
矢印は溶銅お流れる方向である。

【００１５】図１（ロ）は本発明の第２の実施形態を示
す脱ガス方法の説明図である。この方法は、炭素部材
に、多数の貫通孔４を設けた板状炭素部材５を用いた他
は図１（イ）に示した方法と同じである。この方法は、
炭素部材５の溶銅３との接触面積が大きいので、図１
（イ）に示した方法より脱ガス効果に優れる。

【００１６】図１（ハ）は本発明の第３の実施形態を示
す脱ガス方法の説明図である。この方法は、炭素部材に
粒状炭素部材６を用いた他は、図１（イ）に示した脱ガ
ス方法と同じである。粒状炭素部材６は、ラウンダＢの
上部に設けた止め枠７により流出が阻止されている。こ
の方法は、炭素部材６が粒状なので、板状炭素部材１よ
り表面積が大きく、従って図１（イ）に示した方法に較
べて脱ガス効果に優れる。

【００１７】図１（ニ）は本発明の第４の実施形態を示
す脱ガス方法の説明図である。この方法は、止め枠７を
ラウンダＢの下部にも設けた他は、図１（ハ）に示した
脱ガス方法と同じである。この方法は、図１（ハ）に示
したものに較べて、粒状炭素部材６を多数配置すること
ができるので、図１（ニ）に示した方法に較べて脱ガス
効果に優れる。

【００１８】図１（ホ）は本発明の第５の実施形態を示
す脱ガス方法の説明図である。この方法は、ラウンダＢ
内に、微細孔を多数有するポーラスなブロック状炭素部
材８を、ラウンダＢの長さ方向に所定間隔を開けて複数
個配置したもので、炭素部材間およびその上方を流れる
溶銅３に、前記炭素部材８の微細孔から不活性ガス（図
では小丸で示す）を吹き込んで脱ガスする方法である。
この方法では、不活性ガスにより炭酸ガス気泡の前記炭
素部材８からの離脱が促進され、また溶銅中の水素ガス
は前記炭酸ガス気泡の他、不活性ガス気泡にも吸収され
るので、脱ガス効果が一段と向上する。

【００１９】図１（ヘ）は本発明の第６の実施形態を示
す脱ガス方法の説明図である。この方法は、ラウンダＢ
の上方にポーラスなブロック状炭素部材８を配置した他
は、図１（ホ）に示した脱ガス方法と同じである。この
方法は、図１（ホ）に示した方法に較べて、ブロック状
炭素部材８の設置および交換が容易に行える。

【００２０】図２（イ）（ロ）（ハ）はそれぞれ本発明
の第７、８、９の実施形態を示す脱ガス方法の説明図で
ある。この方法は、ラウンダＢの床部にポーラスプラグ
製ガス吹込み具９を取付け、前記吹込み具９から不活性
ガス（図示せず）を溶銅中に吹き込みつつ脱ガスする他
は、それぞれ図１（イ）（ロ）（ハ）に示した脱ガス方
法と同じである。この図２（イ）（ロ）（ハ）に示した
方法では、炭酸ガス気泡の炭素部材からの離脱が不活性
ガスにより促進され、また溶銅中の水素ガスは炭酸ガス
気泡のみならず、不活性ガス気泡にも吸収されるので、
図１（イ）（ロ）（ハ）に示した方法に較べて脱ガス効
果が一段と向上する。

【００２１】図２（ニ）は本発明の第１０の実施形態を
示す脱ガス方法の説明図である。この方法は、縦断面が
直角三角形の炭素部材１０を傾斜面１１が上流且つ下方
に向くようにラウンダＢ上部に複数個取り付け、前記炭
素部材１０の傾斜面１１に開口する複数のガス吹き込み
孔１２から溶銅３中に不活性ガスを吹き込みつつ脱ガス
する方法である。溶銅３中の酸素は前記炭素部材１０の
傾斜面１１で炭酸ガスを形成し、前記炭酸ガス気泡は小
さいうちに、前記傾斜面１１に沿って上昇する不活性ガ
ス（図では小丸で示す）に吸着されて前記炭素部材１０
表面から離脱し、溶銅３中を浮上して大気中に放出され
る。この間、溶銅３中の水素ガスは炭酸ガス気泡のみな
らず、不活性ガスにも吸収される。従って脱ガス効果は
極めて大きい。

【００２２】次に、本発明の連続溶解鋳造設備を図を参
照して具体的に説明する。図３（イ）は、本発明の連続
溶解鋳造設備の第１の実施形態を示す側面説明図であ
る。この連続溶解鋳造設備は、シャフト炉（溶解炉）２
１、ラウンダＡ、保持炉２２、ラウンダＢ、および連続
鋳造機２３を主要部とし、前記ラウンダＡ、保持炉２
２、およびラウンダＢに、本発明の脱ガス方法を実施す
る脱ガス装置２がそれぞれ組み込まれたものである。

【００２３】図３（ロ）は、本発明の連続溶解鋳造設備
の第２の実施形態を示す側面説明図である。この連続溶
解鋳造設備は、反射炉（溶解炉）２５、ラウンダＡ、保
持炉２２、ラウンダＢ、および連続鋳造機２３を主要部
とし、反射炉２５、ラウンダＡ、保持炉２２、およびラ
ウンダＢに、本発明の脱ガス方法を実施する脱ガス装置
２がそれぞれ組み込まれたものである。

【００２４】図３（ハ）は、本発明の連続溶解鋳造設備
の第３の実施形態を示す側面説明図である。この連続溶
解鋳造設備は、電気炉（溶解炉）２６、ラウンダＡ、保
持炉２２、ラウンダＢ、および連続鋳造機２３を主要部
とし、ラウンダＡ、保持炉２２、およびラウンダＢに、
本発明の脱ガス方法を実施する脱ガス装置２がそれぞれ
組み込まれたものである。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）図３（イ）に示す連続溶解鋳造設備を用い
て銅鋳塊（インゴット）を半連続鋳造法により連続鋳造
した。シャフト炉２１で電気銅を溶解して溶銅３とし、
これをラウンダＡを通して保持炉２２に移送し、保持炉
２２にて異物を沈降または浮上分離し、また溶銅３温度
を１１２０℃に調節したのち、保持炉２２中の溶銅３を
ラウンダＢを通して、縦型連続鋳造機２３に供給して純
銅のインゴット２５を連続鋳造した。脱ガスはラウンダ
Ｂでのみ行った。脱ガスは図１（イ）（ハ）（ホ）、図
２（イ）（ハ）（ニ）に示したいずれかの方法により行
った。炭素部材の組成は本発明で規定する組成とした。
脱ガス装置はラウンダＢの幅方向全体に位置させた。脱
ガス装置の長さは４ｍである。、

【００２６】（比較例１）木炭粒、コークスなどを用い
た従来法によっても脱ガス処理を行った。

【００２７】実施例１、比較例１（従来法）において、
溶銅中の酸素量および水素量を脱ガス処理前後で測定
し、各々の脱ガス効果を調べた。酸素量および水素量
は、真空吸引用ガラスサンプラーを用いて急冷採取した
サンプルをＬＥＣＯ社製の分析計により分析した。結果
を、脱ガス処理条件を併記して表１、２に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】表１、２より明らかなように、本発明例の
No.1〜21では、いずれも脱ガス処理により酸素量および
水素量が大幅に低減した。これに対し、比較例１（従来
法）では、用いた炭素部材の固定炭素が少ない（No.26,
27) か、灰分が多いか(No.25) 、固定炭素が少なくかつ
灰分が多い(No.22〜24) ため、いずれも脱ガス効果が十
分に得られなかった。

【００３１】溶銅中の酸素量の経時変化を表２に示した
本発明例のNo.19 と従来法のNo.23について図４に示し
た。本発明例のNo.19 では、脱ガス開始直後から酸素量
は低位に安定しているのに対し、従来法のNo.23 では酸
素量が低いのは脱ガス開始の極く初期のみで、その後漸
増して６０分を超えてからは脱ガス効果は認められな
い。

【００３２】また本発明例のNo.1〜21と従来法の No.22
〜27についてそれぞれ初期（１０分後）の酸素除去量Ｆ
＝（脱ガス前水素量−脱ガス後の水素量）×溶銅量、と
６０分後の酸素除去量Ｇ＝（脱ガス前水素量−脱ガス後
の水素量）×溶銅量を求めて両者の関係を図５（イ）に
示した（Ｆを横軸、Ｇを縦軸にプロットしてある）。本
発明例は６０分経過後も初期と同程度の酸素除去量が認
められるが、比較例では６０分経過後には酸素除去量が
著しく低下している。水素量についても初期（１０分
後）と６０分後の除去量を求めた。図５（ロ）に示すよ
うに、本発明例では６０分経過後も初期と同程度の多量
の水素除去量が認められるが、従来法では６０分経過後
には水素量はむしろ増加している。

【００３３】（実施例２）炭素部材または溶銅に超音波
振動を付与した他は、実施例１と同じ方法により鋳造を
行い、実施例１と同じ方法により溶銅中の酸素量および
水素量を脱ガス処理前後で測定した。脱ガス装置には図
１（イ）、図２（ハ）に示したものを用いた。結果を表
３に示す。

【００３４】

【表３】

【００３５】表３より明らかなように、振動付与により
酸素量の大幅減少が認められた。水素量も低減したが、
酸素量ほどは減少しなかった。水素量は表示を割愛し
た。

【００３６】（実施例３）図３（イ）〜（ハ）に示した
連続鋳塊設備を用いて純銅のインゴットを半連続鋳造し
た。脱ガスは、ラウンダＡ、保持炉２２、ラウンダＢの
うちの少なくとも２箇所で行った。炭素部材には固定炭
素９９wt％、灰分０．５wt％のものを用いた。

【００３７】（比較例２）脱ガスを保持炉中に木炭（固
定炭素８２wt％以上、灰分２．２wt％）を浸漬させる従
来法により行った他は、実施例３と同じ方法により純銅
のインゴットを連続鋳造した。

【００３８】実施例３および比較例２（従来法）におけ
る脱ガス効果を、実施例１と同じ方法により調べた。但
し、分析サンプルは、鋳造開始６０分後に溶解炉出口と
鋳型内で採取した。結果を表４に示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】表４より明らかなように、本発明例の No.
41〜44は、酸素量、水素量とも大幅に低減した。これに
対し、従来法では酸素量が２０〜３０％減少したが、水
素量は逆に増加した。なお、本発明方法により製造され
た鋳塊はいずれも、芯割れ、ピンホール、ブローホール
などがなく高品質なものであった。

【００４１】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明では、固定
炭素を９０wt％以上、灰分を１wt％未満（0wt%を含む）
含有する炭素部材を銅または銅合金溶湯中に浸漬し、前
記炭素部材と溶銅中の酸素ガスとの間で炭酸ガス気泡を
生成させ、前記炭酸ガス気泡中に水素ガスを吸収させる
ので、酸素ガスと水素ガスが長時間安定して良好に除去
される。さらに不活性ガスを吹き込んだり、炭素部材或
いは溶銅の少なくとも一方を振動させたりすることによ
り、炭酸ガス気泡の炭素部材表面からの離脱、水素ガス
の気泡への吸収などが促進され、脱ガス効果が向上す
る。溶解炉、ラウンダＡ、保持炉、ラウンダＢ、および
連続鋳造機の少なくとも１つに前記脱ガス方法を実施す
る装置を組み込んだ本発明の連続溶解鋳造設備によれ
ば、高品質の鋳塊を長時間安定して製造できる。依っ
て、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）〜（ヘ）はそれぞれ本発明の脱ガス方法
の第１〜６の実施形態を示す側面説明図である。

【図２】（イ）〜（ニ）はそれぞれ本発明の脱ガス方法
の第７〜１０の実施形態を示す側面説明図である。

【図３】（イ）〜（ハ）はそれぞれ本発明の連続溶解鋳
造設備の第１〜３の実施形態を示す説明図である。

【図４】溶銅中の酸素量の経時変化を示す図である。

【図５】（イ）は初期と６０分後における酸素除去量の
関係図、（ロ）は初期と６０分後における水素除去量の
関係図である。

【符号の説明】

１ 板状の炭素部材 ２ 脱ガス装置 ３ 溶銅 ４ 板状炭素部材に設けた貫通孔 ５ 貫通孔を設けた板状炭素部材 ６ 粒状炭素部材 ７ 粒状炭素部材の止め枠 ８ ポーラスなブロック状炭素部材 ９ ポーラスプラグ製ガス吹込み具 １０ 縦断面が直角三角形の炭素部材 １１ 縦断面が直角三角形の炭素部材の傾斜面 １２ 縦断面が直角三角形の炭素部材の傾斜面に開口す
るガス吹き込み孔 ２１ シャフト炉（溶解炉） ２２ 保持炉 ２３ 連続鋳造機 ２５ 反射炉（溶解炉） ２６ 電気炉（溶解炉） Ａ ラウンダ Ｂ ラウンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勅使河原 聡 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4K001 AA09 BA23 EA04 GA13 GA19 GB12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定炭素を９０wt％以上、灰分を１wt％
   未満（0wt%を含む）含有する炭素部材を銅または銅合金
   溶湯中に浸漬し、前記炭素部材と前記溶湯中の酸素ガス
   との間で炭酸ガス気泡を生成させ、前記炭酸ガス気泡中
   に水素ガスを吸収させて前記溶銅中の酸素ガスと水素ガ
   スとを除去することを特徴とする銅または銅合金溶湯の
   脱ガス方法。
2. 【請求項２】 前記炭素部材に多数の微細孔を有するポ
   ーラスな炭素部材を用い、前記炭素部材の微細孔から不
   活性ガスを溶銅中に吹き込むことを特徴とする請求項１
   記載の銅または銅合金溶湯の脱ガス方法。
3. 【請求項３】 前記炭素部材の表面に沿って不活性ガス
   気泡を浮上させることを特徴とする請求項１記載の銅ま
   たは銅合金溶湯の脱ガス方法。
4. 【請求項４】 前記溶湯または前記炭素部材の少なくと
   も一方に振動を付与しつつ脱ガスすることを特徴とする
   請求項１、２、３のいずれかに記載の銅または銅合金溶
   湯の脱ガス方法。
5. 【請求項５】 溶解炉、ラウンダＡ、保持炉、ラウンダ
   Ｂ、および鋳造機を主要部とする銅または銅合金の連続
   溶解鋳造設備において、前記主要部の少なくとも１つに
   請求項１、２、３、４記載の脱ガス方法を実施する装置
   のいずれかが組み込まれていることを特徴とする銅また
   は銅合金の連続溶解鋳造設備。