溶湯中介在物の高分解超音波計測とそのプロセスモニタリングへの適用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350397
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 井原 郁夫 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (80203280)
• 研究分担者: 鎌土 重晴 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (30152846)
• キーワード: 集束超音波 / 溶融金属 / モニタリング / 介在物 / シュミレーション / 高温超音波センサー / アルミニウム / マグネシウム

研究概要

溶融金属清浄度のオンラインモニタリングへの集束超音波法の適用について理論的、実験的に検討した。得られた主な結果は以下のとおりである。
(1)集束超音波センサーによる溶融金属中での高分解能計測について波動伝播シミュレーションと実験により検討した。その結果、溶融アルミニウムにおいて弾性波は回折限界まで良好に集束することが実証された。また、この集束超音波による700℃の溶融アルミニウム中でのアルミナ粒子検出実験を行ない、平均粒径160ミクロンの粒子検出に成功した。この粒子による後方散乱エコーは粒子サイズのみならず凝集状態にも依存することが明らかになった。
(2)マルテンサイト系ステンレス鋼をベースとした集束超音波センサーを設計・製作し、その有効性と欠点を調査した。この結果に基づいてチタン性のセンサーを開発し、その導波性能、耐食性、安定性を検証するために800℃の溶湯アルミニウム中で浸漬実験を行ない、その優れた濡れ性、耐食性を確認した。
(3)超音波パルスエコーのリアルタイム計測・解析システムを汎用グラフィカルソフトウェアLabVIEWにより構築した。
(4)開発した高温超音波センサーを用いてアルミニウム合金の一方向凝固モニタリングを試み、凝固、溶解プロセスの超音波モニタリングに成功した。また、凝固界面の成長挙動のモニタリングにも成功した。
以上のように、本研究で開発されたステンレスおよびチタン性の高温超音波センサーは、それぞれ溶融マグネシウムおよび溶融アルミニウム合金のモニタリングに対して極めて有効であることが確認された。

研究成果

• [文献書誌] IKUO IHARA, 他: "In-situ Observation of Alumina Particles in Molten Aluminum using a Focused Ultrasonic Sensor"JSME International Journal. 47-3(To be published). (2004)
• [文献書誌] DIKKY BURHAN, IKUO IHARA, 他: "On-line Monitoring of Liquid Magnesium using a High Temperature Ultrasonic Probe"Materials Science Forum. 419-422. 665-670 (2003)
• [文献書誌] IKUO IHARA, 他: "Ultrasonic In-situ Monitoring of Solidification and Melting Behaviors of an Aluminum Alloy"2004 IEEE International Ultrasonic Symposium, Montreal, Canada. (To be appear). (2004)
• [文献書誌] IKUO IHARA, 他: "Ultrasonic In-situ Monitoring of Aluminum Alloy during Solidification and Melting"2004 ASME/JSME Pressure Vessels and Piping Conference, LA Jolla, San Diego. (To be appear). (2004)
• [文献書誌] DIKKY BURHAN, IKUO IHARA, 他: "Ultrasonic In-situ Observation of an Eutectic Aluminum Alloy During Solidification and Melting"Proceedings of The 5th International Symposium on Eco-Materials Processing & Design, Nagaoka, Japan. 92 (2004)
• [文献書誌] 井原郁夫: "集束超音波パルスによる溶融金属中の微粒子検出"超音波TECHNO. 15-5. 45-49 (2003)