2019 Fiscal Year Annual Research Report
Removal of oxygen from titanium melt using hydrogen plasma arc: Challenge to 300 ppm
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18K18929
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
成島 尚之 東北大学, 工学研究科, 教授 (20198394)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 恭介 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40507901)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | チタン / プラズマ / 脱酸 / 溶解プロセス / 高純度化 / 低コスト化 / 二段階法 / 原子状水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当グループではチタン融体からの酸素除去法として二段階プラズマアーク溶解プロセスを提案した。本プロセスは水素プラズマアーク溶解（第一段階目溶解）とアルゴンプラズマアーク溶解（第二段階目溶解）から構成される。本年度は、第一段階目溶解条件を前年度に確立した最適条件に固定し、初期酸素濃度0.1mass%程度のチタン融体の脱酸挙動に及ぼす第二段階目溶解条件の影響を調査するとともに熱力学的な検討を行った。得られた知見を以下に示す。
(1)第二段階目溶解における溶解時間、ガス流量およびプラズマ電流が酸素除去に及ぼす影響を調査し、最適第二段階目溶解条件として溶解時間30分、プラズマガス流量30 L/min、プラズマ電流300 Aおよび600 Aを設定できた。
(2)プラズマ電流300 Aでの溶解では、融体表層部で0.127mass%（1270 mass ppm）から0.034mass%（340 mass ppm）へと顕著な酸素濃度の低下が観察された。申請タイトルの「300 mass ppm」までの脱酸が達成された。
(3)プラズマ電流300 Aでの溶解では、広い融体領域において0.05mass%（500 mass ppm）程度まで酸素濃度が減少しており、融体の均一化が示唆された。
(4)通常のプラズマ反応容器中で水素ガスは原子状水素として存在する。活性な原子状水素の高い水素ポテンシャルに応じてチタン融体中に導入された溶存水素が第二段階目溶解で脱酸剤として機能していることが熱力学的考察から導出された。
(5)提案した二段階プラズマアーク溶解には、固体チタンの脱酸と比較して高効率、酸化生成物（H2O）はチタンインゴットに残留しない、プラズマアーク溶解は既に工業的なチタン製造プロセスに適用されている、などの利点がある。本研究成果は国際特許出願につながった。
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