鉄鋼業界における焼結とは？効率アップとコスト削減

焼結は鉄鋼業において重要なプロセスであり、粉末材料を完全に溶融させることなく、緻密で構造的に健全なボディへと変化させる。鉄鉱石、燃料、フラックスの混合物を準備し、融点以下に加熱して粒子を合体させ、緻密化させる。この工程により、原料の強度と粒度が向上し、高炉での使用に適するようになる。焼結は高炉の効率を向上させ、コークス化率を低減し、炉の円滑な操業を保証します。プロセスは、準備、加熱、粒子合流、凝固などの段階に分けられ、それぞれが最終製品の特性に寄与する。

ポイントを解説

混合物の調製:
- 原材料:鉄鉱石粉、無煙炭（燃料）、石灰（フラックス）を特定の割合で混合。
- 目的:この混合により、焼結鉱は高炉で使用するのに十分な強度と粒度を持つようになる。
- 工程:混合物はしばしば水で湿らされ、締め固めと均一化を助ける。
締め固め:
- 方法:粉末混合物は、制御された雰囲気の中で、プレスツール、冷間溶接、または3Dプリントレーザーを使用して圧縮される。
- 目的:圧密は、混合物が緻密で均一であることを保証する。
加熱と圧密:
- 温度:圧縮された混合物は、通常、様々な温度ゾーンを持つ炉で、材料の融点直下まで加熱される。
- 微細構造の変化:加熱により、材料の強度に不可欠なマルテンサイト結晶組織が活性化する。
- 液相焼結 (LPS):場合によっては、粒子の合一と緻密化を促進するために液相を導入する。
粒子合一:
- 拡散:原子が粒子の境界を越えて拡散し、融合する。
- 高密度化:粒子が緻密化・合体し、気孔率が減少し、材料の構造的完全性が高まる。
- LPSアクセラレーション:液相焼結は、特にタングステンやモリブデンのような融点の高い材料において、このプロセスを加速するために使用することができる。
凝固:
- 冷却:材料は冷却され、一体化した固まりとなる。
- 最終特性:冷却された焼結鉱は、強度、粒度、高炉での使用適性が改善される。
鉄鋼生産における利点:
- 高炉の効率:焼結鉱は高炉の稼働率を向上させ、総合効率を高めます。
- コークス化率低減:このプロセスはコークスの必要性を減らし、生産コストを下げる。
- 炉の通気性:焼結鉱は高炉の通気性を高め、スムーズで効率的な炉の操業を保証します。
焼結の段階:
- 構成:主原料とカップリング剤の添加と混合。
- 圧縮:粉末を必要な形状にプレスする。
- 熱処理:加熱してカップリング剤を除去し、主原料を低孔質全体に融合させる。
- 冷却:材料を最終形に固める
鉄鋼以外の用途:
- 粉末冶金:焼結は、様々な産業用途の金属粉末を製造するために使用される。
- セラミックス:このプロセスは、陶器やその他のセラミック材料の製造にも採用されている。

これらの工程を経ることで、焼結プロセスは原料の粉末を、効率的で費用対効果の高い鉄鋼生産に不可欠な高品質の焼結鉱に変える。

総括表

ステージ	主な行動	目的
準備	鉄鉱石粉、燃料、フラックスを特定の比率で混合し、均一になるように湿らせる。	高炉で使用するための強度と粒度を確保する。
成形	プレスツール、冷間溶接、または3Dプリントレーザーを使用して圧縮する。	加熱のために緻密で均一な混合物を作る。
加熱	融点以下で加熱し、微細構造の変化を活性化させる。	粒子の結合と高密度化により材料を強化する。
粒子の融合	原子は境界を越えて拡散する。液相焼結はこのプロセスを加速する。	気孔率を低減し、構造的完全性を高める。
凝固	材料を冷却して、一体化した塊に凝固させる。	高炉で使用するために、強度や粒度などの特性を最終調整する。
利点	高炉効率を改善し、コークス化率を低減し、浸透性を高める。	生産コストを削減し、炉の円滑な操業を保証します。