表面偏析を利用した溶鉄の脱ガス反応の促進と鉄スクラップの高効率リサイクル

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760550
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中里 英樹 (小野 英樹) 大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (30283716)
• Keywords: 窒素 / ガス / メタル反応 / 表面偏析 / 熱力学的親和力 / 相互作用係数 / 反応速度 / 速度定数 / 溶解 / 脱離

Research Abstract

溶鉄中への窒素の溶解反応速度に及ぼす合金元素の影響に関して、鉄よりも窒素との親和力の強い元素はその速度を増大させ、また溶鉄中窒素との相互作用係数が正の(仲の悪い)元素は、その速度を減少させる。本研究では、そのような窒素と合金元素間の熱力学的親和力に加え、ガス/メタル界面における合金元素濃度が反応速度に強く影響を及ぼすことを明らかにした。メタル表面における合金元素濃度に関して、溶鉄中で表面偏析する元素としてMn,Cu,Sn,Al,Si、反対に表面濃度が非常に小さくなる元素としてMo,W等があることをモデル計算から評価した。この中でMn,Cu,Moを合金元素として選択し、1973Kにおいて溶融Fe-M合金(Fe:Mn,Cu,Mo)中への窒素の溶解反応速度を同位体交換反応法により測定し、速度定数の合金元素濃度依存性を調べた。その結果、鉄よりも窒素との親和力が強いMn,Moの含有量が増加すると、窒素の溶解反応の速度定数が増大する。一方、鉄中窒素との相互作用係数が正のCuの含有量が増加すると、速度定数は減少する。その結果を表面相における合金元素濃度を考慮したモデルに基づいて解析し、表面サイトにおける窒素分子の解離反応が律速であることを明らかにした。また、窒素の溶解反応速度に及ぼす合金元素の影響を、表面吸着サイトの活量係数に基づいて調査し、活量係数の値と、溶鉄中窒素と合金元素間の相互作用係数との間には直線関係が成り立つことを見いだした。その関係から、溶鉄合金中窒素の溶解反応速度を合金元素の窒素との熱力学的親和力及び表面相のモル分率の関数として与えることにより、他元素の影響についても正確な評価を可能とした。

Research Products

• [Publications] Hideki ONO-NAKAZATO, Tomotsugu KOYAMA, Tateo USUI: "Effect of Surface Concentration of Alloying Elements on Nitrogen Dissolution Rate in Molten Iron Alloys"ISIJ International. 43. 298-303 (2003)