2019 Fiscal Year Annual Research Report
溶鉄‐溶融スラグ間の化学反応による界面張力変化の機構解明と定量的推算モデルの構築
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17H03437
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
田中 敏宏 大阪大学, 工学研究科, 教授 (10179773)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 賢紀 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (20610728)
中本 将嗣 大阪大学, 低温センター, 助教 (80467539)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 界面張力 / 吸着 / 熱力学 / 化学反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
溶鋼‐溶融スラグ間において化学反応が生じる際の界面張力の低下に及ぼす酸素の界面への過剰吸着・脱離の影響を解明するための研究を進めた。具体的には、溶融スラグ中のSiO2等の各種成分の還元、溶鋼中に移行した酸素と溶鋼中のAlの反応に焦点を当て、溶融フラックス中のSiO2等の各種成分の活量を変化させた物質系を利用して、溶鋼表面上に、溶融スラグ液滴を滴下させた後の、両者の接触角の変化から、界面張力の動的変化に関する情報を実験的に求め、界面張力の動的変化に及ぼす化学反応の影響に関する実験結果を系統的に蓄積した。特に、界面への酸素の過剰吸着・脱着に影響を及ぼすと考えられる溶融スラグ中の硫黄の影響を調べるために、系統的に溶融スラグ中の硫黄濃度を変化させ、界面への吸着性元素の影響を系統的に調べ、溶鋼‐溶融スラグ間の界面張力の低下に及ぼす化学反応の影響が、界面への吸着元素に起因することを解明するための実験を行った。また、高温反応下における界面の動的変化の様子をレーザー光と高速カメラを利用して直接観察できる実験環境を整えた。さらに上記で得られた情報などを基にして、溶鋼‐溶融スラグ間の界面張力の低下に及ぼす化学反応の影響が酸素の界面への吸着・脱離によることを明確にするための定量化モデルの導出、ならびに計算プログラムの作成を行った。具体的には、溶融スラグ中の主としてSiO2が解離して、SiとOが溶鋼‐溶融スラグ界面を溶融スラグから溶鋼に向けて移行する際に、Oだけは界面に一時的に吸着停滞した後、徐々に脱離、または溶鋼中のAlと反応して酸素の界面濃度が低下し、化学反応が生じている際の一時的な界面張力の低下現象を定量的に説明できるモデルを導出した。比較的単純な溶鋼・溶融スラグ組成から始め、さらに多成分系に拡張し、実用鋼・溶融スラグにも適用できる計算プログラムを作成した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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