I. 再炭化装置の分類方法
浸炭装置は、原材料によって大きく4種類に分類できる。
1. 人造黒鉛
人造黒鉛の製造における主原料は、粉末状の高品質焼成石油コークスであり、これに結合剤としてアスファルトが添加され、少量のその他の補助材料が加えられる。これらの原料を混合した後、加圧成形し、2500～3000℃の非酸化雰囲気下で処理して黒鉛化する。高温処理後、灰分、硫黄分、ガス分が大幅に低減される。
人造黒鉛製品の価格が高いため、鋳造工場で一般的に使用される人造黒鉛再炭化剤のほとんどは、黒鉛電極の製造時に発生するチップ、廃電極、黒鉛ブロックなどのリサイクル材料であり、生産コストの削減に役立てられている。
ダクタイル鋳鉄を製錬する際、鋳鉄の冶金学的品質を高めるためには、再炭化剤として人工黒鉛を第一に選択すべきである。
2. 石油コークス
石油コークスは広く用いられている再炭化剤である。
石油コークスは、原油精製の副産物です。原油を常圧または減圧蒸留して得られる残渣や石油ピッチを原料として石油コークスを製造し、コークス化することでグリーン石油コークスが得られます。グリーン石油コークスの生産量は、使用される原油量の約5%未満です。米国における原油コークスの年間生産量は約3,000万トンです。グリーン石油コークスは不純物含有量が高いため、そのまま再炭化剤として使用することはできず、まず焼成する必要があります。
原油コークスは、スポンジ状、針状、顆粒状、および液状の形態で入手可能である。
スポンジ状石油コークスは、遅延コークス化法によって製造されます。硫黄と金属の含有量が高いため、通常は焼成時の燃料として使用され、焼成石油コークスの原料としても使用できます。焼成スポンジ状コークスは、主にアルミニウム産業や再炭化剤として使用されます。
針状石油コークスは、芳香族炭化水素含有量が高く不純物含有量が低い原料を用い、遅延コークス化法によって製造される。このコークスは、容易に破断する針状構造を有し、グラファイトコークスとも呼ばれ、焼成後にグラファイト電極の製造に主に用いられる。
粒状石油コークスは、硫黄とアスファルテンを多く含む原料を遅延コークス化法で製造した、硬い顆粒状の物質であり、主に燃料として使用される。
流動床式石油コークスは、流動床内で連続的にコークス化することによって得られる。
石油コークスの焼成は、硫黄、水分、揮発性物質を除去するために行われる。生の石油コークスを1200～1350℃で焼成すると、ほぼ純粋な炭素を得ることができる。
焼成石油コークスの最大の消費産業はアルミニウム産業であり、その70%はボーキサイトを還元する陽極の製造に使用されている。米国で生産される焼成石油コークスの約6%は、鋳鉄の再炭化装置に使用されている。
3. 天然黒鉛
天然黒鉛は、フレーク状黒鉛と微結晶黒鉛の2種類に分類できる。
微結晶黒鉛は灰分含有量が高く、一般的に鋳鉄の再炭化剤としては使用されない。
フレーク状黒鉛には多くの種類がある。高炭素フレーク状黒鉛は、化学的方法によって抽出するか、高温に加熱して酸化物を分解・揮発させる必要がある。黒鉛の灰分含有量が高いため、再炭化剤としては適さない。中炭素黒鉛は主に再炭化剤として使用されるが、その量は多くない。
4. カーボンコークスと無煙炭
電気炉製鋼工程では、装入時にコークスまたは無煙炭を再炭化剤として添加することができる。しかし、誘導炉製鉄における鋳鉄の再炭化剤としては、灰分と揮発分が高いため、ほとんど使用されない。
環境保護要件の継続的な改善に伴い、資源消費への注目が高まり、銑鉄とコークスの価格が上昇し続け、鋳造コストの上昇につながっています。ますます多くの鋳造工場が、従来のキュポラ溶解に代えて電気炉を使用し始めています。2011年初頭、当社の中小部品工場も、従来のキュポラ溶解プロセスに代えて電気炉溶解プロセスを採用しました。電気炉溶解で大量のスクラップ鋼を使用すると、コストを削減できるだけでなく、鋳造品の機械的特性も向上しますが、使用する再浸炭剤の種類と浸炭プロセスが重要な役割を果たします。
II. r の使い方エカルブリズ誘導炉製錬におけるer
1. 主な再炭化装置の種類
鋳鉄の再炭化剤として使用される材料は数多くあり、一般的に使用されるのは、人造黒鉛、焼成石油コークス、天然黒鉛、コークス、無煙炭、およびこれらの材料の混合物である。
（１）人工黒鉛 上記で述べた様々な再炭化剤の中で、最も品質が高いのは人工黒鉛です。人工黒鉛の製造における主な原料は、粉末状の高品質焼成石油コークスであり、これに結合剤としてアスファルトが添加され、少量のその他の補助材料が添加されます。様々な原料を混合した後、加圧成形し、2500～3000℃の非酸化雰囲気下で処理して黒鉛化します。高温処理により、灰分、硫黄、ガス含有量が大幅に減少します。高温で焼成された石油コークスがない場合、または焼成温度が不十分な場合、再炭化剤の品質は著しく低下します。したがって、再炭化剤の品質は主に黒鉛化の程度に依存します。良質な再炭化剤は、黒鉛炭素（質量分率）が95%～98%、硫黄含有量が0.02%～0.05%、窒素含有量が（100～200）×10⁻⁶である。
（２）石油コークスは広く用いられている再炭化剤である。石油コークスは原油精製の副産物である。原油の通常の加圧蒸留または真空蒸留で得られる残渣や石油ピッチを石油コークスの製造原料として用いることができる。コークス化後、原料石油コークスが得られる。含有量が高いため、そのまま再炭化剤として用いることはできず、まず焼成する必要がある。
（３）天然黒鉛は、フレーク状黒鉛と微結晶黒鉛の２種類に分けられます。微結晶黒鉛は灰分含有量が高く、一般的に鋳鉄の再炭化剤としては使用されません。フレーク状黒鉛には多くの種類があり、高炭素フレーク状黒鉛は化学的方法で抽出するか、高温に加熱して酸化物を分解・揮発させる必要があります。黒鉛の灰分含有量が高いため、再炭化剤としては使用すべきではありません。中炭素黒鉛は主に再炭化剤として使用されますが、その量は多くありません。
（４）炭素コークスと無煙炭 誘導炉製錬の工程では、装入時に再炭化剤としてコークスまたは無煙炭を添加することができます。灰分と揮発分が多いため、誘導炉製錬の鋳鉄の再炭化剤として使用されることは稀です。この再炭化剤の価格は低く、低級再炭化剤に属します。
2. 溶銑の浸炭の原理
合成鋳鉄の製錬工程では、添加されるスクラップの量が多く、溶銑中の炭素含有量が低いため、炭素を増やすために浸炭剤を使用する必要があります。再浸炭剤中に元素として存在する炭素は融点が3727℃であり、溶銑の温度では溶けません。したがって、再浸炭剤中の炭素は、溶解と拡散の2つの方法で主に溶銑に溶解します。溶銑中の黒鉛系再浸炭剤の含有量が2.1%の場合、黒鉛は溶銑に直接溶解します。非黒鉛系炭化の直接溶解現象は基本的に存在しませんが、時間の経過とともに、炭素は徐々に溶銑に拡散して溶解します。誘導炉で製錬された鋳鉄の再浸炭の場合、結晶黒鉛系再浸炭の再浸炭率は、非黒鉛系再浸炭の再浸炭率よりも著しく高くなります。
実験結果から、溶融鉄中の炭素の溶解は、固体粒子表面の液相境界層における炭素の物質移動によって制御されることがわかった。コークスおよび石炭粒子を用いた場合の結果とグラファイトを用いた場合の結果を比較すると、溶融鉄中におけるグラファイト再炭化剤の拡散および溶解速度は、コークスおよび石炭粒子の場合よりも著しく速いことがわかった。部分的に溶解したコークスおよび石炭粒子のサンプルを電子顕微鏡で観察したところ、サンプル表面に薄い粘着性の灰層が形成されていることが判明し、これが溶融鉄中における拡散および溶解性能に影響を与える主な要因であることがわかった。
3. 炭素増加の影響に影響を与える要因
（１）再炭化剤の粒径の影響 再炭化剤の吸収率は、再炭化剤の溶解速度と拡散速度、および酸化損失速度の複合効果に依存します。一般的に、再炭化剤の粒子が小さいほど溶解速度は速く、損失速度は大きくなります。再炭化剤の粒子が大きいほど溶解速度は遅く、損失速度は小さくなります。再炭化剤の粒径の選択は、炉の直径と容量に関係します。一般的に、炉の直径と容量が大きい場合は、再炭化剤の粒径を大きくする必要があります。逆に、再炭化剤の粒径は小さくする必要があります。
（２）再炭化剤添加量の影響 一定の温度と同一の化学組成の条件下では、溶銑中の炭素の飽和濃度は一定である。一定の飽和度において、再炭化剤の添加量が多いほど、溶解および拡散に必要な時間が長くなり、対応する損失が大きくなり、吸収率が低下する。
（３）温度が再炭化剤の吸収率に及ぼす影響 原則として、溶銑の温度が高いほど、再炭化剤の吸収と溶解が促進されます。逆に、再炭化剤が溶解しにくくなると、再炭化剤の吸収率は低下します。しかし、溶銑の温度が高すぎると、再炭化剤が完全に溶解する可能性は高くなりますが、炭素の燃焼損失率が増加し、最終的には炭素含有量の減少と再炭化剤の全体的な吸収率の低下につながります。一般的に、溶銑の温度が1460～1550℃のときに、再炭化剤の吸収効率が最も高くなります。
（４）溶銑攪拌が再炭化剤の吸収率に及ぼす影響 攪拌は炭素の溶解と拡散に有益であり、再炭化剤が溶銑の表面に浮遊して燃焼するのを防ぎます。再炭化剤が完全に溶解するまでは、攪拌時間が長く、吸収率が高くなります。攪拌は炭化保持時間を短縮し、生産サイクルを短縮し、溶銑中の合金元素の燃焼を防ぐこともできます。しかし、攪拌時間が長すぎると、炉の耐用年数に大きな影響を与えるだけでなく、再炭化剤が溶解した後の溶銑中の炭素の損失を悪化させます。したがって、再炭化剤が完全に溶解するように、溶銑の適切な攪拌時間を設定する必要があります。
（５）溶銑の化学組成が再炭化剤の吸収率に及ぼす影響 溶銑中の初期炭素含有量が高い場合、一定の溶解度限界以下では、再炭化剤の吸収率は遅く、吸収量は少なく、燃焼損失は比較的大きくなります。再炭化剤の吸収率は低くなります。溶銑の初期炭素含有量が低い場合は、その逆になります。また、溶銑中のケイ素と硫黄は炭素の吸収を妨げ、再炭化剤の吸収率を低下させますが、マンガンは炭素の吸収を助け、再炭化剤の吸収率を向上させます。影響の度合いで言えば、ケイ素が最も大きく、次いでマンガン、炭素と硫黄の影響は小さいです。したがって、実際の製造工程では、マンガンを最初に添加し、次に炭素、最後にケイ素を添加する必要があります。
投稿日時：2022年11月4日