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解析事例(応用)

高炉スラグの解析

高炉スラグの平衡組成、融点温度を予測しました。SLAGA は溶融したスラグです。高炉スラグは 1318 ℃ で溶け始めます。Mel_ はメリライト型の結晶構造を持つ固溶体、aC2S, bC2S はセメントクリンカーを構成する物質でビーライトと呼ばれています。硫黄分は低温では CaS(s) で安定です。図には示していませんが、溶融したスラグ中に硫黄成分がどの程度含まれているかについても計算されます。(熱力学データベース: FToxid)

高炉スラグの平衡組成

溶鋼の脱硫処理

製鋼工程における溶鋼の脱硫処理を調べました。この工程では溶鋼中の硫黄を除去するためにスラグを投入します。さらに脱硫剤として CaSi を添加します。下図の S_FeLQ は溶鋼中に含まれる硫黄のことで、CaSi の添加量を増やすと減少して、CaSi を 0.35 gram 以上添加してもそれ以上は硫黄が減少しないという結果が得られます。(熱力学データベース: FToxid, FactPS)

溶鋼の脱硫処理

石炭の燃焼

ある産地の石炭と水蒸気と空気の反応を解析しました。上図は固相と液相の量です。SLAGA#1は液相、MulF, oPyr#1, Cord#1 は、酸化物固溶体です。下図は燃焼ガスの分圧です。石炭産地による生成物の違い、封入する気体組成を変化させたときの比較などに利用できます。大気汚染物質(SOx, NOx)の排出量も調べられます。(熱力学データベース: FToxid, FactPS)

石炭の燃焼 石炭の燃焼ガスの組成

黒液の燃焼

黒液と空気の反応を調べました。上図は各相の量です。MELTAは液相です。NKCB, ACL, Hexa, NAKS は固溶体です。ソーダ回収ボイラー内の物質の挙動を調べることに利用できます。下図は燃焼ガスの分圧です。(熱力学データベース: FTpulp, FactPS)

黒液の燃焼 黒液の燃焼ガスの組成

ガソリンの燃焼

ガソリンはオクタンとします。オクタンと空気の理論(断熱)燃焼温度(上図)、その温度での平衡組成(下図)を計算しました。A は空気の量を表していて、グラフの右端(A=1)が 0.79 mol の窒素 + 0.21 mol の酸素です。A=0.5 のとき燃焼温度は最も高く、このときの空熱比は 14.4 と求まります。NO の生成の様子も分かります。(熱力学データベース: FactPS)

オクタンの理論燃焼温度 理論燃焼温度での平衡組成

焼却灰の重金属

焼却灰の平衡組成です。上図は安定相の量を示した図です。SLAG?#1, SLAG?#2 は二相分離している液相のことで、分離している液相の量が分かります。CORU#1, SPINA#1, Neph はそれぞれコランダム、スピネル、ネフェリンの結晶構造を持つ固溶体相です。下図は重金属が気相、液相、固溶体相にどのように分配されるかを示した図です。(熱力学データベース: FToxid, FactPS)

焼却灰の平衡組成 焼却灰の重金属

高純度シリコンの製造

シリコン中に含まれるリン、カルシウム、ホウ素の挙動を調べました。下図は不純物が含まれるシリコンを 1600℃ で溶解して気圧を下げたときの、気体とシリコン溶液中に含まれる不純物元素の濃度変化です。リンはこの手法で除去されることが期待されますが、ホウ素は除去されません。(熱力学データベース: FSupsi, FactPS)

fs-example-pure-silicon.png

貴金属合金の液相面図

パラジウムが一定量含まれる貴金属合金の液相面図です。組成を変えたときに液相点がどのように変化するかが一目で分かります。(熱力学データベース: SGnobl)

fs-example-noble-metal.png

ネオジム磁石(Fe-B-Nd 系)の平衡組成

ネオジム磁石系の平衡組成の温度変化を図示しました。LIQU は液相、BCC1, FCC1 は固溶体相です。1353.37 ℃より高温では液相のみです。それより温度が低下すると FCC 固溶体が、さらに 1174.84 ℃ で BFe14Nd2 が現れ、固液共存の状態です。1107.71 ℃以下では全て固相です。図示していませんが、各相の成分元素の量も計算されています。(熱力学データベース: SGTE)

Fe-B-Nd 系の平衡組成

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