高温プロセスにおける耐火物の浸食・破壊現象の数値シミュレーション

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K04741
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 早稲田大学
• 研究代表者: 伊藤 公久 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10159866)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 耐火物 / 溶損現象 / 高温プロセス / 粒子法 / 乾燥破壊 / 溶解モデル

研究成果の概要

耐火物の溶損と破壊現象のシミュレータ開発を行い，以下の結果を得た。１）粒子法を用いた溶損シミュレーションプログラムを開発し，検証用コールドモデル実験と結果と比較した結果，実験結果を十分に再現できることを確認した。さらに，鉄るつぼ中に溶解したFeO系スラグにCaO円柱を浸漬回転させた溶解実験のデータ解析に，シミュレータを適用し，良好な結果を得た。２）粒子法を用いたキャスタブル（不定形）耐火物の乾燥破壊現象シミュレーションプログラムの開発を行った。高温乾燥セルによる検証実験と比較した結果，開発したシミュレータは高温におけるCaCO3－水系ペーストの亀裂進展を十分に再現することができた。

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

耐火物は様々な高温プロセスで用いられており，特に鉄鋼産業における使用量は莫大な量に上るため，耐火物の溶損防止や高寿命化を実現するためのツールとして，本研究成果は，省資源・省エネルギーに対して，大いに貢献できるものと考える。また，耐火物溶損プログラムの本体は，物質移動論に立脚した固体溶解シミュレータなので，耐火物に限らず，様々な固体物質の溶解挙動を3Dで再現できる。このため，その応用範囲は限りがない。また，ペーストの乾燥破壊現象は，元々複雑系物理の代表的な問題として，様々な研究者によって取り上げられており，本研究の成果は基礎的分野にも波及効果が期待される。