ブラズマ製錬における蒸気種同定と溶湯蒸発機構に関する分光学的研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02453053
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 石井 邦宣 北海道大学, 工学部, 教授 (00001214)
• 研究分担者: 且見 美穂 北海道大学, 工学部, 助手 (70214351) ; 柏谷 悦章 北海道大学, 工学部, 助手 (10169435)
• キーワード: プラズマ分光学 / アルゴンア-クプラズマ / マルチチャンネル測光 / 金属の溶解 / 金属蒸気密度 / プラズマの温度

研究概要

研究計画第2年度においては、初年度に引き続き実験装置とコンピュ-タプログラムの習熟をはかり、精確な分光デ-タを計測するとともに、これに逆ア-ベル変換を適用して、プラズマ中発光強度の真値を求めた。さらに、これらの分光計測を移行式直流アルゴンア-クプラズマ炉に適用し、鉄およびチタン溶解時のプラズマ特性、とくに温度や発生蒸気の空間分布を測定し、その相違を比較検討した。
1.前年度で報告した装置を用い、短時間内で分光デ-タの計測が可能となり精度良く逆ア-ベル変換を適用できた。これによりプラズマ各部の温度や金属蒸気密度の分布をもとめることが可能となった。
2.ボルツマンプロットからもとめたプラズマのAr温度は、Fe溶解で6500K、Ti溶解で5500KTiが低い。温度はプラズマ中心軸上で最も高く、溶湯表面に近づくほど、中心から離れるほど低下する。また、Ar温度にくらべ金属蒸気の温度は500〜1000K低い。
3.ArにH_2を2%添加するとプラズマは収縮して細くなり、Ar温度は低下する。このとき、周辺部の温度低下が著しい。
4.溶湯から生じた金属蒸気はボタン表面を覆い金属蒸気プラズマを形成している。このとき、Arプラズマと金属プラズマはボタン近傍で電荷の交換を行い、その際輝線を生ずる。Feより軽いTiの蒸気はArプラズマ中に広く分布し、イオン化電圧が小さいことと相俟ってプラズマ周辺部でも発光する。
5.金属蒸気の発生点は陽極点から離れたところにあり、そこを蒸気の吹き出し点としてプラズマ中に分散する。このとき、金属の蒸気圧は溶湯温度における平衡圧より高く、強制蒸発機構が働いている。なお、水素添加により蒸発が促進されることがTi溶解でも認められた。
6.溶湯の強制蒸発はとけ込みガスの再放出に伴って生ずる。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kashiwaya;K.Ishii: "Kinetic analysis of coke gasification based on nonーcrystal/crystal ratio" ISIJ international. 31. 440-447 (1991)
• [文献書誌] 柏谷 悦章,中谷 庄一,石井 邦宜: "コ-クスガス化反応に対する鉄添加の影響" 鉄と鋼. 77. 759-766 (1991)
• [文献書誌] 石井 邦宜,大西 慎吾,河本 浩晶,柏谷 悦章: "鉄およびチタン溶解時におけるアルゴンーア-クプラズマ中温度分布と金属蒸気密度分布の比較" 日本鉄鋼協会熱プラズマ研究会. 9ー3. 1-12 (1992)
• [文献書誌] K.Ishii;Y.Kashiwaya: "Kinetic analysis of Molten FeO Reduction Based on Evolution Behavior of Gas Analysis" ISIJ international. 32. (1992)
• [文献書誌] 石井 邦宜,且見 美穂: "水素注入法にともなうマグネタイトーウスタイト変態機構の結晶学的考察" 日本金属学会誌. 56. (1992)
• [文献書誌] K.Ishii;Y.Y.Kashiwaya;S.Onishi;H.Kawamoto: "Change of Plasma Properties According with Metal Species Melted in Ar Arch Plasma" プラズマ化学合同シンポジュウム. JSPCー5. (1992)