金属の溶解と注入
鋳造炉から金型へ
ファウンドリは劇的です。熱で光る巨大な炉は、金属の塊を流れるような燃えるような液体に変えます。準備ができたら、火花のシャワーの中で待っている鍋に内容物を注ぎます。作業員は、温度と材料の危険を防ぎながら、炉から熱シールドの後ろの金型への金属の流れを導きます。ファウンドリフロアは、日常のオブジェクトを作成する並外れたプロセスで、デザインが実際になる場所です。さまざまな合金に必要な温度の作成と維持における革新は、冶金学の進化の一部です。金属を溶かして注ぐ作業は、歴史書のシーンのように見えますが、最も興味深い科学のいくつかが起こっている場所です。
鋳造金属の製造は、金属を液体状態にするのに十分なほど熱くなる可能性のある炉に依存しています。人類の歴史の中で最初の鉱石の製錬は鉛とスズでした。これらの軟質金属は、調理火の熱で溶ける可能性があります。より強力な金属を作成するには、冶金学者は木の炎以上のものを必要としていました。
高熱と人間の進歩
青銅器時代は銅の強さに依存していました。銅は、キャンプファイヤーよりも少なくとも200°C高温で稼働する陶器窯で最初に誤って製錬された可能性があります。その時からの書面による記録の欠如は、確信するのを難しくします。青銅器時代には、窯のような炉を使用して、さまざまな温度で溶けた岩石からさまざまな元素成分を抽出しました。銅は、優れた真鍮と青銅を作るための最高の賞でした。
鉄器時代以前に人間が鉄を使用していたという証拠があります。しかし、これらのアイテムは文字通り空から落ちた加工鉄でできていました。隕石は陸生鉄に比べて比較的純粋な形をしています。それはそれが見つけられたように加熱されそして働くことができた。しかし、真の鉄器時代は、人々が鉱石から有用な鉄を抽出する方法を考え出したときに始まりました。それは、柔らかく、タフィーのような、液体に近い、または液体の状態に溶ける必要があります。この進歩は、さまざまな時期に地球のさまざまな場所にもたらされましたが、塊鉄炉の発明と鉄精錬の知識のゆっくりとした構築が含まれていました。塊鉄炉は、金属を溶融状態にするのではなく、鉄を十分に高温にして純度を高めることができますが、鉄の化学的性質の発見を遅らせるのに役立ちました。鉄を溶かすのは一つのことです。使用可能な強力な金属を作るには、適切な炭素の添加が必要であり、塊鉄炉は炭素燃料に依存していました。炉が鉄を溶かすのに十分なほど熱くなると、冶金学者はフラックスの理解を深める必要がありました。フラックスは、酸化物の形成を防ぎ、最終的な金属を精製するのに役立つ添加剤です。
炉と化学の革新的な組み合わせによってもたらされた進歩は、人類の歴史を通して続いてきました。冶金学の進歩は、その名前に基づいて、明らかに青銅器時代と鉄器時代の到来を告げました。産業革命は私たちを鉄鋼時代に突入させました。燃焼エンジン、鉄道、および現代の建築慣行は、ベッセマー法と呼ばれる重要な進歩なしには不可能でした。ベッセマー法は、溶鋼を通して酸素を泡立たせ、より高温でより速い生産時間を可能にし、高品質の鋼の大量生産を可能にします。
>製錬と製錬
製錬は、採掘された鉱石から金属元素を除去するプロセスです。ほとんどの金属は、岩石の鉱脈として、または他の元素の一部として見られます。製錬は抽出の最初のステップです。溶解は、金属合金または純金属で行われることです。スクラップを溶かし、鉱石を製錬します。銑鉄は、鉄鉱石の製錬から作られた粗い鉄のインゴットです。
高炉
高炉は、加圧ガスを注入する非常に背の高い炉であり、製錬に使用されます。高炉は主に銑鉄のような中間合金のインゴットを生成します。これらのインゴットは、製造に携わる鋳造所に出荷されます。
製造ファウンドリは、合金と添加剤を取り、それらを溶かして、他のタイプの溶解炉で特定のグレードの鋳造金属を製造します。
鋳造用溶解炉の種類
伝統的に、キューポラとるつぼの炉は、鋳造用の金属を鍛造するための最も一般的な方法でした。現代では、電気アーク炉と誘導炉が一般的です。
るつぼ炉は、金属炉の最も基本的な形態です。るつぼは、信じられないほどの高温を処理できる材料で作られた容器であり、多くの場合、セラミックまたは他の耐火材料で作られています。鍋が火の中にあるように、熱源に置かれます。るつぼには、金属と添加剤が充填または充填されています。現代では、るつぼ炉は、宝石メーカー、裏庭の愛好家、一部の非鉄鋳造所、および非常に小さなバッチ作業を行う鋳造所によってまだ使用されています。るつぼは、宝石商で行われるように金属がトーチランプで溶かされる非常に小さなカップから、50ポンドの材料を含む大きな容器までさまざまです。大きなるつぼは、窯のような炉の中に入れられることが多く、注ぐために持ち上げたり、材料を上から降ろしたりすることができます。
キューポラ炉は長く、煙突のようで、石炭コークスやその他の添加物が充填されています。キューポラ内の燃料が点火され、炉が十分に熱くなったら、豚と鉄くずが直接追加されます。コークスと添加剤の周りの鉄を溶かすプロセスは、炭素と他の元素を追加し、さまざまなグレードの鉄と鋼を生成します。電気アークおよび誘導法が必要な熱を生成するのにより効率的であるため、キューポラ炉はもはや通常は生産に使用されません。ただし、この大樹化のビデオのように、伝統的にキューポラ炉を稼働させ続ける場所がいくつかあります。このビデオでは、中国の鋳造労働者が壁に溶鉄を投げて、新年を迎えるために劇的な火花を作り出します。
（EAF）は1800年代後半に使用されるようになりました。電極は炉内の金属に電流を流します。これは、一度に大量に溶解するときに外部熱を加えるよりも効果的です。鉄鋼生産で使用される大型EAFは、最大400トンを保持できます。この鋼の「チャージ」は、多くの場合、スラブや梁などの重鉄、自動車やその他のリサイクルからの細断スクラップ、製錬所からの銑鉄インゴットでできています。
タンクが満たされた後、電極が金属に配置され、電気のアークがそれらの間を通過します。金属が溶け始めると、電極をさらに押し込んだり、引き離したりして、より大きなアークを作成することができます。プロセスをスピードアップするために、熱と酸素が追加される場合があります。溶融金属が形成され始めると、金属の上に作成されたスラグが屋根やEAFの他のコンポーネントの保護ブランケットのように機能するため、電圧を上げることができます。
すべてが溶けると、炉全体が傾けられ、液体金属が下の取鍋に排出されます。場合によっては、取鍋自体が小型のEAF炉であり、注ぐ前に金属を高温に保つ必要があります。
電気アークではなく磁場で動作します。金属は、コイル状の銅で作られた強力な電磁石に囲まれたるつぼに充電されます。誘導炉がオンになると、コイルは交流電流の導入によって急速に逆転する磁場を生成します。金属が溶けると、電磁石が液体内に渦を発生させ、材料を自己攪拌します。誘導炉の熱は、鉄自体の分子の励起によって生成されます。つまり、るつぼに入るものはすべて、システムに酸素やその他のガスが追加されることはありません。これは、溶解中に制御する変数が少なくなることを意味しますが、誘導炉を使用して鋼を精製できないことも意味します。入って、出てきます。 EAF炉のように、誘導炉はしばしば下の取鍋に傾けることによって排出されます。
誘導炉は非常に一般的であり、高品質の入力が与えられたときに操作が簡単です。一般的なモデルでは、1回の充電で65トンの鋼を生産できます。
鋳造所の床にあるすべての炉は、致命的な敵である蒸気に直面しています。水は少量でも飛沫や爆発を引き起こす可能性があるため、すべてのスクラップとフェロアロイ、および製造に使用されるすべての工具は、使用前に乾燥させる必要があります。金属くずには、水や蒸気が閉じ込められた可能性のある閉じた領域があってはなりません。鋳造作業員が使用する工具でさえ、凝縮や湿気があってはなりません。多くの鋳造所には、何かが鋳造炉に触れる前にスクラップと工具が完全に乾いていることを確認するための乾燥オーブンがあります。
取鍋の鋳造
金属が溶けたら、金型に導入する必要があります。小規模な鋳造所では、これはすべて1つの段階で発生する可能性があります。傾斜またはリフトアウトるつぼは、金属を炉から砂に運ぶ場合があります。ただし、炉が大量の金属を保持している場合、これは実用的ではありません。通常、鉄の製造では、取鍋は溶融物のごく一部を主炉から移送します。
これらのシステムでは、取鍋が金属を金型にまっすぐに運ぶ場合があります。ただし、移送取鍋は液体を貯蔵タンクまたは二次炉に運ぶ場合があります。処理取鍋は別の利用可能なタイプであり、パン屋が他のレシピのベースとして使用するために基本的な生地を分離するように、溶融物を部分に分割するために使用されます。たとえば、液体鋳鉄では、処理取鍋に薬剤を追加して、その中の炭素をフレーク状ではなく球形にし、ダクタイル鋳鉄と呼ばれるより展性のある金属を作成することができます。
取鍋は非常に小さく、鋳造作業員が持ち上げることができます。または、大量の金属を保持して機械的なサポートが必要になることもあります。最大の取鍋は、取鍋車または天井クレーンまたはトラックシステムによって鋳造所を移動します。
あらゆる種類の取鍋は、注ぐ際の水しぶき、炎、火花から作業者を保護するように設計されています。一部の取鍋は、上唇または注ぎ口に注ぐため、傾ける必要があります。これらには、鋳造作業員が注ぐ速度を注意深く制御できるようにするギアが付いていることがよくあります。他の取鍋はバケツの底に注ぎ口があり、注ぎ口はプラグを取り外して交換することで制御されます。
合金の混合
金属合金は、各タイプのパーセンテージとその製造で行われるステップを指定する式によって標準化された元素の混合物でできています。鋳造用の溶解炉と処理取鍋は、これらの合金タイプが鋳造用に作成される場所です。
鋳造所は、鉄を含む鉄合金、または貴金属、銅ベース、アルミニウムベースの合金などの特定の非鉄合金のいずれかを専門とすることがよくあります。
鉄合金は鉄と鋼に分類されます。鋳鉄合金には、シリコンを含むねずみ鋳鉄と、球状炭素の一種であるダクタイル鋳鉄が含まれます。鋳鋼のグレードは、混合物中の炭素とその他の添加剤の割合によって定義されます。ステンレス鋼は、不動態化による錆を防ぐためにクロムを含む鋼です。
非鉄合金には他のすべての金属が含まれるため、非鉄鋳造所にさらに専門性があることは驚くべきことではありません。亜鉛を専門とする場所もあれば、アルミニウムを専門とする場所もあります。その他は、主に真ちゅうや青銅などの銅ベースの合金で機能します。ただし、クロスオーバーがあります。たとえば、特定の鋳造所がブロンズとアルミニウムの両方で機能する場合、それぞれの特定のグレードに特化する可能性があります。
鋳造所がどの合金を使用する場合でも、溶融金属を製造し、それを成形するためにボイドに鋳造するという前提は同じです。金属が型に流れ込む瞬間、アイデアが現実のものになります。
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