2021 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), 特命研究員 (70168946)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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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、発熱量は不明である。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現場と同様な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。(2) の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、容器の歪のため、実測された熱量が実際の半分程度になるという欠点があった。令和2年度は新たに剛性が高くほとんど変形しない装置を作成し、この熱量計により室温よりやや温度の高い銅のブロックの熱量を測定し、さらに定電力を印加した実験を行い、開発した装置が熱量計として充分な精度で動作することを確認した。令和3年度はこの装置を用い鋳造用スリーブの正確な発熱量を求め、従来研究で得られた値との比較を行いスリーブの発熱の機構を考察した。
また、さらに簡便な計測を可能とするため、銅の厚板で発熱ユニットを覆い銅の温度上昇量から発熱量を求める断熱型の熱量計を開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
令和1年度からの、この研究に投入できた時間から考えると、想定外に時間をついやしたのは一年目の下記の一点だけでありそれも次年度で解消した。「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トラブルがあり原因の究明に時間を要したが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。」
しかしコロナ禍により大学への立ち入りが何度も制限され、また研究代表者がはじめての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た。昨年度末の時点では、大学への立ち入り制限の緩和や、困難な状況に対する適応が進んだことにより今年度は順調に研究を進めることができると考えていたが、その後も何度か大学への立ち入り制限があり、実験に十分な時間を使うことができず、研究が遅れた。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、ブンゼン氷熱量計による測定については論文を投稿中である。この装置を用いた研究は、ほぼ終了した。
また、昨年度末に開発した断熱型の熱量装置についても開発を終了し測定もほぼ終了した。現在測定結果の精度や妥当性を検討している。今後、必要な再実験を行い、論文を投稿する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により実験を進めることができなかったため未使用額が生じた。実験に使う消耗品などとして、使用する予定である。
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