電気炉（Eaf）プロセスとは？効率的な製鋼の手引き

電気アーク炉（EAF）プロセスは、鉄鋼製造における重要な手法であり、主に金属スクラップを高品質の鋼にリサイクルするために使用される。このプロセスには、鋼の効率的な溶解、精錬、鋳造を保証する一連の段階が含まれ、タップ・ツー・タップ・サイクルと総称される。これらの段階には、炉への装入、溶解、精錬、脱ラグ、出鋼が含まれる。各段階は、スクラップ金属を使用可能な鋼鉄に変える上で重要な役割を担っており、そのプロセスは高温の電気アークを利用して迅速な溶融を実現します。以下では、電気炉プロセスの主要な段階について詳しく説明します。

主要ポイントの説明

ファーネス・チャージ:
- 主に金属スクラップなどの原料を炉に投入する初期段階。
- 金属スクラップは、不純物の除去に役立つスラグの形成を助けるため、石灰石と混合されることが多い。
- 炉はスラブ、梁、破砕スクラップなど大量の材料を処理できるよう設計されています。
- 適切な装入により効率的な溶解を実現し、エネルギー消費を最小限に抑えます。
溶解:
- 炉が充電されると、電極が金属に導入され、電極と金属の間に電気アークが発生する。
- このアークにより、最高1800°C（3275°F）に達する超高温が発生し、金属スクラップは急速に溶融する。
- 溶融プロセスにはエネルギーが必要で、スクラップ1トン当たり約350～370kWhを要する。
- この段階では、溶融を促進し不純物を除去するために酸素を注入することがある。
精錬:
- 溶解後、溶融金属は化学組成を調整し、不純物を除去するために精錬を受ける。
- 目的の鋼種を得るために合金元素を添加することもある。
- 精錬工程は、最終製品が炭素含有量、合金組成、機械的特性などの特定の品質基準を満たすことを保証する。
- 精錬中の温度管理は、欠陥を防ぎ、均一性を確保するために非常に重要です。
デスラギング:
- スラグとは、溶解・精錬の過程で生じる副産物で、溶けた金属の表面から取り除かれる。
- スラグには酸化物、リン、硫黄などの不純物が含まれており、鋼から分離される。
- デスラッギングは通常、炉を傾けるか、専用の工具を使ってスラグを掻き落とすことによって行われます。
- 適切なデスラギングを行うことで、最終的な鋼材が汚染物質から解放され、きれいな状態になります。
タッピング:
- 最終段階では、精錬された溶鋼を炉から取鍋や鋳造機に流し込む。
- 注湯は、流出を防ぎ、鋼の温度と組成を適正に保つために注意深く制御されなければならない。
- 溶鋼はその後、連続鋳造やインゴット鋳造などのさらなる加工工程に運ばれ、完成した鋼材が生産される。
- 炉は次のサイクルに備え、再び装入から開始される。
エネルギーと効率に関する考察:
- EAFプロセスは、主に電気エネルギーを使用するため、従来の高炉に比べてエネルギー効率が非常に高い。
- 最新のEAFには、エネルギー使用を最適化し、操業コストを削減するための高度な温度制御システムが装備されています。
- 金属スクラップをリサイクルできるため、EAFプロセスは環境にやさしく、原材料の必要性を減らし、廃棄物を最小限に抑えることができる。
EAFプロセスのバリエーション:
- 出銑から出銑までのサイクルはほとんどのEAF操業の標準ですが、真空非自己消費型アーク炉のような特殊な炉の中には、真空処理や吸引鋳造のような追加の段階を踏むものもあります。
- これらのバリエーションは、高純度合金や特殊鋼種の生産など、特定の用途に使用されます。

これらの段階を理解することで、設備と消耗品の購入者は、EAF操業を維持し最適化するための要件をよりよく評価し、効率的で高品質の鉄鋼生産を確保することができる。

総括表

ステージ	キー詳細
炉への装入	金属スクラップと石灰石を炉に投入し、効率的な溶解を行う。
溶解	電気アークがスクラップを1800℃まで加熱し、急速に溶かす。
精錬	化学組成を調整し、不純物を除去することで、高品質の鋼を製造する。
スラグ除去	溶融金属から不純物を含むスラグを除去すること。
タッピング	精錬された鋼は取鍋や鋳造機に流し込まれ、さらに加工される。
エネルギー効率	EAFはエネルギー効率が高く、スクラップ1トン当たり350～370kWhを使用します。