2023 年度研究成果報告書

アルミノホウケイ酸融体の熱伝導度と局所構造を介した推算手法の構築

研究課題

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研究課題/領域番号	21H01680
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分26060:金属生産および資源生産関連
研究機関	東京大学
研究代表者	森田一樹東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00210170)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	熱伝導度 / アルミノホウケイ酸 / 溶融酸化物 / 局所構造 / 予測モデル
研究成果の概要	鋼の連続鋳造用モールドフラックスの成分であるアルミノホウケイ酸(CaO-B2O3-Al2O3-SiO2)系の熱伝導度測定およびそのガラス化試料の局所構造解析を行うとともに、第一原理計算を用いて構造単位の原子間の共有結合性の定量的評価を試みた。すべての融体において熱伝導度は温度の上昇に伴い低下し、CaO濃度、光学的塩基度と熱伝導度の明確な負の相関が示され、溶融酸化物中の熱伝導がフォノンの伝達によることが確認された。また、局所構造と第一原理計算により得られた各結合の電子分布の平均位置を共有結合性として評価し、熱伝導度値との相関について検討を行い、予測モデルの構築が試みられた。
自由記述の分野	金属生産工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	融体の局所構造と熱物性や熱力学的性質との関係を明らかにすることにより、諸特性の発現機構を体系的に理解することにより、複雑組成の物性予測手法を確立することができれば、現状では試行錯誤の域を出ないプロセス設計に対して、目的の特性から組成を決定する革新的なツール開発への発展が期待される。また、構造と各成分の熱力学的性質の相関についてはほとんど情報がなく、本研究で得られるデータは新たな学理構築に資する可能性を有している。本研究成果は、特に本研究で念頭にある鋼の連続鋳造プロセスにおいて、モールドフラックスの高温における熱伝導度の厳密な制御への指針となる。