Numerical simulation of the erosion and the destruction of the refractories used in high temperature processes.

本研究では，耐火物の長寿命化に資する基礎的研究として，耐火物の溶損と破壊現象について，精度の高い予測モデルの開発を目的とした以下の二つの研究を実施した。研究 Ⅰ：溶銑，溶鋼用の耐火物に関する，粒子法を用いた溶損シミュレーションプログラムの開発。研究 Ⅱ：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。本年度はプログラムの大幅改良と新たなコールドモデル実験を行った。主たる成果は以下の通りである。研究 Ⅰ：昨年度実施した，固体の液体への溶解モデルの精度をさらに向上させるために，新たな検証実験を行った。作年度までは，検証実験のスケールが大きすぎたため，実験と計算のスケールが異なっていた。この問題を解決するため，現有の計算能力で扱える範囲の大きさのコールドモデルを再度設計し，純水中でショ糖および食塩円柱を浸漬回転させ，形状撮影及びサンプリングによって形状変化と溶解速度を測定した。溶解速度は，連続的に求めることができるよう改良を加えた。またるつぼ中に溶解したスラグに耐火物円柱を浸漬して回転させるための実験装置を作成した。研究 Ⅱ：乾燥破壊現象の検証実験では，炭酸カルシウムペーストを用いて乾燥破壊現象の観察と，層厚の変化に伴う亀裂現象の違いを観察した。その中で，炭酸カルシウムペーストの層厚の増加に伴い亀裂の平均的なセル面積が大きくなることが確認できた。また時間経過とともに亀裂が進展していくことが確認できた。薄い層の亀裂進展をシミュレートするために昨年度開発した解析プログラムでは，計算ステップの進行に伴って，不安定な応力変動を示す粒子が増加するという問題が生じた。これを解決するため，計算プログラムの大幅な改善を行った。

本研究では，耐火物の長寿命化に資する基礎的研究として，耐火物の溶損と破壊現象について，精度の高い予測モデルの開発を目的とした以下の二つの研究を実施した。研究 Ⅰ：溶銑，溶鋼用の耐火物に関する，粒子法を用いた溶損シミュレーションプログラムの開発。研究 Ⅱ：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。本年度はプログラムの大幅改良と新たなコールドモデル実験を行った。主たる成果は以下の通りである。研究 Ⅰ：昨年度実施した，固体の液体への溶解モデルの精度をさらに向上させるために，新たな検証実験を行った。作年度までは，検証実験のスケールが大きすぎたため，実験と計算のスケールが異なっていた。この問題を解決するため，現有の計算能力で扱える範囲の大きさのコールドモデルを再度設計し，純水中でショ糖および食塩円柱を浸漬回転させ，形状撮影及びサンプリングによって形状変化と溶解速度を測定した。溶解速度は，連続的に求めることができるよう改良を加えた。またるつぼ中に溶解したスラグに耐火物円柱を浸漬して回転させるための実験装置を作成した。研究 Ⅱ：乾燥破壊現象の検証実験では，炭酸カルシウムペーストを用いて乾燥破壊現象の観察と，層厚の変化に伴う亀裂現象の違いを観察した。その中で，炭酸カルシウムペーストの層厚の増加に伴い亀裂の平均的なセル面積が大きくなることが確認できた。また時間経過とともに亀裂が進展していくことが確認できた。薄い層の亀裂進展をシミュレートするために昨年度開発した解析プログラムでは，計算ステップの進行に伴って，不安定な応力変動を示す粒子が増加するという問題が生じた。これを解決するため，計算プログラムの大幅な改善を行った。