December 19, 2025
電気アーク炉製鋼プロセスの紹介と主要操作
1. 装入
装入は、電気アーク炉（EAF）製鋼プロセスの最初の操作であり、主にスクラップ鋼、場合によってはホットメタル（溶銑）などの原料を炉に装入することを含みます。
2. スラグ形成
この操作には、スラグの組成、塩基度、粘度、および反応性の調整が含まれます。たとえば、酸素吹き込み中には、酸素を金属表面に効果的に移動させるために十分な流動性と塩基度を持つスラグを生成することが目標です。これにより、硫黄とリンを目標鋼種で指定された限界値以下に低減し、飛散やスラグの流出を最小限に抑えます。
3. スラグ除去
特定の製錬条件と目的に応じて、スラグの除去または交換がさまざまな段階で行われます。例：
シングルスラグ法を使用する場合、酸化期間の終わりに酸化スラグを除去（「スキミング」）する必要があります。
還元スラグを作成するためにダブルスラグ法を使用する場合、リンの逆転（スラグから溶鋼へのリンの戻り）を防ぐために、最初の酸化スラグを完全に除去する必要があります。
4. 浴の攪拌
溶鋼とスラグに運動を誘発するために、溶融浴にエネルギーが供給され、それによって冶金反応の速度が向上します。攪拌は、ガス注入（例：ArやN₂などの不活性ガス）、機械的手段、または電磁誘導など、いくつかの方法で実現できます。
5. 脱リン
これは、溶鋼中のリン含有量を減らすことを目的とした化学反応です。リンは有害な不純物であり、高レベルになると、低温での鋼の脆性（「冷間脆性」として知られる）を引き起こす可能性があります。この脆化効果は、炭素含有量が増加するにつれて悪化します。標準仕様では、一般的な鋼種ではリンを最大0.045％に制限し、高品質鋼ではさらに厳しい制限が設けられています。
6. EAF底部攪拌
N₂、Ar、CO₂、CO、CH₄、O₂などのガスが、炉底に設置された羽口（ノズル）を通して溶融浴に注入されます。これにより、溶解が加速され、冶金反応が促進されます。底部攪拌の利点には以下が含まれます：
タッピングからタッピングまでの時間の短縮と消費電力の削減。
より効率的な脱リンと脱硫。
マンガンなどの合金元素の回収率の向上。
鋼の組成と温度の均質化の改善により、品質の向上、コストの削減、生産性の向上につながります。
7. 溶解期間
特にEAF操作の場合、溶解期間は最初の通電から固形装入物が完全に液化するまでです。主な目的は、装入物を迅速に溶解し、その温度を上昇させ、予備スラグを形成することです。
8. 酸化期間と脱炭
従来のEAF操作では、酸化期間は装入物の溶解後に始まり、酸化スラグの除去まで続きます。主なタスクは脱炭であり、酸素が炭素と反応してCOガスを生成します。十分な脱炭（多くの場合0.2％以上）は、ガスと介在物を除去することにより、鋼の純度を精製するために不可欠です。酸化期間では、リンの除去と浴の均質化も行われます。二次冶金の台頭により、この酸化精錬の多くは、現在、取鍋または別の精錬ユニットに移行しています。
9. 精錬期間
この一般的な用語は、特定の有害元素または化合物を溶鋼から除去するプロセス段階を指します。これは、それらを気相に移動させるか、スラグ層に浮遊させて除去する化学反応によって実現されます。
10. 還元期間
従来のEAF操作では、還元期間は酸化期間に続き、タッピングに先立ちます。その主な目的は、最終脱酸、脱硫、正確な組成調整、および温度均質化のために、還元スラグ雰囲気を作成することです。この期間は、高速溶解と外部ユニットへの精錬タスクに焦点を当てた、現代の高出力および超高出力EAF操作ではほぼ排除されています。
11. 二次冶金（取鍋精錬）
これは、一次溶鋼をEAF（または他の一次製鋼容器）から別の容器に移して、さらに精錬することを含みます。したがって、製鋼プロセスは2つのステップに分けられます：
一次製錬：酸化雰囲気での溶解、初期脱リン、脱炭、および粗合金化。
精錬：最終脱ガス、脱酸、脱硫、介在物除去、および組成の微調整（多くの場合、真空、不活性ガス、または還元雰囲気下）。
この分割により、鋼の品質が向上し、一次炉の時間が短縮され、コストとプロセスの柔軟性が最適化されます。取鍋精錬方法は多岐にわたり、圧力（大気圧または真空）と処理アプローチ（取鍋処理vs.専用取鍋炉精錬）によって分類されます。
12. 取鍋攪拌
二次冶金中の溶鋼の攪拌は重要です。温度と組成を均質化し、相界面での質量移動を改善することにより、精錬反応を加速します。静的に30〜60分かかる可能性のある反応（例：脱硫）は、攪拌により3〜5分で完了できます。攪拌はまた、非金属介在物が鋼浴から浮上する速度を劇的に増加させます。
13. 取鍋ワイヤー供給
この技術は、ワイヤーフィーダーを使用して、溶鋼の取鍋にコア入りまたはソリッドワイヤー（例：Ca-Si合金粉末、アルミニウム、または炭素を含む）を供給することを含みます。これにより、深脱硫、カルシウム処理（介在物形状制御用）、および正確なマイクロ合金化または組成トリミングが可能になります。また、最終脱酸に貢献し、鋼の清浄度を向上させます。
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