| 研究課題/領域番号 |
16K21566
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| 研究機関 | 八戸工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
新井 宏忠 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70770965)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 異種凝集 / 非金属介在物 / 水モデル実験 / 異種凝集ポピュレーションバランス式 |
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| 研究実績の概要 |
溶融金属中非金属介在物は凝集・粗大化する傾向にあり、製品中に残留すると割れや疵など重大な問題を引き起こすことはよく知られている。介在物凝集に関して数多くの研究がなされているが、固体介在物とスラグ滴の合体といった異種粒子同士の凝集挙動はほとんど扱われていない。本研究が目標とするスラグフローテーション法の有用性を検証するために、28年度は異種凝集挙動のメカニズム解明とその予測・解析技術（理論構築）の開発に取り組んだ。
すでに異種凝集挙動に関する理論構築や実験は行われてはいるが、速度論的にどのような影響があるのか詳細は不明確である。そこで本年度は水モデル実験および理論構築・解析（異種凝集ポピュレーションバランス式）により、同質異径粒子を用いた擬似異種凝集実験を行い、異径粒子の存在が凝集速度に及ぼす影響を調査した。
その結果、大径粒子が同時に存在する場合、小径粒子の凝集速度（減少速度）が大きくなることがわかった。これは小径粒子同士よりも、大径粒子と小径粒子衝突・合体頻度が増加したためと考えられる。
衝突・合体頻度は衝突頻度関数と凝集係数の2つのパラメータの積で決定される。同時に行った理論（数値）解析による要因分析から、衝突頻度関数は衝突半径が大きくなると増加するのに対し、凝集係数は衝突粒子対の粒径比が大きくなると減少することがわかった。本実験条件においては、前者の増加の寄与が大きく、凝集速度が増加したためと考えられる。つまり、スラグフローテーション法が有効な最適範囲の存在すると考えられる。
この結果より、本研究で提案しているスラグフローテーション法の有効性が示唆され、今後、他の粒子を用いた実験と解析を更に進めていく予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
28年度に計画していたスラグ滴を用いた検証実験は未実施であるが、計画時にすでに想定しており、事前に対応策を検討していた。本年度はその対応策を実施した結果、予定通りの進捗となった。
なお、前記「研究実績の概要」に示した通り、スラグフローテーション法の最適範囲の存在が示唆された。これは当初予想していなかったものであり、応用上有用な知見が得られると期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
29年度には、(1)スラグ滴巻込み挙動の解明、(2)スラグフローテーション法の効果検証を実施予定である。(1)では、有害粒子のキャリアとなるスラグを効率よく溶湯中に懸濁させるため、スラグ巻込み挙動の解明、制御方法を明確化する。(2)については、実プロセスを想定し、流動解析と連成した数値シミュレーションによって、溶湯清浄化能力を評価する。
また、28年度に得られた新知見を更に詳細に検討するため、これを継続実施するとともに、未実施のスラグ滴を用いた異種凝集実験による検証を継続する。
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