介在物の分離・除去

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10211202
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 谷口 尚司 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00111253)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野 和之 東北大学, 流体科学研究所, 講師 (20250839)
• Keywords: 介在物分離 / 電磁力 / 溶鋼の脱酸 / 介在物凝集 / 高清浄金属 / 攪拌

Research Abstract

金属素材に対して強く求められている高清浄化の社会的要求に応えるために、溶融金属中の非金属介在物の電磁力による分離・除去に関する研究を行い、以下の結果を得た。
1. 溶融AlからのSiC粒子の電磁分離:周波数30kHzの高周波誘導炉内でAlを溶解し、SiC分散N-Si-M8合金を添加して攪拌後、電磁場内で所定時間保持し、SiC粒子の電磁分離挙動を調べた。その結果、SiC粒子は数分でるつぼ壁に付着・分離されており、電磁場をシールドで遮蔽するとほとんどの粒子がるつぼ底に沈降していた。溶融Al中のSiC粒子の電磁分離に関する数値解析を行った結果、激しい電磁攪拌下においても電磁分離が進行することが分かった。
2. 溶鋼のSi脱酸におけるSiO_2粒子の電磁分離:上記と同じ高周波誘導炉内で溶鋼のSi脱酸速度を調べた。その結果、脱酸直後のSiO_2粒子の粒径が約2μmであること、脱酸速度は初期酸素濃度が高いほど大きくなること等が分かった。前記と同様の計算モデルに粒子の乱流凝集を導入し、脱酸の数値解析を行った。その結果、粒子が凝集・肥大化後に電磁分離が進行する機構が支持されたが、実際には未凝巣の微小粒子も壁付着していることが計算結果と実験結果の比較において明らかにされた。
3. スパイラル攪拌装置の試作:溶融金属中の介在物を効率的に除去するための新しい攪拌方式に基づく装置を試作した。その攪拌方式は、電動機のステーター内のコイルをスパイラルに巻き、溶融金属に回転駆動カと共に軸方向の駆動力を加えるもので、初めに数値計算によってその駆動原理の妥当性を確認した。次いで内径800mmの試作機を製作し、各種金属円柱によって駆動性能の調査を行った。その結果、円柱外径が駆動機内径に近い場合に有効な駆動力が発生することが明らかになった。