平衡／非平衡状態における鉄－炭素－酸素系融体の表面反応及び表面振動挙動の解明

阐明平衡/非平衡状态下铁-碳-氧熔体的表面反应和表面振动行为

• 批准号: 11J07512
• 负责人: 諸星 圭祐
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J07512/
• 关键词: 表面張力; 溶鉄; 酸素; 炭素; 気/液平衡; 電磁浮遊技術; 液的振動法

本研究では,平衡状態における鉄-酸素-炭素系融体の表面張力および気/液相の非平衡状態における酸素と炭素の吸脱着過程における表面張力挙動の解明を目的として,電磁浮遊技術を利用した液滴振動法による表面張力測定とCO-CO_2混合ガスによる気/液平衡法による溶鉄中の酸素と炭素の活量の同時制御を組み合わせることによって,高純度溶鉄,鉄-酸素系融体,鉄-炭素融体,鉄-炭素-酸素系融体の表面張力測定を行い,溶鉄に及ぼす酸素と炭素の影響解明を行った.さらにその知見を基に,溶鉄-ガス間反応中の酸素と炭素の吸脱着に伴う表面張力の経時変化の解明を行った.その結果,高純度溶鉄の表面張力は,文献値よりも融点近傍での値が大きく,温度係数の絶対値が大きな測定が結果を得られた.これは高純度鉄試料の使用やマグネシウム脱酸炉を用いたガスの精製などによって,不純物成分が溶鉄の表面張力に及ぼす影響を回避し,より高純度状態での表面張力測定が実現された結果である.また,溶鉄の表面張力に対して,酸素は強い表面活性成分として働き,表面張力を著しく低下させるが,炭素は表面張力に対して,影響を及ぼさないことを明らかにした.また,溶鉄中に炭素と酸素が同時に存在する場合は,酸素活量は炭素濃度依存性を持つため,同じ酸素濃度の場合,表面張力の炭素濃度依存性が現れることを明らかにした.気相のCO活量を変化させて,溶鉄を浸炭および脱炭させたとき,溶鉄の表面張力が一旦急激に変化したのちに平衡値に収束する経時変化挙動を世界で初めて測定した.これは浸炭および脱炭の素反応過程に伴う溶鉄表面での炭素と酸素の吸脱着反応によって生じたと考えられる.これらの研究成果は,高温融体の界面物理化学の発展に寄与し,また,融体が関与する様々な材料プロセスにおけるマランゴニ対流の数値解析シミュレーションに有用であるため,工学的にも大変重要な成果である.

This study で は, equilibrium に お け る iron objects - acid element - carbon is の melting body surface tension お よ び 気 non-equilibrium state/liquid の に お け る acid element と carbon の suck off the process に お け る 挙 dynamic surface tension の interpret を purpose と し て, electromagnetic floating technology を use し た droplet vibration method に よ る surface tension measurement と CO and CO_2 ガ ス に よ る 気 / liquid Balance method に よ る soluble iron objects と の acid in carbon amount の live の it suppression を group み close わ せ る こ と に よ っ て, high purity iron objects, iron objects - acid is melting body, iron objects - carbon melting body, iron objects - carbon - acid element is の melting body surface tension measurement を い, soluble iron objects に and ぼ す acid element と carbon の influence line and interpret を っ た. さ ら に そ の knowledge を に, soluble iron objects - ガ ス anti 応 in between の acid element と carbon の suck off the に with う surface tension の 経 variations change when の interpret を line っ た. そ の as a result, high purity soluble iron objects の は, surface tension on literature numerical よ り も melting point nearly alongside で の numerical が big き く, large temperature coefficient の unique numerical が seaborne き な determine the result of が を ら れ た. こ れ は high purity iron objects sample の use や マ グ ネ シ ウ を ム acid furnace with い た ガ ス の refined な ど に よ っ て, impurity content composition が soluble iron objects の に surface tension and ぼ す influence を avoid し, よ り state of high purity で の surface tension measurement が be presently さ れ た results で あ る. ま た, soluble iron objects の surface tension に し seaborne て, strong acid element は い surface active ingredient と し て 働 き, surface tension を the し く low さ せ る が, carbon は surface tension に し seaborne て, affect を and ぼ さ な い こ と を Ming ら か に し た. ま た, soluble iron objects in the に carbon element が と acid exist at the same time に す は る situations, acid, amount of live は carbon concentration dependence を hold つ た め, with じ acid concentration の occasions, surface tension の carbon concentration dependence が now れ る こ と を Ming ら か に し た. の CO living quantity を 気 phase - change さ せ て, soluble iron objects を leaching carbon お よ び decarburization さ せ た と き, soluble iron objects の surface tension が once a nasty shock に variations change し た の ち に balance numerical に 収 beam す る 経 variations change 挙 stationary を め the early で て determination し た. こ れ は leaching carbon お よ び decarburization の element of the process 応 に objects with う soluble iron surface で の carbon と acid element の suck off the 応 に よ っ て raw じ た と Exam え ら れ る. こ れ ら の は research achievements, the high temperature melt body の interface physical chemistry の 発 exhibition に send and し ま た, melting body が masato and す る others 々 な material プ ロ セ ス に お け る マ ラ ン ゴ ニ flow seaborne の the numerical analytical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に useful で あ る た め, engineering of に も big - important な results で あ る.

项目成果

CとOの吸脱着過程における溶鉄の動的表面張力挙動

C、O吸附/解吸过程中铁水动态表面张力行为

• 发表时间: 2011
• 作者: 諸星圭祐;打越雅仁;一色実;福山博之
• 通讯作者: 福山博之

浸炭・脱炭過程における溶鉄の動的表面張力挙動

渗碳和脱碳过程中铁水的动态表面张力行为

• 发表时间: 2011
• 作者: 諸星圭祐;打越雅仁;一色実;福山博之
• 通讯作者: 福山博之

気/液平衡法を利用した鉄-炭素-酸素系融体の表面張力測定

气/液平衡法测量铁-碳-氧熔体的表面张力

• 发表时间: 2011
• 作者: 諸星圭祐;打越雅仁;一色実;福山博之
• 通讯作者: 福山博之

Influence of oxygen and carbon activities on surface tension of liquid iron studied using oscillating droplet method

振荡液滴法研究氧和碳活度对铁水表面张力的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: K.Morohoshi;M.Uchikoshi;M.Isshiki;H.Fukuyama
• 通讯作者: H.Fukuyama

Surface Tension of Liquid Iron as Functions of Oxygen Activity and Temperature

• DOI: 10.2355/isijinternational.51.1580
• 发表时间: 2011-01-01
• 期刊: ISIJ INTERNATIONAL
• 影响因子: 1.8
• 作者: Morohoshi, Keisuke;Uchikoshi, Masahito;Fukuyama, Hiroyuki
• 通讯作者: Fukuyama, Hiroyuki