铜合金材料的制造装置及制造方法与流程

本发明涉及铜合金材料的制造装置及制造方法。

背景技术：

作为铜以及铜合金的线材的制造方法，为了不浪费地制造长条的制品，使用连铸连轧设备。在向熔融铜中添加元素由连铸连轧法来制造铜合金材料时，根据所添加的元素不同，在熔融铜中有时产生合金成分的氧化物(关于铜合金材料的制造，参考例如专利文献1)。另外，由于连续铸造，存在构成炉的耐火材料、材料中所混入的杂物等直接混入制品中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4709296号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在进行连续铸造时，随着时间的推移，夹杂物(其包含熔融铜中所含合金成分的氧化物、构成炉的耐火材料或混入材料中的杂质)会附着在设置在铸造中的中间包出口处的浇注嘴上，存在浇注嘴堵塞的问题。

本发明的目的之一在于，提供一种在铜合金材料的制造中，能对附着在浇注嘴上的夹杂物进行清洁的技术。

解决课题的手段

根据本发明的一方面，提供一种铜合金材料的制造装置，包括：蓄积熔融铜的中间包、从所述中间包流出的所述熔融铜所通过的浇注嘴、使由所述熔融铜施加在所述浇注嘴上的压力发生变化的压力变化装置，以及控制所述压力变化装置来增加由所述熔融铜施加在所述浇注嘴上的压力以使得附着在所述浇注嘴上的夹杂物被除去的控制装置。

根据本发明的其他方面，提供了一种铜合金材料的制造方法，包括：将熔融铜蓄积在中间包中的步骤、所述熔融铜从所述中间包通过浇注嘴流出的步骤，以及伴随着所述熔融铜通过所述浇注嘴流出的步骤，通过增加由所述熔融铜施加在所述浇注嘴上的压力来去除附着在所述浇注嘴上的夹杂物的清除步骤。

发明效果

能够对附着在浇注嘴上的夹杂物进行清除。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的连铸连轧装置的(示出了第1～第3实施方式所共通的结构)示意结构图。

图2(a)及图2(b)扩大示出了根据实施方式的连铸连轧设备的中间包附近，是显示压力变化装置、控制装置以及检测装置(示出了第1～第3实施方式所共通的结构)的示意结构图。

图3(a)及图3(b)扩大示出了根据第1实施方式的连铸连轧设备的中间包附近，是显示压力变化装置、控制装置以及检测装置的示意结构图。

图4(a)及图4(b)扩大示出了根据第1实施方式的变形例的连铸连轧设备的中间包附近，是显示压力变化装置、控制装置以及检测装置的示意结构图。

图5(a)及图5(b)扩大示出了根据第2实施方式的连铸连轧设备的中间包附近，是显示压力变化装置、控制装置以及检测装置的示意结构图。

图6(a)及图6(b)扩大示出了根据第2实施方式的变形例的连铸连轧设备的中间包附近，是显示压力变化装置、控制装置以及检测装置的示意结构图。

图7(a)及图7(b)扩大示出了根据第3实施方式的连铸连轧设备的中间包附近，是显示压力变化装置、控制装置以及检测装置的示意结构图。

附图标记

10熔炼炉，15上槽，20保持炉，25下槽，30合金成分添加机构，40中间包，41流量调节栓，42盖部材料，43分隔部件，44盖部材料与液面之间的空间，45浇注嘴，46进气口，50铸造机，60轧机，70绕线机，80压力变化装置，81a流量調整装置，81b可动分隔部件，82b驱动装置，81c、81d漂浮部件，82c、82d驱动装置，81e气体注入装置，82e气体，90控制装置，95检测装置，100连铸连轧设备，200熔融铜，201夹杂物。

具体实施方式

参考图1，对根据本发明的一个实施方式的铜合金材料的制造装置的整体结构进行说明。另外，同时对于使用该制造装置的铜合金材料的制造方法进行说明。作为根据实施方式的铜合金材料的制造装置的一例，对连铸连轧设备进行说明。图1是根据实施方式的连铸连轧设备100的示意结构图。此处，对于后述的第1～第3实施方式共通部分进行说明。

连铸连轧设备100包括熔炼炉10、传送槽(上槽)15、保持炉20、传送槽(下槽)25、合金成分添加机构30、中间包40、浇注嘴45、铸造机50、轧机60、绕线机70、压力变化装置80、控制装置90以及检测装置95。

熔炼炉10是将铜原料进行加热使其熔融以生成熔融铜200的部件，包括炉主体、设置在炉主体下部的烧嘴。通过熔炼炉10，投入到炉主体内的铜原料(例如电解铜等)被烧嘴所加热从而熔融，连续生成熔融铜200。

上槽15连接在熔炼炉10与保持炉20之间。通过上槽15，在熔炼炉10所生成的熔融铜200被移送至下游侧的保持炉20。

保持炉20将从上槽15送来的熔融铜200以预定的温度储存。通过保持炉20，一定量的熔融铜200被送至下槽25。

下槽25连接在保持炉20与中间包40之间。通过下槽25，熔融铜200被从保持炉20送至下游侧的中间包40。

下槽25连接有合金成分添加机构30。通过合金成分添加机构30将合金成分添加至熔融铜200内。作为添加至熔融铜200内的合金成分，例如例举锡(sn)、钛(ti)、镁(mg)、铝(a1)、钙(ca)、锰(mn)等金属元素。作为添加合金成分的方法，没有特殊的限制，例如，可以使用将成为合金成分的金属丝投入至熔融铜200中的金属线注入法(wireinjection)。

中间包40是用于将熔融铜200连续供给至铸造机50的储存槽。通过合金成分添加机构30而添加了合金成分的熔融铜200，通过下槽25，储存在中间包40内。

在中间包40的出口，设有从中间包40流出的熔融铜200所要通过的浇注嘴45。浇注嘴45，例如可以由氧化硅、碳化硅、氮化硅等耐火材料形成。储存在中间包40内的熔融铜200，通过浇注嘴45而被提供之铸造机50。

作为铸造机50，例如可以使用带轮式铸造机。带轮式铸造机50包括在外表面形成有沟槽的轮51、与轮51的外表面的一部分接触且使其进行圆周运动的带52。在轮51的沟槽与带52之间所形成的空间内，通过浇注嘴45将熔融铜200注入。轮51以及带52例如通过冷水被冷却，由此熔融铜200被冷却、固化，从而连续地铸造得到棒状的铸造材料210。作为铸造机50，也可以使用带轮式以外的铸造机，例如可以使用双带方式等铸造机。

轧机60设置在铸造机50的下游侧。通过轧机60，由铸造机50送来的棒状的铸造材料210，被连续轧制从而成形加工为预定外径的铜合金线220。通过设置在轧机60的下游侧的绕线机70，对铜合金线220进行绕线。

本申请发明人等发现，包含了添加至熔融铜200中的合金成分的氧化物、炉材料中所使用的耐火材料等的夹杂物，附着在浇注嘴45的开口附近或内表面(堆积)，从而有时发生从浇注嘴45流出的熔融铜200的流量减少、浇注嘴45被堵塞的不良情况。

并且发现了，为了抑制这样的不良情况，通过增加由熔融铜200施加至浇注嘴45上的压力，也就是增加从浇注嘴45流出的熔融铜200的势能，对于去除(冲脱)清除附着在浇注嘴45上的夹杂物是有效的。以下，将这样的去除附着在浇注嘴45上的夹杂物的作用，有时简单称作清除。

此处，所谓“由熔融铜200施加在浇注嘴45上的压力”，意味着由中间包40内的熔融铜200的质量施加在浇注嘴45上的压力，同时意味着通过中间包40内的熔融铜200施加到浇注嘴45上的压力。

为了进行清除，根据实施方式的连铸连轧设备100具有压力变化装置80、控制装置90以及检测装置95。压力变化装置80构成为使得由熔融铜200施加至浇注嘴45的压力发生变化。控制装置90构成为，在清除时控制压力变化装置80来使得由熔融铜200施加至浇注嘴45的压力增加以便除去附着在浇注嘴上的夹杂物。

检测装置95构成为检测夹杂物在浇注嘴45上的附着。通过使用检测装置95可以在判定为夹杂物在浇注嘴45上的附着为预定量以上时进行清除。

需要说明的是，也可以例如每隔预定时间进行清除，在此情况下，也就是说，在无需检测装置95来判断进行清除的时间时，也可以省略检测装置95。

包含清除的、连铸连轧设备100的运行，例如如下进行。通常情况下，进行制造制品的运行。制造制品的运行，以下有时称作通常运行。

当判断为在浇注嘴45上附着有预定量以上的夹杂物的时刻，或进行了预定时间的通常运行的时刻等，就要进行实施清除的运行。需要说明的是，即使在进行清除时，优选不中断铸造以及轧制。因此，通过清除冲脱的夹杂物，混入至铸造物以及轧制物中，为此，优选将混入有由于清除所冲脱的夹杂物的部分的铸造物或轧制物从制品去除。

在清除结束后，再次进行通常运行。如此，在通常运行的间隙，进行清除。

如上所述的清除，是用于良好地进行铜合金材料的制造而实施的，可以被认为是铜合金材料的制造方法的一部分。包含了清除步骤的铜合金材料的制造方法，包括如下步骤：将熔融铜200蓄积在中间包40中的步骤；熔融铜200从中间包40通过浇注嘴45流出的步骤；以及伴随着熔融铜200通过浇注嘴45流出的步骤通过增加由熔融铜200施加在浇注嘴45上的压力来去除附着在浇注嘴45上的夹杂物的清除步骤。

接下来，参考图2(a)以及图2(b)，对于根据实施方式的连铸连轧设备100的中间包40附近的结构进行说明，同时，对于压力变化装置80、控制装置90以及检测装置95的结构进行进一步说明。图2(a)及图2(b)，扩大示出了根据实施方式的连铸连轧设备100的中间包40附近的同时，是显示压力变化装置80、控制装置90以及检测装置95的示意结构图。此处，对后述的第1～第3实施方式的共通结构进行说明。

图2(a)示出了在通常运行时，夹杂物201附着在浇注嘴45上的状态。在中间包40中蓄积有通过下槽25流入的熔融铜200。中间包40的上方由盖部材料42闭塞。浇注嘴45配置在中间包40的一端的底部。在浇注嘴45的上侧的开口附近，设置有流量调节栓41，以用于调节浇注嘴45的上侧的开口的实际大小。

通常运行时，将流入浇注嘴45的熔融铜200的流量控制为预定量。当在浇注嘴45附着有夹杂物201从而浇注嘴45的内径变细时，通过将位于浇注嘴45的上侧的流量调节栓41的前端移动至远离浇注嘴45的位置，从而使浇注嘴45的开口部变宽，从而保持浇注嘴45内的熔融铜200的流量。

检测装置95，例如，通过测定从浇注嘴45流出的熔融铜200的流量，来检测浇注嘴45的内径变细，也就是说附着有夹杂物201。作为检测装置95，例如可以使用观察从浇注嘴45流出的熔融铜200的流动的照相机。作为检测装置95，只要能检测对浇注嘴45的夹杂物201的附着程度即可，可以使用任意设备。优选直接检测夹杂物201的附着量的设备。

从检测装置95送出的信号，输入至控制装置90。当控制装置90基于从检测装置95输入的信号，判断附着在浇注嘴45上的夹杂物201的量为应该进行清除的预定量以上时，控制压力变化装置80以进行清除，即使得由熔融铜200施加至浇注嘴45上的压力增加。

需要说明的是，如上所述，也可以省略检测装置95，控制装置90控制压力变化装置80以在进行了预定时间的通常运行后进行清除。

图2(b)示出了清除时的状态。清除时，由于受控制装置90所控制，压力变化装置80以附着在浇注嘴45上的夹杂物201被冲脱的程度来增加从浇注嘴45流出的熔融铜200的势能，由此使得由熔融铜200施加至浇注嘴45上的压力增加。

在制造制品的通常运行时，优选从浇注嘴45流出的熔融铜200的流动状态保持恒定。因此，至今为止没有使用如下技术，即，有意识地改变由熔融铜200施加至浇注嘴45上的压力这一技术。本申请的发明人等，新采用了有意识地改变由熔融铜200施加在浇注嘴45上的压力的技术，从而提出了进行如上所述的清除的方案。

接下来，对第1实施方式及其变形例、第2实施方式及其变形例以及第3实施方式进行说明。对于各实施方式或各变形例，连铸连轧设备100的基本结构(熔炼炉10～绕线机70)、控制装置90以及检测装置95的结构，与上述的说明是相同的，主要是压力变化装置80的结构根据各实施方式、各变形例而不同。

对各实施方式、各变形例的说明中，为了避免繁杂，对于相互对应的部件或结构使用相同的附图标记，但为了便于理解各实施方式、各变形例的不同，关于第1实施方式及其变形例、第2实施方式及其变形例以及第3实施方式的压力变化装置80的详细构成，其附图标记分别区别标记为a～e。

图3(a)和图3(b)、图4(a)和图4(b)、图5(a)和图5(b)、图6(a)和图6(b)以及图7(a)和图7(b)，分别扩大示出了根据第1实施方式及其变形例、第2实施方式及其变形例以及第3实施方式的连铸连轧设备100的中间包40的附近，是示出压力变化装置80、控制装置90以及检测装置95的示意结构图。

图3(a)、图4(a)、图5(a)、图6(a)以及图7(a)，分别表示在通常运行时，在浇注嘴45附着有夹杂物201的状态。图3(b)、图4(b)、图5(b)、图6(b)以及图7(b)分别示出了清除时的状态。

详细如后所述，在第1实施方式及其变形例中，作为压力变化装置80使用如下的结构，即通过改变位于浇注嘴45上方的熔融铜200的液面高度，来改变熔融铜200施加在浇注嘴45上的压力。另外在第2实施方式及其变形例以及第3实施方式中，作为压力变化装置80，使用如下结构，即在浇注嘴45的上方通过改变由上方施加至熔融铜200液面的压力来改变由熔融铜200施加至浇注嘴45上的压力。

首先，参考图3(a)以及图3(b)，对第1实施方式进行说明。作为根据第1实施方式的压力变化装置80，使用具有流量调节装置81a的设备，该流量调节装置81a调节从下槽25流入中间包40的熔融铜200的流量。

清除时，通过控制装置90的控制，压力变化装置80的流量调节装置81a使得流入中间包40内的熔融铜200的流量增加，使熔融铜200的液面上升，从而使得由熔融铜200施加在浇注嘴45上的压力增加。在第1实施方式中，如此进行清除。

接下来，参考图4(a)以及图4(b)，对第1实施方式的变形例进行说明。作为根据第1实施方式的变形例的压力变化装置80，可以使用具有可动分隔部件81b与驱动可动分隔部件81b的驱动装置82b，该可动分隔部件81b可动地设置在水平方向上以将中间包40内在水平方向上进行分隔。

可动分隔部件81b将中间包40内在水平方向上分隔为浇注嘴45侧及其反对侧，设置为浸渍在熔融铜200内。作为可动分隔部件81b，可以使用例如由氧化硅、碳化硅、氮化硅等耐火材料形成的板状部件。

可动分隔部件81b，只要在后述的清除时暂时使得熔融铜200能够移动的程度来分隔熔融铜200即可，可以与中间包40的内表面(内侧面或底面)之间具有间隙。在通常运行时，熔融铜200通过间隙可以夹持可动分隔部件81b从一侧向着另一侧移动。

可动分隔部件81b，相对于通常运行时的配置，在水平方向上设置为可动以在清除时能够配置在浇注嘴45接近侧。可动分隔部件81b，例如安装在中间包40的盖部材料42上。驱动装置82b使得可动分隔部件81b在水平方向上移动。作为驱动装置82b，可以适当使用公知的各种驱动机构。

清除时，通过控制装置90的控制，压力变化装置80的驱动装置82b使得可动分隔部件81b向着浇注嘴45侧移动，也就是说，通过可动分隔部件81b将蓄积在浇注嘴45侧的熔融铜200向浇注嘴45侧聚集，由可动分隔部件81b使得浇注嘴45侧的液面上升，从而使得由熔融铜200施加在浇注嘴45上的压力增加。第1实施方式的变形例中，如此进行清除。

接下来，参考图5(a)以及图5(b)，对第2实施方式进行说明。作为根据第2实施方式的压力变化装置80，使用具有漂浮部件81c和驱动该漂浮部件81c的驱动装置82c，所述漂浮部件81c以漂浮于熔融铜200的液面的状态在垂直方向上可动地设置在中间包40内。

漂浮部件81c设置为覆盖中间包40内的熔融铜200的液面，可以兼做中间包40的盖部材料42。作为漂浮部件81c，例如可以使用氧化硅、碳化硅、氮化硅等耐火材料形成的板状部件。

漂浮部件81c，只要如后所述在清除时能够暂时对熔融铜200进行加压的程度覆盖在熔融铜200的液面即可，与中间包40的内表面(内侧面)之间、与下槽25、流量调节栓41的外表面之间可以存在间隙。

漂浮部件81c在垂直方向上可动设置，以相对通常运行时的配置在清除时能够配置于下方。驱动装置82c，使漂浮部件81c在垂直方向上移动。作为驱动装置82c，可以适当使用公知的各种驱动机构。

清除时，由于被控制装置90所控制，压力变化装置80的驱动装置82c使得漂浮部件81c向下方移动，从而由上方向熔融铜200的液面施加的压力增加，从而使得由熔融铜200施加在浇注嘴45上的压力增加。第2实施方式中，如此进行清除。

接下来，参考图6(a)以及图6(b)，对第2实施方式的变形例进行说明。在第2实施方式的变形例中，压力变化装置80的漂浮部件81d的配置方式与上述的第2实施方式的漂浮部件81c不同，漂浮部件81d设置为覆盖中间包40内的浇注嘴45侧的液面。

分隔部件43将中间包40内在水平方向上分隔为浇注嘴45侧及其相反侧，设置为浸渍在熔融铜200中。相对分隔部件43，在浇注嘴45侧，设置有兼做浇注嘴45侧的盖部材料42的漂浮部件81d。另外，相对分隔部件43，在与浇注嘴45的反对侧，设有浇注嘴45反对侧的盖部材料42。分隔部件43以及浇注嘴45的反对侧的盖部材料42，可以相对于中间包40固定地设置。作为漂浮部件81d、分隔部件43，可以使用例如由氧化硅、碳化硅、氮化硅等耐火材料所形成的板状部件。

第2实施方式的变形例中的清除时的动作，与上述第2实施方式中的相同。即，在清除时，由于控制装置90的控制，压力变化装置80的驱动装置82d使得漂浮部件81d向下方移动，从而使得从上方施加在熔融铜200的液面上的压力增加，以使得由熔融铜200施加在浇注嘴45上的压力增加。

在第2实施方式的变形例中，漂浮部件81d相对于分隔部件43而限定为设置在浇注嘴45侧，也就是说漂浮部件81d较小，与漂浮部件81c设置为遍布中间包40内的整个表面的情况相比，漂浮部件81d易于驱动。

接下来，参考图7(a)以及图7(b)，对第3实施方式进行说明。作为根据第3实施方式的压力变化部件80，可以使用具有气体注入装置81e的装置，该气体注入装置81e在中间包40的盖部材料42与熔融铜200的液面之间的空间44内注入气体。

在第3实施方式中，盖部材料42相对于中间包40固定地设置。盖部材料42可以与下槽25或流量调节栓41的外表面之间具有间隙，优选设置为能够获得空间44的密闭性，该密闭性为在如后述的清除时能够实施暂时的对熔融铜200加压的程度。

另外，在第3实施方式中，在中间包40的底部设有进气口46。气体注入装置81e，例如从进气口46向中间包40内的熔融铜200中注入气体82e。作为气体82e，例如可以使用氮气、氩气等非活性气体。

注入熔融铜200中的气体82e，通过熔融铜200而被注入至空间44内。通过调节注入至空间44内的气体82e的量，来调节空间44的压力，以使得注入空间44的气体82e来调节施加在熔融铜200的液面的压力。

在清除时，通过控制装置90的控制，压力变化装置80的气体注入装置81e向空间44内注入气体，以使得从上方向熔融铜200的液面所施加的压力增加，从而使得由熔融铜200施加至浇注嘴45的压力增加。第3实施方式中，如此进行清除。

需要说明的是，通过向熔融铜200中注入气体82e，可期待具有如下效果，即：使熔融铜200中存在的夹杂物201附着在气体82e的泡上，从而使夹杂物201漂浮在液面上。

如上述说明，通过使用根据实施方式的铜合金材料的制造装置，能够对附着在浇注嘴45上的夹杂物201进行清除。

通过进行这样的清除，能够抑制浇注嘴45的堵塞。另外，能够将浇注嘴45保持在夹杂物201的附着较少的状态，以降低混入制品中的夹杂物201的量，从而能够提高品质。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。例如，对于本领域技术人员来说，勿用说明，可进行各种变更、改良、组合等。

以下，附加本发明的最佳实施方式。

附加1：

铜合金材料的制造装置，包括：

中间包，其蓄积熔融铜；

浇注嘴，从所述中间包流出的所述熔融铜通过所述浇注嘴；

压力变化装置，其使由所述熔融铜施加在所述浇注嘴上的压力发生变化；以及

控制装置，其控制所述压力变化装置来增加由所述熔融铜施加在所述浇注嘴上的压力，以使得附着在所述浇注嘴上的夹杂物被除去。

附加2：

根据附加1所述的铜合金材料的制造装置，还包括：

检测装置，其检测所述浇注嘴上的夹杂物的附着，

所述控制装置根据从所述检测装置输入的信号来控制所述压力变化装置。

附加3：

根据附加1或附加2所述的铜合金材料的制造装置，所述压力变化装置通过改变所述浇注嘴上方的所述熔融铜的液面高度来改变由所述熔融铜施加在所述浇注嘴的压力。

附加4：

根据附加3所述的铜合金材料的制造装置，

所述压力变化装置包括流量调节装置以调节流入所述中间包内的所述熔融铜的流量，

所述控制装置控制所述流量调节装置以使得流入所述中间包的所述熔融铜的流量增加来提高所述液面。

附加5：

根据附加3所述的铜合金材料的制造装置，

所述压力变化装置包括：

可动分隔部件，其将所述中间包内部在水平方向上进行分隔，并设置为在水平方向上可动，和

驱动装置，其驱动所述可动分隔部件；

所述控制装置控制所述驱动装置，以使得所述可动分隔部件向所述浇注嘴侧移动，从而通过所述可动分隔部件使得所述浇注嘴侧的所述液面上升。

附加6：

根据附加1或2所述的铜合金材料的制造装置，

所述压力变化装置在所述浇注嘴的上方通过改变由上方向所述熔融铜液面施加的压力，由此改变由所述熔融铜施加在所述浇注嘴上的压力。

附加7：

根据附加6所述的铜合金材料的制造装置，

所述压力变化装置包括：

漂浮部件，其以漂浮在所述熔融铜液面上的状态在垂直方向上可动地设置在所述中间包内，和

驱动装置，其驱动所述漂浮部件；

所述控制装置控制所述驱动装置以使所述漂浮部件向下方移动，从而使得从上方向所述液面施加的力增加。

附加8：

根据附加7所述的铜合金材料的制造装置，还包括：

分隔部件，其将所述中间包内部在水平方向进行分隔，

所述漂浮部件相对所述分隔部件设置在所述浇注嘴侧。

附加9：

根据附加6所述的铜合金材料的制造装置，

所述压力变化装置包括气体注入装置，其在所述中间包的盖部材料与所述液面之间的空间内注入气体，

所述控制装置控制所述气体装置以在所述空间内注入所述气体来增加从上方向所述液面施加的压力。

附加10：

根据附加9所述的铜合金材料的制造装置，所述气体注入装置向所述熔融铜中注入所述气体。

附加11：

根据附加1至附加10任一项所述的铜合金材料的制造装置，

还包括向所述熔融铜中添加合金成分的机构，

所述夹杂物包含所述合金成分的氧化物。

附加12：

铜合金材料的制造方法，包括：

在中间包内蓄积熔融铜的步骤；

使所述熔融铜从所述中间包通过所述浇注嘴流出的步骤；以及

伴随着所述熔融铜通过所述浇注嘴流出的步骤，通过增加由所述熔融铜施加在所述浇注嘴上的压力来去除附着在所述浇注嘴上的夹杂物的清除步骤。

附加13：

根据附加12所述的所述的铜合金材料的制造方法，还包括检测步骤，以检测在所述浇注嘴上的夹杂物的附着。

附加14：

根据附加12或附加13所述的铜合金材料的制造方法，还包括向所述熔融铜中添加合金成分的步骤；

所述夹杂物包含所述合金成分的氧化物。