鋼の生産におけるインゴット：一次製鋼プロセスにおける重要な役割
共有
Table Of Content
Table Of Content
定義と基本概念
インゴットとは、一次金属精製プロセス中に生成される大きな鋳造ブロックの鋼または他の金属です。これは、金属がさらに加工されるための標準化された形態として機能し、例えば圧延、鍛造、または押出しを行い、完成品または半完成品を生産します。
鋼製造チェーンにおいて、インゴットは通常、一次溶融および鋳造段階の後に得られる最初の固体形態です。これらは、下流の加工の前に取り扱いや保管、輸送を容易にする中間製品として機能します。インゴットの品質、サイズ、および組成は、後続の製造ステップの効率と品質に直接影響を与えます。
インゴットの基本的な目的は、溶融鋼を管理可能で均一な形状に凝縮し、化学組成と微細構造を保持することです。これは、後続の熱間または冷間加工のための制御された形状を提供し、最終的な鋼製品の一貫性を確保します。
全体の製鋼プロセスの流れは、原材料（鉄鉱石、スクラップ、合金）の溶融、不純物の精製、インゴットへの鋳造、そしてこれらを圧延、鍛造、または他の成形方法を通じてさまざまな完成品に変換することを含みます。したがって、インゴットは溶融/精製段階と成形操作の間の重要なリンクです。
技術設計と運用
コア技術
インゴットの生産は主に、溶融鋼を型に連続的またはバッチ鋳造し、その後制御された固化を行うことを含みます。コアの工学原則は、均一な固化を確保し、欠陥を最小限に抑えるために熱力学、熱移動、および流体の流れに依存しています。
主要な技術コンポーネントには以下が含まれます：
- ラドル炉またはコンバーター：鋳造前に溶融鋼に正確な化学組成と温度制御を提供します。
- 鋳造機：通常は垂直または水平の連続鋳造機または従来のインゴット型鋳造システムです。
- 型：固化中に溶融鋼を成形する耐火材で lined された容器です。
- 冷却システム：微細構造に影響を与える冷却速度を制御するための水噴霧または空気冷却メカニズムです。
主要な運用メカニズムには、溶融鋼を型に注ぎ、型の壁から内側に固化を開始し、健全なインゴットを生成するために熱除去を管理することが含まれます。ラドルから型への材料の流れは、乱流や不純物の巻き込みを防ぐために慎重に制御されます。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には以下が含まれます：
| 性能パラメータ | 典型的な範囲 | 影響要因 | 制御方法 |
|---|---|---|---|
| 注入温度 | 1500°C – 1600°C | 鋼のグレード、炉の条件 | 熱電対、温度コントローラー |
| 型温度 | 50°C – 150°C | 型の材料、鋳造速度 | 赤外線センサー、冷却調整 |
| 冷却速度 | 0.5°C/sec – 2°C/sec | 型の設計、周囲の条件 | 冷却水流量の調整 |
| インゴットサイズ | 変動（例：1m x 1.5m） | 鋳造方法、用途 | 型の設計、鋳造パラメータ |
これらのパラメータは、インゴットの微細構造、内部の健全性、および表面品質に影響を与えます。正確な制御により、分離、孔隙、亀裂を最小限に抑えることができます。
制御システムは、リアルタイムセンサー、自動フィードバックループ、およびプロセスモデリングを使用して最適な条件を維持します。監視には、温度センサー、流量計、および内部欠陥を検出するための超音波試験が含まれます。
設備構成
典型的なインゴット鋳造設備には以下が含まれます：
- ラドルとタンディッシュ：溶融鋼の流れを型に輸送し、調整します。
- 鋳造型：垂直または水平で、耐火材料で作られ、希望するインゴットサイズに合わせた寸法です。
- 冷却システム：固化を制御するための水噴霧ノズルまたは空気冷却室です。
- 型振動メカニズム：型のリリースを促進し、付着を防ぎます。
- クレーンと取り扱い設備：鋳造後のインゴットの移動と積み重ねのためのものです。
設計のバリエーションには、ビレットやスラブを直接生産する垂直連続鋳造システムや、静止型を使用する従来のインゴット鋳造が含まれます。時間が経つにつれて、設備は自動化、改善された耐火材料、および高度な冷却技術を取り入れるよう進化してきました。
補助システムには、表面品質を改善し、欠陥を減らすための型潤滑、振動メカニズム、および表面清掃装置が含まれます。
プロセス化学と冶金
化学反応
鋳造中の主な化学反応は、不純物と合金元素の還元を含みます。溶融鋼の組成は、ラドル内でフェロ合金、脱酸剤、および脱硫剤の追加によって調整されます。
主要な反応には以下が含まれます：
- 脱酸：アルミニウム、シリコン、またはマンガンなどの元素が酸素と反応して安定した酸化物を形成し、溶存酸素を減少させ、ガス孔隙を防ぎます。
例：2Al + 3O → Al₂O₃（固体酸化物包含物）
- 脱硫：カルシウムまたはマグネシウムを追加して、より害の少ないまたは除去可能な硫化物を形成します。
熱力学の原則は、これらの反応を支配し、高温で安定した酸化物および硫化物相の形成を促進します。反応速度は温度、混合、および合金添加物の量に依存します