CRGO電炉鋼製造工程の究極ガイド

私たちの送電網がなぜこのように機能しているのか、不思議に思ったことはないだろうか。CRGO鋼と呼ばれる特殊な素材が秘密のヒーローなのだ。この鋼鉄は変圧器の中に入れられている。この変圧器が私たちの家庭や町に電力を供給しているのだ。この記事では、この驚くべき電気鋼の全製造工程を紹介する。あらゆる厄介なステップをシンプルにわかりやすく説明します。これを読めば、この特別な素材がどのように作られるのかがわかるでしょう。また、電力を無駄にしないために、なぜこの素材がとても重要なのかを知ることができるでしょう。

CRGO電炉鋼の原料は？

CRGO鋼を作るには、まず適切な原料を選ぶことから始めなければならない。主に使われるのは非常に純粋な鉄です。この鉄には、不純物と呼ばれる不要なものがほとんど含まれていない必要があります。不純物があると、後で鋼が磁石とどのように作用するかを台無しにしてしまいます。製造工程は非常にクリーンな状態でスタートする必要があります。そのため、最高の原材料を選ぶことは、製造全体にとって非常に重要なことなのです。

鉄と並んでもう一つ重要なのがケイ素である。CRGO鋼がケイ素鋼の一種であるのはこのためです。正確な量のケイ素が添加され、通常は約3%です。その他にも微量のものが添加されます。これらは製造工程を助ける。目標は、最初から完璧な合金鋼を作ることだ。適切なものから始めてこそ、次に来るすべての工程がうまくいくのです。このように最初にコントロールすることで、最終製品のコアロスを少なくすることができる。

なぜ正しい鋼材の組成が重要なのか？

鋼鉄の組成が選ばれるにはそれなりの理由がある。配合されているものすべてに特別な仕事がある。言ったように、主原料は鉄だ。しかし、ケイ素を加えることで、特殊な電気鋼になる。珪素は鋼を電気を通すのに不利にする。これは悪いことのように思えるかもしれない。しかし、実はこの用途には非常に適している。渦電流損と呼ばれるエネルギー損失を減らすのに役立つのだ。この特性は、高効率のトランス・コアを作る上で非常に重要な部分です。

正しい鋼材組成の重要性は極めて高い。この時点での小さなミスが、先々大きな問題につながる可能性がある。完成した素材は、本当に優れた磁気特性を持つ必要がある。磁束と呼ばれる磁気エネルギーを、一方向だけに容易に流すことができなければならない。この能力は高透磁率と呼ばれる。鉄とケイ素鋼の適切な配合により、鋼はこのような能力を持つようになる。製造工程全体が、この特別な鋼組成で作業できるように作られている。

最初のステップで溶けた鉄はどのように作られるのか？

原料が選ばれた後、製造工程の最初の大きなステップが始まる。原料は巨大な炉に入れられる。炉は大量の熱を使う。この熱で鉄とシリコンを一緒に溶かす。これにより、溶鋼と呼ばれる高温の液体ができる。この加熱プロセスの間、温度は非常に注意深く観察されなければならない。これにより、すべてが完璧に混合された鋼合金に溶けるのだ。

鉄は液体であると同時に、洗浄されている。軽いものや不純物は上に浮いてくる。この最上層はスラグと呼ばれ、取り除かれる。この洗浄工程は非常に重要です。最終的な鋼材が非常にきれいな状態になるのです。洗浄が終わると、溶けた鋼鉄は大きな鋳型に流し込まれる。鋼鉄は冷え始め、固い鋼鉄の塊になる。このブロックが、製造工程における次のすべてのステップに使用されるものです。

熱間圧延プロセスとは？

鉄の塊はまだかなり厚い。これを薄くするために、圧延工程を経る。これが最初に行われるのが熱間圧延である。ブロックは別の加熱工程にかけられる。非常に高い温度に加熱される。こうすることで鋼は柔らかくなり、非常に成形しやすくなる。熱したブロックは、巨大なローラーの間に送られます。このローラーが鋼を押さえる。こうすることで、鋼はより長く、より薄くなる。

この工程は何度も行われる。そのたびに鋼板は少しずつ薄くなっていく。熱間圧延工程は、鋼を製造する際の通常の工程です。CRGO電磁鋼板の場合、この工程を経て、製造工程で最も重要な冷間圧延の準備が整います。この時点での目標は、次の工程を開始するために鋼を完璧な厚さにすることです。鋼の表面もこの工程で整えられます。

なぜ冷間圧延がCRGO鋼にとって最も重要なのか？

冷間圧延はCRGO鋼を特別なものにするステップです。CRGOとは、Cold Rolled Grain-Oriented steelの略で、冷間圧延された粒状鋼のことです。この工程は熱間圧延とは異なります。鋼板が通常の室温にあるときに行われます。鋼板はもう一度ローラーにかけられます。この工程で鋼板はかなり薄くなります。鋼板の最終的な厚さは、それがうまく機能するかどうかにとって非常に重要です。薄ければ薄いほど、電力の無駄が少なくなります。

しかし、鋼を薄くすることだけがこの工程の理由ではない。冷間圧延工程では、鋼の内側に特別な加工を施す。それは、結晶粒と呼ばれる小さな金属部品の並び方を変えることです。この工程により、結晶粒は同じ方向を向くようになります。これをグレイン・オリエンテーションと呼びます。この特別な設定によって、磁気エネルギーが鋼鉄の中をその一方向に非常に容易に移動できるようになる。これが、トランスのコアを非常に効率的にする秘密の特性なのだ。このトリッキーな工程が、冷間圧延された結晶粒配向鋼に驚くべき磁気特性を与えているのです。

最初の焼鈍工程で鋼はどう変わるのか？

最初の冷間圧延工程を終えた鋼材は非常に硬く、張力が強い。次の工程で使用する前に、鋼を柔らかくする必要がある。これを行うのが焼鈍と呼ばれる熱処理工程である。鋼板は加熱のために長い炉の中を移動させられる。熱は注意深く見守られ、管理される。この最初のアニール工程は、素材の緊張を取り除くのに役立つ。

ゆっくりと加熱し、冷却するこのプロセスは、鋼を柔らかくするためだけではない。また、結晶粒の構造が形作られ始める助けにもなる。小さな結晶粒が大きくなり始めるのです。これは、磁気損失を低く抑えるために必要な、結晶粒の最適なパターンを作るための最初のステップです。焼鈍工程は、最高品質の電気鋼を作る上で非常に重要な工程です。この熱処理がなければ、鋼は適切な特性を持ちません。

脱炭アニールとは何か、なぜ必要なのか？

CRGO鋼にはもうひとつ、特殊な焼鈍工程がある。これは脱炭焼鈍と呼ばれるものです。"脱炭 "というのは長い言葉で、"炭素を取り除く "という意味です。炭素は電気鋼に含まれる不純物です。ごくわずかな炭素でも、変圧器コアの磁石の働きを害することがある。この工程は、カーボンを取り除くためだけに行われる。

このアニール工程では、鋼板は特殊な空気の中で加熱される。この空気には水素と窒素が含まれている。水素は鋼中の炭素と混ざり合い、気体として取り出される。この工程により、鋼は非常に純粋な状態になる。このアニール工程は、ヒステリシスロスの非常に少ない材料を作るために非常に必要です。低損失は、高効率トランス・コアに使用される鋼鉄に最も必要なことです。

なぜCRGO鋼板には特殊コーティングが必要なのか？

鋼鉄がきれいになり、結晶粒構造が形成され始めた後、特殊なコーティングが施される。このコーティングは、ガラスのような素材の非常に薄い層である。鋼板の表面に塗られる。このコーティングには2つの重要な役割がある。まず、電気を止める壁のような働きをする。鋼板を積み上げて変圧器のコアを作る際、このコーティングがある鋼板から別の鋼板への電力の飛び移りを止める。これにより、コアのエネルギー損失を減らすことができる。

コーティングの2つ目の仕事は、最後の熱処理を助けることである。コーティングは鋼の表面に引っ張りを生じさせます。この引っ張りは、最終的な焼きなましの際に、結晶粒組織が正しい方向に成長するのを助けます。これにより、磁石との相性がさらに良くなります。このコーティングの質は、CRGO鋼の最終的な性能にとって非常に重要です。

最終高温アニールで何が起こるか？

CRGO鋼の特殊な特性を生み出す最後の工程は、最終的な焼鈍である。これは非常に高い温度を使用する熱処理である。コーティングされた鋼板は、非常に長い炉の中をゆっくりと移動する。温度は非常に高くなり、鋼板を溶かすのに十分なほど高温になる。この最後の加熱工程によって、結晶粒の模様がちょうどよくなるのだ。

この焼鈍の間に、小さな結晶粒が成長し、非常に大きな結晶粒になる。そして、冷間圧延工程とコーティングのおかげで、これらの結晶粒は非常に特定の同じ方向に成長する。これが「結晶粒配向」特性を生み出すのである。この長い結晶粒構造は、磁気エネルギーにとって高速で容易な道のようなものだ。磁束をほとんど減速させることなく移動させる。つまり、エネルギー損失が非常に少ないのだ。高温加熱の後、焼鈍鋼はゆっくりと冷却される。これにより完璧な結晶粒パターンが凍結され、変化しなくなります。この最後の焼きなまし工程が、この素材に低いコアロスと高い透磁率を与えているのです。

CRGO芯材の最終検査と用途とは？

最終焼鈍の後、製造工程はほぼ終了する。完成したCRGO鋼の長尺ロールは、細心の注意を払って検査されます。この検査工程で、材料が正確に正しいことが確認される。鋼を検査する人々は、その厚さ、表面の様子、そして最も重要な磁気特性をチェックする。コアロスを測定し、それが非常に低いことを確認します。また、透磁率が非常に高いことも確認する。すべてのテストで十分な性能を持つ鋼だけが販売される。

この特殊素材の主な用途は、電力および配電変圧器のコアである。CRGO電気鋼板の大きなロールは、特殊な形状の薄い鋼板に切断される。この薄板を積み上げて変圧器のコアを作ります。結晶粒の方向が分かっているため、磁場が常にその方向に動きやすいようにコアが作られる。これにより、トランスは非常に高効率になる。この高効率のおかげで、世界中で多くの電力が無駄になっていない。このようなトリッキーな製造工程が行われるのには、それなりの理由がある。

留意点

• 常にクリーンな素材から始める： CRGOの製造工程は、鉄やケイ素のような非常に純粋な原料から始まる。
• 冷間圧延は非常に重要なステップである： 冷間圧延工程は、鋼に特殊な結晶粒配向を起こさせるものである。
• 加熱と冷却（アニール）は非常に重要である： 張力を取り除き、（炭素を除去して）鋼を清浄にし、大きな結晶粒を成長させるためには、多くのアニール（熱処理）工程が必要である。
• 特殊コーティングは2つのことをする： 表面に施されたコーティングは、鋼板の間を電気が通過するのを阻止し、最終的な焼きなましの際に結晶粒の成長を助ける。
• 主な目標は、エネルギーを無駄にしないことだ： すべての工程は、低コアロスと高透磁率の電気鋼を作るために設定されている。
• 主にトランスのコアに使用される： CRGO鋼は、変圧器の効率的なコアを作るための重要な材料であり、エネルギーの大幅な節約に役立つ。