ビレット：鋼の生産と製造プロセスにおける重要な中間製品
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定義と基本概念
ビレットは、通常は長方形または正方形の断面を持つ半製品の鋼材であり、バー、ロッド、または構造部材などの最終鋼製品を製造するための主要な投入材料として使用されます。これは、連続鋳造または鋳塊鋳造法を通じて溶融鋼から直接製造され、鋼製造チェーンの中間段階として機能します。
全体の製鋼プロセスにおいて、ビレットはさまざまな長製品が製造される基礎的な形状として重要な位置を占めています。ビレットは、鋼の精製と鋳造段階の後に製造され、その後再加熱されて圧延工場や鍛造プレスで処理されます。ビレットの役割は、均一で扱いやすい形状を提供し、最終製品の望ましい機械的特性と寸法に変形および成形することを容易にすることです。
技術設計と運用
コア技術
ビレット生産のコア技術は主に連続鋳造または歴史的には鋳塊鋳造に関与しています。連続鋳造は、溶融鋼を水冷式の型に注ぎ込み、半製品の形状に固化させるプロセスです。このプロセスは、鋳塊鋳造と比較して高い生産性、品質の向上、およびエネルギー消費の削減を可能にします。
主要な技術コンポーネントには、タンディッシュ、型、ストランドガイディングシステム、および二次冷却ゾーンが含まれます。タンディッシュは貯蔵タンクとして機能し、溶融鋼を均等に型に分配します。型は通常、水冷式の銅またはグラファイトで、鋼を所望の断面形状に成形します。ストランドはローラーと二次冷却ゾーンを通過し、制御された冷却によってビレットが均一に固化します。
主要な運用メカニズムには、正確な温度制御、連続的な注入、および固化モニタリングが含まれます。材料はタンディッシュから型に流れ込み、鋼が固化し始めます。ストランドはその後、冷却ゾーンを通過し、パラメータが調整されて微細構造を最適化し、欠陥を防ぎます。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には、注入温度、鋳造速度、型の冷却速度、および二次冷却の強度が含まれます。典型的な注入温度は、鋼のグレードに応じて1,450°Cから1,550°Cの範囲です。鋳造速度は0.5から2メートル毎分で、生産性と品質のバランスを取ります。
冷却速度は、ビレットの微細構造、機械的特性、および表面品質に影響を与えます。過度の冷却は内部応力や表面亀裂を引き起こす可能性があり、不十分な冷却は分離や多孔性を引き起こす可能性があります。安定した温度プロファイルと均一な冷却を維持することが重要です。
制御システムは、リアルタイムセンサーと自動化を使用して温度、冷却水の流れ、およびストランドの位置を監視します。高度なプロセス制御アルゴリズムは、鋳造パラメータを動的に最適化し、一貫したビレット品質を確保します。
設備構成
典型的なビレット鋳造施設は、容量に応じて4メートルから8メートルの型長を持つ連続鋳造機を備えています。鋳造機の幅は、100 mm x 100 mmから200 mm x 200 mm以上の断面を収容でき、異なるサイズのための調整可能な型インサートがあります。
現代の鋳造機は、曲線または直線の型構成を備え、水冷式の銅型が迅速な熱抽出を提供します。二次冷却システムには、スプレーヘッダー、水流、ストランド処理用の冷却ベッドやコンベヤーが含まれます。
設計の進化は、鋳造速度の向上、ストランド品質の改善、およびエネルギー消費の削減に焦点を当てています。革新には、微細構造を改善するための電磁攪拌や、表面欠陥を最小限に抑えるための型フラックスの最適化が含まれます。
補助システムには、鋳型加熱、型振動メカニズム、およびストランドの移動と切断のための自動化が含まれます。鋳造後の冷却ベッドやインライン切断ステーションは、ビレットをさらなる処理のために準備します。
プロセス化学と冶金
化学反応
鋳造中の主要な化学反応は、液相からの鋼の固化に関与し、固化ゾーンでは最小限の化学反応が発生します。ただし、雰囲気が適切に制御されていない場合、鋼の表面で酸化反応が発生し、表面の脱炭や包含物の形成につながる可能性があります。
熱力学的には、鋼の組成は鋳造中に安定していますが、冷却速度などの動力学的要因が相変化や包含物の挙動に影響を与えます。炭素、マンガン、シリコンなどの合金元素の添加は、固化挙動や微細構造の発展に影響を与えます。
重要な反応生成物には、酸化物包含物が含まれ、これは酸化またはスラグの巻き込みから発生する可能性があり、固化中に形成される金属間化合物も含まれます。適切な雰囲気制御は、不要な反応や包含物の形成を最小限に抑えます。
冶金的変化
ビレット鋳造中の主要な冶金的変化は、液体鋼から固体微細構造への変換です。急速冷却は、細粒のフェライトまたはパーライトの形成を促進し、遅い冷却は粗い微細構造を引き起こす可能性があります。
微細構造の発展は、冷却速度、合金含有量、および型設計によって影響を受けます。初期の固化前線は型の壁から内側に進行し、界面で樹枝状の構造が形成されます。合金元素の均一化は、二次冷却およびその後の再加熱中に発生します。
相変化には、冷却条件や合金に応じてフェライト、パーライト、ベイナイト、またはマルテンサイトの形成が含まれます。これらの変化は、強度、延性、および靭性などの機械的特性に直接影響を与えます。
冶金的変化には、残留応力の低減や、制御された冷却および二次熱処理を通じた粒径の精製も含まれます。
材料相互作用
溶融鋼、スラグ、耐火物、および雰囲気の相互作用は、ビレットの品質にとって重要です。スラグは鋼の表面と相