高温素材プロセッシング

[3K0304-09-06] SPH法を用いた自溶炉シャフト内マット-スラグ液滴形成の基礎的シミュレーション(発表者：修士課程)

○問谷 一偉¹、夏井 俊悟²、菊地 達也¹、鈴木 亮輔¹ (1. 北海道大学、2. 東北大学)

キーワード：銅製錬、銅マット、SPH、界面張力、拡張係数

自溶炉による銅製錬プロセスでは、銅精鉱粒子がフラックスとともに酸化性ガス中で燃焼し、高速にマット-スラグ二成分液滴に分離する。溶融スラグ相中へのマット滴懸濁によるロス低減のため、反応空間内での冶金反応機構のみならず、動力学的知見の拡充も重要である。シャフト内を落下する液滴挙動の2粒子モデルが提案されてきたが、詳細な自由表面-界面の移動を記述する方法は確立されていない。そこで本研究ではSmoothed Particle Hydrodynamics (SPH)法に、異相粒子間の分散力を規定するFowkesの式を適用することで、基礎的な動力学シミュレーションモデルを構築した。自由表面をもつ立方体空間中マット-スラグを乱数的に分散させた系を考えた。時間と共にマット-スラグは各相が合一して界面積を小さくするように変形した。界面張力が小さく拡張係数が負となる場合には、表面張力の大きなマットをスラグが覆うような形態となり2粒子モデルと合致する。一方、スラグ厚みが小さい場合にはマットの一部が表面に露出する形態となった。またマット滴内にスラグ滴が残存する系があり、分離形態は初期配置の影響を受けることが示唆された。