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各種精錬反応の速度論的研究に広く利用されている高周波誘導炉は、金属融体の加熱と撹拌を独立に制御することが出来ない。本研究では高周波誘導コイルとるつぼとの間隙に導電性リング(撹拌制御リング)を挿入し、金属融体に浸透する磁束の一部を熱に変換することにより撹拌制御を行う方法を提案し、その実用性について以下のような実験的・理論的研究によって検討した。
1.炉内電磁気量の測定
グラファイト製およびモリブデン製の撹拌制御リングを誘導コイル内に設置した場合の炉内磁束密度分布およびリング内発熱量を周波数30〜200kHzの範囲で実測した。その結果、周波数の増加に伴い、磁束密度は減少し、リング内発熱量は増加した。
2.溶鉄へのグラファイト丸棒の溶解実験
溶鉄の流動状態を可視化するために、溶鉄中にグラファイト丸棒を侵漬し、局所溶解速度の分布を測定した。その結果、撹拌制御リングの無い場合には溶鉄の上部および下部で溶解速度が大きく、中間部では速度は小さかった。これより溶鉄内部の流動は不均一であることが分かった。撹拌制御リングを挿入すると、グラファイト丸棒の溶解速度は減少し、リングによって撹拌が抑制されることが明らかになった。その程度は比抵抗の小さいリングほど著しく、リング比抵抗の変化による撹拌制御の可能性が確認された。
3.理論解析
(1)電磁場の解析:相互インダクタンスモデルにより算出した炉内磁束密度分布およびリング内発熱量は上記の実測値とよく一致した。
(2)流れおよび物質移動の解析:溶鉄の流れおよび物質移動に関する基礎式を数値的に解き、幾つかの条件で実測値を説明し得る解を得た。
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