メタル・スラグ反応促進のための界面駆動型電磁攪拌装置の開発

• Project/Area Number: 14702053
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Metal making engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 上野 和之 東北大, 工学(系)研究科(研究院), 助教授 (20250839)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2004: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2003: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2002: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
• Keywords: 材料電磁プロセッシング / 電磁撹拌 / スラグ・メタル反応 / 電磁流体力学 / 誘導機

Research Abstract

メタル・スラグ反応による精錬において時間を短縮するには、未反応の溶湯を界面に次々と供給する必要がある。これを行うには、メタル・スラグ界面を面内で押し広げ、下方の溶湯を界面に導くのが最も効果的な撹拌方法であると考える。高温プロセスでこれを実現するには電磁力利用が有望であると考え、撹拌装置の開発を進めた。
昨年度試作したコイルで溶融ガリウムを駆動し、その撹拌流速を計測した。計測データには非常に大きな高周波ノイズが含まれていたため、各種ノイズ除去対策を施した。最終的に得られた計測値の誤差は10%程度である。当初想定していた計測精度にいたっていないが、主要ノイズが撹拌装置の駆動磁場そのものであるため、これ以上の精度向上は難しいと判断している。また、磁場ノイズに強い代替センサーは見つかっていない。
セットアップに関係する誤差のばらつきの影響を減らし、計測位置を増やすために、流速計測点が連続的に移動できる槽を設計し製作した。
昨年度試作したコイルでは、2層配置したコイルのうち液面から遠い側のコイルで過熱が問題になった。そこで、継鉄を設置することにした。これにより、液面からコイルまでの距離が離れても磁場の減衰が小さくなるので、励磁電流を抑えることができ、過熱が防止できると期待している。設計・製作した継鉄はフェライト製で、従来にない特殊形状のものとなった。現在この継鉄の形状に合わせたコイルを製作しているところで、これが完成すると本格的駆動実験および性能評価のための計測に入ることができる。
電気化学的手法による物質移動計測システムの設計を行い、来年度の実験に備えた。

Research Products

• [Journal Article] Experimental study of liquid metal flows under volute traveling magnetic fields (2018)
  • Author(s): K. Ueno and T. Kamada
  • Journal Title: IOP Conference Series : Materials Science and Engineering Volume: 424 Pages: 012013-012013
  • Open Access
• [Presentation] 溶融金属の電磁流動 (2014)
  • Author(s): 上野和之
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第167回春季講演大会
  • Invited
• [Presentation] Numerical study of temperature development of slurry of Al-Si alloy in double-axis-electromagnetic stirrer (2012)
  • Author(s): Kazuyuki Ueno, Keisuke Hojo, Hajimu Ishii, Shin-ichi Shimasaki, Shoji Taniguchi
  • Organizer: 7th International Conference on Electromagnetic Processing of Materials (EPM2012)
• [Presentation] Numerical Simulation of Liquid Metal Flow under Radially Traveling Magnetic Field (2006)
  • Author(s): Kazuyuki Ueno, Takeshi Suzuki, Shoji Taniguchi
  • Organizer: 5th International Conference on Electromagnetic Processing of Materials (EPM2006)
• [Presentation] Liquid Metal Flow under Radially Traveling Magnetic Field (2006)
  • Author(s): Takeshi SUZUKI, Kazuyuki UENO, Shoji TANIGUCHI
  • Organizer: 5th International Conference on Electromagnetic Processing of Materials (EPM2006)
• [Presentation] Hybrid Stirring Rotational and Vertical Traveling Magnetic Fields (2004)
  • Author(s): K. Ueno, S. Taniguchi, K. Maitake, M. Okubo and T. Ando
  • Organizer: Asian EPM Workshop 2004