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JP2636985B2 - 銅または銅合金溶湯の還元法 - Google Patents
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JP2636985B2 - 銅または銅合金溶湯の還元法 - Google Patents

銅または銅合金溶湯の還元法

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JP2636985B2
JP2636985B2 JP19998591A JP19998591A JP2636985B2 JP 2636985 B2 JP2636985 B2 JP 2636985B2 JP 19998591 A JP19998591 A JP 19998591A JP 19998591 A JP19998591 A JP 19998591A JP 2636985 B2 JP2636985 B2 JP 2636985B2
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賀 清 正 大
田 隆 吉 池
田 栄 次 吉
田 裕 文 岡
中 龍 介 浜
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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は銅または銅合金溶湯の還
元法に関し、さらに詳しくは、銅および銅合金溶湯の還
元に際して、発生するO2ガスを溶湯中および溶湯表面
から可及的速やかに除去することが可能な銅または銅合
金溶湯の還元法に関するものである。
【0002】
【従来技術】銅または銅合金は、優れた電気伝導性と熱
伝導性および優れた加工性を有しており、最近、とみに
熱交換器、電子・電気部品等の分野において需要が極め
て旺盛である。
【0003】しかし、このような優れた性質を有してい
る銅または銅合金は、含有されている酸素(以下、O2
ガスとして説明する。)の量により、銅または銅合金の
特性が著しく損なわれるため、銅または銅合金の製造工
程においてO2ガス量の調整が重要な作業となってい
る。このO2ガス含有量を低減すること、即ち、還元を
行うことは、その調整工程は溶湯状態においてのみ行わ
れる。
【0004】一般的に、溶湯中に含有されているO2
スを脱酸により低減する場合、普通、木炭等の還元剤を
溶湯表面に散布して、溶湯中のO2ガスをCOガスまた
はCO2ガス等のガスとして除去するのである。
【0005】しかしながら、実際にこのような還元にお
いては、還元剤を使用しているにも拘わらず、予測に反
して溶湯中のO2ガス含有量が低減しないことが多く発
生しており、初期の目的としたO2ガス量とすることが
保証されないという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に説明し
た従来における銅および銅合金溶湯中のO2ガスの除去
の問題点に鑑み、本発明者が鋭意研究を行い、検討を重
ねた結果、比較的に簡単な手段により、銅または銅合金
溶湯中のO2ガス含有量を著しく低減することができる
還元法を開発したのである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明に係る銅または
銅合金溶湯の還元法の特徴とするところは、銅または銅
合金溶湯の溶湯表面に固体還元剤を散布した後、溶湯中
のO ガス分圧より低いO ガス分圧の不活性ガスを銅
または銅合金溶湯中に吹き込み、および/または、溶湯
中のO ガス分圧より低いO ガス分圧の不活性ガスを
銅または銅合金溶湯表面に吹き付けることにより、溶湯
内および/または溶湯表面より還元により生成するO
ガスを除去しながら銅または銅合金溶湯の還元を行うこ
とである。
【0008】本発明に係る銅または銅合金溶湯の還元法
について、以下詳細に説明する。
【0009】即ち、銅または銅合金溶湯の表面に、固体
還元剤として、例えば、木炭を満遍なく散布してから、
溶湯中にランスにより不活性ガス等の溶湯中のO2ガス
分圧より低いO2ガス分圧を有するガスを吹き込み、こ
の吹き込んだガス気泡中のO2ガス分圧と溶湯中のO2
ス分圧との分圧差を利用して、溶湯中のO2ガスを吹き
込んだガス気泡中に拡散、捕集して溶湯中を浮上させ
て、溶湯表面から吹き込んだガスと共にO2ガスを放出
させるものである。
【0010】また、銅または銅合金溶湯の表面に、固体
還元剤として、例えば、木炭を満遍なく散布してから、
溶湯中にランスにより不活性ガス等の溶湯中のO2ガス
分圧より低いO2ガス分圧を有するガスを吹き込み、こ
の吹き込んだガス気泡中のO2ガス分圧と溶湯中のO2
ス分圧との分圧差を利用して、溶湯中のO2ガスを吹き
込んだガス気泡中に拡散、捕集して溶湯中を浮上させ
て、溶湯表面から吹き込んだガスと共にO2ガスを放出
させ、そして、この放出されたO2ガスが再び溶湯中に
溶解しないように、不活性ガス等の溶湯表面のO2ガス
分圧(濃度)より低いO2ガス分圧を有するガスを、溶
湯表面に吹きけ、溶湯から放出されたO2ガスを除去、
即ち、還元を促進するのである。
【0011】さらに、銅または銅合金溶湯の表面に、固
体還元剤として、例えば、木炭を満遍なく散布してか
ら、溶湯中にランスにより不活性ガス等の溶湯中のO2
ガス分圧より低いO2ガス分圧を有するガスを吹き込
み、同時に、溶湯表面に溶湯表面のO2ガス分圧より低
いO2ガス分圧を有するガスを吹き付けることにより、
この吹き込んだガス気泡中のO2ガス分圧と溶湯中のO2
ガス分圧との分圧差を利用して、溶湯中のO2ガスを吹
き込んだガス気泡中に拡散、捕集して溶湯中を浮上させ
て、溶湯表面から吹き込んだガスと共にO2ガスを放出
させ、そして、この放出されたO2ガスが再び溶湯中に
溶解しないように、上記したようなガスを溶湯表面にに
吹き付けることにより、溶湯から放出されたO2ガスを
除去することができ、即ち、還元が促進されるのであ
る。
【0012】本発明に係る銅または銅合金溶湯の還元法
は、上記の構成であるが、従来における銅または銅合金
溶湯の還元法では、通説として、溶湯中におけるO2
スの含有されている状態としては、酸化物(Cu
2O)およびその他、および、溶湯中に溶解という2
種類があり、還元剤として、例えば、木炭が溶湯に添加
されると、下記の通り、(木炭はCとして示す。) 酸化物として存在するO2ガスは、Cu2O+C→Cu+
CO↑ ガスとして溶湯に溶解しているO2ガスは、O2+C→C
O↑ の反応式に示すように、溶湯中のCu2OおよびO2ガス
が木炭のCにより還元され、COガスとして放出されて
いる。
【0013】しかして、本発明に係る銅または銅合金溶
湯の還元法における溶湯中に溶解しているO2ガスの挙
動を実測することにより、従来とは異なった結果が得ら
れた。即ち、銅および銅合金溶湯中に含有されている溶
解したO2ガスを、分解平衡法を使用した測定法{特願
昭 62−272380号(特開平01−113625
号公報三省)}参照により実測した。
【0014】この実測結果によると、還元反応前に溶湯
中に含有されているO2ガスは全て酸化物(CuO、C
2Oその他)であり、溶湯中には溶解したO2ガスは含
有されていないことを確認した。
【0015】従って、この実測値より、還元反応は以下
示す通りと予測され、即ち、溶湯表面に木炭等の還元剤
が散布されると、 Cu2O+C→Cu+O2↑ C+O2→CO2↑ のように、主として溶湯中のCuO或いはCu2OがC
(木炭)により還元される反応だけが生じ、この反応に
より生じたO2ガスやこのO2ガスがC(木炭)と反応し
たCO2ガスとして存在することが考えられる。これを
裏付けるために溶湯を上記の方法により改めて測定を行
った結果、従来において通説とされていたCOガスに代
わり、O2ガスおよびCO2ガスが認められた。また、こ
の状態は溶湯表面においても同様であった。
【0016】このことから、銅および銅合金溶湯の還元
を行う場合、所期の目的とする効果が得られない主な原
因は、還元反応において新たに発生したO2ガスが溶湯
内または溶湯表面直上に残存するために、丁度O2ガス
が溶湯を被覆するような状態となり、新たに発生したO
2ガス等のガスを放出するのを妨害するためである。
【0017】この場合の変化を図1、図2、図3および
図4により説明すると、図1においては、ガスクロマト
グラフによる溶湯表面直上のガス濃度の変化を示してお
り、木炭(C)を溶湯表面に添加した時は、O2ガスお
よびCO2ガスが急激に発生し、時間が経過したも略こ
れらのガスの発生量の変化はなく、COガスは木炭添加
後殆ど発生しておらず、時間が経過しても発生量は変わ
らない。
【0018】図2は分圧平衡法による溶湯中のガス濃度
変化を示しており、木炭(C)添加後、急激にO2ガス
およびCO2ガスの発生し、時間が経過してもこれらガ
ス濃度にはあまり変化はなく、COガスは木炭添加後に
おいても、殆ど発生しておらず、時間が経過しても発生
量は全然変わっていない。
【0019】図3は溶湯表面に木炭(C)の散布を行う
前においては、溶湯表面にはO2ガスとN2ガスが存在し
ており、溶湯中にはCu2O等の酸化物が多量に存在し
ている。しかし、図4においては、溶湯表面に木炭
(C)を散布・被覆した場合であり、溶湯表面にはO2
ガスおよびCO2ガス濃度が大であり、また、溶湯内に
おける溶湯表面近傍においても、O2ガスおよびCO2
スの溶解量が大であることがわかる。そして、溶湯内に
はCu2O等の酸化物の量は少なくなっていることがわ
かる。
【0020】従って、上記に説明したように、銅または
銅合金溶湯の還元を行う場合、還元反応により発生した
2ガスおよびCO2ガスを溶湯内および溶湯表面直上か
ら、速やかに系外に放出する必要があり、この放出手段
としては、不活性ガス等の溶湯中に新たに発生したO2
ガス分圧より低いO2ガス分圧のガスを吹き込み、この
分圧差により吹き込んだガス中に溶湯中のO2ガスを拡
散・捕集し、系外に放出するのである。
【0021】そして、銅溶湯の場合に、この新たに発生
したO2ガスの放出について説明すると、電気銅地金1
00%を1トン溶解炉により1200℃±20℃の温度
で溶解を行い、次いで、この銅溶湯重量の1%の木炭を
溶湯表面に散布して被覆を行った後、不活性ガスを溶湯
内に3分φ径のランスにより30Nl/分の割合で吹き
込むと同時に溶湯表面に30Nl/分の割合で不活性ガ
スの吹き付けを行い、その後、鋳造してから加工を行っ
た。
【0022】この場合の溶湯中のO2ガス濃度(ガス±
酸化物合計)と時間との関係を図5に示すが、Ar処理
を行わない場合には、O2ガス濃度は時間が経過しても
変化がなく、また、Arガスを溶湯中に吹き込んだ場合
および溶湯表面に吹き付けた場合は共に時間の経過と共
にO2ガス濃度は低くなっており、さらに、Arガスを
溶湯内吹き込みと溶湯表面に吹き付けた場合には、格段
にO2ガス濃度は低くなっていることがわかる。
【0023】また、銅合金溶湯の場合に、新たに発生し
たO2ガスの放出について説明すると、Cu−Fe系合
金屑(KLF−194)100%を1トン溶解炉におい
て1200℃±20℃の温度で溶解を行い、溶解後溶湯
重量の1%の木炭を溶湯表面に散布して被覆し、次い
で、溶湯中に径3分φのランスにより30Nl/分の割
合で不活性ガスを吹き込むと同時に溶湯表面に30Nl
/分の割合で不活性ガスの吹き付けを行い、鋳造後加工
を行った。
【0024】この場合の溶湯中のO2ガス濃度(ガス+
酸化物合計)と時間との関係を図6に示すが、Ar処理
を行わない場合には、O2ガス濃度は時間が経過しても
変化がなく、また、Arガスを溶湯中に吹き込んだ場合
および溶湯表面に吹き付けた場合は共に時間の経過と共
にO2ガス濃度は低くなっており、さらに、Arガスを
溶湯内吹き込みと溶湯表面に吹き付けた場合には、格段
にO2ガス濃度は低くなっていることがわかる。
【0025】
【実 施 例】本発明に係る銅または銅合金溶湯の還元
法について、以下実施例を説明する。
【0026】
【実 施 例】以下の条件により銅溶湯の還元を行った。 銅溶湯量 250kg 溶解温度 1250℃ 木炭量 5kg 不活性ガス量 10〜13l/分(アルゴンガス・バ
ブラー吹き込み) 銅溶湯酸素量調整=大気溶解+CuO添加
【0027】図7に還元後の結果を示す。即ち、還元初
期においては酸素量が5200ppmであったものが、
上記条件により還元を行ったところ、脱酸速度252p
pm/分の割合で20分後には酸素量は155ppmに
低下し、さらに、40分後には19ppmにまで極めて
低濃度にまで低下していることがわかる。しかし、その
後時間が経過すると、60分後には20ppm、90分
後には27ppmとO2ガス濃度が増加する傾向にあ
る。従って、酸素量が最低になる時間において還元を停
止することがよい。また、図8に銅合金における溶湯中
の酸素量と処理時間との関係を示す。この場合、上記に
説明した銅溶湯と同じ条件により還元を行った。この図
8から、還元初期においては、酸素量が8000ppm
であったものが、20分後には略250ppm程度にま
で低下しており、40分後以降は酸素量は略零にまで低
下していることがわかる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る銅ま
たは銅合金溶湯の還元法は上記の構成であるから、溶湯
表面に木炭(C)を散布・被覆した後に、溶湯中のO2
ガス分圧より低いO2ガス分圧の不活性ガスを溶湯内に
吹き込むか、または、溶湯表面に吹き付けるか、さら
に、溶湯内および溶湯表面に同時に行うことによって、
溶湯内の還元により発生したO2ガス濃度(ガス+酸化
物合計)は極めて低くなるという優れた効果を有するも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶湯表面直上のガス濃度と時間との関係を示す
図である。
【図2】溶湯中のガス濃度と時間との関係を示す図であ
る。
【図3】溶湯表面に木炭を散布・被覆する前の溶湯内と
溶湯表面の状態を示す模式図である。
【図4】溶湯表面に木炭を散布・被覆した後の溶湯内と
溶湯表面のガスの分布状態を示す図である。
【図5】銅溶湯の還元について、不活性ガス処理の有
無、溶湯内に吹き込んだ場合、溶湯表面に吹き付けた場
合およびこの両方を行った場合のO2ガス濃度(ガス+
酸化物合計)と時間との関係を示す図である。
【図6】銅合金溶湯の還元について、不活性ガス処理の
有無、溶湯内に吹き込んだ場合、 溶湯表面に吹き付け
た場合およびこの両方を行った場合のO2ガス濃度(ガ
ス +酸化物合計)と時間との関係を示す図である。
【図7】実施例における還元の場合の、銅溶湯中の酸素
量と処理時間との関係を示す図である。
【図8】銅合金溶湯中の酸素量と処理時間との関係を示
す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 田 裕 文 山口県下関市長府紺屋町1−32 (72)発明者 浜 中 龍 介 山口県下関市長府黒門東町3番F303 (56)参考文献 特開 昭51−99620(JP,A) 特開 昭58−177422(JP,A) 特開 昭59−205428(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅または銅合金溶湯の溶湯表面に固体還
    元剤を散布した後、溶湯中のO ガス分圧より低いO
    ガス分圧の不活性ガスを銅または銅合金溶湯中に吹き込
    み、および/または、溶湯中のO ガス分圧より低いO
    ガス分圧の不活性ガスを銅または銅合金溶湯表面に吹
    き付けることにより、溶湯内および/または溶湯表面よ
    り還元により生成するOガスを除去しながら銅または
    銅合金溶湯の還元を行うことを特徴とする銅または銅合
    金溶湯の還元法。
JP19998591A 1991-07-15 1991-07-15 銅または銅合金溶湯の還元法 Expired - Lifetime JP2636985B2 (ja)

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CA002091677A CA2091677C (en) 1991-07-15 1992-03-25 Process for refining crude material for copper or copper alloy
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