炭素移動と界面反応に基づく金属溶解プロセスの理解
製鉄プロセスにおいて炭材は、熱源、鉱石還元のための還元材、さらには金属鉄への炭素供給源として、多面的かつ本質的な役割を担っています。
近年、グリーンエネルギーとして注目される水素を炭材の代替として製鉄に利用する試みが進められていますが、炭材が担ってきたすべての機能を完全に置き換えることは、現時点では困難であると考えられています。その大きな理由の一つが、金属鉄への浸炭反応です。
浸炭反応は、炭素源が存在して初めて進行する反応であり、金属鉄の溶解挙動や溶融開始温度、さらにはその後の精錬反応に大きな影響を及ぼします。
したがって、製鉄プロセスにおける炭素使用量を削減するためには、単に炭材を減らすのではなく、浸炭反応そのものを効率的に進行させる炭材設計が重要となります。
大野研究室では、浸炭反応に有利な炭材特性を明らかにするため、炭素基質の結晶構造、炭材中の灰分組成、揮発成分など、炭材を構成する各要素に着目し、金属鉄との界面で進行する浸炭反応機構を実験的に調査しています。
これらの研究を通じて、炭材特性が金属鉄の浸炭挙動および溶解挙動に与える影響を定量的に評価し、将来の低炭素製鉄プロセスにおける炭素利用の最適化指針を構築することを目指しています。
代表的な研究例：
Effect of carbonaceous material surface texture on iron carburization reaction under loading condition
Ko-ichiro Ohno, Shinya Miura, Takayuki Maeda, Kazuya Kunitomo,
ISIJ International, 59 (2019), 4, pp. 655–659
