交流ピンチ力を利用した溶融金属中介在物の除去に関する研究

• 研究課題/領域番号: 05650723
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 金属生産工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 谷口 尚司 東北大学, 工学部, 助教授 (00111253)
• 研究分担者: 菊池 淳 東北大学, 工学部, 教授 (00005307)
• 研究期間 (年度): 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 1993年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: ピンチ力 / 非金属介在物除去 / 溶融金属 / 誘導電流 / 電磁気力

研究概要

溶融金属中に交流電流を印加すると溶融金属を圧縮する向きにピンチ力が発生する。このピンチ力により溶融金属中に懸濁する非導電性の非金属介在物粒子を溶融金属から搾り出すことができる。本研究ではこの機構を介在物除去に応用するための基礎的知見を得ることを目的として以下のような実験的検討を行った。
1.交流電磁気力場における非導電性粒子の運動:一様な交流電磁気力場で粒子に作用する泳動力を求めるためにまず交流電磁石を作成した。この電磁石はコアの径10cm、ギャップ3cmで、最大0.18Tを発生する性能を有する。サーチコイルを用いてギャップ内の磁束密度分布を測定したところ、6cm角の領域で均一な磁界を得ることができた。このギャップ内に幅5mm、高さ20mm、銅電極間距離30mmの電解質セルを設置し、セル幅方向に磁束が印加できるようにした。セル内にKCl水溶液を満たし、銅電極間に磁束と位相を一致させた交流電流を流した。電解質中にポリスチレン球形粒子を投入し、その粒子が液中で静止するようにセル電流を調整し、その時の実効電磁気力を求めた。その電磁気力はポリスチレン粒子径がセル幅の1/5以下の場合に直流電磁気力の理論値とよく一致した。本実験によって既往の理論値が交流の場合にも適用できることが初めて明らかにされた。
2.液体金属への交流電流印加法の検討:液体金属に電流を印加する方法として誘導電流印加法を採用した。一次電流50A、最大二次電流4000Aのトランスにより水銀環状路への誘導電流印加実験を行った。その結果、95%程度の高い電流変換効率が得られ、本介在物除去法の実現の可能性が確かめられた。