水蒸気含有雰囲気下の溶融アルミニウム中への水素吸収反応に関する速度論的研究

• Project/Area Number: 06650833
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Metal making engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 平沢 政広 名古屋大学, 工学部, 助教授 (90126897)
• Project Period (FY): 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 1994: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: アルミニウム精錬 / 水素 / ガス吸収 / 脱ガス / 反応速度 / 攪拌 / 容量係数

Research Abstract

純度99.99%のアルミニウム20kgをカンタル線抵抗炉中のSiC-Cるつぼ(開口径23cm)に溶解し、実験温度973-1073Kにおいて溶融アルミニウム-ガス間反応の速度的実験をおこない、以下の結果を得た。なお、今年度は、「融合アルミニウム用水素濃度測定装置((株)TYK製、KHYS-A2)」を購入し、この装置の出力信号をパーソナルコンピューターに入力して水素濃度の経時変化をその場測定した。
(1)気相中の水蒸気分圧を一定とし、溶融アルミニウム浴を攪拌羽根により一定速度で機械的に攪拌した条件下で、反応 3H_2O+2Al=6H+Al_2O_3 によるアルミニウム中への水素吸収速度と浴の攪拌条件および気相中水蒸気分圧P_<H2O>の関係を調べた。この実験は継続中であるが、現時点で、実験時間3ks程度で溶融アルミニウム中水素濃度は定常値となり、P_<H2O>=350mmHgの場合、定常水素濃度〔ppmH〕_Sは攪拌回転速度ωの増加(ω=0-1100min^<-1>の範囲で)に伴い増加することがわかった。このことは水蒸気含有雰囲気下の溶融アルミニウム中定常水素濃度が速度論理的因子の影響を受けることを示しており、したがって、従来の研究のように、P_OSと定常水素濃度関係を、単純にSievert's則にもとづいて整理することは不合理であることがわかった。
(2)水素吸収の速度論的検討のためには、溶融アルミニウムからの脱水素の速度論的検討が必要であるため、脱水したArガスの吹付けまたは(および)吹込み下における脱水素速度に関する一連の速度論的実験をおこなった。この実験の結果、溶融アルミニウムからの脱水素速度は水素濃度の一次速度式に従うこと、反応の容量係数は機械的攪拌下では攪拌動力密度の増加に伴って増大し、ガス吹込み下では気-液界面積の増大に伴って増大すること、がわかり、脱水素反応はメタル側の水素の物質移動律速であることを明らかにした。