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溶融金属中介在物挙動の高精度予測手法および新規超清浄金属素材製造技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 09J05222
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 金属生産工学
研究機関東北大学

研究代表者

新井 宏忠  東北大学, 大学院・環境科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
700千円 (直接経費: 700千円)
2009年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード異種凝集 / 介在物 / 清浄金属素材製造
研究概要

溶融金属中の非金属介在物の凝集挙動については、種々のコールドモデル実験や溶融金属系での実験、あるいは計算モデルによる解析がなされている。これらはいずれも単一種の介在物粒子挙動に着目してきた。溶鋼系ではAl_2O_3系介在物を対象とした研究がほとんどであるが、それ以外にもスラグ巻き込みに起因した液相介在物や他種の非金属介在物との凝集も生じ得る。
そこで本研究では、溶融金属中における異種介在物同士の凝集やスラグ滴と介在物の合体挙動に着目し、新たに異種凝集モデルを構築した。また、乱流下における異種凝集挙動を調査するために機械式攪拌槽を用いた水モデル実験を行い、モデル計算との比較を行った。本実験では、同材質であるが粒径の異なる2種類のPMMA粒子を用いた擬異種凝集実験を実施した。
従来、凝集現象の速度論的挙動はポピュレーションバランス式が用いられてきた。しかし、この式は単一種の粒子のみが存在する系にしか適用できない。そこで、ポピュレーションバランス式を拡張し、異種(二種)凝集を考慮した離散的ポピュレーションバランス式を新たに導出した。さらに、上式のままでは計算負荷が非常に大きいので、少ない計算量で粒子の質量を保存したまま、凝集の進行を精度良く表現可能なDPSG(Dual Particle-Size-Grouping)モデルを新たに開発した。これにより、異種凝集の速度論的挙動の基礎理論が確立された。
また同時に、水モデル実験による異種凝集モデルの評価、検証を行った。その結果、モデル計算と実験値は概ね一致した。よって、本研究で構築した異種凝集モデルを用いることで、異種凝集過程を表現できることが明らかとなった。

報告書

(1件)
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (2件)

すべて 2009

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Model experiment on inclusion removal by bubble flotation accompanied by particle coagulation in turbulent flow2009

    • 著者名/発表者名
      H.Arai, K.Matsumoto, S.Shimasaki, S.Taniguchi
    • 雑誌名

      ISIJ Intternational 49

      ページ: 965-974

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 液中分散粒子の乱流凝集・気泡付着除去(第2報 半減期による検討)2009

    • 著者名/発表者名
      新井宏忠
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第158回秋季講演大会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2009-09-15
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2024-03-26  

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