2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of Method to Measure Heat Generated by Exothermic Sleeves for Steel Castings
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19K05107
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
太田 弘道 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (70168946)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 鋳造 / 発熱スリーブ / テルミット反応 / カロリメトリー / 熱物性測定 / ブンゼン氷熱量計 / 鋳造シミュレーション / 湯流れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鋳造用スリーブは鋳造における熱制御に大きな役割をもつ。しかし、その発熱量を現場における急速な昇温状態下で測定する方法は開発されておらず、その量は不明である。このため鋳造の欠陥を防止するための数値伝熱シミュレーションが困難となっている。そこで発熱スリーブを実際の操業時と同様の発熱が生ずる条件で加熱し発熱量を測定する氷熱量計を開発する。
装置は以下の二つのユニットからなる。(1)急速な昇温状態下でスリーブの発熱現象を生じさせるユニット、(2) このユニットを内部に組み込むことが可能な、発熱量を計測するブンゼン氷熱量計。(1)は発熱スリーブをニクロムリボンで巻き耐火煉瓦で周囲を覆った容易に分解・組み立てができるユニットのニクロムリボンに投下電気量を計測できる給電装置を接続してある。試料はニクロムリボンにより急速加熱され、試料に含有されるアルミニウムと酸化鉄の反応で発熱する。ブンゼン氷熱量計は中央部から、発熱部、その回りの氷と水を入れた水槽、さらにその回りの氷点の恒温槽の3つの部分からなる。発熱部の回りの水槽の氷の溶けた量を融解に伴う体積膨張から測定する事により熱量を計測する。
令和1年度に試作した装置は装置の剛性が低く体積膨張が実際の半分程度しか測定できないという欠点があった。新たに剛性が高くほとんど変形しない装置を作成し令和2年度はこの熱量計で温湯、常温よりやや温度の高い銅のブロック、定電力を印加した実験を行い作製した装置が熱量計として充分に高い精度で動作することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和1年度は、実験時の容器内の水圧により実験容器に目に見えない程度のごくわずかな歪みが生じ、これが実験全体の精度を著しく低下させるという想定外のトラブルがあり、原因の究明に時間を要した。しかし容器全体を、剛性をあげて作り替えることにより、令和2年度は精度の高い実験が安定してできるようになった。またニクロム線の抵抗値から温度を求める手法を開発しこの温度をもとに熱リークを補正する手法の確立をめざしている。しかしコロナ禍により大学への立ち入りが制限され、またリモート授業の準備に時間がかかったことから実験が大幅に遅れている。今後は大学への立ち入り制限の緩和や困難な状況に対する対応を進めたことにより順調に研究が進行すると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
定電力を与えて一定量の熱量を発生させ、これを測定すると装置の熱損失が分かる。装置の構成を考えると熱損失量はヒータ温度が上昇すると増加すると思われる。一方ヒータの温度はヒータの抵抗値から求められる。ヒータへの印加電圧と電流を常時測定しているから抵抗値が分かり、これからヒータの温度が分かる。これらの知見を組み合わせて、現在熱量計の計測にかからないためエラーの要因となっている熱損失を正確に見積もって補正する手法を開発する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により学会出張ができなかった。また大学の入構制限により実験を充分に進めることができなかったため購入物品が減った。これに対応して大学の制限などがあっても実験が進むように、無人で自動的にカメラで計測装置を撮影し、画像をクラウドに蓄積しネットワーク経由で計測する手法を開発した。こうした手法を使って実験をすることにより、実験を進めていく。経費の具体的な次年度使用計画は以下の通りである。次年度も入構できない状態が生ずるため、上記の整備によりクラウドに蓄積されるデータの解析を大学以外でも行えるように回線を接続する経費を計上し、これを克服する。また今年度の実験で高精度の測定を行うため装置から発生する気体の量と温度を計測する必要性に気がついた。このため装置の蓋の部分を改良する経費を申請する。
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