鍛造用中周波誘導加熱炉

製鉄用の誘導炉の開発は、小規模鉄鋼生産者にとって恩恵となってきました。これらの炉は、設置、操作、メンテナンスが簡単です。これらの炉は熱サイズが小さく、投資コストが低いため、生産能力の低い製鉄所に好まれています。これらの炉では、電磁場によって生成される熱を使用して装入材料を溶解することによって鋼が製造されます。

誘導炉は基本的に、るつぼ、誘導コイル、シェル、冷却システム、傾斜機構で構成されています。るつぼは耐火材料で形成されており、炉のコイルは耐火材料で裏打ちされています。このるつぼは装入材料を保持し、その後溶融物を保持します。耐火物の選択は装入物の種類によって異なり、基本的には酸性、塩基性、または中性の耐火物のいずれかで構成されます。

インダクタ コイルは、特定の巻数を備えた管状の銅コイルです。交流 (AC) が通過し、導体内に磁束が発生します。発生した磁束により渦電流が誘導され、るつぼ内での加熱とその後の溶解プロセスが可能になります。

シェルは炉の外側の部分です。これにはるつぼとインダクター コイルが収容されており、より高い熱容量を備えています。低炭素鋼板を使用した直方体でできており、角のある部分と非磁性金属のストリップからなるエッジキャリアによってコーナーで接合されています。

冷却システムは通常、管状の銅コイルを備えた一方向フロー システムで、フレキシブルなゴム ホースを介して水源に接続されています。炉の回路には抵抗があり、実際の電力は装入材料だけでなくコイルの抵抗でも消費されるため、冷却プロセスは重要です。このコイル損失と、装入物から耐火るつぼを通って伝導される熱の損失により、銅コイルの過度の温度上昇を防ぐために冷却媒体として水を使用してコイルを冷却する必要があります。

原材料とエネルギー源

鉄鋼溶解スクラップ、直接還元鉄、銑鉄・鋳鉄は誘導炉の投入原料となります。これらのアイテムの割合とこれらの投入材料を溶解する技術は、原材料の入手可能性と工場の場所によって異なります。特定の品質の鋼を製造するには、さらに厳選された原材料が必要です。誘導炉での溶解をより効果的かつ効率的に行うには、原料投入量が次の基準を満たす必要があります。

できるだけ高密度でなければなりません。スクラップの圧縮は、均一かつ迅速な加熱を確保し、エネルギーを節約するために重要です。

きれいでなければなりません。錆、油、グリス、砂等は無いことが望ましい。

特に直接還元鉄、スカルおよび合金鉄の場合は、冶金学的に清浄でなければなりません。つまり、スラグ塊や酸化物などが含まれていない必要があります。

特に重くてかさばるスクラップの場合、鋭利な尖ったエッジがまったくないか、それほど鋭くありません。

爆発物、密閉容器、蒸発物質などの有害な成分から隔離し、有料サイズで現場で容易に入手できるようにする必要があります。

誘導炉で鉄を溶解するためのエネルギー源は電気だけです。誘導炉は開始時から最大出力で稼働することになっています。最初は低いタップで炉を運転し、その後徐々に高いタップに上げるという誤解があります。最大電力入力により溶解速度が増加し、加熱サイクル時間が短縮されます。力率は 1 付近に維持されます。

エネルギー効率を向上させるために、電源からの電圧降下も監視する必要があります。また、電力消費率は炉の大きさに依存し、概ね15～17トンまでは炉容量が増加するにつれて電力消費率は低下し、それ以降は600kWh/トン程度でほぼ一定となっている。

操作上の重要な側面
溶鋼は誘導コイルに流れる電流と逆の電流で励起されると、中心部の表面が盛り上がるように撹拌されます。周波数が低くなると溶鋼の表面は高く盛り上がり、高周波炉よりも低周波炉の方が溶鋼の撹拌が強くなります。この撹拌効果により、溶鋼の均一な温度と均一な品質を確保することができるほか、投入材料の捕捉や化学組成調整剤、特に炭素添加の融合を促進することができる。一方、過度の撹拌は、溶鋼の酸化摩耗や耐火物の溶融などのトラブルを引き起こしたり、溶鋼が飛散する危険性があります。

溶解が完了すると、スラグが取り除かれます。溶解時に発生するスラグは炉壁に付着しやすい。これにより炉の容積が減少し、熱当たりの金属生産量が減少します。

金属の過熱は高温で行われ、数分間保持されます。これにより、スラグが炉内壁に堆積するのを防ぎ、炉を全容積で清浄に保ちます。

スラグの組成は、使用される特定のプロセスと製造される鋼の種類によって異なります。炉および取鍋スラグの組成は非常に複雑であることがよくあります。形成されるスラグは、シリカ、鉄スクラップからの酸化鉄、溶融生成物によるその他の酸化、および耐火物ライニングとの反応の間の複雑な反応の結果です。スラグは、鉄、マンガン、マグネシウム、ケイ素の酸化物、ケイ酸塩、硫化物と、アルミナ、酸化カルシウム、硫化カルシウム、希土類の酸化物や硫化物などを含む他の多くの化合物の複雑な液相で構成されています。

鋼の製造中、最終製品の化学的性質が管理されます。すべての投入材料の化学分析は、装入混合を決定するために行われます。投入材料の 50 % の充填が完了した後、浴サンプルの化学組成が分析されます。この段階での浴サンプルの化学分析に基づいて、さらに金属を添加するための計算が行われます。この段階で浴サンプルが高い割合の炭素、硫黄、リンを示している場合、装入物の直接還元鉄含有量が増加します。 80% の溶融が完了した時点で、最終的な浴サンプルが採取されます。このサンプルの分析に基づいて、料金の別の調整が行われます。サンプル中の炭素含有量の低下は、装入物中の銑鉄/鋳鉄の量を増やすことによって補正されます。直接還元鉄の酸化鉄により金属中のケイ素やマンガンが酸化されます。硫黄も直接還元鉄によって希釈されます。直接還元鉄を使用するため、誘導炉で製造された鋼中の微量元素は管理されたままになります。

溶鋼は誘導炉の望ましい出力です。量は炉の能力に依存し、品質は原料と鋼の組成に依存します。出湯温度は鋼の種類と、最終用途で溶鋼に必要な過熱によって異なります。高温で鋼をタッピングすると、耐火物の浸食と電力消費が増加します。

液体鋼を高温に不必要に過熱すると、エネルギーが大幅に消費されます。溶融浴の過熱を最小限に抑えることでエネルギーを節約します。過熱温度は鋼材の仕様と溶鋼を連続鋳造機に移送する際の温度損失に応じて決定します。最適なエネルギー節約を実現するために、加熱ごとに溶鋼バスの温度を測定および監視する必要があります。過熱によるエネルギー損失を最小限に抑えるために、ポテンショメータ調整を備えた適切な電力制御システムを提供する必要があります。

誘導炉製鋼のその他の側面
設置された電力密度と溶解方法に応じて、誘導炉の熱効率は 80 % を超える場合がありますが、通常は 60 % ～ 78 % の範囲になります。

誘導炉は通常、溶融プロセス全体を通じて開いたままにし、作業員がスラグのスキミングと溶融浴の品質の監視に従事します。ただし、これは大幅な熱損失につながるため、熱損失を減らすために特別なカバーまたは蓋を取り付ける必要があります。特に、溶解中の蓋を開けたままにする時間を短縮することは、大幅なエネルギーの節約につながります。

鉄を溶かすための理論上のエネルギー必要量は 1 トンあたりわずか 340 kWh ですが、実際に必要な電力は約 600 kWh です。この違いは 2 つの要因によるものです。(i) 電気バスバー損失、渦電流損失、耐火物損失、冷却水損失などの非効率性を含む、誘導炉での溶解原理に固有のもの、および (ii)操業上の損失は主に、誘導炉内に溶鋼を不必要かつ過剰に保持することによるものです。

誘導炉機器は、配線損失を減らすために、各機器間の距離を最小限に抑えて配置する必要があります。配線損失を大幅に低減するには、炉本体と力率改善コンデンサの間には非常に大きな電流が流れるため、炉本体と力率改善用コンデンサとの距離を短くすることが重要です。

誘導炉の効率は、電気損失と熱伝達損失を差し引いた合計として表されます。電気損失は、変圧器、周波数変換器、コンデンサー、配線、ケーブル、コイルなどで構成されます。コイルの損失は炉の容量を決定する重要な要素です。誘導炉における熱損失は、炉壁からコイル側へ逃げる熱の伝導損失、融液表面から放出される熱の放射損失、リングフードでの吸収損失、スラグ溶融損失などで構成されます。炉のコイルは水冷されており、これにより、熱損失で。高周波炉、中周波炉の熱効率（60%～78%）は低周波炉（58%～71%）より若干大きくなります。