鋼の生産におけるブルーム/ビレット：主要なプロセスと設備の概要
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定義と基本概念
ブルームまたはビレットは、一次製鋼プロセス中に生産される半製品の鋼製品であり、その後の圧延または鍛造操作のための基礎的な原材料として機能します。これらの製品は特定の断面寸法を特徴としており、棒、ロッド、構造部材などのさまざまな完成鋼形状を製造するための原材料として使用されます。
ブルームは通常、大きな正方形または長方形の断面を持つ鋼のインゴットまたは鋳造製品を指し、一般的に断面寸法が200 mmを超えます。ビレットは、通常200 mm未満の小さな断面製品を指し、連続鋳造またはインゴット鋳造プロセスから直接生産されることが多いです。
製鋼チェーン内で、ブルームとビレットは一次溶解、精錬、鋳造の後に形成される中間製品です。これらは、液体鋼を使用可能な形状に変換するために不可欠であり、下流の熱間圧延、冷間圧延、または鍛造を可能にし、シート、プレート、棒、構造部品などの最終製品を生産します。
プロセスフロー内での位置は、鋼の溶解と鋳造の後ですが、熱間または冷間変形プロセスの前です。これらは、原鋼の生産と完成品の製造の間の橋渡しを行い、最終製品の品質、機械的特性、寸法精度に影響を与えます。
技術設計と運用
コア技術
ブルームとビレットの生産は主に連続鋳造技術を含み、これは効率性と品質管理の向上により従来のインゴット鋳造に取って代わります。
コアエンジニアリング原則は、冷却水を使用した型内での溶融鋼の制御された凝固に依存しており、半製品の鋼形状を連続的に引き出すことを可能にします。このプロセスは、インゴット鋳造に関連する欠陥（分離や多孔性など）を最小限に抑えます。
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、および引き出しメカニズムが含まれます。タンディッシュは貯蔵タンクとして機能し、溶融鋼を型に供給します。型は通常、水冷の銅または銅合金でできており、鋼を成形し、初期の凝固を促進します。
ストランドガイディングシステムは、凝固中の鋼の連続的な移動を確保し、引き出しシステムは一定の鋳造速度を維持します。二次冷却ゾーンは、凝固と微細構造の発展をさらに制御します。
材料の流れは、溶融鋼がタンディッシュに入り、型に流れ込み、ストランドとして凝固し、連続的に引き出されることを含みます。このプロセスは、均一な断面を正確な寸法で生産するために厳密に制御されています。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には、鋳造速度、型温度、冷却速度、およびストランドの断面寸法が含まれます。
典型的な鋳造速度は、鋼のグレードや断面サイズに応じて、毎分0.5〜2.0メートルの範囲です。型温度は、適切な流動性と凝固を確保するために、1,400°Cから1,600°Cの間で維持されます。
冷却速度は、微細構造と機械的特性を制御するために調整され、一般的に二次冷却ゾーンでは10°C/秒から50°C/秒の範囲です。
これらのパラメータ間の関係は、ブルームまたはビレットの微細構造、内部欠陥、表面品質、および寸法精度に影響を与えます。
制御システムは、リアルタイムセンサー（熱カメラ、レーザー測定装置、音響モニターなど）を利用し、プロセスの継続的な調整のために自動化システムに統合されています。
設備構成
ブルームとビレットのための典型的な連続鋳造機は、設計の好みに応じて水平または垂直の型を備えています。型の長さは3メートルから6メートルまで変わり、ビレットの断面寸法は150 mm x 150 mmから300 mm x 300 mmの範囲で、ブルームはそれより大きくなります。
現代の設備は、曲線または直線のストランド構成を特徴とし、高度な水冷システムと自動化制御を備えています。鋳造機の長さは50メートルを超えることができ、タンディッシュから引き出しまでの全プロセスを収容します。
設計の進化には、スラブ用の薄スラブ鋳造の採用が含まれますが、ブルームとビレットの場合、改善は鋳造速度の向上、欠陥形成の削減、および微細構造制御の強化に焦点を当てています。
補助システムには、タンディッシュ加熱または攪拌装置、型フラックス供給システム、および調整可能なスプレーノズルを備えた二次冷却ゾーンが含まれます。これらのシステムは、均一な凝固と表面品質を確保します。
プロセス化学と冶金
化学反応
鋳造中の主な化学反応は、液相からの鋼の凝固に関与し、プロセス自体では最小限の化学反応が発生します。
ただし、保護雰囲気やフラックスが適切に管理されていない場合、マンガン、シリコン、クロムなどの合金元素の酸化が鋼の表面で発生する可能性があります。この酸化は、包含物の形成や組成の変動を引き起こす可能性があります。
熱力学の原則は、凝固中のさまざまな相の安定性を支配し、冷却速度がフェライト、パーライト、ベイナイト、またはマルテンサイトの微細構造の形成に影響を与えます。
重要な反応生成物には、鋳造中に使用される不純物やフラックスに由来するスラグや包含物が含まれます。適切なスラグ管理は、包含物の閉じ込めや表面欠陥を最小限に抑えます。
冶金的変化
凝固およびその後の冷却中に重要な冶金的変化が発生します。溶融鋼が冷却されると、一次微細構造として樹枝状結晶が形成され、最終的な粒径や機械的特性に影響を与えます。
微細構造は相変態を通じて発展し、制御された冷却が延性のためのフェライトやパーライト、強度のためのベイナイトやマルテンサイトなどの望ましい相を促進します。