溶鉄へのアルゴン吹き込みによる脱窒に及ぼす超音波の効果に関する研究

• 研究課題/領域番号: 01550521
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 金属製錬・金属化学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 喜多 善史 大阪大学, 工学部, 助手 (80029115)
• 研究分担者: 飯田 孝道 大阪大学, 工学部, 教授 (70029247) ; 森田 善一郎 大阪大学, 工学部, 教授 (80028969)
• 研究期間 (年度): 1989
• 研究課題ステータス: 完了 (1989年度)
• 配分額: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 1989年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
• キーワード: 溶鉄 / 液体金属 / 気泡吹込み / 脱ガス / 窒素 / 超音波 / 2次反応 / 物質移動係数

研究概要

溶鉄へのアルゴンガス吹き込みによる脱窒過程に、局部的な攪拌作用やキャビテ-ション作用による脱窒促進効果が期待される超音波を適用し、超音波の効果について検討した。
まず、本申請により購入した超音波発生装置の振動子にアルミナ製のホ-ンを取り付け、溶鉄中へ超音波発を照射できるようにした。つぎに、窒素濃度を300ppm程度に調整した鉄試料約350gをアルミニナるつぼに装入し、アルゴン雰囲気において加熱溶解し、1550℃に保持した。溶鉄中に内径1mmの吹管より上向きに30CC/minでアルゴンガスを吹き込み、同時に上方のホ-ンから出力50Wまたは100Wの超音波を下向きに照射しながら脱窒を行わせ、所定時刻に試料を採取して窒素濃度を測定した。超音波を照射しない場合についても同様の測定を行い、これらの結果を比較して、超音波の効果について検討した。
アルゴンガス吹き込みのみによる脱窒は従来の報告と同様、2次反応速度式で表されるのに対して、超音波照射を併用した脱窒は2次反応速度式では表されず、時間と共に速度が減少する傾向が認められたので、この場合は2次反応式で近似できる初期の約400sについて物質移動係数を求めた。物質移動係数は、出力50Wの超音波を照射した場合には1.1x10^<-2>m/s・mass%と求められた。これは超音波を照射しない場合の4.4x10ー3m/s・mass%と比べて約2倍であり、超音波の脱窒促進効果が明確に認められた。ただし、超音波強度が大きくなると、下向きの超音波流によって気泡の上昇する軌跡が乱されて気泡が超音波場の中に入り難くなり、超音波の効果が現れ難くなる傾向が認められた。今後、超音波の強度およびアルゴンガス流量を変化させ、照射および吹き込みの方向を変えるなど、種々の実験条件における測定結果に基づき、超音波の作用機構についての詳細な検討を行うことが必要と思われる。