ノズル内の溶鋼に旋回を付与することによる気泡の微細化と気泡幕による介在物除去

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650737
• Research Institution: Nippon Institute of Technology
• Principal Investigator: 横谷 真一郎 日本工業大学, 工学部, 教授 (80049692)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井口 学 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00043993) ; 高木 茂男 日本工業大学, 工学部, 助教授 (30265368)
• Keywords: 微細気泡の生成 / 旋回流 / 介在物除去 / 気泡付着法 / 撹拌 / 反応界面積

Research Abstract

精錬・連鋳プロセスにおける微細気泡の生成は介在物除去のみならず、反応界面積の増大による反応促進等において極めて重要な課題となっている。上端内径500mm、下端内径50mm、半頂角30゜からなる漏斗状容器で、上端部容器から周方向に水を注入する事によって、一種の自由渦を形成して、容器下端の高速の旋回流、つまり遠心力による傘状の環状衝突噴流となってノズル内(内径40mm)に突入して激しい攪拌作用を惹起して、無数の微細な気泡の発生と反応剤の巻き込み作用を引き起こす事を発見した。漏斗状容器内旋回特性をレーザードップラー流速計で測定して各容器高さ位置断面における周速度と軸方向速度を測定した。
自由表面高さは注入量に比例するが、注入量が15/min以下になると液面変動幅が大きくなる。
容器下端からの環状衝突噴流角度はほぼ45度近傍であるが、注入流量が40l/min以下になるとその半頂角は大きな変動を示す。
漏斗状容器内旋回速度は実験式で各半径位置で
周速度(m/s)=9/(rmm)^<0.53>、
軸速度(m/s)=0.0014(rmm)2-0.128(rmm)+2.9(x<50mm)
軸速度(m/s)=Constant,x>50mm
で表示されるが、スワール数が大きい(スワール数=周速度/軸速度)が8以上の場合、乱流k-εモデルは実験値と大きく外れ、乱流レイノルズ・ストレスモデルを用いると実験値と程良い一致が得られた。

Research Products

• [Publications] 横谷真一郎: "スラブCC鋳型内流動に及ぼす底無し浸漬ノズル内での旋回流動効果に関する水モデル実験"鉄と鋼(日本鉄鋼協会). 86-4. 259-264 (2000)
• [Publications] S.YOKOYA et al.: "Formation of Fine Buddle through Swirling Motion of Liquid Metal in the Metallurgical Container"ISIJ International (The Iron and Steel Institute of Japan). 40-6. 572-577 (2000)
• [Publications] S.YOKIYA et al.: "Swirling Flow Effect in Immersion Nozzle on Flow in Stable Continuous Casting Mold"ISIJ International (The Iron and Steel Institute of Japan). 40-6. 578-583 (2000)
• [Publications] S.YIKOYA et al.: "Development of Swirling Flow generator in Immersion Nozzle"ISIJ International (The Iron and Steel Institute of Japan). 40-6. 584-588 (2000)
• [Publications] S.YOKOYA et al.: "Swirling Flow Effect on Continuous Casting and Refining Process"ASIA STEEL INTERNATIONAL CONF.-2000. (2000)
• [Publications] S.YOKOYA et al.: "Swirling Flow Control in Immersion Nozzle for CC Process"CAMP-ISIJ (The Iron and Steel Institute of Japan). 13-4. 842 (2000)