介在物の物性と縮流を利用した注湯プロセスにおける介在物の直接検知

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本研究は、注入プロセス中の縮流部近傍に気／液界面を形成し、その界面に介在物を集積・露出させることで注入流中の介在物品位の直接評価を行う方法を提供することを目的としている。これは溶鋼と介在物の濡れ性が悪いことに着目したものであり、介在物を模擬する粒子の物性を変化できる水モデル実験と数値解析により、気／液界面に介在物を露出・集積するための具体的な条件の検討を行っている。まず、ノズル内注入流を模擬する水モデル実験装置を作成し、ストッパー（流量調整弁）の中心軸に内視鏡を設置し、ストッパーとノズル間の縮流下での模擬介在物粒子の挙動を観察した。その際、粒子表面に親水剤や撥水剤を塗布し水との接触角を変化させた結果、濡れ性によって模擬介在物の挙動が大きく変化することを知見した。特に撥水剤を塗布した条件で粒子間、粒子とノズル内壁間に作用する凝集力に起因すると推定される特異な挙動が観察された。次に、模擬介在物の動的挙動を高速かつ高解像度で捉えるため、ハイスピードマイクロスコープとレーザースリット光を導入し、ストッパー先端に気／液界面を形成する方法について検討した。その結果、ストッパー先端部への空気吹込み方法の工夫により、ストッパー前面に気／液界面を形成でき、かつその界面下に粒径100～200μmの比較的微細な気泡群を生成できることがわかった。現在、模擬介在物表面の接触角をアルミナと溶鋼の接触角と同等まで高めた条件をつくり、ノズル内に生成した気／液界面に模擬介在物を集積・露出する条件の検討を継続して行っている。