鋳型金属冶金炉 (LMF): 鋼精錬と品質における重要な役割

定義と基本概念

ラドル冶金炉（LMF）は、鋼製造において、基本酸素炉（BOF）や電気アーク炉（EAF）などの一次溶解プロセス後に、液体鋼の化学組成、温度、清浄度を改善するために使用される専門的な二次精錬容器です。その基本的な目的は、正確な合金添加、脱酸、脱硫、包含物除去、温度調整を可能にし、最終的な鋼の品質が特定の技術的および市場の要件を満たすことを保証することです。

一次鋼製造ユニットの下流に位置するLMFは、二次冶金プロセスチェーンにおける重要なステップとして機能します。これは、初期の鋼生産と鋳造の間のギャップを埋め、鋼の化学組成と特性に対する調整を可能にします。このプロセスは、鋳造前の鋼の全体的な効率、一貫性、品質を向上させます。

技術設計と運用

コア技術

LMFのコアエンジニアリング原則は、撹拌および精錬システムを備えた耐火ライニングされた容器内での溶融鋼の制御された処理に関するものです。炉は、効率的な混合、化学反応、包含物除去を促進するように設計されており、すべてが慎重に制御された条件下で行われます。

主要な技術コンポーネントには以下が含まれます：

• 耐火ライニング：高アルミナまたはマグネシアベースの材料で作られ、腐食および熱衝撃に耐性があり、高温条件下での耐久性を確保します。
• ラドルおよびタッピングシステム：鋼は、傾斜機構を備えたラドルを介してLMFに移され、注ぎおよび排出が行われます。
• アルゴンまたは酸素注入システム：ガス注入装置は、撹拌、酸化、包含物浮上を促進します。
• 側面または底部撹拌装置：機械的またはガス補助の撹拌装置は、均一な温度と組成を促進します。
• スラグ管理システム：スラグの発泡およびスキミング装置は、不純物や包含物を除去するのに役立ちます。

主要な運転メカニズムは、惰性または反応性ガスを溶融鋼に注入して撹拌を誘発し、包含物の浮上を促進し、化学反応を促進することです。プロセスフローには、合金添加、脱酸、脱硫、温度制御が含まれ、すべてが制御された環境内で行われます。

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
温度	1600–1650°C	熱入力、鋼の組成	熱電対、赤外線センサー、自動温度制御システム
酸素/アルゴン流量	50–200 Nm³/h	鋼の体積、望ましい反応	ガス流量コントローラー、流量計
処理時間	10–30分	鋼の化学、プロセスの目的	プロセスタイマー、リアルタイムモニタリング
スラグの塩基性（CaO/SiO₂比）	1.0–1.5	スラグの組成、不純物レベル	化学分析、スラグサンプリング

これらのパラメータは、鋼の最終的な化学組成、包含物の清浄度、温度の安定性に直接影響します。正確な制御は、一貫した製品品質とプロセス効率を確保します。

設備構成

典型的なLMFの設置は、容量に応じて高さ3〜8メートル、直径2〜5メートルの垂直または水平の耐火ライニングされた容器です。現代の設計は、メンテナンスを容易にするために、高度な耐火材料とモジュラーコンポーネントを取り入れています。

バリエーションには以下が含まれます：

• 従来のLMF：基本的なガス撹拌および合金添加機能。
• 高度なLMF：電磁撹拌、真空脱ガス、自動制御システムを備えています。

補助システムには以下が含まれます：

• ガス供給および分配ネットワーク
• スラグ処理および除去システム
• 温度測定および制御ユニット
• 自動化および制御ソフトウェア

これらの補助システムは、効率的な運用、安全性、およびプロセスの一貫性をサポートします。

プロセス化学と冶金

化学反応

LMF処理中に、いくつかの重要な化学反応が発生します：

• 脱酸：アルミニウムやシリコンのような元素が溶解した酸素と反応して安定した酸化物を形成します。例：
  2Al + 3O → Al₂O₃（固体包含物）
  これにより溶解した酸素が減少し、鋼の清浄度が向上します。

• 脱硫：カルシウムやマグネシウムが硫黄と反応して硫化物を形成します。例：
  Ca + S → CaS（スラグ相）
  硫黄を除去することで延性と溶接性が向上します。

• 包含物の修正：カルシウムや希土類のような合金元素が非金属包含物を修正し、それらを球状にし、より有害でなくします。

熱力学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、撹拌の強度、温度、および不純物濃度によって影響を受けます。

冶金的変化

主要な冶金的変化には以下が含まれます：

• 包含物の除去と修正：微細な非金属包含物は、撹拌によってスラグ層に浮上し、より清浄な鋼が得られます。