本発明の銅合金線材の製造方法及びその� ��置の実施形態の種々の例について、添付図� ��に基づき説明する。尚、各図において同一� ��素には同一符号を付して重複する説明を省� ��する。

 まず、本発明の実施形態の前提について� ��明する。銅及び希薄銅合金をベルト&ホ� �ール式または双ベルト式の移動鋳型を用い� �、連続鋳造圧延する際の鋳型内面にはアセ� �レンガスを不完全燃焼下で発生させた煤を� �り返し吹き付け奪熱量の安定化及び鋳型へ� �焼付けを防止しておおよそ800℃以上の高温� �塊を鋳造し、熱間圧延機にて連続圧延を行� �ている。ここで、前記析出強化型の銅合金� �連続鋳造圧延においても溶体化状態を維持� �る上で、鋳塊温度を高くすることが極めて� �要である。鋳塊温度が低い場合には誘導加� �装置を用いて熱間圧延機の前または途中で� �温を試みている。このことは、本発明者ら� �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。

 図1及び図2は本発明の実施形態の一例を示� �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� �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� ��料銅を1090~1150℃で溶解させ、純銅溶湯をシ� ��フト炉1から保持炉2へ出湯させた後、保持� �2内において1100~1200℃で滞留させながら保持� ��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� ��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� �した合金元素成分を含む高濃度融体を純銅� �湯に添加して、所定の合金組成となるよう� �調整する。Ag、Mg、Mn、Zn、Sn、P、Fe、In、ミ� �シュ・メタル(MM)およびCrからなる群から選� �される少なくとも1つの元素などの単体若し� ��は母合金を溶銅移送工程で別添加しても良� ��が、より好ましくはこれらを高濃度溶解炉� ��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� �ることで大量の合金を製造することができ� �。なお、この高濃度溶解炉で溶解される原� �にスクラップを使用することは、何ら問題� �無い。

 合流部4からの合金溶湯は、フィルター5付� �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� �ス又は還元性ガスでシールされた状態で鋳� �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� ��凝固した鋳塊の温度をできるだけ低下させ� ��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� ��熱化した木炭と溶湯を接触させる方法で行� ��。この方法では、溶湯中の酸素は粒状木炭� ��反応して、炭酸ガスとなり、溶湯中を浮上� ��、放出される。脱水素処理は周知の方法、� ��えば溶湯を非酸化ガス、不活性ガス又は還� ��ガスと接触させて行うことができる。脱水� ��は、脱酸処理後に行っても、脱酸処理と同� ��に行ってもよい。

 また、縦型連続鋳造機並びにSCR等のベルト& amp;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CO ₂ 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・� �ャフト炉)で溶解することで溶解原単位の改� ��を図ることができる。

 また、添加元素については、専用の電気溶� ��炉である高濃度溶解炉(図1の10、図2の11)に� �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� ��等における「高濃度」とは、Ni、CoまたはNi� ��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� �の含有量の0.2から0.4倍であることをいう。� �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� ��ましい。
 NiまたはCoの少なくとも一方およびSiを含有� ��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-C u母合金、Co-Si-Cu母合金、Ni-Si母合金、Co-Si母� �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� �で、これを高濃度融体に含有するようこの� �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� �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� ��り安価なSiが使用できる。また、この混合� �が連鎖的に周辺のNiやSiの溶解に利用される� ��とで大幅な省エネルギーで溶解が可能とな� ��。
 上記元素又は母合金が完全に溶解した後に� ��分調整を行い、その後、高濃度融体を出湯� ��、純銅溶湯とブレンドすることで析出強化� ��の合金溶湯の製作を行うことができる。

 この高濃度融体の成分のNi、CoまたはNi+Co� ��含有量は高濃度融体全量の最高80質量%とし� ��残りをSi等が占めるが、Si含有量がNi、Coま� �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� ��の他添加元素が望ましい。また、屑のリサ� ��クルを図る上でこの溶解炉を活用する場合� ��は、Niは20~40質量%、Siは5~11質量%、残り銅及� ��その他添加元素が望ましい。

 この高濃度融体を高濃度溶解炉から出湯� ��る際において、その出湯量の制御の精度向� ��のために、(1)その下流の合流部(混合槽)ま� �に三角堰又は四角堰のような堰を設けた計� �樋を設置し、その堰を乗り越えて融体が流� �ていくようにし、樋内を通過する溶湯量を� �用する、(2)その高濃度融体と純銅溶湯とが� �流する合流部において、機械攪拌又は気泡� �拌により攪拌動力を与えて均一化し、高濃� �融体と純銅溶湯が均一に混合した合金溶湯� �電気抵抗値を合金溶湯の構成元素の成分組� �の代用特性として利用する。この2つの値を� ��いて高濃度融体の出湯量制御へのフィード� ��ックとする。

 出湯し、計測樋12中の溶湯量はどのような� �段で求めても良いが、例えば図3に示すよう� ��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� ��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� ��出湯量の関係はこれまでの操業実績から、� ��め把握することができる。また、圧力出湯� ��高濃度溶解炉への加圧ガス注入量とそこか� ��の出湯量の関係はテスト操業により、予め� ��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� ��に各種の成分比率に調整された高濃度融体� ��純銅溶湯に添加し、電気抵抗を計測するこ� ��で、合金溶湯の電気抵抗値で銅合金の成分� ��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� ��線性が強いからである。

 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� ��炉10の傾動角度変更機構と接続し、フィー� �バック制御によりロードセルで得られる値� �傾動角度(θ)を変更し、高濃度溶解炉からの� ��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� ��炉11の加圧ガス注入量変更機構と接続し、� �ィードバック制御により液面レベル計で得� �れる値でガス注入量を変更し、高濃度溶解� �からの出湯量を制御することもできる。な� �、構造物が増える為に、好ましくは無いが� �濃度溶解炉から出湯された高濃度融体をト� �ベ等に溜め、ニードル・バルブやスライデ� �ング・ゲートなどで流量制御を施すことも� �題ない。

 また、図3、4に示すように、制御機構を介� �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� �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� �量を変更し、高濃度溶解炉からの出湯量を� �御することもできる。なお、電気抵抗検出� �の測定器13を合流部(混合層)に付設するのに� ��えて、図6、図7に示すように合金溶湯の流� �する樋6に付設して、同様に抵抗値をフィー� ��バックし、高濃度溶解炉からの出湯量を制� ��してもよい。
 さらに、計測樋12中の溶湯量に基づくフィ� �ドバック制御と電気抵抗値に基づくフィー� �バック制御とを併用して高濃度溶解炉から� �出湯量を制御することもできる。

 フィードバック制御機構は、傾動式高濃� ��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� �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。

 図6及び図7に溶湯中の電気抵抗の検出用� �測定器の形態の一例について示す。図6は、� ��定器13のうち検出部13aの構造が一端閉とな� �ている円筒状のものであり、図7は、溶融金� ��の流れの経路自体(たとえば樋6の一部)を測� ��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� ��中の電気抵抗は直流電流若しくはパルス電� ��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� �アルミニウムとは異なり高温であり電圧印� �用端子並びに電流測定用端子及びその絶縁� �などの設置を考慮すると、電流の経路断面� �直径は8mm以上が好ましく、より好ましくは15 mm以上であると安定して長時間測定すること� ��可能となる。この経路断面の直径の上限値� ��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� �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、� �定器内の合金溶湯を入れ替えるために窒素� �スなどの不活性ガスによる加圧・減圧を周� �的に行う。

 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� ��形成するが、これを破壊することを目的と� ��ている。特に、上記(1)のために、ガス・バ� ��リングを行なうが、30W/m ³ 以上の総攪拌動力が必要であり、より好まし くは100W/m ³ 以上が良く、多くても400W/m ³ 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/m ³ )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� �出した。

 また、機械攪拌では、20W/m ³ 以上の総攪拌動力が必要であり、より好まし くは100W/m ³ 以上が良く、多くても400W/m ³ 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。

 このように攪拌動力を付与することで、純� ��溶湯に添加時に生成する高濃度融体の表面� ��酸化膜は破壊される。高濃度融体を添加す� ��前の純銅溶湯中の酸素を脱酸処理にて10ppm� �下にすることが望ましいが、攪拌動力を付� �することで、事前の脱酸処理を施さずに酸� �濃度300ppm以下であれば安定したブレンドが� �能である。このことから更に小型設備を構� �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� �の総湯溜り量(kg)を混合前の純銅溶湯量(V:kg/� ��)の9倍以上とすることで、高濃度融体の添� �が間欠出湯であっても安定した成分・組成� �合金溶湯を作成することができるが、更に� �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。

 次に、本発明の銅合金材の製造方法及び製� ��装置に使用する析出強化型銅合金について� ��細に説明する。ここで、代表例として以下� ��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� ��る合金材はコルソン系銅合金等の析出強化� ��合金からなる。例えば、コルソン系銅合金� ��、Niを1.0~5.0質量%、Siを0.25~1.5質量%含有し、� ��部がCuおよび不可避的な不純物元素を含有� �るものが一般的である。また、コルソン系� �合金のNiの一部または全部をCoで置換した銅� ��金も同様に取り扱われる。

 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� ��合金材を得られるようにするためである。N i(またはNiとCoの含有量の合計)が1.0質量%未満� ��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� ��と、及び上記Niと同様に、圧延工程の中間� �たは圧延工程の直後の銅合金材の中間材に� �いて焼入れを行った場合に溶体化状態若し� �はそれに近い状態の銅合金材を得られるよ� �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� �程の中間または圧延工程の直後に焼入れを� �っても溶体化状態若しくはそれに近い状態� �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� �量%である。

 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� ��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� ��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。

 前述の析出強化型の銅合金に連続鋳造圧� ��を行う上で、従来技術のように高温鋳塊を� ��出する為に移動鋳型内面にアセチレンガス� ��不完全燃焼下で発生させた煤を繰り返し吹� ��付け煤の固着層の形成を試みた。しかし、� ��成分であるSiと煤とが反応してこの層が形� �できなかった。そのために、本実施形態で� �、移動鋳型内面に窒化ホウ素(ボロン・ナイ� ��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� �を形成させる。その結果、鋳塊と鋳造リン� �との接触面での熱伝達率は図9に示すように� ��減し、高温鋳塊を製出することができた。� ��の断熱層の厚みの上限値には特に制限はな� ��が、通常60μm以下である。

 前述の析出強化型の銅合金をベルト&� �イール式若しくは双ベルト式の移動鋳型を� �いて連続鋳造した際、ベルトと銅ブロック� �の接触部位に僅かなバリが発生する。この� �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� �のが好ましい。この溶射の厚さの上限値に� �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。

 本発明によれば、既存のSCRやContirodなどの� �動鋳型を有する工場でも、溶解設備の小型� �で設備投資も小さくなる。そして、溶解炉� �得られた純銅溶湯の移送工程において連続� �若しくは間歇的に高濃度融体(Ni、Co、Si等を� ��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� �る必要が無く安価な原料の使用が可能であ� �、混合熱の利用で省エネルギーができ溶解� �単位を低減できる。また、溶湯移送工程に� �ける炉洗い等が極めて少なくて済み、品種� �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� ��加熱を施すことなく高温鋳塊を用いて溶体� ��状態の荒引線を得ることができ、省エネル� ��ーができ溶解原単位を低減できる。更に、� ��面品質に優れた銅合金材を安定的に製造す� ��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� ��大量かつ低コストで製造でき安定的に供給� ��きる。その結果の一例として、従来に比べ� ��価なワイヤーハーネスを大量に供給するこ� ��ができる。