JPH07232260A - 銅又は銅合金被覆鋼線の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速鉄道用トロリ線等に適した銅又は銅合金
被覆鋼線の製造装置を提供する。 【構成】 るつぼ１内に上方から原料となる銅線４等を
移送する手段、銅線４等をるつぼ１内で加熱溶融する手
段、るつぼ１の下方に位置しるつぼ１と直結され横方向
から鋼線17を貫通させる入口ガイド部８を有した水冷鋳
型３及び前記水冷鋳型３内で凝固した銅又は銅合金複合
鋼線15を横方向に断続的に引張り移送させる手段を設
け、るつぼ１の胴部を加熱する主ヒーター７、るつぼ１
の下部を加熱する補助ヒーターＡ、水冷鋳型３のるつぼ
１側を加熱する補助ヒーターＢを設け、各々のヒーター
が加熱する部分の温度を独立制御可能とした。 【効果】 原料を線材４で供給し、るつぼ１と水冷鋳型
３を直結し、前記水冷鋳型３を貫通させて鋼線17の供給
と銅又は銅合金被覆鋼線15の引出しを直線化可能にした
ので、無人化が容易であり、品質的にも優れる。又ヒー
ターの分割制御により、原料の溶解能率や、鋳型温度の
早期定常化が計れ、生産性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速鉄道用トロリ線や
高強度高導電性電線等に適した銅又は銅合金被覆鋼線を
製造する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道用トロリ線、配電線等には、
導電性に優れた銅線又は銅合金線が使用されていた。し
かしながら高速鉄道用トロリ線等には、更に強度の高い
導電材料が要求され、鋼線の周りに銅を被覆した銅被覆
鋼線が開発された。この銅被覆鋼線の製造には、鋼線の
周囲に銅溶湯を付着凝固させて複合鋳塊となし、これを
溝圧延する方法（ディップ法、特開平3-268832）が提案
された。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法を実施する装置は構造が複雑であり、又原料の溶解炉
を別に必要とした。更に鋳型を使用せずに鋳造を行う為
複合鋳塊の外径寸法及び鋼線位置が変動した。鋼線位置
の変動は、銅又は銅合金層と鋼線との変形抵抗の差が大
きい為複合鋳塊をダイスで引抜加工しても改善されなか
った。又原料を別の炉で溶解し移送していた為作業が繁
雑で人手を要し、品質にも問題があった。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】本発明は、このような状況
に鑑み鋭意研究を行いなされたもので、その目的とする
ところは、前記欠点を改良し品質的に安定した銅又は銅
合金被覆鋼線を人手を要さずに、安価に、効率よく製造
し得る銅又は銅合金被覆鋼線の製造装置を提供すること
にある。即ち本発明は、るつぼ内に上方から連続又は断
続的に、銅又は銅合金の原料となる金属線を移送する手
段、前記銅又は銅合金線をるつぼ内で加熱溶融させる手
段、前記るつぼの下方に位置し前記るつぼと直結され横
方向から鋼線を貫通させる入口ガイドを有した水冷鋳型
及び前記水冷鋳型内で凝固した銅又は銅合金被覆鋼線を
横方向に断続的に引張り移送させる手段を設け、少なく
とも前記るつぼの胴部を加熱する主ヒーター７、前記る
つぼの前記水冷鋳型よりも下部に位置する部分を加熱す
る補助ヒーターＡ、及び前記水冷鋳型のるつぼ方向側を
加熱する補助ヒーターＢを設け、それぞれのヒーターが
加熱する部分の温度を独立して制御可能としたことを特
徴とするものである。

【０００５】本発明では、酸素量等を調整した、銅線又
は合金元素を含有する金属線等をるつぼ上方から鋳造量
に等しい速度で徐々に供給することにより、前記原料線
材はるつぼ内の溶湯に触れる直前に融点直下の高温に晒
されて、有害なガスが除去される。従って溶解炉を別に
設けて溶湯の調質を行う必要がない。又長時間の無人操
業にも容易に対処できる。

【０００６】従来のディップ法では、鋼線は下方より供
給するのに対し、本発明装置では、鋼線を横方向から直
線的に供給することにより、鋼線の前処理及び製出する
銅又は銅合金被覆鋼線の引出しと巻取りを容易にした。
又鋼線の位置精度、及び鋼線と銅又は銅合金層との接合
強度を向上させた。又溶湯は鋳型内で凝固させるので、
製出する銅又は銅合金被覆鋼線は外径寸法が一定にな
る。

【０００７】又本発明装置では、るつぼの胴部を加熱す
る主ヒーター７、水冷鋳型より下側のるつぼ下部を加熱
する補助ヒーターＡ、及び鋳型のるつぼ方向側を加熱す
る補助ヒーターＢを設け、それぞれのヒーターが加熱す
る部分の温度を独立して制御可能とした。前記主ヒータ
ー７はるつぼの上方から移送されてくる原料用の銅線等
を能率良く溶解する為のもので、比較的高温に制御され
る。補助ヒーターＡは鋳造直前の溶湯を比較的低温所定
温度に保持する為のものである。補助ヒーターＢは鋳型
冷却器に隣接して配置され、主に鋳型温度を制御する。
特に鋳造開始時の鋳型過冷に伴うトラブル回避に有効で
あり、又鋳造開始後の鋳型温度分布を早期に定常化して
生産性向上に寄与する。るつぼ及び鋳型回りの加熱部分
を増やし或いは細分化して、各々にヒーターを独立に制
御可能に配置することにより、前記効果を促進できる。
それぞれのヒーターは安価な抵抗加熱型ヒーターでも良
いが、るつぼ又は鋳型を直接加熱できる高周波誘導によ
るものが、応答速度が速く、より安定した温度制御が可
能であり好ましい。

【０００８】本発明装置では、原料線材を銅線と合金元
素を含有する金属線とに分けて供給すると、最終製品の
銅被覆層と同一組成の銅合金線を供給するのに比べて、
合金化の手間が省けて安価である。特に合金の種類が多
岐にわたる少量多品種の場合に有利である。銅合金が多
元系の場合は、合金元素を含有する金属線は２本以上と
なる。合金元素が多い時は、合金元素を含有する金属線
は２本以上としても良い。鋼線には、炭素鋼、合金鋼等
任意の材料が使用されるが、炭素量が 0.6wt％以下、特
に 0.2〜 0.6wt％の通常の炭素鋼鋼材が後工程の熱処理
が簡単であり、加工性に優れ、しかも所要の強度が得ら
れ好ましい。

【０００９】本発明装置では、平均鋳造速度が比較的低
速の為、鋼線と銅合金層との間に高い接合強度が得られ
る。従って、鋼線は、表面を酸性又はアルカリ性水溶液
で洗浄するか、或いはブラシ等により軽く研磨する程度
で十分満足な接合強度が得られる。管理の面倒なダイス
皮剥加工は不要である。

【００１０】本発明装置では、原料の銅線と合金元素を
含有する金属線は、上方からるつぼ内に供給され、るつ
ぼ内で同時に加熱溶融されて溶湯となり、この溶湯はる
つぼ下方に直結された水冷鋳型の溶湯貯留部に移動す
る。ここで、るつぼ内では、合金元素を均一にする為、
攪拌作用が大きくなるように、黒鉛るつぼの厚さを薄く
するが、るつぼの下部では攪拌を避ける為にるつぼの厚
さを厚くするのが良い。一方鋳型は熱伝達を良くする為
厚さを薄くするのが好ましいが、溶湯の攪拌を避ける為
に、比較的高い周波数の高周波を用いるのが好ましい。
こうすることにより溶湯が乱れて、凝固層に欠陥が生じ
たり、鋼線のＦｅ分が銅合金溶湯中に溶け込んで、凝固
層の導電率が低下したりすることがない。

【００１１】本発明装置では、溶湯は、鋼線側と鋳型側
の両方から冷却される為凝固層は厚く形成できる。凝固
層の占積率は50〜90％において、品質的に優れた銅又は
銅合金被覆鋼線が得られる。鋼線の供給条件、即ち銅又
は銅合金被覆鋼線の引出条件は、0.1 〜0.5 秒の移送時
間と0.2 〜１秒の停止時間を交互に繰返して、 100〜15
00mm／分の平均速度で断続的に引出すのが品質上好まし
い。

【００１２】本発明装置により製造される銅又は銅合金
被覆鋼線の断面形状は、図２イ〜ハにその横断面図を示
したように、鋼線17の周囲に凝固層18が同心円状に複合
されたもの（図２イ）、鋼線17と凝固層18の外形が異な
るもの（図２ロ，ハ）等任意の形状のものが製造可能で
ある。得られた銅又は銅合金被覆鋼線15はダイス引抜
き、皮剥ぎ、焼鈍の組合わせにより、所定の寸法、形状
に仕上げて、寸法精度を更に高め得る。ここで、皮剥加
工は、鋳塊表面の変質層を除去する為に施すものであ
り、銅又は銅合金被覆鋼線15に減面率10〜50％の減面加
工を施した後に皮剥加工を行うと皮剥面が平滑になり好
ましい。又、熱処理は、調質の為、ダイス引抜加工の途
中に適宜入れる。図３は本発明装置にて得られた銅被覆
鋼線15をトロリ線に加工したものである。鋼線17周囲の
銅被覆層21に懸架用切欠き22が形成されている。

【００１３】従来、原料には、安価なカソード又は銅屑
を使用し、生産性を上げる為大型鋳塊を短時間に大量生
産していた。これに対し、本発明は、製品に近い形状に
て銅合金被覆鋼線を製出させ、後の加工工数を減らして
コスト低減、並びに品質向上を計ったものである。又銅
又は銅合金被覆鋼線の断面積が小さいので、時間当たり
の生産性（製造速度）は低いが、本発明装置は、自動化
し易い装置なので、製造速度の低さは、長時間の無人運
転を実現することによりカバーできる。このように、本
発明装置によれば、高品質の銅又は銅合金被覆鋼線を人
手を掛けずに、安価に、効率よく製造することができ
る。

【００１４】

【作用】本発明装置では、るつぼ内に上方から連続また
は断続的に銅又は銅合金の原料となる金属線を供給する
手段、及び前記金属線をるつぼ内で加熱溶融する手段を
有するので、これに溶湯レベルセンサを配置し、前記金
属線の供給手段に連動させることにより、高品質の溶湯
を長時間安定して供給できる。前記鋼線の外周に銅又は
銅合金溶湯を凝固させる為の水冷鋳型が前記るつぼの下
方に位置し前記るつぼと直結して設けられているので、
前記溶湯は層流状態で水冷鋳型の溶湯貯留部内に補給さ
れ、横方向から供給される鋼線上に品質良好に凝固す
る。前記水冷鋳型の横方向に鋼線を直線状に貫通させる
ことにより、鋼線の前処理、供給、銅又は銅合金被覆鋼
線の引出し、その巻取り等の諸作業が簡便になり、無人
化運転が可能となる。又品質的にも有利である。又るつ
ぼの胴部を加熱する主ヒーター７、水冷鋳型より下側の
るつぼ下部を加熱する補助ヒーターＡ、及び鋳型のるつ
ぼ方向側を加熱する補助ヒーターＢを設け、それぞれの
ヒーターが加熱する部分の温度を独立して制御可能とし
たので、原料用の銅線等を能率良く溶解でき、鋳造直前
の溶湯を比較的低温の所定温度に保持でき、更に鋳造開
始時の鋳型過冷に伴うトラブルが回避され、鋳造開始後
の鋳型温度分布を早期に定常化できて生産性向上が図れ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 実施例１ 図１は本発明装置の実施例を示す縦断面図である。図で
１はるつぼ、８は入口ガイド部、９は溶湯貯留部、10は
鋳造部で、これらの溶湯２と接する側は黒鉛で一体に構
成されている。るつぼ１の上方に、原料線材４をるつぼ
部１内に移送するピンチロール５が、又溶湯２直上に溶
湯レベルを検知するセンサ６がそれぞれ配置されてい
る。前記原料線材４及びセンサ６は蓋23に開けられた穴
を通してるつぼ１内に導入されている。前記センサ６は
前記ピンチロール５に連動されていて、溶湯レベルがほ
ぼ一定に保たれる。水冷鋳型３は、鋼線17を貫通させる
入口ガイド部８と、るつぼ１の溶湯２を導入する溶湯貯
留部９と、溶湯２を凝固させる鋳造部10とから構成され
ている。主ヒーター７、補助ヒーターＡ、補助ヒーター
Ｂには、それぞれ周波数50ＫＨz 、50ＫＨz 、１ＭＨz
の高周波誘導加熱コイルが用いられている。各々の高周
波誘導加熱コイルは、それぞれ別々の電源及び制御系
（図示せず）に接続されて独立に温度制御される。

【００１６】入口ガイド部８と鋳造部10の外周にはそれ
ぞれ水冷ジャケット11,12 が配置されている。入口ガイ
ド部８の手前には整直機13とナイロンブラシ14とが配置
されており、鋳造部10の後方には銅被覆鋼線15を引出す
ピンチロール16が設置されている。銅被覆鋼線15の芯と
なる鋼線17は整直機13にて整直されナイロンブラシ14に
て表面を浄化されたのち、水冷鋳型３の入口ガイド部８
内に供給される。溶湯貯留部９と鋳造部10を通る間に凝
固層18が成長して銅被覆鋼線15が形成される。この銅被
覆鋼線15はピンチロール16により水冷鋳型３から断続的
に引出される。尚、図で24は銅溶湯の酸化防止の為の木
炭、25は鋼の炭化防止用のセラミックス（窒化ボロン）
製スリーブである。このスリーブ25は鋼線ガイド部の黒
鉛の磨耗防止の作用も果たす。

【００１７】前記装置を用いて銅被覆鋼線15を製造し
た。銅被覆鋼線15は、ピンチロール16により 0.1秒移
送、 0.5秒停止、平均速度1000mm／分の条件で引出し
た。溶湯２の凝固位置は、鋳造部10の壁部温度を測定
し、水冷ジャケット12の水量を増減して制御した。鋼線
17は表面を整直機13で整直しナイロンブラシ14で浄化し
たのち、入口ガイド部８に導入した。前記入口ガイド部
８の後端側は水冷ジャケット11により冷却して鋼線17の
温度上昇を抑えると同時に、鋼線17の温度上昇部分に窒
素ガスを吹きつけて酸化防止を計った。原料は直径８mm
φの銅線４を断続的に自動供給した。るつぼ１内の溶湯
レベルは、ピンチロール５を溶湯レベルセンサ６と連動
させて一定に制御した。るつぼ１の外周は、窒素ガス雰
囲気にしてるつぼ（黒鉛）の酸化消耗を防止した。

【００１８】比較例１ 補助ヒーターＡ、Ｂを配置しなかった他は、図１に示し
たのと同じ装置を用いて、又同じ方法及び条件にて銅被
覆鋼線15を製造した。

【００１９】得られた銅被覆鋼線について、真円度、鋼
線の位置ずれ、鋼線と銅合金凝固層との密着性を調べ
た。真円度は銅被覆鋼線の最大径と最小径の差を最大径
で除した値で示した。鋼線の位置ずれは、銅被覆鋼線の
中心点と鋼線の中心点との距離で表した。密着性は長さ
10mmのサンプルを径方向に30％圧縮し、銅合金凝固層と
鋼線の界面の剥離の有無を調べて判定した。比較の為デ
ィップ式で作製した銅被覆鋼線についても同様の調査を
行った。ディップ式では、実施例１で用いたのと同じナ
イロンブラシで浄化した９mmφの鋼線を用いた。この鋼
線を銅溶湯を貯留した容器の下方穴部から連続的に導入
し、銅溶湯を所定厚さ凝着させた。この工程を２度繰返
して21mmφの銅被覆鋼線を製造した。容器内及びその出
入り口は窒素ガス雰囲気として鋼線、銅溶湯、銅被覆鋼
線の酸化を防止した。結果は、鋳造開始時の状況を併記
して表１に示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１より明らかなように、本発明例品（N
o.1）は、真円度、鋼線と銅合金凝固層の密着性がとも
に良好で、鋼線の位置ずれも少なかった。るつぼ及び鋳
型回りの加熱温度をヒーターを３分割してそれぞれ独立
に制御したので、原料の溶解が能率よく行え、又鋳造直
前の溶湯も低温に精度良く保持でき、又鋳造開始もスム
ーズに行え、鋳型温度も早期に定常化して生産性が向上
した。原料は長時間無人で供給したが、高品質の溶湯が
安定して得られた。他方、比較例品のNo.2は胴部のみに
ヒーターを配置したので、鋳造開始時に鋳型温度が低下
し過ぎて鋳塊引出しに失敗した。30ロット製造したうち
６ロットにスタートのやり直しがあった。又鋳型温度分
布の定常化にも30分を要した。又No.3のディップ式で
は、どの試験項目でも特性が劣った。これは溶銅を鋳型
を用いずにディップして付着させた為、溶銅が鋼線の外
周に不均一な厚さに凝着した為である。尚、本発明例で
は作業人員は１人であったが、ディップ式では溶湯の供
給に１人を要したので合計２人になった。

【００２２】

【効果】以上述べたように、本発明によれば、高品質の
銅又は銅合金被覆鋼線を人手を掛けずに、低コストで、
溶湯及び鋳型温度が適正に制御されて効率よく製造する
ことができ、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の実施例を示す縦断面図である。

【図２】銅又は銅合金被覆鋼線の横断面図である。

【図３】トロリ線の横断面図である。

【符号の説明】

１ るつぼ ２ 溶湯 ３ 水冷鋳型 ４ 原料線材 ５,16 ピンチロール ６ 溶湯レベルセンサ ７ 主ヒーター A,B 補助ヒーター ８ 入口ガイド部 ９ 溶湯貯留部 10 鋳造部 11,12 水冷ジャケット 13 整直機 14 ナイロンブラシ 15 銅又は銅合金被覆鋼線 17 鋼線 18 凝固層 21 銅又は銅合金被覆層 22 懸架用切欠き 23 蓋 24 木炭 25 セラミックス製スリーブ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｂ 6/10 ３５１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 るつぼ内に上方から連続又は断続的に、
   銅又は銅合金の原料となる金属線を移送する手段、前記
   銅又は銅合金線をるつぼ内で加熱溶融させる手段、前記
   るつぼの下方に位置し前記るつぼと直結され横方向から
   鋼線を貫通させる入口ガイドを有した水冷鋳型及び前記
   水冷鋳型内で凝固した銅又は銅合金被覆鋼線を横方向に
   断続的に引張り移送させる手段を設け、少なくとも前記
   るつぼの胴部を加熱する主ヒーター（７）、前記るつぼ
   の前記水冷鋳型よりも下部に位置する部分を加熱する補
   助ヒーター（Ａ）、及び前記水冷鋳型のるつぼ方向側を
   加熱する補助ヒーター（Ｂ）を設け、それぞれのヒータ
   ーが加熱する部分の温度を独立して制御可能としたこと
   を特徴とする銅又は銅合金被覆鋼線の製造装置。
2. 【請求項２】 主ヒーター（７）、補助ヒーター
   （Ａ）、及び補助ヒーター（Ｂ）の全てが高周波誘導加
   熱ヒーターであることを特徴とする請求項１記載の銅又
   は銅合金被覆鋼線の製造装置。
3. 【請求項３】 主ヒーター（７）及び補助ヒーター
   （Ａ）を同一の周波数を有する誘導加熱ヒーターとし、
   補助ヒーター（Ｂ）を前記誘導加熱ヒーターより高い周
   波数の誘導加熱ヒーターにしたことを特徴とする請求項
   １記載の銅又は銅合金被覆鋼線の製造装置。