鋳造用型枠：鋼の生産と鋳造プロセスにおける必須ツール
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定義と基本概念
鋼鉄業界における鋳造用型は、溶融鋼を所望の形状に成形するために使用される専門的な容器または空洞であり、初期の固化プロセス中に使用されます。型は、鋳造製品の形状、寸法、および表面仕上げを提供する初期の固化環境として機能します。型の基本的な目的は、液体鋼の制御された冷却と固化を促進し、欠陥のない、寸法的に正確なインゴット、ビレット、ブルーム、またはその他の半製品形状の形成を確保することです。
鋼製造プロセス全体の中で、型は鋼の鋳型またはタンディッシュのすぐ下流に配置され、溶融鋼が一次精錬容器から移されます。鋳造プロセスは、溶融鋼を型に注ぎ込むか、またはすくい上げることを含み、そこで冷却して固化します。このステップは、最終的な鋼製品の初期の微細構造と機械的特性を確立する上で重要です。
技術設計と運用
コア技術
鋼鋳造型の背後にあるコアエンジニアリング原則は、溶融鋼から型材料への制御された熱移動であり、これが固化プロセスを支配します。型は、均一な冷却を促進し、亀裂や分離などの欠陥を防ぐために、効率的に熱を吸収する必要があります。
主要な技術コンポーネントには、型空洞、型材料、冷却システム、および断熱層が含まれます。空洞は鋳造製品の形状を定義し、耐火材料または鋼から作られることが多いです。冷却システム（水路やスプレーシステムなど）は、熱抽出率を調整し、断熱層は熱損失を最小限に抑え、固化速度を制御します。
主な操作メカニズムには、溶融鋼を型空洞に注ぎ込み、熱移動を開始し、固化前線を管理することが含まれます。溶融鋼の流れは、乱流を防ぐために慎重に制御する必要があります。鋼が冷却されると、液体から固体に移行し、後の処理に影響を与える初期の微細構造を形成します。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には、型温度、注入温度、冷却速度、および型材料の特性が含まれます。鋼の典型的な注入温度は、鋼のグレードや鋳造方法に応じて1,600°Cから1,650°Cの範囲です。型温度は通常、固化と表面品質を最適化するために50°Cから200°Cの間に維持されます。
冷却速度は、粒子サイズ、微細構造、および欠陥形成に直接影響します。速い冷却はより細かい微細構造を生み出しますが、熱応力のリスクがあります。一方、遅い冷却は粗い粒子を促進します。熱抽出率は、水冷チャンネル、スプレーシステム、または型設計の変更を通じて制御されます。
制御システムは、熱電対、赤外線センサー、およびコンピュータベースのモニタリングを使用して、リアルタイムで温度プロファイルを追跡します。自動フィードバックループは、冷却強度と注入パラメータを調整して最適な条件を維持し、一貫した製品品質を確保します。
設備構成
典型的な型の設置は、鋳造プロセスに応じて、耐火ライニングされた鋼型または水冷の銅型で構成されます。連続鋳造型は、調整可能な寸法を持つ細長い水冷銅型で、幅150 mmから300 mm、高さ200 mmから600 mmの範囲です。
バリエーションには、垂直型、水平型、および曲線型が含まれ、それぞれ連続鋳造やインゴット鋳造などの特定の鋳造方法に適しています。時間が経つにつれて、型の設計は、熱移動と表面品質を改善するために、高度な冷却チャンネル、セラミックコーティング、および電磁攪拌を取り入れるよう進化してきました。
補助システムには、型スプレーノズル、冷却水循環ポンプ、および耐火ライニングメンテナンス機器が含まれます。これらのシステムは、安定した運用を確保し、型の摩耗を防ぎ、型の交換や改修を容易にします。
プロセス化学と冶金
化学反応
鋳造中の主な化学反応は限られていますが、特に雰囲気が不活性でない場合、鋼の表面での合金元素の酸化が含まれます。溶融鋼と型材料の相互作用は、炭化物形成やスラグ-金属相互作用などの反応を引き起こす可能性があります。
熱力学的には、酸化反応は鋼と型の雰囲気中の酸素活性によって駆動されます。反応速度は温度、表面積、および雰囲気の組成に依存します。たとえば、酸素はシリコン、マンガン、またはアルミニウムなどの元素と反応し、包含物となる可能性のある酸化物を形成します。
重要な反応生成物には、スラグ包含物、酸化物フィルム、および耐火材料の摩耗破片が含まれます。これらの副産物は、鋳造鋼の表面品質と内部の清浄度に影響を与える可能性があります。
冶金的変化
鋳造中の重要な冶金的変化には、粒子の核生成と成長、相変化、および分離が含まれます。冷却速度は、鋼がフェライト、パーライト、ベイナイト、またはマルテンサイトとして固化するかどうかに影響を与え、合金組成と冷却条件に依存します。
微細構造の発展は、型の壁での核生成から始まり、内部に進行し、固化前線が着実に進みます。急速な冷却は、強度と靭性が向上したより細かい微細構造を生成する傾向がありますが、遅い冷却は粗い粒子と潜在的な分離を引き起こす可能性があります。
固化中の相変化は、最終的な機械的特性を決定します。たとえば、炭化物や保持オーステナイトの形成は、冷却パラメータや合金添加物を通じて制御できます。
材料相互作用
溶融鋼と型材料の相互作用には、熱移動、化学反応、および物理的摩耗が含まれます。耐火材料は鋼の成分と反応し、耐火材料の劣化や包含物の形成を引き起こす可能性があります。
スラグ-金属相互作用は、スラグが鋼に浸透したり、界面で包含物が生成されたりする場合に汚染を引き起こす可能性があります。型内の雰囲気は、