溶融金属中介在物の異相界面挙動の解明とその理論構築

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金属素材の高清浄化は最終製品の品質に直結するため古くから取り組まれてきた課題であり、そのために溶融金属中に懸濁している非金属粒子（介在物）を徹底的に除去する取り組みがいまなお続いている。その基礎となるのが介在物粒子の動力学的挙動の現象理解であり、これら諸現象を適切にモデル化してシミュレーションを適用し、新プロセスの開発や操業条件の最適化などが図られている。これまで介在物粒子の凝集や気泡付着など様々な介在物挙動が明確になってきたが、非金属介在物の異相界面（溶融金属／スラグ、溶融金属／耐火物界面など）における速度論的介在物挙動はほとんど進んでおらず、フィッティングパラメータとして扱われているのが現状である。そこで本研究は、介在物の異相界面における捕捉・離脱などの動力学的（速度論的）挙動を解明し、プロセスシミュレータの高度化に資する理論モデル構築を目指した。初年度は界面捕捉の理論モデル構築とその妥当性検証を実施した。理論モデルの構築においては、介在物の乱流拡散モデル（本申請以前に構築済み）にブラウン拡散機構を考慮し、マクロ・マイクロスケールの介在物の界面捕捉モデルを構築した。並行して、水-油（有機溶媒）系を用いて、水中に懸濁させた模擬介在物粒子（プラスチック粒子）が有機溶媒相に移行する速度を測定し、界面捕捉速度定数を算出した。実験値とモデル計算値を比較した結果、両者はよく一致し、モデルの妥当性を確認できた。初年度の取り組みとしてモデル構築は計画以上に進展した。実験データは一部不足があるため、第2年度も継続してデータ拡充を図る。