銅合金材の製造方法及びその装置
【課題】高濃度融体の添加量を制御し所定の成分組成をもつ合金溶湯を得、析出強化型の銅合金材を高速度で、低コストで製造する方法を提供する。
【解決手段】純銅溶解と添加元素若しくはそれを含有する母合金溶解とを別々に行う工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する方法であって、高濃度のＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを含む高濃度融体を作成する際に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ-Ｓｉ-Ｃｕ母合金およびＣｏ-Ｓｉ-Ｃｕ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に溶解し、混合熱の生成の助けによって溶解させ、Ｎｉ含有量が最大８０質量％の高濃度融体を作成し、これを他の溶解炉から供給される純銅溶湯に添加し、所定の成分組成を有する合金溶湯とする銅合金材の製造方法。
【解決手段】純銅溶解と添加元素若しくはそれを含有する母合金溶解とを別々に行う工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する方法であって、高濃度のＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを含む高濃度融体を作成する際に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ-Ｓｉ-Ｃｕ母合金およびＣｏ-Ｓｉ-Ｃｕ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に溶解し、混合熱の生成の助けによって溶解させ、Ｎｉ含有量が最大８０質量％の高濃度融体を作成し、これを他の溶解炉から供給される純銅溶湯に添加し、所定の成分組成を有する合金溶湯とする銅合金材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用ワイヤーハーネスやロボット用ケーブルやその他の信号用線などの銅合金線材若しくはコネクタ等の電気電子部品用の銅合金条材や銅合金板材（以下、総称して銅合金材という）を製造するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅合金線材若しくは銅合金条の銅合金材の製造において、まず、溶解技術として最も一般的な方法（Ａ）として、以下の工程が知られている。まず、溶解炉（電気炉、ガス炉）に銅原料・スクラップ及び添加元素もしくはそれを含有する母合金固体を投入し、溶解を行う。その後炉内の材料が全て溶解後、炉内から分析用サンプルを採取して化学分析もしくは機器分析によって成分・組成を測定・確認し成分調整を行う。所定の成分・組成を確認後に水冷鋳造にてスラブやビレットを鋳造し、その室温まで冷却された鋳塊を再加熱し熱間圧延・押出しを行って線材若しくは条材とする。
なお、上記溶解工程においては一般に誘導加熱方式が採用されており、エネルギー効率が悪いことは広く知られている。
【０００３】
次に、別の技術として、ＳＣＲなどのベルト＆ホイール方式での連続鋳造が知られており（例えば、特許文献１参照）、ビレット鋳造に比較して安価な方式である。ここでは、溶解炉と鋳造機の間で添加元素を投入することで所定の合金組成にして鋳造するものである。製造コストを下げるために連続溶解鋳造を行うことが望ましいが、溶解能力が鋳造能力よりも劣るケースでは、連続鋳造時間が短くなりスタート・停止時に一定量発生する不良の比率が相対的に多くなり不良率が高くなり製造コストがかえって高くなる。そこで、鋳造能力に見合う大型溶解炉の導入が必要となり、初期設備投資が膨大なものとなる。そのために、設備投資も少なく、鋳造能力と同等な溶解設備が望まれている。なお、特許文献１記載の技術では、溶解炉として専らシャフト炉を活用する為にエネルギー効率は良いが、この方式では希薄銅合金（例えば、最も高濃度なものとしてＣｕ−０．７％Ｓｎ合金など挙げられる）が溶解される程度である。
【０００４】
そのために、流れている溶銅に直接添加元素もしくはそれを含有する母合金固体を投入し、添加物の連続溶解により成分を調製したり、溶湯が通過する部位に加熱手段を有する溶湯貯留部を設け、そこに合金元素を添加配合したりする方法（Ｂ）が知られている。
更に、連続鋳造中の溶湯移送工程において、溶融金属を直接添加し成分調製をする方法（Ｃ）が知られている（例えば、特許文献２、３、４を参照）。これらは、合金元素を半溶融または溶融状態にして排出するヒーターを連続鋳造のタンディッシュ直上に設置し、タンディッシュ内の溶融金属内に合金元素を滴下して攪拌し、均質溶湯を得る（特許文献２）、溶銅をタンディッシュ内に収容すると共に、そのタンディッシュ内溶銅中に、ＮｉおよびＰをＮｉ−Ｐ化合物の形態にて添加する（特許文献３）、添加合金成分からなる線材をアーク放電により連続的に溶融または半溶融し、或いは溶融または半溶融された前記添加合金成分を、流動する基本合金成分の溶湯に添加して、前記添加合金成分が溶解された溶湯を得る（特許文献４）ものである。
【０００５】
また、連続鋳造時の成分調整方法として、連続鋳造圧延で製造された荒引線の導電率を連続的に測定し、その結果をフィードバックし、合金元素添加量を連続的に制御する方法（Ｄ）が知られている（例えば、特許文献５参照）。
しかし、実用化されているものは、単純な固溶硬化型の合金のみであり、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系など析出型合金では、熱間圧延時の析出状態によって導電率が変化する為に、荒引線の導電率からは成分判定を行うことは不可能である。
【０００６】
ところで、溶融金属に電気を通電して抵抗を測定することは既に知られている。例えば、日本機械学会編集「金属データー・ブック」には純金属の比抵抗値が示されており、その値は室温での比抵抗よりも大きな値である（表１参照）。しかし、銅合金、特にコルソン合金における溶融状態での抵抗については未だ知られていない。この合金系の成分と溶融状態での比抵抗の関係が明らかになれば、何らかの制御が可能となると思われるが未だ実現していない。
【０００７】
【表１】
【０００８】
また、この溶融金属の電気特性に着目し、溶融金属の性状の評価に活用したものとして溶融金属（特にアルミニウム合金）中の介在物を検出する方法（Ｅ）が知られている（例えば、特許文献６参照）。これは、介在物による電流経路の断面積減少分をモニターする手法である。電流経路内の電流を１〜５００Ａとし、経路内の電気抵抗を連続的に測定し、電流経路内を介在物粒子が通過する際の電気信号の変化を検出するものであり、電流経路内の溶融金属の組成的変化に伴う抵抗値の変化を検出するものではない。
【特許文献１】特開昭５５−１２８３５３号公報
【特許文献２】特開昭５９−１６９６５４号公報、
【特許文献３】特開平８−３００１１９号公報
【特許文献４】特開２００２−８６２５１号公報
【特許文献５】特開昭５８−６５５５４号公報
【特許文献６】特開昭５９−１７１８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
方法（Ａ）のような一般的な屑を溶解するような炉（コアレス炉）では、原料となるＮｉと共にＳｉ又はＳｉ−Ｃｕ母合金を溶解する際には、融点が高いＮｉは初期に投入し、酸素と活性なＳｉまたはＳｉ−Ｃｕ母合金は溶解後期に投入される。これらの投入原料の比熱と潜熱分の熱を吸収しながら溶解が進んでいくことで多くの熱エネルギーを必要とする。また、当然のことながら大型溶解設備が必要となる。
また、方法（Ｂ）のようにＳｉのような軽元素で酸素との親和力が高い元素と比重の大きいＮｉを、溶銅中に添加・溶融する際には、例えばＳｉ粒が容易に溶解するように表面酸化が無視できる前処理をすることが必要になる場合があり、さらに以下の１〜３のような現象が発生し、溶解しない、添加歩留が悪い、長時間の添加を行うと添加部周辺のＳｉまたはＳｉ母合金が滞積していき、新たな添加を阻害していく、混合熱が活用できない等の不都合が生じる。
１．比重差によってＳｉは溶銅表面に浮遊し、Ｎｉは溶銅液面深く沈んでしまう、
２．溶銅上面の雰囲気中の微量酸素とＳｉは反応して添加材表面に酸化膜が形成される（ＣＯガスによるシールにおいても、高温下ではＳｉにとっては酸化性ガスとなっている）、３．溶銅中に残存する微量酸素（１０ｐｐｍ以上）と反応して、溶銅接触界面で酸化膜を形成し、溶解が停滞する。
【００１０】
方法（Ｃ）では、高濃度合金を連続製造する上で固体・融体添加方法が知られているが、その添加においてノロの付着等々で添加量が安定せず成分変化が発生しやすい欠点があり、調製された合金溶湯を得ることが困難である。
また先に記載したように、方法（Ｄ）では、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系など析出型合金では、導電率から成分判定を行なうことは不可能であり、調製された合金溶湯を得ることはできなく、方法（Ｅ）では溶融金属の組成的変化に伴う電気抵抗値の変化を検出するものではないので、同様に成分調製された合金溶湯を得ることは不可能である。
【００１１】
前述の析出強化型の銅合金の連続鋳造圧延を行う上で、移動鋳型内面のアセチレンガスを不完全燃焼下で発生させた煤を繰り返し吹き付け奪熱量の安定化を試みたが、たとえばＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金のようにＳｉを含有する合金を製造する場合には、主成分であるＳｉと煤とが反応してＳｉＣが形成されてしまい、鋳型内面に断熱効果の高い安定した煤の層が形成できなかった。その為に、タフピッチ銅と同じ鋳造・冷却条件を採用しても約１５０℃も低い温度の鋳塊しか得ることができなかった。その結果、連続圧延中に析出が促進し、溶体化状態の荒引線が得られず時効処理を施しても所定の性能を有する線材を製造することができなかった。また、連続圧延中の析出を抑制するため、鋳造直後の鋳塊に誘導加熱を施したが、鋳塊の断面積が小さいことから膨大な電気量を投入することになった。
【００１２】
更に、前述の析出強化型の銅合金をベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造した際に、ベルトと銅ブロックとの接触部位に僅かながらのバリが発生したために、一般的に使用されている切削刃（材質はステライト等）でバリの除去を試みた。しかし、この切削刃の刃先にこの銅合金が固着（焼付き）し、切削を行うことができなくなった。そのために、このまま熱間圧延を施したが、線の表面にカブリ欠陥が多発した。これらの課題についても、解決することがきわめて重要である。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、連続鋳造能と同等の溶解能力の溶解炉を少ない設備投資で提供する、高濃度の添加合金成分を少ない熱エネルギーで溶融し高濃度融体を作成する、Ｓｉの酸化膜の形成を防ぐ、及び高濃度融体の添加量を制御し所定の成分組成をもつ合金溶湯を得る。そして、析出強化型の銅合金材を高速度で、低コストで製造する方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意研究し、以下の知見を得、これに基づき本発明に至った。
異種元素融体を混合するとエントロピーの増大に伴い混合熱が生成することはよく知られているが、この現象は銅合金の溶融関係には利用されていない。これを積極的に活用して省エネルギーで高濃度融体の作成を達成できる。
また、高濃度融体を純銅溶湯へ合流した場合に、溶銅中の残存酸素とＳｉなどが反応して酸化膜を形成するが、攪拌動力を与えることで融体表面に形成された酸化膜は容易に破壊されて安定なブレンドが可能となる。更に、合金組成の安定化を図る上で、一般的に採用されている単なる傾動制御または圧力制御による出湯量の調整では湯道へのノロの付着などによって大きく合金溶湯の成分が変化し信頼性が低いので、２つのフィードバック制御とこれらの併用を採用する。
【００１５】
すなわち本発明は、
（１）純銅溶解工程と、添加元素若しくはそれを含有する母合金を溶解する合金溶解工程とを別々に有し、さらにベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造圧延する工程または縦型連続鋳造にてスラブ若しくはビレットを鋳造する工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する方法であって、前記合金溶解工程で、ＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを高濃度で含む高濃度融体を作成する際に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉へ投入し、混合熱の発生下で溶解させ、Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％で、Ｓｉ含有量がＮｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量の０．２から０．４倍となる高濃度融体を作成し、これを前記純銅溶解工程で得られた純銅溶湯に添加し、所定の成分組成を有する合金溶湯とすることを特徴とする銅合金材の製造方法、
（２）前記高濃度融体を傾動式高濃度溶解炉から出湯する際に、高濃度溶解炉の下流側に設置した堰を有する計測樋で溶湯量を計測し、「予め把握していた炉傾動角度と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせて前記高濃度融体の所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加することを特徴とする（１）記載の銅合金材の製造方法、
（３）前記高濃度融体を圧力出湯式高濃度溶解炉から出湯する際に、高濃度溶解炉の下流側に設置した堰を有する計測樋で溶湯量を計測し、「予め把握していた加圧ガス注入量と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせて前記高濃度融体の出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加することを特徴とする（１）記載の銅合金材の製造方法、
（４）前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する合流部において、ガス・バブリングを行い、それにより総攪拌動力を３０Ｗ／ｍ３以上付与し、その合流部から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量を９×Ｖ（ｋｇ）以上とすることを特徴とする（２）又は（３）記載の銅合金材の製造方法、
（５）前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する合流部において、機械式攪拌又は回転脱ガス攪拌を行い、それにより総攪拌動力を２０Ｗ／ｍ３以上付与し、その合流部から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする（２）又は（３）記載の銅合金材の製造方法、
（６）前記析出強化型の銅合金が、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法、
（７）前記析出強化型の銅合金が、ＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法、
（８）銅合金を鋳造するにあたって、前記移動鋳型内面に窒化ホウ素を塗布することを特徴する（１）〜（７）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法、
（９）前記移動鋳型で鋳造された鋳塊のコーナー部を、主成分が窒化チタン（ＴｉＮ）で溶射を施した切削刃で切削することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法、
を提供するものである。
【００１６】
さらに本発明は、
（１０）純銅溶解と添加元素若しくはそれを含有する母合金溶解を別々に行う工程及びベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造圧延するまたは縦型連続鋳造にてスラブ若しくはビレットを鋳造する工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する銅合金材の製造装置であって、
純銅溶解炉、Ｎｉ若しくはＣｏの少なくとも一方およびＳｉ元素またはそれを含有する母合金からＮｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％でＳｉ含有量がＮｉとＣｏ含有量の合計の０．２から０．４倍となる高濃度融体を作成する高濃度溶解炉、純銅溶湯へ高濃度融体を添加・混合する混合槽を設け、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉へ投入し、混合熱の発生下で溶解させ高濃度融体を作成し、純銅溶解炉から供給される純銅溶湯に高濃度融体を添加・混合し所定の成分組成を有する合金溶湯とすることを特徴する銅合金材の製造装置。
（１１）前記高濃度溶解炉が傾動式であり、高濃度溶解炉の下流側に堰を有する計測樋及び樋に付設した溶湯量測定器を設置し、「予め把握していた炉傾動角度と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせる制御機構を設け、前記高濃度溶解炉からの高濃度融体の出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加・混合することを特徴とする（１０）記載の銅合金材の製造装置、
（１２）前記高濃度溶解炉が圧力出湯式であり、高濃度溶解炉の下流側に堰を有する計測樋及び樋に付設した溶湯量測定器を設置し、「予め把握していた高濃度溶解炉へのガス注入量と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせる制御機構を設け、前記高濃度溶解炉からの高濃度融体の出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加・混合することを特徴とする（１０）記載の銅合金材の製造装置、
（１３）前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加・混合する混合槽に気泡攪拌機を設け、ガス・バブリングによる総攪拌動力を３０Ｗ／ｍ３以上付与し、その混合槽から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする（１１）又は（１２）記載の銅合金材の製造装置、
（１４）前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する混合槽に機械式攪拌装置又は回転脱ガス装置を設け、それにより総攪拌動力を２０Ｗ／ｍ３以上を付与し、その混合槽から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする（１１）又は（１２）記載の銅合金材の製造装置、
（１５）前記析出強化型の銅合金が、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ，Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする（１０）〜（１４）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造装置、
（１６）前記析出強化型の銅合金が、ＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする（１０）〜（１４）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造装置、
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、既存のＳＣＲやＣｏｎｔｉｒｏｄなどの移動鋳型を有する工場でも、溶解設備の小型化で設備投資も小さくなる。そして、溶解炉で得られた純銅溶湯の移送工程において連続的若しくは間歇的に高濃度融体（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ等を含有）を添加し、大量に安価に簡便に所望の成分組成を有する析出強化型の合金溶湯を安定的に製作することができる。また、その添加をフィードバック制御で行うことで、合金溶湯をさらに安定的に製作することができる。
そしてＳｉなどの使用原料も大きな制限を設ける必要が無く安価な原料の使用が可能であり、混合熱の利用で省エネルギーができ溶解原単位を低減できる。また、溶湯移送工程における炉洗い等が極めて少なくて済み、品種変更などが容易である。
また、鋳造時の冷却条件の最適化により誘導加熱を施すことなく高温鋳塊を用いて溶体化状態の荒引線を得ることができ、省エネルギーができ溶解原単位を低減できる。更に、表面品質に優れた銅合金材を安定的に製造することができる。
このように析出強化型の銅合金材を短時間に大量かつ低コストで製造でき安定的に供給できる。その結果の一例として、従来に比べ安価なワイヤーハーネスを大量に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の銅合金線材の製造方法及びその装置の実施形態の種々の例について、添付図面に基づき説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
まず、本発明の実施形態の前提について説明する。銅及び希薄銅合金をベルト＆ホイール式または双ベルト式の移動鋳型を用いて、連続鋳造圧延する際の鋳型内面にはアセチレンガスを不完全燃焼下で発生させた煤を繰り返し吹き付け奪熱量の安定化及び鋳型への焼付けを防止しておおよそ８００℃以上の高温鋳塊を鋳造し、熱間圧延機にて連続圧延を行っている。ここで、前記析出強化型の銅合金の連続鋳造圧延においても溶体化状態を維持する上で、鋳塊温度を高くすることが極めて重要である。鋳塊温度が低い場合には誘導加熱装置を用いて熱間圧延機の前または途中で昇温を試みている。このことは、本発明者らが特願２００７−１４６２２６号等で既に提案済みである。以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明の実施形態の一例を示すもので、ベルト＆ホイール式移動鋳型を用いた連続鋳造の一例の概略図である（後続する熱間圧延機、焼入れ装置等は図示せず）。図１及び図２に示すように、シャフト炉１において原料銅を１０９０〜１１５０℃で溶解させ、純銅溶湯をシャフト炉１から保持炉２へ出湯させた後、保持炉２内において１１００〜１２００℃で滞留させながら保持炉２内の溶銅を、合流部(混合槽)４へ出湯させる。保持炉２と合流部４との間に脱酸・脱水素ユニット３を設けるのが好ましい。
その後、合流部４にて、傾動式高濃度溶解炉１０（図１）又は加圧式高濃度溶解炉１１(図２)から出湯した合金元素成分を含む高濃度融体を純銅溶湯に添加して、所定の合金組成となるように調整する。Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタル（ＭＭ）およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素などの単体若しくは母合金を溶銅移送工程で別添加しても良いが、より好ましくはこれらを高濃度溶解炉にて同時に溶解する。更に、高濃度溶解炉は１基で所定量の合金を製造することができるが、より好ましくは２基以上設置し交互に出湯することで大量の合金を製造することができる。なお、この高濃度溶解炉で溶解される原料にスクラップを使用することは、何ら問題は無い。
【００２１】
合流部４からの合金溶湯は、フィルター５付の樋６を通って鋳造ポット７内に連続的に移送され、その鋳造ポット７内の合金溶湯を不活性ガス又は還元性ガスでシールされた状態で鋳造スパウト８から回転移動鋳型であるベルト＆ホイール鋳造機９へ注湯し、凝固させる。この凝固した鋳塊の温度をできるだけ低下させない状態（好ましくは９００℃以上、この鋳塊の温度の上限値には特に制限はないが、通常９５０℃以下である。）で、連続熱間圧延機（図示せず）で所定の線径まで圧延を行い、焼入れを施し、ほぼ溶体化状態の銅合金材を製造することができる。この銅合金材は、線材に限らず、条材、板材等の任意の形状とすることもできる。
なお、上記脱酸処理は周知の方法、例えば赤熱化した木炭と溶湯を接触させる方法で行う。この方法では、溶湯中の酸素は粒状木炭と反応して、炭酸ガスとなり、溶湯中を浮上し、放出される。脱水素処理は周知の方法、例えば溶湯を非酸化ガス、不活性ガス又は還元ガスと接触させて行うことができる。脱水素は、脱酸処理後に行っても、脱酸処理と同時に行ってもよい。
【００２２】
また、縦型連続鋳造機並びにＳＣＲ等のベルト＆ホイール式及びＣｏｎｔｉｒｏｄなど双ベルト式の移動鋳型を有する連続鋳造機の鋳造能力と同等な溶解能力を持つ溶解炉を備えることで中断することなく長時間の連続鋳造が可能となる。例えば、ＳＣＲでは専ら１５〜５０トン／時の鋳造能力を有しており、これと同等な電気溶解炉を有することは大変大きな設備投資が必要である。また、全てを電気で溶解する場合には溶解原単位も悪く、加工費増大やＣＯ２排出増大などのデメリットが発生する。そのために、銅合金の溶銅を得る上で、屑リサイクル分を除く銅分相当分をガス炉（反射炉・シャフト炉）で溶解することで溶解原単位の改善を図ることができる。
【００２３】
また、添加元素については、専用の電気溶解炉である高濃度溶解炉（図１の１０、図２の１１）にて溶解を行い、高濃度融体を得る。
本発明において、高濃度溶解炉、高濃度融体等における「高濃度」とは、Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％で、残りをＳｉ等が占め、Ｓｉ含有量がＮｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量の０．２から０．４倍であることをいう。下限としては、工業的には特に制約は無いが、経済的には鋳塊成分の５倍以上であることが好ましい。
ＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを含有する高濃度融体を製造する際には、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉に添加する。さらに、析出強化型の銅合金は、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタル（ＭＭ）およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含有していても良いので、これを高濃度融体に含有するようこの溶解炉に加えても良い。
高濃度溶解炉内で高濃度融体を製造する際、約１１００℃以上に加熱すると急激な混合熱が生成し、局所的に１６００℃以上にもなる。この熱を隣接するＳｉ等にも伝播して熱膨張により表面酸化膜が破壊されて容易に溶解が進んでいく。このことから、Ｓｉの還元処理などが不要となり安価なＳｉが使用できる。また、この混合熱が連鎖的に周辺のＮｉやＳｉの溶解に利用されることで大幅な省エネルギーで溶解が可能となる。
上記元素又は母合金が完全に溶解した後に成分調整を行い、その後、高濃度融体を出湯し、純銅溶湯とブレンドすることで析出強化型の合金溶湯の製作を行うことができる。
【００２４】
この高濃度融体の成分のＮｉ、ＣｏまたはＮｉ＋Ｃｏの含有量は高濃度融体全量の最高８０質量％として残りをＳｉ等が占めるが、Ｓｉ含有量がＮｉ、ＣｏまたはＮｉ＋Ｃｏの含有量の０．２倍から０．４倍が好ましい。但し、湯流れ性を考慮すると、Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉ＋Ｃｏの含有量は６０質量％以下、残りをＳｉ、銅及びその他添加元素が望ましい。また、屑のリサイクルを図る上でこの溶解炉を活用する場合には、Ｎｉは２０〜４０質量％、Ｓｉは５〜１１質量％、残り銅及びその他添加元素が望ましい。
【００２５】
この高濃度融体を高濃度溶解炉から出湯する際において、その出湯量の制御の精度向上のために、(１)その下流の合流部（混合槽）までに三角堰又は四角堰のような堰を設けた計測樋を設置し、その堰を乗り越えて融体が流れていくようにし、樋内を通過する溶湯量を利用する、(２)その高濃度融体と純銅溶湯とが合流する合流部において、機械攪拌又は気泡攪拌により攪拌動力を与えて均一化し、高濃度融体と純銅溶湯が均一に混合した合金溶湯の電気抵抗値を合金溶湯の構成元素の成分組成の代用特性として利用する。この２つの値を用いて高濃度融体の出湯量制御へのフィードバックとする。
【００２６】
出湯し、計測樋１２中の溶湯量はどのような手段で求めても良いが、例えば図３に示すようなロードセル又は図４に示すような液面レベル計での計測値に基づいて知ることができる。この溶湯量から日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ００９４の８に該当する方法等によって溶湯通過量を算出する。傾動式高濃度溶解炉の傾動角度とそこからの出湯量の関係はこれまでの操業実績から、予め把握することができる。また、圧力出湯式高濃度溶解炉への加圧ガス注入量とそこからの出湯量の関係はテスト操業により、予め把握することができる。
また、合金溶湯の電気抵抗については、事前に各種の成分比率に調整された高濃度融体を純銅溶湯に添加し、電気抵抗を計測することで、合金溶湯の電気抵抗値で銅合金の成分組成の把握ができる。合金溶湯はＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを含有することから、これらの成分組成と電気抵抗値との関係は直線性が強いからである。
【００２７】
図３に示すように、制御機構を介して計測樋１２に付設したロードセルと傾動式高濃度溶解炉１０の傾動角度変更機構と接続し、フィードバック制御によりロードセルで得られる値で傾動角度（θ）を変更し、高濃度溶解炉からの出湯量を制御する。あるいは、前記と同様に、図４に示すように、制御機構を介して計測樋１２に付設した液面レベル計と加圧式高濃度溶解炉１１の加圧ガス注入量変更機構と接続し、フィードバック制御により液面レベル計で得られる値でガス注入量を変更し、高濃度溶解炉からの出湯量を制御することもできる。なお、構造物が増える為に、好ましくは無いが高濃度溶解炉から出湯された高濃度融体をトリベ等に溜め、ニードル・バルブやスライディング・ゲートなどで流量制御を施すことも問題ない。
【００２８】
また、図３、４に示すように、制御機構を介して合流部（混合層）に付設した電気抵抗検出用の測定器１３と傾動式高濃度溶解炉１０の傾動角度変更機構又は加圧式高濃度溶解炉１１の加圧ガス注入量変更機構と接続し、フィードバック制御により抵抗値で傾動角度（θ）又はガス注入量を変更し、高濃度溶解炉からの出湯量を制御することもできる。なお、電気抵抗検出用の測定器１３を合流部（混合層）に付設するのに代えて、図６、図７に示すように合金溶湯の流動する樋６に付設して、同様に抵抗値をフィードバックし、高濃度溶解炉からの出湯量を制御してもよい。
さらに、計測樋１２中の溶湯量に基づくフィードバック制御と電気抵抗値に基づくフィードバック制御とを併用して高濃度溶解炉からの出湯量を制御することもできる。
【００２９】
フィードバック制御機構は、傾動式高濃度溶解炉１０の傾動サイクル時間内で、計測樋１２で測定される重量若しくは体積から通過重量を測定・積算する。この重量が所定重量と乖離する場合には、次回の炉傾動量を増加若しくは減少すべく炉の傾動装置の稼動量を変更する。なお、ここで炉の傾動を制御する為の関係式は、炉傾動角度と炉内高濃度融体の出湯量の関係を予め数学的に算出して求めておく。次に、傾動サイクル時間の２倍以上の期間に測定器１３で検出された電気抵抗から成分を算出したものを平均化し、その値が目標値と乖離する場合には、次回の炉傾動量を増加若しくは減少すべく炉の傾動装置の稼動量を変更する。
【００３０】
図６及び図７に溶湯中の電気抵抗の検出用の測定器の形態の一例について示す。図６は、測定器１３のうち検出部１３ａの構造が一端閉となっている円筒状のものであり、図７は、溶融金属の流れの経路自体（たとえば樋６の一部）を測定器１３にしたものである。図７の１４は測定器１３の構造物でアルミナのような絶縁性に優れる耐火材であるが、必ずしも焼成品（アルミナ管、石英管等）である必要はない。このような溶湯中の電気抵抗は直流電流若しくはパルス電流を用いた４端子法で測定することが望ましいが、渦電流を用いて測定しても良い。測定器１３は合流部４に付設してもよく、合金溶湯の流れる樋６に付設してもよい。ここで、銅合金はアルミニウムとは異なり高温であり電圧印加用端子並びに電流測定用端子及びその絶縁物などの設置を考慮すると、電流の経路断面の直径は８ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは１５ｍｍ以上であると安定して長時間測定することが可能となる。この経路断面の直径の上限値には特に制限はないが、通常２０ｍｍ以下である。合金溶湯はＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを含有し、これらの成分組成と電気抵抗値との関係は直線性が強く、十分に電気抵抗値からフィードバックし、高濃度融体の出湯量を制御することができることが判明した。なお、図６の電気抵抗の検出用の測定器では、測定器内の合金溶湯を入れ替えるために窒素ガスなどの不活性ガスによる加圧・減圧を周期的に行う。
【００３１】
ここで合流部を攪拌するのは、(１)２種類の溶湯を混合し測定される電気抵抗値が溶湯全体の値を表すことと、(２)酸素との親和力の強いＳｉなどが純銅溶湯中の酸素と結合して酸化膜を形成するが、これを破壊することを目的としている。特に、上記(１)のために、ガス・バブリングを行なうが、３０Ｗ/ｍ３以上の総攪拌動力が必要であり、より好ましくは１００Ｗ/ｍ３以上が良く、多くても４００Ｗ/ｍ３程度までである。ここで言うガス・バブリングによる総攪拌動力（ε：Ｗ/ｍ３）は、「森、佐野ら、『鉄と鋼』、Ｖｏｌ．６７(１９８１)Ｐ．６７２−６９５」にて報告されている下記の式（１）から算出した。
【００３２】
【数１】
【００３３】
また、機械攪拌では、２０Ｗ／ｍ３以上の総攪拌動力が必要であり、より好ましくは１００Ｗ／ｍ３以上が良く、多くても４００Ｗ／ｍ３程度である。ここでの総攪拌動力は下記の式（２）から算出した。
【００３４】
【数２】
【００３５】
このように攪拌動力を付与することで、純銅溶湯に添加時に生成する高濃度融体の表面の酸化膜は破壊される。高濃度融体を添加する前の純銅溶湯中の酸素を脱酸処理にて１０ｐｐｍ以下にすることが望ましいが、攪拌動力を付与することで、事前の脱酸処理を施さずに酸素濃度３００ｐｐｍ以下であれば安定したブレンドが可能である。このことから更に小型設備を構築することができる。
この合流部（混合槽）から鋳造機スパウトまでの総湯溜り量（ｋｇ）を混合前の純銅溶湯量（Ｖ：ｋｇ／分）の９倍以上とすることで、高濃度融体の添加が間欠出湯であっても安定した成分・組成の合金溶湯を作成することができるが、更に好ましくは１５倍以上にすることでより成分変動が小さくなるが、多くても２５倍程度である。
【００３６】
次に、本発明の銅合金材の製造方法及び製造装置に使用する析出強化型銅合金について詳細に説明する。ここで、代表例として以下にコルソン合金（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金）について示すが、析出強化型銅合金であれば他の合金系についても同様に採用することができる。
本発明の製造方法及び製造装置により得られる合金材はコルソン系銅合金等の析出強化型合金からなる。例えば、コルソン系銅合金は、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素を含有するものが一般的である。また、コルソン系銅合金のＮｉの一部または全部をＣｏで置換した銅合金も同様に取り扱われる。
【００３７】
Ｎｉ（またはＮｉとＣｏの含有量の合計）を１．０〜５．０質量％に規定する理由は、強度を向上させるため、及び連続鋳造圧延工程のうち圧延工程の中間または圧延工程の直後の銅合金材の中間材について焼入れを行った場合に溶体化処理後の状態（溶体化状態）若しくはそれに近い状態の銅合金材を得られるようにするためである。Ｎｉ（またはＮｉとＣｏの含有量の合計）が１．０質量％未満では十分な強度が得られず、５．０質量％を超えると、圧延工程の中間または圧延工程の直後に焼入れを行っても溶体化状態若しくはそれに近い状態にすることが困難となる。Ｎｉ（またはＮｉとＣｏの含有量の合計）は、好ましくは１．５〜４．５質量％、より好ましくは１．５〜２．０質量％である。
また、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％に規定する理由は、ＮｉとＣｏとの化合物を形成して強度を向上させること、及び上記Ｎｉと同様に、圧延工程の中間または圧延工程の直後の銅合金材の中間材について焼入れを行った場合に溶体化状態若しくはそれに近い状態の銅合金材を得られるようにするためである。０．２５質量％未満では十分な強度が得られず、１．５質量％を超えると、圧延工程の中間または圧延工程の直後に焼入れを行っても溶体化状態若しくはそれに近い状態にすることが困難となる。Ｓｉの含有量は、好ましくは０．３５〜１．２５質量％、より好ましくは０．３５〜０．６５質量％である。
【００３８】
さらに、前記の銅合金は、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタル（ＭＭ）およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有していても良い。これらの金属元素が０．０１〜１．０質量％含有されていると、強度が優れるためである。０．０１質量％未満ではその効果が十分現れず、１．０質量％を超えると、圧延工程の中間または圧延工程の直後の銅合金材の中間材について焼入れを行った場合に溶体化状態若しくはそれに近い状態にすることが困難となる。これらの元素の含有量は、好ましくは０．０２〜０．８質量％、より好ましくは０．０５〜０．２質量％である。
【００３９】
前述の析出強化型の銅合金に連続鋳造圧延を行う上で、従来技術のように高温鋳塊を製出する為に移動鋳型内面にアセチレンガスを不完全燃焼下で発生させた煤を繰り返し吹き付け煤の固着層の形成を試みた。しかし、主成分であるＳｉと煤とが反応してこの層が形成できなかった。そのために、本実施形態では、移動鋳型内面に窒化ホウ素（ボロン・ナイトライド：ＢＮ）を塗布若しくはスプレーすることにより誘導加熱を施すことなく８００℃以上の高温鋳塊を安定的に鋳造できるように鋳型内面に１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上の断熱層を形成させる。その結果、鋳塊と鋳造リングとの接触面での熱伝達率は図９に示すように低減し、高温鋳塊を製出することができた。この断熱層の厚みの上限値には特に制限はないが、通常６０μｍ以下である。
【００４０】
前述の析出強化型の銅合金をベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造した際、ベルトと銅ブロックとの接触部位に僅かなバリが発生する。このバリを切削する切削刃に固着物（焼付き）が固着するのを防止する為に、切削刃に窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分とする溶射を２μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上の厚さで施したものを使用するのが好ましい。この溶射の厚さの上限値には特に制限はないが、通常５０μｍ以下である。ＴｉＮを主成分とする溶射層を形成した切削刃は、鋳塊の固着が少なく、安定してバリの除去ができる。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
【００４２】
２０トン／時の鋳造能力を有するＳＣＲ（連続鋳造圧延装置）でコルソン合金線材の連続鋳造圧延を実施した。高濃度融体を高濃度溶解炉として３トンのコアレス炉２基を用いて交互出湯することで完全連続鋳造を実施した。ここで使用するコアレス炉に使用する耐火材は銅合金の溶解で使用する一般的なものである。
原料にはＮｉ板とＳｉ塊と２０％Ｓｉ−Ｃｕを用いて、図５に示すような関係を利用してＮｉ：５０質量％、Ｓｉ：１３質量％、残部銅となる高濃度融体（融点：１１１０℃）を作成した。溶解は予め、２０％Ｓｉ−Ｃｕを溶解し、その後Ｎｉ板とＳｉ塊を一緒に投入した。混合熱により目も眩むばかりの光が発生し、投入原料は一気に溶解した。このように、ガスによるシャフト炉及び電気による高濃度溶解炉で原料を溶解することで、Ｃｕ、Ｎｉ、２０％Ｓｉ−Ｃｕ、Ｓｉ各々を一般的な溶解手順によりコアレス炉で溶解する際のエネルギーの総和に対して、溶解エネルギーを約１４％節約することができた。
この高濃度溶解炉で溶解後にボタンサンプルを採取し、このサンプルを蛍光Ｘ線分析し、目標組成となるように調整を施した。なお、ここで採取されたサンプルにはＮｉＸＳｉＹの金属間化合物が多く含有されており、このような高濃度材を伸線してワイヤーにすることは不可能であり、特開２００２−８６２５１号公報（特許文献４）に記載された技術を採用することはできないと判断された。
【００４３】
次に、このコアレス炉から傾動制御にて高濃度融体の出湯を行った。予め、炉内形状から傾動角度と出湯量の関係は把握しておき、この関係式に則って３０秒／サイクル（出湯・停止）の間隔で８．７ｋｇ／回（＝鋳造レート×目標成分÷高濃度融体中の成分÷単位時間当りのサイクル数）の出湯を施した。しかし、炉壁へのノロの付着により、予め把握しておいた出湯量とは異なる出湯量となった。そのために、この下流側にロードセルの上に設置した計測樋に三角堰を設けて、この質量測定を行った。この堰をオーバー・フローする瞬間の樋の全質量をゼロとみなし、それからの増加量からサイクル毎の溶湯通過質量の試算を行った。
この出力結果から特に出湯の後期において出湯量が減少する傾向が見られ、不足分を次回のサイクルの傾動時間へフィードバックし、不足分の補正を行った。このフィードバック制御によって、安定した成分を得ることができた。
【００４４】
しかし、上記の樋の三角堰の部分にノロが付着し、鋳塊の合金成分が低下する事例が一部でみられた（発生頻度（＝異常発生ロット÷全鋳造ロット）：６％）。この異常を補正するために、高濃度融体と純銅溶湯との混合部（合流部４）に３００ｋｇの湯溜りを設置し、この湯溜り部の炉床のポーラス・プラグから窒素ガス：１０リッター／分を吹込み、１０８Ｗ／ｍ３の攪拌動力を与えた。この合流部４の湯溜りに４端子法で測定するための電極４本を設置し、その抵抗測定の結果からを稀に発生する異常を早期検出し、そのフィードバック制御を行い異常発生の防止を行った。
本実施例では、合流部４の湯溜りの上部から内径φ１６ｍｍのアルミナ管を用いた測定器１３の検出部１３ａを浸漬させ、５秒間隔で管内に窒素ガスによる加圧及び排気（大気圧に戻す）を繰り返すことで、検出部１３ａ内の合金溶湯の入替えを行った。なお、このアルミナ管は、その他の絶縁特性に優れる耐火材（例えば、石英管）を使用しても何ら問題はない。特開昭５９−１７１８３４号公報（特許文献６）に記載された技術のように最大直径φ５ｍｍでは吸引が必要となり、計測器の構成・保守が複雑になるが、この測定器１３は加圧のみで済むことから簡便な取り扱いができた。
これらの組合せによって、Ｎｉ：２．６質量％、Ｓｉ：０．６５質量％含有のコルソン合金の荒引線（φ８ｍｍ）を安定に製造（２０トン／時）することができた。
【００４５】
この高濃度融体と純銅溶湯の合流部の下流で、計測樋での溶湯通過質量による出湯量制御はオン、電気抵抗によるフィードバックをオフとして、ガス・バブリングによる攪拌動力を変化させて溶湯から分析用サンプルを採取・分析を行った。その結果を図８に示すが、攪拌動力が３０Ｗ／ｍ３を下回る条件下ではＮｉ分析値の偏差（最高濃度−最低濃度）が大きくなり不十分であるが、この実施例の条件では十分安定している結果を得た。
この線材の連続操業を実施している際に、熱間圧延時の冷却装置が故障し所定量以上の冷却水が噴霧された。そのために、焼入れ温度が低下し、析出が進んだ荒引線が得られた。この部分の導電率は３５％と通常部分の２２％と大きく乖離した値となり、特開昭５８−６５５５４公報（特許文献５）に記載された制御技術では管理できないことが判明した。
【００４６】
鋳造リング内面に対向するようにスプレーノズル３本を設置し、鋳造ベルトに対向してスプレーノズル１本を設置し、窒化ホウ素をスプレーし安定層の形成を行った。アセチレン不完全燃焼下で作成した煤では６９０℃の鋳塊が製出されたが、窒化ホウ素を塗布することで８３５℃の鋳塊を得ることができた。この際の安定層は７５μｍであった。
また、例えば、図１、図２図示される移動鋳型９とそれに後続する図示しない圧延機との間に、鋳塊１５のバリを除去する図示しないバリ除去器を設けてもよい。このバリ除去器の切削刃に窒化チタンを主成分とする溶射を１５μｍ施した刃を使用し、図１０に示すように、鋳塊１５のコーナー部のバリ１６を切削により除去した。５時間もの連続鋳造を行っても切削刃には固着物は生成せず、安定してバリを除去することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の溶解工程及び連続鋳造圧延工程の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の溶解工程及び連続鋳造圧延工程の他の例を示す概略図である。
【図３】傾動式高濃度溶解炉からの出湯量を制御する方法を示す説明図である。
【図４】圧力出湯式高濃度溶解炉からの出湯量を制御する方法を示す説明図である。
【図５】高濃度融体の成分と融点との関係を示すグラフである。
【図６】溶湯中に設置した電気抵抗を検出する測定器の一例の概略説明図である。
【図７】溶湯中に設置した電気抵抗を検出する測定器の他の例の概略説明図である。
【図８】攪拌動力と溶湯中のＮｉ分析値の偏差の関係を示すグラフである。
【図９】鋳塊と鋳造リングとの熱伝達率の関係を示すグラフである。
【図１０】鋳塊のバリ発生部の除去位置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ シャフト炉
２ 保持炉
３ 脱酸・脱水素ユニット
４ 合流部（混合槽）
５ フィルター
６ 樋
７ 鋳造ポット
８ 鋳造スパウト
９ ベルト＆ホイール式移動鋳型
１０ 傾動式高濃度溶解炉
１１ 圧力出湯式高濃度溶解炉
１２ 計測樋
１３ 測定器
１３ａ 検出部
１４ 耐火材（アルミナ管）
１５ 鋳塊
１６ バリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用ワイヤーハーネスやロボット用ケーブルやその他の信号用線などの銅合金線材若しくはコネクタ等の電気電子部品用の銅合金条材や銅合金板材（以下、総称して銅合金材という）を製造するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅合金線材若しくは銅合金条の銅合金材の製造において、まず、溶解技術として最も一般的な方法（Ａ）として、以下の工程が知られている。まず、溶解炉（電気炉、ガス炉）に銅原料・スクラップ及び添加元素もしくはそれを含有する母合金固体を投入し、溶解を行う。その後炉内の材料が全て溶解後、炉内から分析用サンプルを採取して化学分析もしくは機器分析によって成分・組成を測定・確認し成分調整を行う。所定の成分・組成を確認後に水冷鋳造にてスラブやビレットを鋳造し、その室温まで冷却された鋳塊を再加熱し熱間圧延・押出しを行って線材若しくは条材とする。
なお、上記溶解工程においては一般に誘導加熱方式が採用されており、エネルギー効率が悪いことは広く知られている。
【０００３】
次に、別の技術として、ＳＣＲなどのベルト＆ホイール方式での連続鋳造が知られており（例えば、特許文献１参照）、ビレット鋳造に比較して安価な方式である。ここでは、溶解炉と鋳造機の間で添加元素を投入することで所定の合金組成にして鋳造するものである。製造コストを下げるために連続溶解鋳造を行うことが望ましいが、溶解能力が鋳造能力よりも劣るケースでは、連続鋳造時間が短くなりスタート・停止時に一定量発生する不良の比率が相対的に多くなり不良率が高くなり製造コストがかえって高くなる。そこで、鋳造能力に見合う大型溶解炉の導入が必要となり、初期設備投資が膨大なものとなる。そのために、設備投資も少なく、鋳造能力と同等な溶解設備が望まれている。なお、特許文献１記載の技術では、溶解炉として専らシャフト炉を活用する為にエネルギー効率は良いが、この方式では希薄銅合金（例えば、最も高濃度なものとしてＣｕ−０．７％Ｓｎ合金など挙げられる）が溶解される程度である。
【０００４】
そのために、流れている溶銅に直接添加元素もしくはそれを含有する母合金固体を投入し、添加物の連続溶解により成分を調製したり、溶湯が通過する部位に加熱手段を有する溶湯貯留部を設け、そこに合金元素を添加配合したりする方法（Ｂ）が知られている。
更に、連続鋳造中の溶湯移送工程において、溶融金属を直接添加し成分調製をする方法（Ｃ）が知られている（例えば、特許文献２、３、４を参照）。これらは、合金元素を半溶融または溶融状態にして排出するヒーターを連続鋳造のタンディッシュ直上に設置し、タンディッシュ内の溶融金属内に合金元素を滴下して攪拌し、均質溶湯を得る（特許文献２）、溶銅をタンディッシュ内に収容すると共に、そのタンディッシュ内溶銅中に、ＮｉおよびＰをＮｉ−Ｐ化合物の形態にて添加する（特許文献３）、添加合金成分からなる線材をアーク放電により連続的に溶融または半溶融し、或いは溶融または半溶融された前記添加合金成分を、流動する基本合金成分の溶湯に添加して、前記添加合金成分が溶解された溶湯を得る（特許文献４）ものである。
【０００５】
また、連続鋳造時の成分調整方法として、連続鋳造圧延で製造された荒引線の導電率を連続的に測定し、その結果をフィードバックし、合金元素添加量を連続的に制御する方法（Ｄ）が知られている（例えば、特許文献５参照）。
しかし、実用化されているものは、単純な固溶硬化型の合金のみであり、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系など析出型合金では、熱間圧延時の析出状態によって導電率が変化する為に、荒引線の導電率からは成分判定を行うことは不可能である。
【０００６】
ところで、溶融金属に電気を通電して抵抗を測定することは既に知られている。例えば、日本機械学会編集「金属データー・ブック」には純金属の比抵抗値が示されており、その値は室温での比抵抗よりも大きな値である（表１参照）。しかし、銅合金、特にコルソン合金における溶融状態での抵抗については未だ知られていない。この合金系の成分と溶融状態での比抵抗の関係が明らかになれば、何らかの制御が可能となると思われるが未だ実現していない。
【０００７】
【表１】
【０００８】
また、この溶融金属の電気特性に着目し、溶融金属の性状の評価に活用したものとして溶融金属（特にアルミニウム合金）中の介在物を検出する方法（Ｅ）が知られている（例えば、特許文献６参照）。これは、介在物による電流経路の断面積減少分をモニターする手法である。電流経路内の電流を１〜５００Ａとし、経路内の電気抵抗を連続的に測定し、電流経路内を介在物粒子が通過する際の電気信号の変化を検出するものであり、電流経路内の溶融金属の組成的変化に伴う抵抗値の変化を検出するものではない。
【特許文献１】特開昭５５−１２８３５３号公報
【特許文献２】特開昭５９−１６９６５４号公報、
【特許文献３】特開平８−３００１１９号公報
【特許文献４】特開２００２−８６２５１号公報
【特許文献５】特開昭５８−６５５５４号公報
【特許文献６】特開昭５９−１７１８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
方法（Ａ）のような一般的な屑を溶解するような炉（コアレス炉）では、原料となるＮｉと共にＳｉ又はＳｉ−Ｃｕ母合金を溶解する際には、融点が高いＮｉは初期に投入し、酸素と活性なＳｉまたはＳｉ−Ｃｕ母合金は溶解後期に投入される。これらの投入原料の比熱と潜熱分の熱を吸収しながら溶解が進んでいくことで多くの熱エネルギーを必要とする。また、当然のことながら大型溶解設備が必要となる。
また、方法（Ｂ）のようにＳｉのような軽元素で酸素との親和力が高い元素と比重の大きいＮｉを、溶銅中に添加・溶融する際には、例えばＳｉ粒が容易に溶解するように表面酸化が無視できる前処理をすることが必要になる場合があり、さらに以下の１〜３のような現象が発生し、溶解しない、添加歩留が悪い、長時間の添加を行うと添加部周辺のＳｉまたはＳｉ母合金が滞積していき、新たな添加を阻害していく、混合熱が活用できない等の不都合が生じる。
１．比重差によってＳｉは溶銅表面に浮遊し、Ｎｉは溶銅液面深く沈んでしまう、
２．溶銅上面の雰囲気中の微量酸素とＳｉは反応して添加材表面に酸化膜が形成される（ＣＯガスによるシールにおいても、高温下ではＳｉにとっては酸化性ガスとなっている）、３．溶銅中に残存する微量酸素（１０ｐｐｍ以上）と反応して、溶銅接触界面で酸化膜を形成し、溶解が停滞する。
【００１０】
方法（Ｃ）では、高濃度合金を連続製造する上で固体・融体添加方法が知られているが、その添加においてノロの付着等々で添加量が安定せず成分変化が発生しやすい欠点があり、調製された合金溶湯を得ることが困難である。
また先に記載したように、方法（Ｄ）では、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系など析出型合金では、導電率から成分判定を行なうことは不可能であり、調製された合金溶湯を得ることはできなく、方法（Ｅ）では溶融金属の組成的変化に伴う電気抵抗値の変化を検出するものではないので、同様に成分調製された合金溶湯を得ることは不可能である。
【００１１】
前述の析出強化型の銅合金の連続鋳造圧延を行う上で、移動鋳型内面のアセチレンガスを不完全燃焼下で発生させた煤を繰り返し吹き付け奪熱量の安定化を試みたが、たとえばＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金のようにＳｉを含有する合金を製造する場合には、主成分であるＳｉと煤とが反応してＳｉＣが形成されてしまい、鋳型内面に断熱効果の高い安定した煤の層が形成できなかった。その為に、タフピッチ銅と同じ鋳造・冷却条件を採用しても約１５０℃も低い温度の鋳塊しか得ることができなかった。その結果、連続圧延中に析出が促進し、溶体化状態の荒引線が得られず時効処理を施しても所定の性能を有する線材を製造することができなかった。また、連続圧延中の析出を抑制するため、鋳造直後の鋳塊に誘導加熱を施したが、鋳塊の断面積が小さいことから膨大な電気量を投入することになった。
【００１２】
更に、前述の析出強化型の銅合金をベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造した際に、ベルトと銅ブロックとの接触部位に僅かながらのバリが発生したために、一般的に使用されている切削刃（材質はステライト等）でバリの除去を試みた。しかし、この切削刃の刃先にこの銅合金が固着（焼付き）し、切削を行うことができなくなった。そのために、このまま熱間圧延を施したが、線の表面にカブリ欠陥が多発した。これらの課題についても、解決することがきわめて重要である。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、連続鋳造能と同等の溶解能力の溶解炉を少ない設備投資で提供する、高濃度の添加合金成分を少ない熱エネルギーで溶融し高濃度融体を作成する、Ｓｉの酸化膜の形成を防ぐ、及び高濃度融体の添加量を制御し所定の成分組成をもつ合金溶湯を得る。そして、析出強化型の銅合金材を高速度で、低コストで製造する方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意研究し、以下の知見を得、これに基づき本発明に至った。
異種元素融体を混合するとエントロピーの増大に伴い混合熱が生成することはよく知られているが、この現象は銅合金の溶融関係には利用されていない。これを積極的に活用して省エネルギーで高濃度融体の作成を達成できる。
また、高濃度融体を純銅溶湯へ合流した場合に、溶銅中の残存酸素とＳｉなどが反応して酸化膜を形成するが、攪拌動力を与えることで融体表面に形成された酸化膜は容易に破壊されて安定なブレンドが可能となる。更に、合金組成の安定化を図る上で、一般的に採用されている単なる傾動制御または圧力制御による出湯量の調整では湯道へのノロの付着などによって大きく合金溶湯の成分が変化し信頼性が低いので、２つのフィードバック制御とこれらの併用を採用する。
【００１５】
すなわち本発明は、
（１）純銅溶解工程と、添加元素若しくはそれを含有する母合金を溶解する合金溶解工程とを別々に有し、さらにベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造圧延する工程または縦型連続鋳造にてスラブ若しくはビレットを鋳造する工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する方法であって、前記合金溶解工程で、ＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを高濃度で含む高濃度融体を作成する際に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉へ投入し、混合熱の発生下で溶解させ、Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％で、Ｓｉ含有量がＮｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量の０．２から０．４倍となる高濃度融体を作成し、これを前記純銅溶解工程で得られた純銅溶湯に添加し、所定の成分組成を有する合金溶湯とすることを特徴とする銅合金材の製造方法、
（２）前記高濃度融体を傾動式高濃度溶解炉から出湯する際に、高濃度溶解炉の下流側に設置した堰を有する計測樋で溶湯量を計測し、「予め把握していた炉傾動角度と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせて前記高濃度融体の所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加することを特徴とする（１）記載の銅合金材の製造方法、
（３）前記高濃度融体を圧力出湯式高濃度溶解炉から出湯する際に、高濃度溶解炉の下流側に設置した堰を有する計測樋で溶湯量を計測し、「予め把握していた加圧ガス注入量と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせて前記高濃度融体の出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加することを特徴とする（１）記載の銅合金材の製造方法、
（４）前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する合流部において、ガス・バブリングを行い、それにより総攪拌動力を３０Ｗ／ｍ３以上付与し、その合流部から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量を９×Ｖ（ｋｇ）以上とすることを特徴とする（２）又は（３）記載の銅合金材の製造方法、
（５）前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する合流部において、機械式攪拌又は回転脱ガス攪拌を行い、それにより総攪拌動力を２０Ｗ／ｍ３以上付与し、その合流部から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする（２）又は（３）記載の銅合金材の製造方法、
（６）前記析出強化型の銅合金が、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法、
（７）前記析出強化型の銅合金が、ＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法、
（８）銅合金を鋳造するにあたって、前記移動鋳型内面に窒化ホウ素を塗布することを特徴する（１）〜（７）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法、
（９）前記移動鋳型で鋳造された鋳塊のコーナー部を、主成分が窒化チタン（ＴｉＮ）で溶射を施した切削刃で切削することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法、
を提供するものである。
【００１６】
さらに本発明は、
（１０）純銅溶解と添加元素若しくはそれを含有する母合金溶解を別々に行う工程及びベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造圧延するまたは縦型連続鋳造にてスラブ若しくはビレットを鋳造する工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する銅合金材の製造装置であって、
純銅溶解炉、Ｎｉ若しくはＣｏの少なくとも一方およびＳｉ元素またはそれを含有する母合金からＮｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％でＳｉ含有量がＮｉとＣｏ含有量の合計の０．２から０．４倍となる高濃度融体を作成する高濃度溶解炉、純銅溶湯へ高濃度融体を添加・混合する混合槽を設け、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉へ投入し、混合熱の発生下で溶解させ高濃度融体を作成し、純銅溶解炉から供給される純銅溶湯に高濃度融体を添加・混合し所定の成分組成を有する合金溶湯とすることを特徴する銅合金材の製造装置。
（１１）前記高濃度溶解炉が傾動式であり、高濃度溶解炉の下流側に堰を有する計測樋及び樋に付設した溶湯量測定器を設置し、「予め把握していた炉傾動角度と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせる制御機構を設け、前記高濃度溶解炉からの高濃度融体の出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加・混合することを特徴とする（１０）記載の銅合金材の製造装置、
（１２）前記高濃度溶解炉が圧力出湯式であり、高濃度溶解炉の下流側に堰を有する計測樋及び樋に付設した溶湯量測定器を設置し、「予め把握していた高濃度溶解炉へのガス注入量と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせる制御機構を設け、前記高濃度溶解炉からの高濃度融体の出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加・混合することを特徴とする（１０）記載の銅合金材の製造装置、
（１３）前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加・混合する混合槽に気泡攪拌機を設け、ガス・バブリングによる総攪拌動力を３０Ｗ／ｍ３以上付与し、その混合槽から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする（１１）又は（１２）記載の銅合金材の製造装置、
（１４）前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する混合槽に機械式攪拌装置又は回転脱ガス装置を設け、それにより総攪拌動力を２０Ｗ／ｍ３以上を付与し、その混合槽から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする（１１）又は（１２）記載の銅合金材の製造装置、
（１５）前記析出強化型の銅合金が、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ，Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする（１０）〜（１４）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造装置、
（１６）前記析出強化型の銅合金が、ＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする（１０）〜（１４）のいずれか１項に記載の銅合金材の製造装置、
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、既存のＳＣＲやＣｏｎｔｉｒｏｄなどの移動鋳型を有する工場でも、溶解設備の小型化で設備投資も小さくなる。そして、溶解炉で得られた純銅溶湯の移送工程において連続的若しくは間歇的に高濃度融体（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ等を含有）を添加し、大量に安価に簡便に所望の成分組成を有する析出強化型の合金溶湯を安定的に製作することができる。また、その添加をフィードバック制御で行うことで、合金溶湯をさらに安定的に製作することができる。
そしてＳｉなどの使用原料も大きな制限を設ける必要が無く安価な原料の使用が可能であり、混合熱の利用で省エネルギーができ溶解原単位を低減できる。また、溶湯移送工程における炉洗い等が極めて少なくて済み、品種変更などが容易である。
また、鋳造時の冷却条件の最適化により誘導加熱を施すことなく高温鋳塊を用いて溶体化状態の荒引線を得ることができ、省エネルギーができ溶解原単位を低減できる。更に、表面品質に優れた銅合金材を安定的に製造することができる。
このように析出強化型の銅合金材を短時間に大量かつ低コストで製造でき安定的に供給できる。その結果の一例として、従来に比べ安価なワイヤーハーネスを大量に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の銅合金線材の製造方法及びその装置の実施形態の種々の例について、添付図面に基づき説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
まず、本発明の実施形態の前提について説明する。銅及び希薄銅合金をベルト＆ホイール式または双ベルト式の移動鋳型を用いて、連続鋳造圧延する際の鋳型内面にはアセチレンガスを不完全燃焼下で発生させた煤を繰り返し吹き付け奪熱量の安定化及び鋳型への焼付けを防止しておおよそ８００℃以上の高温鋳塊を鋳造し、熱間圧延機にて連続圧延を行っている。ここで、前記析出強化型の銅合金の連続鋳造圧延においても溶体化状態を維持する上で、鋳塊温度を高くすることが極めて重要である。鋳塊温度が低い場合には誘導加熱装置を用いて熱間圧延機の前または途中で昇温を試みている。このことは、本発明者らが特願２００７−１４６２２６号等で既に提案済みである。以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明の実施形態の一例を示すもので、ベルト＆ホイール式移動鋳型を用いた連続鋳造の一例の概略図である（後続する熱間圧延機、焼入れ装置等は図示せず）。図１及び図２に示すように、シャフト炉１において原料銅を１０９０〜１１５０℃で溶解させ、純銅溶湯をシャフト炉１から保持炉２へ出湯させた後、保持炉２内において１１００〜１２００℃で滞留させながら保持炉２内の溶銅を、合流部(混合槽)４へ出湯させる。保持炉２と合流部４との間に脱酸・脱水素ユニット３を設けるのが好ましい。
その後、合流部４にて、傾動式高濃度溶解炉１０（図１）又は加圧式高濃度溶解炉１１(図２)から出湯した合金元素成分を含む高濃度融体を純銅溶湯に添加して、所定の合金組成となるように調整する。Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタル（ＭＭ）およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素などの単体若しくは母合金を溶銅移送工程で別添加しても良いが、より好ましくはこれらを高濃度溶解炉にて同時に溶解する。更に、高濃度溶解炉は１基で所定量の合金を製造することができるが、より好ましくは２基以上設置し交互に出湯することで大量の合金を製造することができる。なお、この高濃度溶解炉で溶解される原料にスクラップを使用することは、何ら問題は無い。
【００２１】
合流部４からの合金溶湯は、フィルター５付の樋６を通って鋳造ポット７内に連続的に移送され、その鋳造ポット７内の合金溶湯を不活性ガス又は還元性ガスでシールされた状態で鋳造スパウト８から回転移動鋳型であるベルト＆ホイール鋳造機９へ注湯し、凝固させる。この凝固した鋳塊の温度をできるだけ低下させない状態（好ましくは９００℃以上、この鋳塊の温度の上限値には特に制限はないが、通常９５０℃以下である。）で、連続熱間圧延機（図示せず）で所定の線径まで圧延を行い、焼入れを施し、ほぼ溶体化状態の銅合金材を製造することができる。この銅合金材は、線材に限らず、条材、板材等の任意の形状とすることもできる。
なお、上記脱酸処理は周知の方法、例えば赤熱化した木炭と溶湯を接触させる方法で行う。この方法では、溶湯中の酸素は粒状木炭と反応して、炭酸ガスとなり、溶湯中を浮上し、放出される。脱水素処理は周知の方法、例えば溶湯を非酸化ガス、不活性ガス又は還元ガスと接触させて行うことができる。脱水素は、脱酸処理後に行っても、脱酸処理と同時に行ってもよい。
【００２２】
また、縦型連続鋳造機並びにＳＣＲ等のベルト＆ホイール式及びＣｏｎｔｉｒｏｄなど双ベルト式の移動鋳型を有する連続鋳造機の鋳造能力と同等な溶解能力を持つ溶解炉を備えることで中断することなく長時間の連続鋳造が可能となる。例えば、ＳＣＲでは専ら１５〜５０トン／時の鋳造能力を有しており、これと同等な電気溶解炉を有することは大変大きな設備投資が必要である。また、全てを電気で溶解する場合には溶解原単位も悪く、加工費増大やＣＯ２排出増大などのデメリットが発生する。そのために、銅合金の溶銅を得る上で、屑リサイクル分を除く銅分相当分をガス炉（反射炉・シャフト炉）で溶解することで溶解原単位の改善を図ることができる。
【００２３】
また、添加元素については、専用の電気溶解炉である高濃度溶解炉（図１の１０、図２の１１）にて溶解を行い、高濃度融体を得る。
本発明において、高濃度溶解炉、高濃度融体等における「高濃度」とは、Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％で、残りをＳｉ等が占め、Ｓｉ含有量がＮｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量の０．２から０．４倍であることをいう。下限としては、工業的には特に制約は無いが、経済的には鋳塊成分の５倍以上であることが好ましい。
ＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを含有する高濃度融体を製造する際には、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉に添加する。さらに、析出強化型の銅合金は、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタル（ＭＭ）およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含有していても良いので、これを高濃度融体に含有するようこの溶解炉に加えても良い。
高濃度溶解炉内で高濃度融体を製造する際、約１１００℃以上に加熱すると急激な混合熱が生成し、局所的に１６００℃以上にもなる。この熱を隣接するＳｉ等にも伝播して熱膨張により表面酸化膜が破壊されて容易に溶解が進んでいく。このことから、Ｓｉの還元処理などが不要となり安価なＳｉが使用できる。また、この混合熱が連鎖的に周辺のＮｉやＳｉの溶解に利用されることで大幅な省エネルギーで溶解が可能となる。
上記元素又は母合金が完全に溶解した後に成分調整を行い、その後、高濃度融体を出湯し、純銅溶湯とブレンドすることで析出強化型の合金溶湯の製作を行うことができる。
【００２４】
この高濃度融体の成分のＮｉ、ＣｏまたはＮｉ＋Ｃｏの含有量は高濃度融体全量の最高８０質量％として残りをＳｉ等が占めるが、Ｓｉ含有量がＮｉ、ＣｏまたはＮｉ＋Ｃｏの含有量の０．２倍から０．４倍が好ましい。但し、湯流れ性を考慮すると、Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉ＋Ｃｏの含有量は６０質量％以下、残りをＳｉ、銅及びその他添加元素が望ましい。また、屑のリサイクルを図る上でこの溶解炉を活用する場合には、Ｎｉは２０〜４０質量％、Ｓｉは５〜１１質量％、残り銅及びその他添加元素が望ましい。
【００２５】
この高濃度融体を高濃度溶解炉から出湯する際において、その出湯量の制御の精度向上のために、(１)その下流の合流部（混合槽）までに三角堰又は四角堰のような堰を設けた計測樋を設置し、その堰を乗り越えて融体が流れていくようにし、樋内を通過する溶湯量を利用する、(２)その高濃度融体と純銅溶湯とが合流する合流部において、機械攪拌又は気泡攪拌により攪拌動力を与えて均一化し、高濃度融体と純銅溶湯が均一に混合した合金溶湯の電気抵抗値を合金溶湯の構成元素の成分組成の代用特性として利用する。この２つの値を用いて高濃度融体の出湯量制御へのフィードバックとする。
【００２６】
出湯し、計測樋１２中の溶湯量はどのような手段で求めても良いが、例えば図３に示すようなロードセル又は図４に示すような液面レベル計での計測値に基づいて知ることができる。この溶湯量から日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ００９４の８に該当する方法等によって溶湯通過量を算出する。傾動式高濃度溶解炉の傾動角度とそこからの出湯量の関係はこれまでの操業実績から、予め把握することができる。また、圧力出湯式高濃度溶解炉への加圧ガス注入量とそこからの出湯量の関係はテスト操業により、予め把握することができる。
また、合金溶湯の電気抵抗については、事前に各種の成分比率に調整された高濃度融体を純銅溶湯に添加し、電気抵抗を計測することで、合金溶湯の電気抵抗値で銅合金の成分組成の把握ができる。合金溶湯はＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを含有することから、これらの成分組成と電気抵抗値との関係は直線性が強いからである。
【００２７】
図３に示すように、制御機構を介して計測樋１２に付設したロードセルと傾動式高濃度溶解炉１０の傾動角度変更機構と接続し、フィードバック制御によりロードセルで得られる値で傾動角度（θ）を変更し、高濃度溶解炉からの出湯量を制御する。あるいは、前記と同様に、図４に示すように、制御機構を介して計測樋１２に付設した液面レベル計と加圧式高濃度溶解炉１１の加圧ガス注入量変更機構と接続し、フィードバック制御により液面レベル計で得られる値でガス注入量を変更し、高濃度溶解炉からの出湯量を制御することもできる。なお、構造物が増える為に、好ましくは無いが高濃度溶解炉から出湯された高濃度融体をトリベ等に溜め、ニードル・バルブやスライディング・ゲートなどで流量制御を施すことも問題ない。
【００２８】
また、図３、４に示すように、制御機構を介して合流部（混合層）に付設した電気抵抗検出用の測定器１３と傾動式高濃度溶解炉１０の傾動角度変更機構又は加圧式高濃度溶解炉１１の加圧ガス注入量変更機構と接続し、フィードバック制御により抵抗値で傾動角度（θ）又はガス注入量を変更し、高濃度溶解炉からの出湯量を制御することもできる。なお、電気抵抗検出用の測定器１３を合流部（混合層）に付設するのに代えて、図６、図７に示すように合金溶湯の流動する樋６に付設して、同様に抵抗値をフィードバックし、高濃度溶解炉からの出湯量を制御してもよい。
さらに、計測樋１２中の溶湯量に基づくフィードバック制御と電気抵抗値に基づくフィードバック制御とを併用して高濃度溶解炉からの出湯量を制御することもできる。
【００２９】
フィードバック制御機構は、傾動式高濃度溶解炉１０の傾動サイクル時間内で、計測樋１２で測定される重量若しくは体積から通過重量を測定・積算する。この重量が所定重量と乖離する場合には、次回の炉傾動量を増加若しくは減少すべく炉の傾動装置の稼動量を変更する。なお、ここで炉の傾動を制御する為の関係式は、炉傾動角度と炉内高濃度融体の出湯量の関係を予め数学的に算出して求めておく。次に、傾動サイクル時間の２倍以上の期間に測定器１３で検出された電気抵抗から成分を算出したものを平均化し、その値が目標値と乖離する場合には、次回の炉傾動量を増加若しくは減少すべく炉の傾動装置の稼動量を変更する。
【００３０】
図６及び図７に溶湯中の電気抵抗の検出用の測定器の形態の一例について示す。図６は、測定器１３のうち検出部１３ａの構造が一端閉となっている円筒状のものであり、図７は、溶融金属の流れの経路自体（たとえば樋６の一部）を測定器１３にしたものである。図７の１４は測定器１３の構造物でアルミナのような絶縁性に優れる耐火材であるが、必ずしも焼成品（アルミナ管、石英管等）である必要はない。このような溶湯中の電気抵抗は直流電流若しくはパルス電流を用いた４端子法で測定することが望ましいが、渦電流を用いて測定しても良い。測定器１３は合流部４に付設してもよく、合金溶湯の流れる樋６に付設してもよい。ここで、銅合金はアルミニウムとは異なり高温であり電圧印加用端子並びに電流測定用端子及びその絶縁物などの設置を考慮すると、電流の経路断面の直径は８ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは１５ｍｍ以上であると安定して長時間測定することが可能となる。この経路断面の直径の上限値には特に制限はないが、通常２０ｍｍ以下である。合金溶湯はＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを含有し、これらの成分組成と電気抵抗値との関係は直線性が強く、十分に電気抵抗値からフィードバックし、高濃度融体の出湯量を制御することができることが判明した。なお、図６の電気抵抗の検出用の測定器では、測定器内の合金溶湯を入れ替えるために窒素ガスなどの不活性ガスによる加圧・減圧を周期的に行う。
【００３１】
ここで合流部を攪拌するのは、(１)２種類の溶湯を混合し測定される電気抵抗値が溶湯全体の値を表すことと、(２)酸素との親和力の強いＳｉなどが純銅溶湯中の酸素と結合して酸化膜を形成するが、これを破壊することを目的としている。特に、上記(１)のために、ガス・バブリングを行なうが、３０Ｗ/ｍ３以上の総攪拌動力が必要であり、より好ましくは１００Ｗ/ｍ３以上が良く、多くても４００Ｗ/ｍ３程度までである。ここで言うガス・バブリングによる総攪拌動力（ε：Ｗ/ｍ３）は、「森、佐野ら、『鉄と鋼』、Ｖｏｌ．６７(１９８１)Ｐ．６７２−６９５」にて報告されている下記の式（１）から算出した。
【００３２】
【数１】
【００３３】
また、機械攪拌では、２０Ｗ／ｍ３以上の総攪拌動力が必要であり、より好ましくは１００Ｗ／ｍ３以上が良く、多くても４００Ｗ／ｍ３程度である。ここでの総攪拌動力は下記の式（２）から算出した。
【００３４】
【数２】
【００３５】
このように攪拌動力を付与することで、純銅溶湯に添加時に生成する高濃度融体の表面の酸化膜は破壊される。高濃度融体を添加する前の純銅溶湯中の酸素を脱酸処理にて１０ｐｐｍ以下にすることが望ましいが、攪拌動力を付与することで、事前の脱酸処理を施さずに酸素濃度３００ｐｐｍ以下であれば安定したブレンドが可能である。このことから更に小型設備を構築することができる。
この合流部（混合槽）から鋳造機スパウトまでの総湯溜り量（ｋｇ）を混合前の純銅溶湯量（Ｖ：ｋｇ／分）の９倍以上とすることで、高濃度融体の添加が間欠出湯であっても安定した成分・組成の合金溶湯を作成することができるが、更に好ましくは１５倍以上にすることでより成分変動が小さくなるが、多くても２５倍程度である。
【００３６】
次に、本発明の銅合金材の製造方法及び製造装置に使用する析出強化型銅合金について詳細に説明する。ここで、代表例として以下にコルソン合金（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金）について示すが、析出強化型銅合金であれば他の合金系についても同様に採用することができる。
本発明の製造方法及び製造装置により得られる合金材はコルソン系銅合金等の析出強化型合金からなる。例えば、コルソン系銅合金は、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素を含有するものが一般的である。また、コルソン系銅合金のＮｉの一部または全部をＣｏで置換した銅合金も同様に取り扱われる。
【００３７】
Ｎｉ（またはＮｉとＣｏの含有量の合計）を１．０〜５．０質量％に規定する理由は、強度を向上させるため、及び連続鋳造圧延工程のうち圧延工程の中間または圧延工程の直後の銅合金材の中間材について焼入れを行った場合に溶体化処理後の状態（溶体化状態）若しくはそれに近い状態の銅合金材を得られるようにするためである。Ｎｉ（またはＮｉとＣｏの含有量の合計）が１．０質量％未満では十分な強度が得られず、５．０質量％を超えると、圧延工程の中間または圧延工程の直後に焼入れを行っても溶体化状態若しくはそれに近い状態にすることが困難となる。Ｎｉ（またはＮｉとＣｏの含有量の合計）は、好ましくは１．５〜４．５質量％、より好ましくは１．５〜２．０質量％である。
また、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％に規定する理由は、ＮｉとＣｏとの化合物を形成して強度を向上させること、及び上記Ｎｉと同様に、圧延工程の中間または圧延工程の直後の銅合金材の中間材について焼入れを行った場合に溶体化状態若しくはそれに近い状態の銅合金材を得られるようにするためである。０．２５質量％未満では十分な強度が得られず、１．５質量％を超えると、圧延工程の中間または圧延工程の直後に焼入れを行っても溶体化状態若しくはそれに近い状態にすることが困難となる。Ｓｉの含有量は、好ましくは０．３５〜１．２５質量％、より好ましくは０．３５〜０．６５質量％である。
【００３８】
さらに、前記の銅合金は、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタル（ＭＭ）およびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有していても良い。これらの金属元素が０．０１〜１．０質量％含有されていると、強度が優れるためである。０．０１質量％未満ではその効果が十分現れず、１．０質量％を超えると、圧延工程の中間または圧延工程の直後の銅合金材の中間材について焼入れを行った場合に溶体化状態若しくはそれに近い状態にすることが困難となる。これらの元素の含有量は、好ましくは０．０２〜０．８質量％、より好ましくは０．０５〜０．２質量％である。
【００３９】
前述の析出強化型の銅合金に連続鋳造圧延を行う上で、従来技術のように高温鋳塊を製出する為に移動鋳型内面にアセチレンガスを不完全燃焼下で発生させた煤を繰り返し吹き付け煤の固着層の形成を試みた。しかし、主成分であるＳｉと煤とが反応してこの層が形成できなかった。そのために、本実施形態では、移動鋳型内面に窒化ホウ素（ボロン・ナイトライド：ＢＮ）を塗布若しくはスプレーすることにより誘導加熱を施すことなく８００℃以上の高温鋳塊を安定的に鋳造できるように鋳型内面に１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上の断熱層を形成させる。その結果、鋳塊と鋳造リングとの接触面での熱伝達率は図９に示すように低減し、高温鋳塊を製出することができた。この断熱層の厚みの上限値には特に制限はないが、通常６０μｍ以下である。
【００４０】
前述の析出強化型の銅合金をベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造した際、ベルトと銅ブロックとの接触部位に僅かなバリが発生する。このバリを切削する切削刃に固着物（焼付き）が固着するのを防止する為に、切削刃に窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分とする溶射を２μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上の厚さで施したものを使用するのが好ましい。この溶射の厚さの上限値には特に制限はないが、通常５０μｍ以下である。ＴｉＮを主成分とする溶射層を形成した切削刃は、鋳塊の固着が少なく、安定してバリの除去ができる。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
【００４２】
２０トン／時の鋳造能力を有するＳＣＲ（連続鋳造圧延装置）でコルソン合金線材の連続鋳造圧延を実施した。高濃度融体を高濃度溶解炉として３トンのコアレス炉２基を用いて交互出湯することで完全連続鋳造を実施した。ここで使用するコアレス炉に使用する耐火材は銅合金の溶解で使用する一般的なものである。
原料にはＮｉ板とＳｉ塊と２０％Ｓｉ−Ｃｕを用いて、図５に示すような関係を利用してＮｉ：５０質量％、Ｓｉ：１３質量％、残部銅となる高濃度融体（融点：１１１０℃）を作成した。溶解は予め、２０％Ｓｉ−Ｃｕを溶解し、その後Ｎｉ板とＳｉ塊を一緒に投入した。混合熱により目も眩むばかりの光が発生し、投入原料は一気に溶解した。このように、ガスによるシャフト炉及び電気による高濃度溶解炉で原料を溶解することで、Ｃｕ、Ｎｉ、２０％Ｓｉ−Ｃｕ、Ｓｉ各々を一般的な溶解手順によりコアレス炉で溶解する際のエネルギーの総和に対して、溶解エネルギーを約１４％節約することができた。
この高濃度溶解炉で溶解後にボタンサンプルを採取し、このサンプルを蛍光Ｘ線分析し、目標組成となるように調整を施した。なお、ここで採取されたサンプルにはＮｉＸＳｉＹの金属間化合物が多く含有されており、このような高濃度材を伸線してワイヤーにすることは不可能であり、特開２００２−８６２５１号公報（特許文献４）に記載された技術を採用することはできないと判断された。
【００４３】
次に、このコアレス炉から傾動制御にて高濃度融体の出湯を行った。予め、炉内形状から傾動角度と出湯量の関係は把握しておき、この関係式に則って３０秒／サイクル（出湯・停止）の間隔で８．７ｋｇ／回（＝鋳造レート×目標成分÷高濃度融体中の成分÷単位時間当りのサイクル数）の出湯を施した。しかし、炉壁へのノロの付着により、予め把握しておいた出湯量とは異なる出湯量となった。そのために、この下流側にロードセルの上に設置した計測樋に三角堰を設けて、この質量測定を行った。この堰をオーバー・フローする瞬間の樋の全質量をゼロとみなし、それからの増加量からサイクル毎の溶湯通過質量の試算を行った。
この出力結果から特に出湯の後期において出湯量が減少する傾向が見られ、不足分を次回のサイクルの傾動時間へフィードバックし、不足分の補正を行った。このフィードバック制御によって、安定した成分を得ることができた。
【００４４】
しかし、上記の樋の三角堰の部分にノロが付着し、鋳塊の合金成分が低下する事例が一部でみられた（発生頻度（＝異常発生ロット÷全鋳造ロット）：６％）。この異常を補正するために、高濃度融体と純銅溶湯との混合部（合流部４）に３００ｋｇの湯溜りを設置し、この湯溜り部の炉床のポーラス・プラグから窒素ガス：１０リッター／分を吹込み、１０８Ｗ／ｍ３の攪拌動力を与えた。この合流部４の湯溜りに４端子法で測定するための電極４本を設置し、その抵抗測定の結果からを稀に発生する異常を早期検出し、そのフィードバック制御を行い異常発生の防止を行った。
本実施例では、合流部４の湯溜りの上部から内径φ１６ｍｍのアルミナ管を用いた測定器１３の検出部１３ａを浸漬させ、５秒間隔で管内に窒素ガスによる加圧及び排気（大気圧に戻す）を繰り返すことで、検出部１３ａ内の合金溶湯の入替えを行った。なお、このアルミナ管は、その他の絶縁特性に優れる耐火材（例えば、石英管）を使用しても何ら問題はない。特開昭５９−１７１８３４号公報（特許文献６）に記載された技術のように最大直径φ５ｍｍでは吸引が必要となり、計測器の構成・保守が複雑になるが、この測定器１３は加圧のみで済むことから簡便な取り扱いができた。
これらの組合せによって、Ｎｉ：２．６質量％、Ｓｉ：０．６５質量％含有のコルソン合金の荒引線（φ８ｍｍ）を安定に製造（２０トン／時）することができた。
【００４５】
この高濃度融体と純銅溶湯の合流部の下流で、計測樋での溶湯通過質量による出湯量制御はオン、電気抵抗によるフィードバックをオフとして、ガス・バブリングによる攪拌動力を変化させて溶湯から分析用サンプルを採取・分析を行った。その結果を図８に示すが、攪拌動力が３０Ｗ／ｍ３を下回る条件下ではＮｉ分析値の偏差（最高濃度−最低濃度）が大きくなり不十分であるが、この実施例の条件では十分安定している結果を得た。
この線材の連続操業を実施している際に、熱間圧延時の冷却装置が故障し所定量以上の冷却水が噴霧された。そのために、焼入れ温度が低下し、析出が進んだ荒引線が得られた。この部分の導電率は３５％と通常部分の２２％と大きく乖離した値となり、特開昭５８−６５５５４公報（特許文献５）に記載された制御技術では管理できないことが判明した。
【００４６】
鋳造リング内面に対向するようにスプレーノズル３本を設置し、鋳造ベルトに対向してスプレーノズル１本を設置し、窒化ホウ素をスプレーし安定層の形成を行った。アセチレン不完全燃焼下で作成した煤では６９０℃の鋳塊が製出されたが、窒化ホウ素を塗布することで８３５℃の鋳塊を得ることができた。この際の安定層は７５μｍであった。
また、例えば、図１、図２図示される移動鋳型９とそれに後続する図示しない圧延機との間に、鋳塊１５のバリを除去する図示しないバリ除去器を設けてもよい。このバリ除去器の切削刃に窒化チタンを主成分とする溶射を１５μｍ施した刃を使用し、図１０に示すように、鋳塊１５のコーナー部のバリ１６を切削により除去した。５時間もの連続鋳造を行っても切削刃には固着物は生成せず、安定してバリを除去することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の溶解工程及び連続鋳造圧延工程の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の溶解工程及び連続鋳造圧延工程の他の例を示す概略図である。
【図３】傾動式高濃度溶解炉からの出湯量を制御する方法を示す説明図である。
【図４】圧力出湯式高濃度溶解炉からの出湯量を制御する方法を示す説明図である。
【図５】高濃度融体の成分と融点との関係を示すグラフである。
【図６】溶湯中に設置した電気抵抗を検出する測定器の一例の概略説明図である。
【図７】溶湯中に設置した電気抵抗を検出する測定器の他の例の概略説明図である。
【図８】攪拌動力と溶湯中のＮｉ分析値の偏差の関係を示すグラフである。
【図９】鋳塊と鋳造リングとの熱伝達率の関係を示すグラフである。
【図１０】鋳塊のバリ発生部の除去位置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ シャフト炉
２ 保持炉
３ 脱酸・脱水素ユニット
４ 合流部（混合槽）
５ フィルター
６ 樋
７ 鋳造ポット
８ 鋳造スパウト
９ ベルト＆ホイール式移動鋳型
１０ 傾動式高濃度溶解炉
１１ 圧力出湯式高濃度溶解炉
１２ 計測樋
１３ 測定器
１３ａ 検出部
１４ 耐火材（アルミナ管）
１５ 鋳塊
１６ バリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純銅溶解と添加元素若しくはそれを含有する母合金溶解とを別々に行う工程を有し、さらにベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造圧延する工程または縦型連続鋳造にてスラブ若しくはビレットを鋳造する工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する方法であって、添加元素若しくはそれを含有する母合金を溶解し、ＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを高濃度で含む高濃度融体を作成する際に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉へ投入し、混合熱の発生下で溶解させ、Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％で、Ｓｉ含有量が前記Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量の０．２倍から０．４倍となる高濃度融体を作成し、これを他の溶解炉から供給される純銅溶湯に添加し、所定の成分組成を有する合金溶湯とすることを特徴とする銅合金材の製造方法。
【請求項２】
前記高濃度融体を傾動式高濃度溶解炉から出湯する際において、高濃度溶解炉の下流側に設置した堰を有する計測樋で溶湯量を計測し、「予め把握していた炉傾動角度と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせて出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加することを特徴とする請求項１記載の銅合金材の製造方法。
【請求項３】
高濃度融体を圧力出湯式高濃度溶解炉から出湯する際において、高濃度溶解炉の下流側に設置した堰を有する計測樋で溶湯量を計測し、「予め把握していた加圧ガス注入量と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせて出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加することを特徴とする請求項１記載の銅合金材の製造方法。
【請求項４】
前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する合流部において、ガス・バブリングを行い、それにより総攪拌動力を３０Ｗ／ｍ３以上付与し、その合流部から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量を９×Ｖ（ｋｇ）以上とすることを特徴とする請求項２又は３記載の銅合金材の製造方法。
【請求項５】
前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する合流部において、機械式攪拌又は回転脱ガス攪拌を行い、それにより総攪拌動力を２０Ｗ／ｍ３以上付与し、その合流部から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする請求項２又は３記載の銅合金材の製造方法。
【請求項６】
前記析出強化型の銅合金が、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項７】
前記析出強化型の銅合金が、ＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項８】
銅合金を鋳造するにあたって、前記移動鋳型内面に窒化ホウ素を塗布することを特徴する請求項１〜７のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項９】
前記移動鋳型で鋳造された鋳塊のコーナー部を、主成分が窒化チタンで溶射を施した切削刃で切削することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項１０】
純銅溶解と添加元素若しくはそれを含有する母合金溶解を別々に行う工程及びベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造圧延するまたは縦型連続鋳造にてスラブ若しくはビレットを鋳造する工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する銅合金材の製造装置であって、
純銅溶解炉、Ｎｉ若しくはＣｏの少なくとも一方およびＳｉ元素またはそれを含有する母合金からＮｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％でＳｉ含有量が前記ＮｉとＣｏ含有量の合計の０．２倍から０．４倍となる高濃度融体を作成する高濃度溶解炉、純銅溶湯へ高濃度融体を添加・混合する混合槽を設け、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉へ投入し、混合熱の発生下で溶解させ高濃度融体を作成し、純銅溶解炉から供給される純銅溶湯に高濃度融体を添加・混合し所定の成分組成を有する合金溶湯とすることを特徴する銅合金材の製造装置。
【請求項１１】
前記高濃度溶解炉が傾動式であり、高濃度溶解炉の下流側に堰を有する計測樋及び樋に付設した溶湯量測定器を設置し、「予め把握していた炉傾動角度と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせる制御機構を設け、出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加・混合することを特徴とする請求項１０記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１２】
前記高濃度溶解炉が圧力出湯式であり、高濃度溶解炉の下流側に堰を有する計測樋及び樋に付設した溶湯量測定器を設置し、「予め把握していた高濃度溶解炉へのガス注入量と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせる制御機構を設け、出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加・混合することを特徴とする請求項１０記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１３】
前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加・混合する混合槽に気泡攪拌機を設け、ガス・バブリングによる総攪拌動力を３０Ｗ／ｍ３以上付与し、その混合槽から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１４】
前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する混合槽に機械式攪拌装置又は回転脱ガス装置を設け、それにより総攪拌動力を２０Ｗ／ｍ３以上を付与し、その混合槽から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１５】
前記析出強化型の銅合金が、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ，Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１６】
前記析出強化型の銅合金が、ＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１】
純銅溶解と添加元素若しくはそれを含有する母合金溶解とを別々に行う工程を有し、さらにベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造圧延する工程または縦型連続鋳造にてスラブ若しくはビレットを鋳造する工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する方法であって、添加元素若しくはそれを含有する母合金を溶解し、ＮｉまたはＣｏの少なくとも一方およびＳｉを高濃度で含む高濃度融体を作成する際に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉へ投入し、混合熱の発生下で溶解させ、Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％で、Ｓｉ含有量が前記Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量の０．２倍から０．４倍となる高濃度融体を作成し、これを他の溶解炉から供給される純銅溶湯に添加し、所定の成分組成を有する合金溶湯とすることを特徴とする銅合金材の製造方法。
【請求項２】
前記高濃度融体を傾動式高濃度溶解炉から出湯する際において、高濃度溶解炉の下流側に設置した堰を有する計測樋で溶湯量を計測し、「予め把握していた炉傾動角度と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせて出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加することを特徴とする請求項１記載の銅合金材の製造方法。
【請求項３】
高濃度融体を圧力出湯式高濃度溶解炉から出湯する際において、高濃度溶解炉の下流側に設置した堰を有する計測樋で溶湯量を計測し、「予め把握していた加圧ガス注入量と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせて出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加することを特徴とする請求項１記載の銅合金材の製造方法。
【請求項４】
前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する合流部において、ガス・バブリングを行い、それにより総攪拌動力を３０Ｗ／ｍ３以上付与し、その合流部から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量を９×Ｖ（ｋｇ）以上とすることを特徴とする請求項２又は３記載の銅合金材の製造方法。
【請求項５】
前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する合流部において、機械式攪拌又は回転脱ガス攪拌を行い、それにより総攪拌動力を２０Ｗ／ｍ３以上付与し、その合流部から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする請求項２又は３記載の銅合金材の製造方法。
【請求項６】
前記析出強化型の銅合金が、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項７】
前記析出強化型の銅合金が、ＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項８】
銅合金を鋳造するにあたって、前記移動鋳型内面に窒化ホウ素を塗布することを特徴する請求項１〜７のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項９】
前記移動鋳型で鋳造された鋳塊のコーナー部を、主成分が窒化チタンで溶射を施した切削刃で切削することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の銅合金材の製造方法。
【請求項１０】
純銅溶解と添加元素若しくはそれを含有する母合金溶解を別々に行う工程及びベルト＆ホイール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を用いて連続鋳造圧延するまたは縦型連続鋳造にてスラブ若しくはビレットを鋳造する工程を有する、析出強化型の銅合金から銅合金材を製造する銅合金材の製造装置であって、
純銅溶解炉、Ｎｉ若しくはＣｏの少なくとも一方およびＳｉ元素またはそれを含有する母合金からＮｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの合計の含有量が最大８０質量％でＳｉ含有量が前記ＮｉとＣｏ含有量の合計の０．２倍から０．４倍となる高濃度融体を作成する高濃度溶解炉、純銅溶湯へ高濃度融体を添加・混合する混合槽を設け、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｃｕ母合金、Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｃｕ母合金、Ｎｉ−Ｓｉ母合金、Ｃｏ−Ｓｉ母合金、およびＮｉ−Ｃｏ−Ｓｉ母合金から選択される元素又は母合金を組み合わせて同時に高濃度溶解炉へ投入し、混合熱の発生下で溶解させ高濃度融体を作成し、純銅溶解炉から供給される純銅溶湯に高濃度融体を添加・混合し所定の成分組成を有する合金溶湯とすることを特徴する銅合金材の製造装置。
【請求項１１】
前記高濃度溶解炉が傾動式であり、高濃度溶解炉の下流側に堰を有する計測樋及び樋に付設した溶湯量測定器を設置し、「予め把握していた炉傾動角度と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせる制御機構を設け、出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加・混合することを特徴とする請求項１０記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１２】
前記高濃度溶解炉が圧力出湯式であり、高濃度溶解炉の下流側に堰を有する計測樋及び樋に付設した溶湯量測定器を設置し、「予め把握していた高濃度溶解炉へのガス注入量と出湯量との関係」へ「計測樋中の溶湯量から算出される溶湯通過量」をフィードバックさせる制御機構を設け、出湯量を制御し、所定量の高濃度融体を純銅溶湯に添加・混合することを特徴とする請求項１０記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１３】
前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加・混合する混合槽に気泡攪拌機を設け、ガス・バブリングによる総攪拌動力を３０Ｗ／ｍ３以上付与し、その混合槽から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１４】
前記出湯される高濃度融体を純銅溶湯（Ｖ：ｋｇ／分）に添加する混合槽に機械式攪拌装置又は回転脱ガス装置を設け、それにより総攪拌動力を２０Ｗ／ｍ３以上を付与し、その混合槽から鋳造スパウトまでの総湯溜り質量が９×Ｖ（ｋｇ）以上であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１５】
前記析出強化型の銅合金が、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ，Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の銅合金材の製造装置。
【請求項１６】
前記析出強化型の銅合金が、ＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されるか、またはＮｉとＣｏとを合計で１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２５〜１．５質量％含有し、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｉｎ、ミッシュ・メタルおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素を０．０１〜１．０質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避的な不純物元素から構成されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の銅合金材の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１４８８２５（Ｐ２００９−１４８８２５Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０２８１４（Ｐ２００８−３０２８１４）
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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