| 研究課題/領域番号 |
63850146
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| 研究種目 |
試験研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
金属加工
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
梅田 高照 東京大学, 工学部, 教授 (50011078)
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| 研究分担者 |
池田 実 東京大学, 工学部, 助手 (50167243)
鈴木 俊夫 東京大学, 工学部, 助教授 (70115111)
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| 研究期間 (年度) |
1988 – 1990
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| キーワード | VAR / チタン合金 / 流動 / 凝固解析 / 自然対流 / 電磁力 / 最適化 |
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| 研究概要 |
真空ア-ク再溶解法(VAR)は、チタン合金の二次溶解法として最も一般的なものである。ア-ク放電によって溶解・加熱された溶湯の凝固過程は鋳塊の品質を決定する。VARでは真空・ア-ク下での凝固であるので操業パラメタ-の影響を測定した例はほとんどない。また、高温溶湯のため自然対流及びMHD効果による流動が生起され、これら流動が凝固過程に影響を及ぼす。本研究では、熱伝導計算、外力として浮力および電磁力を考慮したNavierーStokes方程式、連続の式を連成し、数値計算によりチタン合金のVAR炉における凝固解析を行った。そして温度分布、流速分布、メタルプ-ル形状に及ぼす各種要因を抽出し健全なチタン合金製造への基礎的知見を提供することを目的とした。メタルプ-ル内の流動について自然対流と電磁力による対流は互いに抑制し合っており、溶解電流の大きさにより自然対流が卓越し遅い流れとなり溶湯温度が著しく過熱される場合と電磁力駆動の対流が支配し、流速が大きくなり溶湯温度が均一化される場合がある。メタルプ-ル形状は主に溶解速度すなわち総入熱量によってきまる。自然対流支配の遅い流れの場合はメニスカス部に凝固シェルが存在し、対流のプ-ル深さに及ぼす影響は小さい。流速が大きい電磁力支配の場合にはメニスカス部に凝固シェルは存在せずプ-ル形状は深い。そしてメニスカス部の凝固シェルが存在しないこと、メタルプ-ル内の流分大きいことおよびインゴット中心部の冷却速度が大きいことを基準にすることで操業パラメタ-の最適化を図ることができ、実操業とよく一致することを示した。
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