電気アーク炉（EAF）は、電気アークを利用して金属（主に鉄スクラップ）を溶解し、リサイクルや生産を行う工業炉である。このプロセスでは、黒鉛電極と金属装入物との間に電気アークを発生させ、極端な熱（最高3500℃）を発生させて金属を溶解する。炉は三相電流で作動し、チャージ、メルトダウン、精錬などの段階がある。主な構成要素には、電極、耐火物を内張りした容器、装入のためのスイングルーフなどがある。このプロセスはエネルギー効率が高く、自己完結型であり、炭素鋼や合金鋼の製造に広く使用されている。以下、作業原理と段階について詳しく説明する。
要点の説明
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電気アークの形成:
- 電気アークは、2つ以上の黒鉛電極と炉内の金属装入物との間に発生する。
- 電極に高電圧が印加され、空気がイオン化され、電流の導電経路が形成される。
- アークは強烈な熱を発生させ、ほとんどの金属を溶かすのに十分な最高3500℃の温度に達する。
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三相電流:
- 電気アーク炉は三相電流システムで作動し、安定した連続アークを確保します。
- この設定により、効率的な熱分布と金属チャージの均一な溶融が可能になります。
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炉への装入:
- 炉には重金属と軽金属のスクラップが装入され、エネルギー効率を高めるために排ガスを利用して予熱されることが多い。
- 精錬工程で不純物を除去するのに役立つスラグの形成を促進するため、焼石灰やスパーなどの添加物が加えられる。
- 炉の屋根が開き、装入バスケットが金属スクラップを容器に装入する。
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メルトダウン期間:
- 炉が充電されると、電極が金属スクラップの上に下ろされ、アークが開始される。
- 溶融プロセスを加速するために電圧が上昇し、アークからの高熱が金属を溶かす。
- この段階で金属中の炭素、ケイ素、マンガンなどの元素が酸化され、精錬に寄与する。
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精製プロセス:
- 金属を溶かした後、化学組成を調整し不純物を取り除くために精錬が行われる。
- 炉に酸素を注入して不要な元素を酸化させ、溶融金属の表面に浮遊するスラグを形成することもある。
- 最終製品の純度を確保するため、スラグは定期的に除去される。
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エネルギー効率と自己完結型操業:
- 電気アーク炉はエネルギー効率が非常に高く、溶解するスクラップ1トン当たりに必要なエネルギーは約350 kWh～370 kWhです。
- このプロセスは外部の熱源に依存しないため、必要に応じて素早く開始・停止できる自己完結型のシステムとなっています。
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用途と利点:
- EAFは、主に鉄スクラップをリサイクルし、炭素鋼や合金鋼を製造するために使用される。
- EAFは、大型のスラブ、梁、その他の構造部品の製造に最適です。
- 原料として金属スクラップを使用できるため、EAFは従来の高炉に比べて環境にやさしく、費用対効果に優れています。
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温度と発熱:
- 電気アークはプラズマ放電を発生させ、3275°F (1800°C)の高温を作り出します。
- この極端な熱により、金属チャージの迅速な溶融と効率的な処理が保証される。
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電極の役割:
- 黒鉛電極は電流を通し、アークを維持する重要な部品です。
- これらの電極は耐久性があり、炉内の高温と化学反応に耐えることができます。
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スラグの形成と除去:
- 精錬の副産物であるスラグは、石灰石のような添加物と金属中の不純物との反応によって形成される。
- スラグは、溶融金属の品質と純度を確保するために定期的に除去される。
これらの重要な原理を理解することで、現代の金属生産およびリサイクルにおける電気アーク炉の効率性、汎用性、および環境面での利点を理解することができる。
要約表
| 主な側面 | 詳細 |
|---|---|
| 電気アーク形成 | 黒鉛電極と金属電荷の間に作られ、最高3500℃まで発生する。 |
| 三相電流 | 均一な溶融のための安定した連続アークを確保します。 |
| 装入工程 | 金属スクラップを予熱して装入する。添加剤はスラグの形成を助ける。 |
| メルトダウン期間 | 電極が金属を溶かし、炭素、シリコン、マンガンが酸化する。 |
| 精錬プロセス | 酸素注入により不純物を除去し、定期的にスラグを除去する。 |
| エネルギー効率 | スクラップ1トン当たり350～370kWh、自己完結型運転。 |
| 用途 | 鉄スクラップのリサイクル、炭素鋼/合金鋼の製造、構造部品 |
| 温度 | アークは最高1800°C（3275°F）まで発生し、急速に溶融する。 |
| 電極 | 黒鉛電極はアークを維持し、高温に耐える。 |
| スラグの形成 | 精錬の副産物で、金属純度を確保するために除去される。 |
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