鋼鉄生産におけるスラブ：一次加工と製造における重要な役割
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定義と基本概念
鉄鋼業におけるスラブは、大きく平らな長方形の断面を特徴とする半製品の鋼製品を指します。これは溶融鋼から直接生産され、さまざまな完成鋼製品（プレート、コイル、シートなど）を製造するための主要な入力として機能します。
スラブの基本的な目的は、下流の加工を容易にする標準化された管理可能な鋼の形状を提供することです。これは、コンバータや電気アーク炉（EAF）操作などの主要な製鋼段階と、仕上げ圧延工場との間をつなぐ中間製品として機能します。
全体の製鋼チェーンの中で、スラブは中心的な位置を占めています。通常、連続鋳造によって生産されるか、歴史的には鋳塊鋳造によって生産され、その後熱間圧延工場に輸送されます。スラブの役割は重要で、その寸法と品質は最終鋼製品の効率、品質、特性に直接影響を与えます。
技術設計と運用
コア技術
スラブ生産のコア技術は連続鋳造であり、これは溶融鋼を液体状態から直接半製品の形状に固化させるプロセスです。この方法は従来の鋳塊鋳造に取って代わり、生産性が向上し、品質が向上し、コストが低下します。
連続鋳造機の主要な構成要素には、タンディッシュ、型、ストランドガイド、冷却システムが含まれます。タンディッシュは貯蔵タンクとして機能し、溶融鋼を水冷型に供給し、そこで固化が始まります。ストランドはその後下方に移動し、二次冷却ゾーンでさらに冷却され、切断に適した長さに達します。
基本的な工学原理は、溶融鋼からの熱抽出に依存し、固化を制御して欠陥のない均一なスラブを生成します。このプロセスは、温度、流量、冷却条件を正確に制御して、一貫した品質を確保します。
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、ストランドの厚さが含まれます。典型的な鋳造速度は、鋼のグレードやスラブの厚さに応じて、毎分0.5メートルから2.0メートルの範囲です。
型温度は、固化を最適化し、表面亀裂や内部分離などの欠陥を防ぐために、1,350°Cから1,550°Cの間に維持されます。冷却速度は、微細構造や機械的特性に影響を与えるため、慎重に制御されます。
制御システムは、温度、流量、冷却パラメータを監視するためにリアルタイムセンサーと自動化を使用します。高度なプロセス制御アルゴリズムは、製品の品質と運用の安定性を維持するためにパラメータを動的に調整します。
設備構成
典型的なスラブ鋳造機は、水冷型、タンディッシュ、ストランドガイドシステムで構成されています。型の寸法は、鋼のグレードや顧客の仕様に応じて、幅1,000 mmから2,500 mm、厚さ200 mmから300 mmまでさまざまです。
現代の連続鋳造施設は、曲線または直線のストランド構成を特徴としており、一部はより高いスループットのためにツインストランドシステムを採用しています。設備設計は、微細構造の均一性を改善し、欠陥を減少させるために電磁攪拌を含むように進化しています。
補助システムには、鋳型加熱、型レベル制御、二次冷却ゾーン、ローラーガイドが含まれます。これらのシステムは、安定した運用、均一な固化、および取り扱いの容易さを確保します。
プロセス化学と冶金
化学反応
鋳造中の主要な化学反応は、液相からの鋼の固化に関与し、固化ゾーンでは最小限の化学反応が発生します。しかし、脱酸（例：アルミニウムやシリコンとの反応）や脱硫は、製鋼プロセスの早い段階で完了します。
熱力学はさまざまな相の安定性を支配し、温度と組成が次の圧延でのフェライト、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を決定します。動力学的要因は、冷却中の相変化の速度に影響を与えます。
反応副産物は一般的に限られていますが、不純物が存在する場合、酸化物や硫化物などの包含物が形成される可能性があります。適切な製鋼慣行は、これらの包含物を最小限に抑え、高品質のスラブを確保します。
冶金的変化
固化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、主要な微細構造相が発展し、機械的特性に影響を与えます。
急速冷却は、強度と靭性が向上した微細な微細構造を生成することができますが、遅い冷却は粗い粒子をもたらす可能性があります。微細構造の進化は、冷却速度、合金元素、および熱勾配に依存します。
オーステナイトからフェライトまたはパーライトへの相変化は、制御された冷却中に発生し、延性、硬度、および溶接性に影響を与えます。鋳造後の熱処理は、特定の特性要件を満たすために微細構造をさらに修正することができます。
材料相互作用
鋼、スラグ、耐火物、および大気との相互作用は、品質管理にとって重要です。溶融鋼は型内の耐火ライニングと相互作用し、劣化が発生すると不純物を導入する可能性があります。
スラグの組成は、熱伝達、包含物の除去、および表面品質に影響を与えます。適切なスラグ化学と流れの制御は、汚染を防ぎ、クリーンな鋼を促進します。
酸素や窒素などの大気中のガスは、酸化や窒素の取り込みを引き起こし、鋼の清浄度や特性に影響を与える可能性があります。これらの影響を軽減するために、保護雰囲気や真空条件が採用されます。
材料移動メカニズムには、包含物の捕捉やスラグ-金属反応が含まれます。電磁攪拌や二次冷却などの技術は、これらの相互作用を制御し、表面亀裂や内部分離などの欠陥を減少させるのに役立ちます。