鋳造プロセス：歴史的および現代の生産における重要な製鋼方法
共有
Table Of Content
Table Of Content
定義と基本概念
プディングプロセスは、鋼鉄製造において、鋳鉄を鍛鉄または初期の鋼の形態に変換するために使用される歴史的な冶金技術です。これは、溶融した鋳鉄を反射炉で手動または機械的に加熱し、かき混ぜることで、不純物を除去し、炭素含量を変更することを含みます。このプロセスは、特に18世紀と19世紀における現代鋼鉄産業の発展において基本的なものでした。
全体の鋼鉄製造チェーンの中で、プディングは、ブラス炉で生成された生の鋳鉄を鍛造やさらなる加工に適した、より延性があり脆くない鉄の形態に変換する主要な精製ステップとして機能します。これは、生の鉄の生産とその後の圧延または成形操作との間のギャップを埋め、高品質の鋼製品の基盤を築きます。
技術設計と運用
コア技術
プディングプロセスのコアは、反射炉であり、これは金属チャージに直接接触することなく、熱が金属チャージに反射される炉の一種です。炉の設計は、鋳鉄中の不純物の酸化を可能にし、汚染を防ぐために制御された環境を維持します。
主要な技術コンポーネントには、高温に耐えることができる耐火レンガで通常構築される炉の外殻、燃焼室、傾斜またはかき混ぜ機構が含まれます。炉には、スラグ除去用のスラグノッチ、鋳鉄を追加するための充填ドア、溶融金属を抽出するためのタッピングスプウトが装備されています。
運転中、鋳鉄は炉に投入され、約1,200°Cから1,300°Cの温度に加熱されます。このプロセスには、炭素と不純物の酸化を促進するための間欠的なかき混ぜまたは手動攪拌が含まれます。主要な物質の流れには、鋳鉄の溶融、酸化反応、スラグ形成、および精製された金属の最終的なタッピングが含まれます。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には、温度、酸素供給、攪拌強度、および時間が含まれます。典型的な運転温度は1,200°Cから1,350°Cの範囲で、不純物の酸化を促進しつつ過剰なエネルギー消費を避けるよう最適化されています。
酸素は、酸化反応を促進するためにブラスまたは空気ブロワーを介して導入され、流量は炉のサイズとチャージの組成に基づいて調整されます。攪拌またはかき混ぜは、均一な酸化と不純物除去を確保するために定期的に行われます。
制御システムには、温度監視用の熱電対、酸素センサー、および手動または自動の攪拌制御が組み込まれています。継続的な監視は、プロセスの安定性、一貫した品質、および効率的な不純物除去を確保します。
設備構成
典型的なプディング炉は、長さ約3〜6メートル、幅2〜4メートル、高さ2〜3メートルで、高温と化学腐食に耐えるように設計された耐火ライニングを持っています。炉は固定式または傾斜式で、傾斜機構はスラグ除去とタッピングを容易にします。
設計のバリエーションには、手動プディングから機械化または半自動化システムへの移行が含まれ、機械的攪拌装置、ガス注入システム、および改善された耐火材料が組み込まれています。時間の経過とともに、炉の設計は熱効率を向上させ、労働強度を減少させ、安全性を向上させるために進化してきました。
補助システムには、燃料供給（コークス、石炭、またはガス）、空気または酸素ブロワー、スラグ処理装置、および排出を制御し、清潔な作業環境を維持するためのダスト抽出システムが含まれます。
プロセス化学と冶金
化学反応
主な化学反応は、鋳鉄中に存在する炭素、シリコン、マンガン、およびその他の不純物の酸化を含みます。例えば、炭素の酸化は二酸化炭素を生成します：
$$\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 $$
同様に、シリコンは酸素と反応してシリカスラグを形成します：
$$\text{Si} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SiO}_2 $$
これらの反応は高温で熱力学的に有利であり、その動力学は酸素の可用性、温度、および攪拌によって影響を受けます。
反応生成物には、シリカ、鉄酸化物、およびその他の不純物が豊富なスラグが含まれ、これは溶融金属の上に浮かびます。不純物の除去は、酸素への親和性と溶融鉄に対する低密度によって促進されます。
冶金的変化
プディング中、鋳鉄の微細構造は脆い高炭素相からより延性のある低炭素の鍛鉄に変化します。このプロセスは、鋳鉄中の炭素含量を約4-5%から鍛鉄中の0.1-0.2%未満に減少させます。
相変化には、溶融金属の脱炭が含まれ、フェライトおよびパーライトの微細構造が形成されます。スラグ形成不純物の除去は、よりクリーンで均一な金属を生成し、機械的特性を改善します。
これらの冶金的変化は、延性、靭性、および溶接性を向上させ、材料を鍛造、ハンマー加工、およびその後の成形プロセスに適したものにします。
材料相互作用
溶融金属、スラグ、耐火ライニング、および雰囲気間の相互作用は、プロセスの安定性にとって重要です。スラグは不純物の化学的シンクとして機能しますが、過剰なスラグ形成は汚染や金属の損失を引き起こす可能性があります。
耐火材料は化学攻撃と熱衝撃に耐える必要があります。一般的な材料には、耐火粘土、シリカ、およびマグネシアレンガが含まれます。材料移動メカニズムには、不純物のスラグへの拡散、耐火ライニングへの吸収、および耐火材料の摩耗による潜在的な汚染が含まれます。
望ましくない相互作用を制御するには、最適な温度、スラグ化学、および炉の雰囲気を維持する必要があります。保護ライニングやスラグ修正剤を使用して、耐火材料