薄帯連続鋳造：現代鋼鉄生産における重要なプロセス
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定義と基本概念
薄帯連続鋳造は、溶融鋼を液体状態から直接薄く平らなスラブに急速に固化させる先進的な鋼製造プロセスです。このプロセスは、高品質で均一な鋼帯を正確な寸法と表面品質で生産することを目的としており、その後の圧延や仕上げ作業に適しています。
基本的に、薄帯連続鋳造の目的は、溶融鋼を完成品または半製品に変換するために必要な工程数を減らすことで生産チェーンを効率化することです。これは、鋳塊鋳造やスラブ鋳造などの従来の鋳造方法を、より効率的で高速なプロセスに置き換え、より薄く均一な製品を生み出します。
全体の製鋼プロセスフローの中で、薄帯連続鋳造は、電気アーク炉（EAF）や転炉プロセスなどの鋼の溶融および精製段階の後、熱間圧延または冷間圧延の前に位置しています。これは、液体鋼を半製品の薄帯に変換する重要なリンクとして機能し、より迅速なスループット、改善された製品品質、エネルギー消費の削減を可能にします。
技術設計と運用
コア技術
薄帯連続鋳造のコア技術は、溶融鋼からの急速な熱抽出に依存しており、制御された厚さと幅の固化した帯を生成します。このプロセスでは、通常銅または銅合金で作られた水冷式の型が使用され、鋼がタンディッシュまたは鋳型から出る際に形状を整えます。
主な構成要素には、型、二次冷却システム、引き抜きおよび矯正ユニット、自動化制御が含まれます。型は初期の固化を提供し、二次冷却システムは通常、水スプレーや空気ミストを含み、帯をさらに冷却し固化させます。引き抜きシステムは、固化した帯を型から継続的に引き出し、安定した鋳造速度を維持します。
材料の流れは、溶融鋼が型に注がれ、接触時に固化を開始することを含みます。半固体の帯はその後、継続的に引き出され、冷却され、さまざまなローラーや矯正装置を通じて導かれ、平坦さと寸法精度を確保します。全体の操作は、安定した鋳造速度を維持し、欠陥を防ぐために同期されています。
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、帯の厚さ、および幅が含まれます。典型的な鋳造速度は、合金や望ましい製品品質に応じて、毎分2〜8メートルの範囲です。
型温度は、適切な流動性と固化を確保するために1,350°Cから1,550°Cの間で維持されます。冷却速度は、通常10°C/秒から50°C/秒の間で、微細構造の発展を最適化するために慎重に制御されます。
帯の厚さは一般的に0.5 mmから3 mmの間で、幅は600 mmから2000 mmです。これらのパラメータは相互に関連しており、たとえば、鋳造速度を上げると、表面欠陥を防ぐために冷却強度の調整が必要になる場合があります。
制御システムは、温度、厚さ、表面品質を監視するために、赤外線温度計、レーザーゲージ、渦電流検出器などのリアルタイムセンサーを利用します。高度な自動化により、プロセス変数への正確な調整が保証され、製品の一貫性が維持されます。
設備構成
典型的な薄帯連続鋳造設備は、水冷式の銅型、二次冷却スプレー、引き抜きおよび矯正装置、リコイラーまたはコンベヤーシステムで構成されています。型の長さは1メートルから2メートルの範囲で、全体の鋳造長は熱的および機械的安定性のために最適化されています。
設計のバリエーションには、工場のレイアウトや製品仕様に応じた垂直、水平、または傾斜型の配置が含まれます。時間の経過とともに、複数のストランドを同時に生産できる多ストランド鋳造機が導入され、スループットが向上しました。
補助システムには、スラグ除去ユニット、温度制御システム、表面検査ステーションが含まれます。現代のプラントは、自動化とリモート監視を取り入れて、運用効率と安全性を向上させています。
プロセス化学と冶金
化学反応
連続鋳造中は、プロセスが高温で行われるため、鋼が液体または半固体状態にあるため、主要な化学反応は限られています。しかし、保護雰囲気が損なわれた場合、特に大気中の酸素にさらされると、鋼の表面で酸化反応が発生する可能性があります。
熱力学的には、シリコン、マンガン、アルミニウムなどの元素の酸化が、表面に付着する可能性のある酸化物を生成することがあります。酸化の動力学は、温度、曝露時間、大気組成に依存します。
望ましくない反応を最小限に抑えるために、鋳造は通常、制御された雰囲気または保護スラグ層の下で行われます。酸化物包含物の形成は重要な考慮事項であり、機械的特性に影響を与える可能性があります。
冶金的変化
重要な冶金的変化には、固化中の微細構造の発展が含まれます。急速冷却は、合金組成や冷却速度に応じて、細粒の微細構造（針状フェライトやベイナイトなど）を促進します。
相変態には、液体から固体微細構造への移行が含まれ、主にフェライトまたはオーステナイトが形成され、その後、後続の熱処理中に二次変態が起こる可能性があります。これらの変態は、硬度、延性、および靭性に影響を与えます。
プロセスはまた、合金元素が特定の領域に集中し、不均一性を引き起こす可能性のある分離現象にも影響を与えます。冷却速度と合金化学の適切な制御は、分離を最小限に抑え、均一な微細構造を確保します。
材料相互作用
溶融鋼、スラグ、耐火物、および大気との相互作用は、プロセスの安定性にとって重要です。スラグ層は保護バリアとして機能し、酸化を防ぎ、熱伝達を制御します。
型および二次冷却ゾーンを覆う耐火材料は、高温および熱サイクルに耐える必要があります。耐