ダイレクト・インダクション・スカル・メルティングのモデル実験と理論解析

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03453065
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 浅井 滋生 名古屋大学, 工学部, 教授 (80023274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長谷川 正 名古屋大学, 工学部, 助手 (20218457) ; 桑原 守 名古屋大学, 工学部, 助手 (70023273) ; 佐々 健介 名古屋大学, 工学部, 助手 (30101166)
• Keywords: スカル溶解 / 誘導加熱 / 溶融塩 / 直接誘導加熱スカル溶解法 / 電磁材料プロセス / 電磁気冶金 / チョクラルスキ-法 / 電磁流体力学

Research Abstract

ダイレクト・インダクション・スカル・メルティングは,高融点あるいは化学的に活性な材料の融解・保持を高エネルギ-効率でるつぼからの汚染を回避して行うものである.本融解法では,安定したスカルを形成させ,そのスカルにより溶湯を保持する.その装置の設計を目的として,理論解析とモデル実験を行った.誘導発熱速度を考慮した半径方向1次元の伝熱解析により,スカル厚さを理論的に求めた.さらに安定にスカルを形成させる操作条件として印加電流密度,周波数,冷却条件の関係を見積もった。NaClとKClおよびCaF_2を模擬被溶解物質として,融解実験を行った.いずれの場合も溶湯プ-ル内では,電磁気力に比較して浮力が大きく,電磁攪拌は非常に小さいことが分かった.また溶湯上部に高温帯が形成され,下部に低温帯が形成されることが分かった.特にNaclとKClを被融解物質とした時には,下部に低温帯が形成されるため凝固が進行した.そして凝固の進行を防ぐために投入電力を増大させると上部においてスカルが融解され,溶湯がコイルに接触し短絡を生じることが分かった.CaF_2を被融解物質とした場合には,短絡や下部からの凝固の進行を生ずることなく,安定なスカルを形成させ,投入電力によりプ-ル深さを制御することが可能であった。CaF_2と比較してNaclとKClでは,溶湯中での伝導伝熱速度に対する自然対流伝熱速度の比が大きいため上部に高温帯が形成され,安定なスカルを形成することが因難であると考察される.そこで,溶湯に機械的攪拌を施したところNaClとKCl共に安定なスカルを形成し,溶湯の保持が可能であることが分かった.次に半導体であるSiを被融解物質として融解実験を行ったところ,スカルを形成させることができ,溶湯を安定に保持することができた.

Research Products

• [Publications] 高須 登実男: "直接誘導加熱スカル溶解法による塩融解の理論解析とモデル実験" 鉄と鋼. 77. 496-503 (1991)
• [Publications] 浅井 滋生: "Direct Induction Skull Meltingの展望と課題" 材料とプロセス. 4. 957 (1991)
• [Publications] 高須 登実男: "直接誘導加熱スカル融解法による半導体および金属の融解" 材料とプロセス. 4. 964 (1991)