溶鉄－溶融スラグ間の界面張力に及ぼす化学反応の影響に関する機構解明

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溶鋼‐溶融スラグ間の界面張力の低下に及ぼす酸素の界面への吸着・脱離の影響を解明するために、溶鋼表面上に、溶融スラグ滴を滴下させた後の、両者の接触角の変化から、界面張力の動的変化に関する情報を実験的に求め、界面張力の動的変化に及ぼす化学反応の影響に関する実験結果を系統的に蓄積した。特に、溶融スラグ中のSiO2濃度を変化させて、塩基度ならびにそれに伴う粘度を変化させ、化学反応中に溶鋼‐溶融スラグ間の界面張力が動的に変化する様子を精度よく計測した。さらに、界面への酸素の吸着・脱着に影響を及ぼすと考えられる溶融スラグ中の硫黄の影響を調べるために、系統的に溶融スラグ中の硫黄濃度を変化させ、溶鋼‐溶融スラグ間の界面張力の低下に及ぼす硫黄の影響を明確にする実験を行った。さらに溶融スラグ中の主としてSiO2が解離して、SiとOが溶鋼‐溶融スラグ界面を溶融スラグ側から溶鋼側に向けて移行する際に、Oだけは界面に一時的に吸着停滞し、その後、徐々に脱離、または溶鋼中のSiよりも酸化性の強いAlやTiと反応して、酸素の界面濃度が低下し、化学反応が生じている際の一時的な界面張力の低下現象を定量的に説明できるモデルを導出した。さらに、各種パラメータを変化させた際の化学反応時の溶鋼‐溶融スラグ間の界面張力が変化する様子を再現できる計算を行った。また、多成分系溶融鉄合金ならびに多成分系溶融スラグ系への本モデルの拡張を進めるために熱力学データベースとの連結を試みた。具体的には、世界的規模で活用されている熱力学データベースとリンクできるインターフェースを作成し、上記で導出した計算モデルならびに計算プログラムと連結させ、溶鋼‐溶融スラグが反応する際の両相中の成分変化を計算するとともに、その際の界面張力の動的変化も同時に推算できるシステムの作成を試みるための計算システム環境を整えた。