| Project/Area Number |
21K20479
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0401:Materials engineering, chemical engineering, and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Muneoka Hitoshi 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (50908803)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 鉄鋼精錬 / 電気炉製鋼 / アークプラズマ / 窒素吸収 / 発光分光測定 |
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| Outline of Research at the Start |
製鉄プロセスは産業界で最大のCO2排出量が最大であり、脱炭素のためには電炉法の抜本的拡大が一つの鍵となる。電炉では溶鋼中に溶解した窒素の除去が困難という大きな課題があるが、窒素はアークと溶鋼が接触する界面で平衡濃度を超えて過剰に溶解することが知られている。そこで本研究では、実機を模擬した高温環境下でアークおよび各種プラズマ源を利用して窒素活性種の濃度やフラックスの制御を行い、気相側と溶鋼側の詳細な測定・評価を通じて、アーク/溶鉄界面の窒素吸収挙動の解明を目的とする。
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| Outline of Final Research Achievements |
We have conducted basic measurements of nitrogen absorption phenomena at the arc/molten iron interface, which is important for a drastic change in the ironmaking process (from the blast furnace to the electric arc furnace) toward carbon neutrality. An original experimental system was constructed in a high-temperature furnace with an arc control system, optical measurement system, and sampling mechanism. As a result, it was found that nitrogen-based active species spread outside the emission region of the arc. It was also found that the emitting species and arc temperature distribution varied depending on the ambient temperature, and it was shown that arc strain on the anode (molten iron) side may be stronger when the ambient temperature is higher. Thus, we demonstrated the usefulness of the high-temperature experiments and obtained basic knowledge of arcs on molten iron, which is necessary for clarifying nitrogen absorption phenomena in the future.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
日本で最大のCO2排出源となっている鉄鋼業のカーボンニュートラル達成に向けて、製鉄プロセスの抜本的転換（高炉法→電炉法）が重要であり、その実現のために、本研究で対象としたアーク/溶鉄界面の窒素吸収現象の解明が求められている。本研究は本現象の基礎的知見を明らかにしたものであり、特に炉内の温度をアークとは独立して制御することで周囲温度がアークの広がりに与える影響を測定できた。これは、アーク溶接等の他分野における室温環境での研究と、本研究で主眼とする電炉内の高温環境におけるアーク研究を橋渡しするものである。
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