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[NRIMNews1979-12.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/54b6a5c3-befc-4ae7-86bc-cad5a57c9e01/download)

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坂内 富士男

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[金材技研ニュース 1979 No.12](https://mdr.nims.go.jp/datasets/1a5ff46a-7b38-4298-9ed6-c9970857a8ec)

## Fulltext

金属技研ニュース　1979　No.12i①一．ゼEoo一一〇⊂ωEo．oo］一〇〇〇一〇〇＝あ○蜆oo一］o－Eo－ooO］一〇〇’0E0f000眈o〇一一〇〇一〇一眈○眈ωEo．但≧里三…ω…Z－ooω］0f←■1N0．12金属材料技術研究所連続溶解還元技術　エネルギー問題に端を発した世界的な経済変動は，技術先進国における技術開発力に大きな影響をおよぽし、また資源・エネルギーナショナリズムの台頭傾向は益々顕著になってきている。現在鉄鋼業においては，これらに対処するため現有の各生産プロセスの省エネルギー化，効率化に最大の努力をはらっているが，特に我国のような資源　エネルギーを輸入に頼る国においては，この時期において将来の技術立国を目指す技術開発に焦点をあわせ，これを重点的に推進する必要があると考えられる。　工業化研究部においては，従来より将来の製鉄プロセスについての検討を種々おこなってきたが，現在は直接還元法を基点とした製鉄ルートの開発研究に取組んでいる。直接還元法は高炉によらない製鉄法の一つとして急速に発達する傾向を示しているが，その理由としてはエネルギー立地の性格が強いプロセスであることとあいまって，将来技術としての上記のような背景があるからである。然しながら現在開発されている直接還元法は，鉄鉱石を固体の状態で還元するため通常一基1000トン／日程度でその生産性が低く，また高炉法に比してエネルギー消費量が大きいなど多くの解決すべき点を有している。このような観点から本研究においては，直接還元法の生産性が最もよいと考えられる還元率80％程度まで固体状態での還元をおこない，残りの還元を溶融状態でおこなうプロセス構成により全体の生産性向上省エネルギー化をはかるための検討をおこなっている。溶融還元反応は未知の部分が多く，基礎的な研究を並行しておこなうとともに，吸熱反応による消費エネルギーの増加を補うため熱効率の高い専用溶解炉ならびに溶解法を開発中である。　専用溶解炉は三相1500KVAの電源を有し，炉内溶湯滞留量1．5トン，連続出湯能力1．8～3トン／時の連続溶解炉で炉床が水平反転する型式のものである。本炉の開発により通常の電弧炉に比して10～20％の電力効率の向上が計られセいる。また本炉より排出するガスは燃料として使用でき，排ガス制御装置を通して原料の予熱炉に送られる。予熱炉は炉内滞留量1トン，予熱温度最高900℃，炉内原料充複率60％の特殊ロータリーキルンが開発されこれにあてられているが，専用溶解炉に原料を900℃で熱間装入することによって約30％の電力低減が可能である。さらに基礎研究の成果として溶融還元反応の反応速度論的に有利な条件も見い出されてきており，操業実験とあいまって本法の総合的な検討がおこなわれている。写真　操業実験中の連統溶解還元システム一1一プラズマ炉による粉状還元鉱の溶解　高炉に依らない，いわゆる直接還元製鉄法は高価な冶金用コークスを用いず、天然ガス，石油，石炭，原子力など各種のエネルギー源を用いることができるため，開発途上国をはじめ，欧米諸国においても各々の立地条件に見合った直接還元プラントが建設され，その生産量は次第に増加しつつある。製鎌研究部ではこのようなエネルギー多様化に対応した直接還元法として流動還元法をとり上げ，内径25㎝の高温加圧流動還元パイロットプラントを用いて実験を重ね，900℃，圧力7㎏／㎝2Gにおいて製品還元率95％以上，生産性55t／m皇dayの連続操業が可能なことを示した。しかし製鉄法としてはこれに続く溶解，精錬の工程まで含めて考えなければ十分ではない。とくに流動還元法では中間製品が粉状の還元鉱であり，これを塊成化することは還元に先立つ塊成化工程を省いた流動法の利点をかなつ減殺するので，粉状のまま溶解できる独自の溶解法が開発されねばならない。　製錬研究部では流動還元法の研究と並行してプラズマ還元法の研究を進めていたが，これをプラズマ炉による流動還元鉱の連続溶解法に発展させて基礎的な問題点の検討を行っている。　実験装置は最高負荷電圧190V，最大電流400Aの直流電源及び制御装置，当研究所の技術課の製作によるプラズマトーチと溶解炉，及び付属設備から構成されている。写真はこの装置の概観を写真　プラズマ溶解装置示す。最初非移送式のトーチを用いたが還元鉱の供給速度の増大に対処するため，新たに移送式のトーチ及び炉を設計製作し，電極問距離，ガス組成，入力などの操業因子について基礎特性を調べた。炉底電極を備えたるつぽに電解鉄を装入，これにアークを移送して溶解し，プラズマアーク中にArで気流輸送した粉状還元鉱を吹きこむことにより，約1009／min程度の連統溶解が可能であることを確かめた。また一方このプロセスにおいて重要な溶融酸化鉄のガス還元の基礎実験として水冷銅るつぽを用いて10～30％H。一Arプラズマによる還元実験を進めている。Fe080％のFe0－SiO。一CaO系スラグでは還元速度がスラグの塩基度にほとんど依存しないこと，また溶融Fe．O。の還元では図に示すように還元速度がプラズマガス中の水素濃度に比例して上昇することが明らかになった。スラグによる還元または溶融Fe・O且の還元のいずれの場合も原子状ないし電離した水素の関与した還元のため，ガス利用率は40％以上を示し，このプロセスの有利なことがわかった。　今後さらにスケールアップを図るとともに，流動還元で得た粉状還元鉱のホットチャージ法や溶解工程において最終段階の還元を分担することによる流動還元法との最も効率的な組み合せの検討によって総合的な生産一性やエネルギー効卒の向上が期待される。“鈴r貝1周H1三3．％25％20％ユ5％　　　　　　　x1o％10080604020xxFe呈0ヨHコ十Ar201／mi。入力8．3kW2　　　4　　　6　　　8　　　10　　2　　　4　　　6　　　8　　　10　　　　　　j堂元1舳1」（分〕図　Fe・Oヨの還元に及ぽすH皇濃度の影響一2一SUS304鋼のクリープ疲労相互作用の寿命損傷則による評価　高温で使用される構造部材には，機器の起動停止や出力変動から生ずる熱応力に起因する変動荷重と定常運転状態での瀞荷重が圃時にまたは交互に作用する。このような場含の材料では，変動荷重による疲労捜傷と静荷重によるクリープ損傷とが楯互に影響し合うために，その寿命の推定あるいは損傷量の評価が難しい。このクり一プ疲労稲互作用の研究は現在注園され，各所で研究されつつあるが，その現象の解明および損傷量の評価は十分ではない。材料の寿命の推定や損傷量の評価方法の確立には，実際の構造部材に作用する荷重履歴に近い試験データの蓄積に加えて，各種の荷璽履歴条件下での材料の変形・破壊挙動を把握し，破断寿命に対する影響因子を探リ出すことによってこの相互作用現象を解明する必要がある。　クリープ試験部では，激荷璽と変動荷重が交互に材料に加えられる場含の破壊に対する要因を調べている。このクリープ疲労複合試験における試験因子は，クリープ応力σ。，クリープ時間迂。，疲労全ひずみ1幅△ε≡および疲労繰返し数Nである。　SUS304鋼に関して試験因子を種々に組み合せてクリープ疲労複含試験データを集積中である。現在までに得られた試験結果の一例を図に示す竈材料が静荷重と変動荷重とを交互にまたは同時に受ける場合の寿命の評価は，材料がある量の損傷を被った場含に破壊し，その損傷量はクリープ損傷量φ北疲労損傷量φ∫に分けて考えることができるとして一般に行われている血疲労損傷量は複合試験において変動荷重を加えた繰返し数の和ΣN≧≧バl1専漆輔05寒　　O　　　　　　　　O．5　　　　　　　　1　　　　　　　　1．5　　　　　クリープ搬舳辻，φ。ゴΣ1・／レωクり一プ搬傷鐙φ。を時閲比Σ！。／！。とした場含φ争1．50，5③⑧1jりφ亡十φ∫衙王　　△⑥① ⑭②　　⑥O　　　　　O．5　　　　　　　　　　　1．5と疲労試験のみを行った場含の破断までの繰返し数ルとの比で表わされる。クリープ損傷量は複含試験の場含に瀞荷重を加えた時間の和Σ沁とクリープ試験での破断時間t・との比をとることがこれまで行われてきた。この従来の考え方に従って試験結果をプロットしたものが図一（1）である。この図では実験点をクり一プ応力の値によって0，○，△，◇に変えて示してある。実験点は非常にばらついており，しかも疲労損傷量とクリープ損傷量との関係はクリープ応力の値によって変っているようで，両損傷量の間には一義的な関係がないように屍える。そこで新たにクリープ損傷量として時閥比でなく，複合試験においてクリープ変形したひずみ量の和Σε。とクリープ試験のみを行った場含の破断真ひずみ量ε∫との比を用いた。この方法によって実験結果を整理したものが図一（2）である。ここで，図一（1）と12）の各印申の数字は互いに同じ試験条件の結果であることを示す。ひずみ比で評価したこの結果は多少のばらつきはまだあるが，従来の時閲比で評価した場含よりもばらつきは少ないし，クリーブ応力によって（φ。十φ∫）の値の偏りもみられない。　現在、さらによo）良い損傷量評価法を確立することを目標として，複含試験の静荷重と変動荷璽との組み合せ方を種々に変えたデータの蓄積を進めるとともに，金属組織，破面観察により材料の変形・破壊挙動に対する各要困の影響について詳細に検討している。1．5SUS304銚700℃実＼≧〃一バ 竃ll1」」㌔息 壇一一’’。凍｝I■’⑦ φ・十φ戸1茗早O．5わ・肺⑥継井顯刈仰藺．丘　　　　　、0　　　　1．ヨ05　　　　　　　－O　　　　　　　lヨ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ク，トプ蜘葛1＝1主，φ戸Σε。／ε∫　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12〕クリープ側雛萱φ。をひずみ上とΣε。ノε∫とした場含SUS304鋼の？00℃におけるクり一プ疲労複合蓑式験破断寿命に対するクり一プ欄傷鐙と疲労扱傷鐙との関係一3一1979年金材技研ニュース題圓一覧魎　　　　　匿｛割欄別） 批o． 遜巻 灘　　　　国（都門舳 No． 滋幾材料部門 ついて畷溶体の組成変鋤と磁化一濫度戯撒 至 2皇1 プラズマ炉による粉状遮元鉱の溶角翠 至2 252化含物趨窒置導線材の新製法 2 242 逮統溶解遼元披術モリブデン材の低濫延催におよぽす徽鐙炭葉付 1盲1加の効梁 加工技術部門繍強度材料の破壊靱惟 4 244 水遭水酉己管の腐食と水質 2 242強力鋼の靱性と輯加熱処理 5 245 i納脇厩■ドにおける金脚＝オ料の機械1舳1質 3 2壬3マルエージ鋼の冷闘圧延による強搬化 6 246 水蕉気11111におけるジルカロイー2被微悩＝の内磁i 4 244商張力炭謙繊維強化ニッケル桝隻合材料 1司 鍛化幾鋤字宙空閥を用いた報材料製造のための地上炎験 7 247 紘赦漆機部の趨脅波探傷 5 245に関する総含研究 熱変形が小さい鋳遼用金梁の1縄発 7 247モリブデン及ぴモりブデン含金の1養看総Heガス 圃 鋳造工薬レイアウト葦十蘭への統喬十的データ処理； 9 2杢9との共存憧 法の適用核徽合炉第一壁材料の疲労特惟 8 248 クリーン・モールド 10 250赦漫赦乱電子線によるj籔位継襯察 渕 アルミニウムと異鰯金属縦み含せ繍の陽極酸化 1l 25呈銀一亜鉛系内榔酸化合金被、叙 岡水謝廷：蔵用マグネシウム含金 10 250 特許紹介ドハース・7アンアルフェン僑号縄の楯互作綱 1l 251 アーク溶接におけるアーク発生位護の検出方法 2 2在2磁粉探傷用の護寸酸化1哲1磁粉 詞強さ都門 金型鋳造爾鋳鉄の溶解法 4 244クリープ疲労複含試験によるクリープ搬労相亙 1 241 鋳造用金型 5 2垂5作用の検討 平溜・溶射磁を作るプラズマジェット溶射法 圃高椴疲れ強さのデータシート 3 243 オーステナイト鰍熱鋼の力嗜工．熱処理法 8 248，戴薬東斜角探触子の設言十と試作 4 244 鋳造用金型 1…司JIS機械構造職岡の疲れデータシート 5 245 鋳遼晶の表面欠1呈協を防止する生型粘結剤 9 249鋼の疲れストライエーションとき製伝ぱ速度の 6 246 水卵溶横法 1笥対旛範圖クリープ試験瀞痩監槻装滋 9 249 その他寓椴イ氏サイクル斗度れき製の｛云ぱ逮疫 圃 新年のごあいさつ 1 241応カリラクセーションにおける鋼2期リラクセ 亙0 250 1978年外鰯人釆訪者等一」覧 濁一ションの検討 出獺公1湖発明の紹介 3，11溶被継季の疲れ強さのデータシート 玉1 25王 研究成築の発表 4，1OSUS304鋼のクリープ疲労オ目亙作用の寿命狽脇 12 252 金材披研沸花記 6 246輿11による評伽 ク5j一プ受託言式験の蓼芭況 7 247特許出願遮幸艮 1剤冶金技術部門 1979年金材技亜斎ニュース魑国■」覧 12 252減圧下で溶融・凝鰯させた金脚寺Iの気孔生成に 3 243特許出願速報舳頼日54．　4．1954，　4，245進一　5．2954．7－6出願番号47217垂97956565485095発1凋の名称腫1j隆式磁オ妾遣圭元炉鋳造用金獲フラッシュ溶被方法金属微粒子の製造法幽綴日54．7．1354．　7．1954．7．21繍顧番号88丑699095392143鏡　明　の　名　称内都酸化含金の製法水素貯蔵用材料ユツケル姥而す熱鋳遊含金◆短信◆●受賞　目本非破壊検壷協会奨励賞　木村勝爽　材料強さ研究部非破壊検盗研究室・墜　松本庄次郊　　　・　　研究黛　キ薗原警異明　　　　　　〃　　　　ヨ…をを事汗究箇．　溶被部の…勾部欠鰍の商きを；則淀するための．べ峡來探触乎を鰯発し弊被壊検務披術の発腿に箭与さ着’し脳和5在年10月25日表彬を受けた。●海外出張伊藤秀之　材料強さ鮒究藷1蛙イ壬研究富　繁9固国際非破壊言式験会議ヒ1＝王脇のため，圓鮒口54年11∫・ヨ16Eiから1沼和54年1閉25日まで才一ストラリア蘭へ舳長した白　　　　　　　　通巻　第252号編集兼発行人　　　　坂　内　富土男印　棚株式会社三興印刷　　　　　　　東京都新宿区信機町12　　　　　　　電言舌東京（03）359－38工I（代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　　東京都目黒区中目黒2丁冨3番12号　　　　　　　　電話　東京（03）719－227工（代表）　　　　　　　　郵　　便　　番　　号　　　153一4一