誘導炉と重要操業側面 製鋼用誘導炉開発は小規模製鋼生産者にとって福音です。これら炉は設置、操作、維持管理が容易。ヒートサイズ小さく、低コスト投資で、低能力製鋼プラントで好まれます。これら炉では、電磁場生成熱でチャージ材料溶解し鋼製造。 誘導炉基本的にるつぼ、誘導コイル、シェル、冷却システム、チルティング機構で構成。るつぼは炉コイルライニング耐火物から形成。チャージ材料保持、その後溶融物保持。耐火物選択はチャージタイプ依存、基本的に酸性、塩基性、中性耐火物。 誘導コイルは特定巻数チューブ銅コイル。交流（AC）通電し導体内磁束生成。生成磁束渦電流誘導、るつぼ内加熱・溶解プロセス可能に。 シェルは炉

電気アーク炉（EAF）製鋼操業の理解 電気アーク炉（EAF）製鋼技術は100年以上の歴史があります。デ・ラヴァルが1892年に鉄溶解精錬用電気炉特許取得、エルオーが1888〜1892年フェロアロイ電気アーク溶解実証しましたが、製鋼用初産業EAF操業開始は1900年でした。発展急速で1910〜1920年で生産10倍増、1920年50万トン超生産、当時世界鋼生産ごく小割合でした。当初EAF製鋼はスクラップ、フェロアロイ等固形原料使用し特殊鋼グレード製造向け開発。固形物質直接アーク溶解、適切フラックス添加精錬、タッピング後下流処理へ。図1に典型的EAF平面図と断面図示す。 図1 EAF典型的平面図

AC電気アーク炉の設計特徴 製鋼用電気アーク炉（EAF）は、高電流低電圧電気エネルギーをチャージ材料に印加し、それらを溶解・精錬します。EAFは耐火物ライニング容器で、電極が通じる可動式屋根で覆われたバッチ炉です。典型的AC電気アーク炉の一般的特徴を図1に示します。 図1 AC電気アーク炉の一般的特徴 EAFは大きなボウル形状本体と皿状ハースを持ちます。シェル内部に耐火物ライニングがあります。炉反応室は上部から耐火レンガ製取り外し可能屋根（屋根リングで保持）で覆われています。三相交流（AC）で給電され、フレキシブルケーブルと水冷銅管で接続された3本のグラファイト電極を持ちます。 電気アーク炉

基本性酸素炉（BOF）における製鋼操業の理解 基本性酸素炉（BOF）での製鋼操業は、基本性酸素製鋼（BOS）とも呼ばれます。これは世界で最も強力で効果的な製鋼技術です。粗鋼の約71%がこのプロセスで製造されています。BOFプロセスは1950年代初頭、リンツとドナヴィッツの2つのオーストリア製鉄所で開発されたため、LD（2都市の頭文字）製鋼とも呼ばれます。 BOFプロセスにはいくつかのバリエーションがあります。主なものはトップブローイング、ボトムブローイング、およびそれらの組み合わせであるコンバインドブローイングです。 BOFプロセスは自発的（エネルギー自給）で、気体酸素（O₂）を使用して溶銑（

副生物コークス炉バッテリーでのコークス製造の理解 コークスは鉄鉱石を銑鉄（溶銑）に変換する高炉で使用される基本材料の一つで、その大部分は溶銑生産に使用されます。コークスは鉄鋳造所、非鉄製錬所、化学プラントなど多くの他産業でも使用されます。また、製鋼では浸炭材としても使用されます。 コークスとコークス副生成物（コークス炉ガスを含む）は、適切なグレードの石炭を乾留（無空気加熱）することで生産されます。プロセスには、コークス炉ガスからタール、アンモニア（通常硫酸アンモニウムとして回収）、フェノール、ナフタレン、ライトオイル、硫黄を除去する処理も含まれます。窒素ガスは蒸気生産と発電に使用され、ガスが加

焼結と焼結プラント操業の理解 焼結は、微細鉱物粒子を、塊内での固形燃料燃焼による発熱による初期融解によって多孔質塊状塊へ凝集させるプロセスです。焼結プロセスは製鉄における前処理工程で、鉄鉱石微粉と二次酸化鉄廃棄物（回収ダスト、ミルスケール等）を、フラックス（石灰、石灰石、ドロマイト）と共に燃焼によって凝集させます。微粉の凝集は高炉操業時の熱ガス通過を可能にするために必要です。 焼結は「制御条件下で燃料と鉱石を混合燃焼させる技術」と呼ばれてきました。微細鉄鉱石をフラックスとコークス微粉または石炭で加熱し、半溶融塊を生成し、それが高炉装入に必要なサイズと強度特性を持つ多孔質焼結鉱片として固化するプ

ペレットとペレットプラント操業の理解 ペレット化は、非常に微細な鉄鉱石を一定径範囲（通常8〜20mm）の球状（ペレット）に変換する凝集プロセスです。これらのペレットは高炉と直接還元プロセスに適しています。ペレット化は、グリーン（未焼成）ペレットまたはボールを形成し、その後加熱焼成して硬化させる点で焼結と異なります。 鉄鉱石ペレットは選鉱済みまたはラン・オブ・マイン鉄鉱石微粉から製造可能です。痩せ鉄鉱石は通常、選鉱によってより高い鉄含有量へアップグレードされます。このプロセスで生成される鉄鉱石フィルターケーキは、製鉄プロセスで使用するためにペレット化する必要があります。また、選鉱不要の高品位鉄鉱

鉄鉱石選鉱プロセス 鉄は地殻に豊富な元素で、堆積岩中では平均2〜3%、玄武岩・斑れい岩では8.5%を占めます。鉄が多くの場所に存在するため相対的に低価値であり、鉱床が鉱石グレードと見なされるには高い金属含有率が必要です。一般的に、少なくとも25%の鉄を含む鉱床が経済的に採掘可能とされます。 300種以上の鉱物に鉄が含まれますが、鉄鉱石の主要供給源は以下の5鉱物です。(1)磁鉄鉱（Fe₃O₄）、(2)赤鉄鉱（Fe₂O₃）、(3)針鉄鉱（Fe₂O₃・H₂O）、(4)菱鉄鉱（FeCO₃）、(5)黄鉄鉱（FeS₂）。鉄鉱石採掘には穿孔、発破、破砕、篩分け、ブレンドが必要です。 破砕と篩分けは鉱石生産施

鉄鉱石と鉄鉱石採掘の理解 鉄（Fe）は地殻に豊富に存在し、広く分布する元素です。堆積岩中では平均2〜3%、玄武岩や斑れい岩では8.5%を占めます。その供給は世界のほぼすべての地域で実質的に無尽蔵です。 しかし、この鉄の大部分は現在の製鉄プロセスで利用可能な形で存在していません。したがって、地殻中の総鉄のうち、経済的かつ地理的に製鉄業界が利用できる部分のみを正しく「鉄鉱石」と呼ぶことができます。ただし、何が鉄鉱石を構成するかは場所や時代によって大きく異なります。鉄含有鉱物が鉄鉱石として分類されるかどうかを決める要因は多岐にわたりますが、基本的には経済性の問題です。この概念を念頭に置くと、商業目的

鉄鉱石鉱床の地質、プロスペクティングと探鉱 鉄は古代から知られています。鉄は主要構成元素として、または微量として、リソスフェア（岩石圏）に遍在しています。存在量では酸素、ケイ素、アルミニウムに次いで第4位です。 鉄鉱石は地質年代で幅広い形成期を持ち、地理的分布も広範です。これらの鉱石は、地殻最古の岩石（25億年以上前）から、その後の様々な時代に形成された岩石まで見つかります。実際、鉄酸化物が沈殿している地域では、今日でも鉄鉱石が形成されています。 世界中で数千の鉄鉱石産地が知られています。規模は数トンから数億トンまで多岐にわたります。鉄鉱石鉱床は、多様な地質条件下で、異なる地質構造の中で、世界

熱風生成と熱風ストーブ 熱風ストーブは、高炉に連続的に熱風を供給する設備です。高炉吹き込み口に送風される前に、送風空気は蓄熱式熱風ストーブを通過させて予熱されます。熱風ストーブは主に高炉炉頂ガス（BFガス）燃焼によって加熱されます。このようにして、炉頂ガスの一部エネルギーが顕熱として高炉に戻されます。この熱として高炉に戻される追加熱エネルギーにより、高炉コークス必要量が大幅に削減され、高価な冶金コークスの代替として粉砕石炭などの補助燃料吹込みが容易になります。これによりプロセス効率が向上します。燃料必要量低減による追加メリットは、溶銑生産率の増加です。これらはすべて、溶銑コスト削減の観点から大

高炉出銑口とタッピング 高炉操業は連続プロセスです。操業中、高炉は溶銑（ホットメタル）とスラグを生産し続けます。溶銑とスラグは炉爐底に蓄積しますが、操業に支障をきたす前に蓄積できる量には限界があるため、定期的に炉から除去する必要があります。出銑口（アイアンノッチとも呼ばれる）は、炉から溶銑をタッピングするために使用されます。爐底床からわずかに上に位置しています。 特定の出銑口構成や操業哲学に関わらず、動的（しばしば周期的）でより激しいプロセス条件（高温暴露による腐食加速、より大きな乱流、質量・熱移動率の上昇）、およびより高い同時熱機械的力（熱的または流動せん断応力による）により、高炉の性能と寿

高炉ブローインプロセス 新設またはリライニング後の高炉を起動するプロセスをブローインと呼びます。ブローインプロセスは複数のステップ（図1）で実施され、(i)ライニング乾燥、(ii)特別に配列された高コークスブローイン装入材での高炉充填、(iii)コークス着火または高炉点火、(iv)頻繁な鋳造で熱風量（風量）を徐々に増やし、高炉爐底温度を上昇させる、で構成されます。ブローイン期間中、装入比（鉱石/コークス比）は所定スケジュールに従って調整され、高炉の正常操業が達成され、正常品質の溶銑生産が開始されるまで続きます。 図1 高炉ブローインプロセスのステップ 新設またはリライニングされた高炉は、

高炉停止方法 高炉は吹き込み後、溶銑生産を開始すると、リライニングのために停止されるまで長年にわたり連続運転されます。この連続運転期間をキャンペーン寿命と呼びます。現代の高炉では15〜20年のキャンペーン寿命が期待されています。炉がキャンペーン末期に達すると、通常ブローアウトまたはブローアダウンが行われます。吹き込みからブローアウト/ブローアダウンの間、高炉は様々な理由で短期間停止されることがあります。高炉の様々な停止タイプを以下に説明します（図1）。 図1 高炉停止の主要方法 ファンニング（送風量低減操業） 高炉運転中、下流または上流設備の問題により、一定期間フル生産能力が不要になる

高炉の操業実践とキャンペーン寿命 高炉の再建またはリライニングにかかるコストは非常に高いため、高炉のキャンペーン寿命を延長する技術は重要であり、積極的に追求される必要があります。 大型高炉は通常、単位体積あたりのキャンペーン産出量がわずかに高くなります。これは、大型高炉が一般的により現代的な設計で、高度に自動化されているためです。統合製鉄所の存続は溶銑の継続的な供給にかかっており、少数の大型炉で構成されるプラントでは、長いキャンペーン寿命が極めて重要となります。 図1 高炉キャンペーン寿命延長のための技術 高炉キャンペーン寿命延長の技術（図1）は、大きく分けて以下の3つのカテゴリーに分類

冶金コークス生産のための石炭乾留（コーキング） 石炭の乾留は、石炭のコーキングとしても知られています。このプロセスは、空気不在下または制御雰囲気下で石炭を熱分解し、コークスとして知られる炭素質残渣を生成するものです。 乾留温度範囲による分類 石炭乾留は以下の3つの温度範囲で実施できます。 低温乾留 - 通常500℃～700℃の温度範囲で実施。このタイプでは液体生成物収率が高く、ガス生成物収率は低い。生成コークスは揮発分が多く、自由燃焼性を持つ。 中温乾留 - 約800℃で実施。無煙軟コークスを生成。副生成物特性は高温乾留と類似。中温乾留は現在ほとんど実施されていない。 高温乾留 - 900

焼結鉱品質と鉄鉱石焼結プロセス 焼結鉱は通常、高炉（BF）装入バーデンの主要構成要素です。焼結鉱は、鉄鉱石焼結プロセス中に生成される多くの鉱物相で構成されます。焼結鉱の品質と特性は、焼結鉱の鉱物構造に依存します。しかし、焼結条件が通常焼結層全体で均一ではないため、相組成、ひいては焼結鉱品質は焼結層内で変動します。 焼結鉱構造は不均一です。様々なサイズの気孔と、それぞれ異なる特性を持つ複雑な鉱物相凝集体で構成されます。これらの気孔と鉱物相の組み合わせ、およびそれら相互作用が焼結鉱品質を決定しますが、同時に焼結鉱特性の予測を非常に困難にしています。焼結鉱について多数の研究が行われてきましたが、焼結

鉄鉱石ペレットとペレタイゼーションプロセス 鉄鉱石のペレタイズは、微細に粉砕された鉄鉱石精鉱を製鋼で利用しやすくするため、1950年代に開始されました。鉄鉱石ペレタイズには、ストレートトラベリンググレート（STG）プロセスとグレートキルン（GK）プロセスの2つの主要プロセスタイプがあります。STGプロセスでは、ペレットの固定層が無限軌道グレート上で乾燥、酸化、焼結、冷却ゾーンを通過します。GKプロセスでは、乾燥と大部分の酸化が移動グレート上の固定ペレット層で達成され、その後ペレットは回転キルンで焼結され、環状クーラーで冷却されます。 ペレタイズプロセスの詳細は、https://www.ispa

高炉とその設計 高炉（BF）の設計は、その信頼性の高い操業、冶金性能、持続的な高生産性、長寿命キャンペーンにおいて根本的な役割を果たします。 現代の高炉設計は一般に、周囲建屋構造を持つ自立ユニットの概念に基づき、炉へのアクセスとBFガスシステムの支持を提供します。BF設計は、炉寿命を通じて潜在的な原料と操業条件を考慮し、装入物とガス流れの最適化を提供する必要があります。 BF設計は、シェル、冷却要素、耐火物ライニングの特性を統合し、BF複合体のバランスの取れた全体運転を確保する必要があります。BFの各ゾーンにおける適切な耐火物と冷却システムの選択は、BFの成功的、経済的、そして何より安全な操業

連続鋳造鋼の欠陥 連続鋳造（CC）は、液体鋼を主にスラブ（厚板・薄板）、ブルーム、ビレットの形で固体製品に変換するプロセスです。所望の断面形状を無限長で生産する進歩的な製鋼技術の一つです。CCプロセスは、操業手順、技術規範、高度な生産・制御技術の厳守を必要とします。これらの対策にもかかわらず、CC製品における欠陥の発生を完全に排除することはできません。欠陥の形成と種類は、CC機械設備の状態、鋳造製品の形状とサイズ、鋼種、鋳造温度・速度、モールド振動と冷却、鋳造パウダーの品質と特性などの技術的条件に依存します。 CC製品の欠陥は、技術基準やその他の規範文書で与えられた仕様と比較した際の、外観、形