Fundamental study for prediction of instantaneous gas-liquid phenomenon in a molten metal bath using acoustic signals

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04757
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
• Research Institution: Setsunan University
• Principal Investigator: Ueda Yoshiaki 摂南大学, 理工学部, 准教授 (00599342)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井口 学 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 客員教授 (00043993) ; 加藤 健司 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (10177438) ; 脇本 辰郎 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10254385) ; 中嶋 智也 大阪公立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (80207787)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 鉄鋼精錬プロセス

Outline of Final Research Achievements

This study has investigated the technical feasibility for understanding instantaneous gas-liquid interfacial phenomena in the gas injection method based on acoustic signals produced during the process. In particular, it is elucidated that the characteristics of the sound produced by the collapse of elongated cavity behind poorly wetted particles entering a bath. Furthermore, we clarified the formulation of the boundary conditions in a vortex particle method based on the Brinkman penalization method that is suitable for the computation of moving boundary problems.

Free Research Field

鉄鋼精錬プロセス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

鉄鋼プロセスにおけるガスインジェクション法では，溶銑は高温かつ不透明であることから，浴内部の流動を把握することは非常に困難である．本研究では，溶銑内に不活性ガスと共に吹込まれる脱硫剤等の粒子群の浴内分散挙動と化学反応促進に関係する，粒子群背後に形成されるキャビティが崩壊するときに発せられる放射音に着目し，その音響信号から粒子の浴内分散挙動を診断する手法の可能性を探ろうとするものである．この手法の構築は，直接計測が困難な高温金属材料プロセス分野において過渡的な気液界面状態を非接触・非視認で把握するための技術として資するところは大であると考えている．