2018 Fiscal Year Research-status Report
鉄鋼精錬プロセスにおける音響学的診断による浴内粒子分散挙動の予測のための基礎研究
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18K04818
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| Research Institution | Setsunan University |
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Principal Investigator |
植田 芳昭 摂南大学, 理工学部, 准教授 (00599342)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中嶋 智也 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (80207787)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 鉄鋼精錬プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
溶銑予備処理工程におけるインジェクション法では，不活性ガスとともに脱硫剤などの粒子群を吹き込むが，溶銑との濡れ性は悪いため，吹き込まれた粒子はガスと溶銑の界面を貫通し溶銑内に侵入する際に気体を纏ってしまい，それによる浮力が浴内での分散を阻害してしまう．溶銑は不透明であることから，浴内での粒子群の分散挙動を直接観察によって評価することはできない．本研究では，浴内に投入される粒子がガスと溶銑の界面を貫通する際に形成する気柱（キャビティと呼ぶ）が分裂・崩壊するときに発する放射音に着目し，その音響特性から粒子の浴内分散挙動を音響学的に診断する手法の開発を目指している．
本年度は，所定の高さから自由落下する単一の球体が水没した際にその背後に形成するキャビティの崩壊と，それに伴って発生する放射音を捉えるために，高速度カメラと水中マイクをマイクロ秒オーダで同期計測する技術の構築を行った．さらに，そこで構築した実験技術（計測手法）に基づいて，数種類の侵入速度で水没する球体がその背後に形成するキャビティと，その崩壊によって放射される音の音圧スペクトルについて試行的に計測することに成功した．この試行実験の結果より，放射音はキャビティ崩壊時と一致することが確認された．
本年度で構築した技術を基に，次年度以降，水没球が形成するキャビティの時々刻々の変化と，放射音の音圧スペクトルの関係性について，その発生メカニズムに踏み込んで検討したいと考えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
放射音の測定には，室内音による影響だけでなく，容器壁での反射音による影響等，様々な外乱を軽減できるよう実験装置を構成しなくてはならず，この点で時間を要した．さらに，球体が水没した後，キャビティが崩壊するまでの時間は数ミリ秒であることから，カメラとマイクの同期にも試行錯誤が必要であった．しかしながら，本年度構築した本実験装置および手法によって，キャビティの崩壊とそれによる放射音をマイクロ秒のオーダで同期計測することができ，実験装置としてはほぼ完成したものと考えている．
この実験装置を用いて，種々な速度で水没する球体が形成するキャビティとその崩壊による放射音について同期計測に成功し，キャビティ崩壊時に非常に大きな音圧を発していることが確認できた．
水没球が形成するキャビティの時々刻々の変化と放射音の音圧スペクトルの詳細な関係性については，次年度以降，検討したいと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，水没球が形成するキャビティ形状とその崩壊による放射音の関係について詳細に検討する予定である．そのために，球体の水面への侵入速度の変更や，表面性状（濡れの良し悪し）の変更といったパラメータを種々に変更することにより，系統立てた実験データを取得するつもりである．
キャビティ形状と放射音の音圧スペクトルの相関が明らかとなれば，溶銑予備処理工程における粒子群の浴内分散挙動を非接触・非視認で音響学的に把握するための基礎技術となりうると期待している．
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| Causes of Carryover |
初年度の実験では，水没球が形成するキャビティとその崩壊時に発せられる放射音を同期計測するための技術を確立することを目的としていたため，高速度カメラとしては既存のものを用いた．
今年度は、その確立技術を基に，よりフレームレートの高い高速度カメラを購入し，実験を行いたいと考えている．そのために，昨年度の繰越金と今年度分の予算を合わせて，高速度カメラの購入を考えている．
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