2026/03/09 更新

写真a

イトウ　キミヒサ
伊藤　公久
所属
理工学術院 基幹理工学部
職名
教授
学位
工学博士 ( 東京大学 )
工学修士 ( 東京大学 )

経歴

  • 1996年
    -
    　

    早稲田大学教授

  • 1991年
    -
    1996年

    早稲田大学助教授

  • 1983年
    -
    1991年

    東北大学助手

  • 1986年
    -
    1988年

    カーネギー・メロン大学 博士研究員

学歴

  • 　
    -
    1983年

    東京大学   工学系研究科   金属工学  

  • 　
    -
    1978年

    東京大学   工学部   金属工学科  

所属学協会

  • 　
    　
    　

    日本金属学会

  • 　
    　
    　

    環境資源学会

  • 　
    　
    　

    日本物理学会

  • 　
    　
    　

    日本鉄鋼協会

研究分野

  • 地球資源工学、エネルギー学 / 金属生産、資源生産 / 数理物理、物性基礎 / 基礎物理化学

研究キーワード

  • 数理物質工学

受賞

  • 俵論文賞

    2017年03月   日本鉄鋼協会   高炉スラグとアルカリ性水溶液との反応によるエトリ ンガイトの生成条件  

    受賞者： 原島亜弥, 伊藤公久

  • 学術功績賞

    2013年03月   日本鉄鋼協会   鉄鋼製錬プロセスの基礎的研究  

    受賞者： 伊藤公久

  • 西山記念賞

    1998年04月   日本鉄鋼協会  

    受賞者： 伊藤公久

  • 村上記念研究奨励賞

    1991年10月  

  • ジョン・チップマン賞

    1991年04月  

 

論文

  • Simulation of Thermal Decomposition of Partially Calcined Spherical Limestone Injected into a Molten Iron Bath

    Yuichi Tsurukawa, Shinobu Owada, Kazuki Ito, Kimihisa Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   62 ( 3 ) 602 - 605  2022年

    DOI

    Scopus

  • Numerical Simulation of Impinging Gas Jet on a Liquid Bath Using SPH Method

    Jumpei Maruyama, Kazuki Ito, Makoto Ando, Jun Okada, Kimihisa Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   60 ( 6 ) 1375 - 1377  2020年

    DOI

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    3
    被引用数
    (Scopus)

  • Numerical simulation of flow characteristics of partially solidified steelmaking slag for the recovery of its sensible heat

    Yuichi Tsurukawa, Masahiro Tsuboi, Kimihisa Ito

    International Conference on Energy and Material Efficiency and CO2 Reduction in the Steel Industry     558 - 560  2017年10月  [査読有り]

    担当区分：責任著者

  • Cold Model Experiment and Numerical Simulation of Flow Characteristics of Multi-phase Slag

    Masahiro Tsuboi, Kimihisa Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   57 ( 7 ) 1191 - 1196  2017年

    DOI CiNii

    Scopus

    10
    被引用数
    (Scopus)

  • Three-Dimensional Modeling of Interfacial Tension with Smoothed Particle Hydrodynamics by Using Pairwise Potential

    Mieko Nakano, Kimihisa Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   56 ( 7 ) 1297 - 1299  2016年

    DOI

    Scopus

    8
    被引用数
    (Scopus)

  • Three Dimensional Simulation of Lime Particle Penetration into Molten Iron Bath Using Smoothed Particle Hydrodynamics

    Mieko Nakano, Kimihisa Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   56 ( 9 ) 1537 - 1542  2016年

    DOI

    Scopus

    14
    被引用数
    (Scopus)

  • The Conditions of Ettringite Formation by the Reaction of a Blast Furnace Slag with Aqueous Alkaline Solutions

    Aya Harashima, Kimihisa Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   56 ( 10 ) 1738 - 1745  2016年

    DOI

    Scopus

    9
    被引用数
    (Scopus)

  • The Conditions of Ettringite Formation by the Reaction of a Blast Furnace Slag with Aqueous Alkaline Solutions

    Aya Harashima, Kimihisa Ito

    TETSU TO HAGANE-JOURNAL OF THE IRON AND STEEL INSTITUTE OF JAPAN   101 ( 11 ) 566 - 573  2015年

    DOI

    Scopus

    4
    被引用数
    (Scopus)

  • Application of Particle Methods for the Analysis of Refining Reactions

    Kimihisa Ito

    TETSU TO HAGANE-JOURNAL OF THE IRON AND STEEL INSTITUTE OF JAPAN   100 ( 11 ) 809 - 813  2014年

  • Development of Simulation Model for Hot Metal Dephosphorization Process

    Shin-ya Kitamura, Kimihisa Ito, Farshid Pahlevani, Masaki Mori

    TETSU TO HAGANE-JOURNAL OF THE IRON AND STEEL INSTITUTE OF JAPAN   100 ( 4 ) 491 - 499  2014年

    DOI

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    20
    被引用数
    (Scopus)

  • Oxidation Rate of Solid Iron Using an Ar-H2O Mixture through CaO-SiO2-Al2O3-FeO Slag

    Masahiro Shimizu, Genki Abukawa, Kimihisa Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   52 ( 8 ) 1497 - 1499  2012年

    DOI

    Scopus

  • Utilization of Multiphase Fluxes for the Dephosphorization of Hot Metal

    Kimihisa Ito, Masahiro Terasawa

    STEEL RESEARCH INTERNATIONAL   80 ( 10 ) 733 - 736  2009年10月

  • The Model Experiment on the Formation of 2CaO•SiO2-3CaO•P2O5 Phase in the Dephosphorization Slag

    Masayuki Kami, Masahiro Terasawa, Atsushi Matsumoto, Kimihisa Ito

    TETSU TO HAGANE-JOURNAL OF THE IRON AND STEEL INSTITUTE OF JAPAN   95 ( 3 ) A236 - A240  2009年03月

  • The Estimation of Structural Properties for the CaO-SiO2-CaCl2 Melts by Molecular Dynamics Simulations

    Kentaro Asakura, Kimihisa Ito

    TETSU TO HAGANE-JOURNAL OF THE IRON AND STEEL INSTITUTE OF JAPAN   95 ( 3 ) A297 - A299  2009年03月

  • Simulation of the Impingement of a Liquid Jet on a Molten Iron Bath by Using a Particle Method

    Masahito Asai, Hiroki Nijo, Kimihisa Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   49 ( 2 ) 178 - 181  2009年

    DOI

    Scopus

    12
    被引用数
    (Scopus)

  • The estimation of structural properties for molten CaO-CaF2-SiO2 system by molecular dynamics Simulations

    Tsuyoshi Asada, Yoshiki Yamada, Kimihisa Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   48 ( 1 ) 120 - 122  2008年  [査読有り]

    DOI

    Scopus

    32
    被引用数
    (Scopus)

  • Physical Chemistry of Slag-Metal Reaction in Hot Metal Pretreatment

    Proceedings of The Asia Steel International Conference 2006     62 - 65  2006年05月

  • The evaluation of the mixing properties of the mechanically stirred cylindrical vessel

    Kimihisa Ito, Norihiro Yamamoto, Seiichiro Kuranaga

    ISIJ INTERNATIONAL   46 ( 12 ) 1791 - 1794  2006年  [査読有り]

    DOI CiNii

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    17
    被引用数
    (Scopus)

  • Water Model Experiment for the Measurement of the mixing characteristics of a mechanically stirred cylindrical reactor

    Proceedings of The 12th ISIJ-VDEh Seminar     63 - 67  2005年11月

  • 鉄鋼工学セミナーテキスト 熱力学

    日本鉄鋼協会    2005年07月

  • 酸化チタンを含む酸化鉄系スラグの物理化学

    伊藤 公久, 松崎 健嗣

    鉄と鋼   91 ( 1 ) 28 - 32  2005年01月

    　概要を見る

    Physical chemistry of T1O_2-containing FeO-based slag should be valuable to understand the iron and steelmaking processes using iron sand In the present work, the activity of each component was estimated for Fe_1O-SiO_2-TiO2-MO_r (MO_r=CaO, MgO, AlO_<15>) melts by using regular solution modeI The empirical equation to estimate the reduction rate of the same melts by CO gas was derived from the experimental data The methodology of the estimation of thermodynamic and kinetic properties of TiO_2-containing FeO-based slag was established

    DOI CiNii

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    2
    被引用数
    (Scopus)

  • 機械式撹拌炉内の固液混合に及ぼす邪魔板の効果

    畔柳 重義, 山本 典広, 射場 敦, 堀井 寛之, 伊藤 公久, 菊池 直樹

    鉄と鋼   90 ( 6 ) 329 - 333  2004年06月

    　概要を見る

    For the application of the mechanical stirring method currently used in KR process to the new refining processes, the effect of baffles on the mixing of bath liquid and solid particles was investigated using a water model. The baffle whose width is 1/10 of the vessel diameter was enough to enhance the liquid-particles mixing. The LDV measurement showed the formation of the unsteady vertical flow by the baffle. The same effect on the mixing was observed by injecting gas from the bottom into the mechanically stirred vessel.

    DOI CiNii

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    14
    被引用数
    (Scopus)

  • The dissolution rate of solid lime into molten slag used for hot-metal dephosphorization

    T Hamano, M Horibe, K Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   44 ( 2 ) 263 - 267  2004年  [査読有り]

    　概要を見る

    Highly efficient dissolution of CaO into melt has an important role in reducing the amount of steelmaking slag produced in the hot-metal dephosphorization process because the existence of free-CaO in the melt prevents reuse of the slag. There are numerous studies related to the rate of CaO dissolution, however, in many cases the experimental conditions have been limited. The present work measured the dissolution rate of CaO into several kinds of slags: FetO-CaO-SiO2-X (X,- CaF2, CaCl2, Al2O3 and B2O3) systems at hot-metal temperatures. To apply the results to practical operations, the efficiency of additives in dissolving CaO in the melts was compared using "the enhancement factor" based on the results.

  • Measurement of the volumetric mass-transfer coefficient for gas-liquid reaction in a mechanically stirred vessel

    FUJIURA Masakuni, YAMAMOTO Norihiro, ITO Kimihisa

    CAMPISIJ/日本鉄鋼協会   16 ( 4 ) 890 - 893  2003年09月

    CiNii

  • 溶融CaO-SiO2-Al2O3スラグ中ZnOの熱力学

    石川 隆朗, 伊藤 公久

    環境資源工学   50 ( 3 ) 127 - 130  2003年08月

    DOI CiNii

  • 還元溶解炉を用いた都市ごみ処理のシミュレーション

    石川 隆朗, 伊藤 公久

    環境資源工学   50 ( 3 ) 131 - 134  2003年08月

    DOI CiNii

  • マテリアルサイエンスの基礎 速度論

    八千代出版    2003年02月

  • Reaction Kinetics of FeO Containing Molten Slags

    Steel Research   70   1  2003年01月

  • Reaction Kinetics of FeO Containin Molten Slags

    Tasuku Hamano, Kenji Matsuzaki, Kimihisa Ito

    The 11th ISIJ-VDEh Seminar   74   9 - 13  2002年09月

    　概要を見る

    The kinetic study of FeO-containing slag is valuable if we consider slag-gas and slag-metal reactions in steelmaking process. In the present work, the reduction rate of Fe t O-SiO 2 -TiO 2 -MO X (MO X = CaO, MgO, AlO 1.5 , PO 2.5 ) melts in equilibrium with solid iron by CO gas was measured using the thermobalance system at 1673 K. A rate equation was developed based on the results obtained. The mechanisms of the reaction and the effect of P 2 O 5 as a surfactant were discussed. Solid CaO was reacted with FeO-containing slag at 1573 to 1673 K. The CaO-slag interface was analyzed by SEM and EDX, and the reacted layers were identified. The rate of solid CaO dissolution into a stagnant FeO-containing slag at hot-metal temperatures was explained by the FeO diffusion in slag phase.

    DOI

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    1
    被引用数
    (Scopus)

  • Water Model Experiment of Fluid flow in Continuous Agitation Vacuum Agitation Vessel

    Proceedings of EMC 2001    2001年09月

  • Distribution equilibria of Pb and Cu between CaO-SiO2-Al2O3 melts and liquid copper

    K Matsuzaki, T Ishikawa, T Tsukada, K Ito

    METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B-PROCESS METALLURGY AND MATERIALS PROCESSING SCIENCE   31 ( 6 ) 1261 - 1266  2000年12月  [査読有り]

  • Simulation of Waste Treatment in Steelmaking Furnace

    Proc. of the Int. Conf. on Steel &amp; Society   463  2000年06月

  • Physical Chemistry of FeO Based Slags Containing TiO2 and P2O5

    Proc. of the Int. Conf. on Steel &amp; Society     439  2000年06月

  • Effect of P2O5 on Reduction Rate of FeO Containing Slags with CO gas

    Proc. of the 6th Int. Conf. on Molten Slags     92  2000年06月

  • Development of Dephosphorization Simulator for The Minimization of Steelmaking Slags

    Proc. of the Int. Conf. on Steel &amp; Society     277  2000年06月

  • マテリアルサイエンスの基礎 熱力学

    八千代出版    2000年02月

  • 製鋼スラグ極小化委員会報告 脱りんシミュレータ

    日本鉄鋼協会    1999年11月

  • Rate of reduction of FetO-SiO2-TiO2 melts with CO gas

    K Matsuzaki, T Maki, T Hamano, K Ito

    METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B-PROCESS METALLURGY AND MATERIALS PROCESSING SCIENCE   30 ( 4 ) 827 - 829  1999年08月  [査読有り]

  • 鉄鋼工学セミナーテキスト 反応速度

    日本鉄鋼協会    1999年07月

  • Waste Treatment in New Ironmaking Processes.

    East Asia Recycling Symposium, Tsukuba    1999年06月

  • Activity Coefficient of Nickel Oxide in BaO-based Slags.

    Kenji Matsuzaki, Kimihisa Ito, Tadashi Yamaguchi

    Metallurgical and Materials Transactions   30B ( 1 ) 143 - 144  1999年04月

    DOI DOI2

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    4
    被引用数
    (Scopus)

  • Thermodynamics of chromium oxides in CaO-SiO2-CaF2 slag

    Yasushi Okabe, Isao Tajima, Kimihisa Ito

    Metallurgical and Materials Transactions B   29 ( 1 ) 131 - 136  1998年02月

    　概要を見る

    The distribution ratio of chromium between a CaO-SiO2-CaF2 slag and liquid silver under the oxygen partial pressure used in practical hot-metal dephosphorization treatment was measured at 1623 K. The distribution ratio was minimal when the basicity index of a slag, wt pct CaO/wt pct SiO2, was about 2. The redox equilibrium between CrO (Cr2+) and CrO1.5 (Cr3+) in the slag was also measured as a function of slag composition. The calculated activity coefficient of CrO had a maximum value at wt pct CaO/wt pct SiO2=2, whereas that of CrO1.5 decreased monotonously with the increase in slag basicity.

    DOI DOI2

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    19
    被引用数
    (Scopus)

  • アジアにおける金属系材料の地球環境保全型・有効利用促進のための調査研究報告書

    日本機械工業連合会、 金属系材料研究開発センター    1997年03月

  • Expansion of Injected Gas Bubble and Its Effects on Bath Mixing under Reduced Pressure.

    Tatsuoka Teruhisa, Kamata Chizuna, Ito Kimihisa

    ISIJ International   37 ( 6 ) 557 - 561  1997年

    　概要を見る

    The behavior of a single bubble was observed and the complete mixing time was measured under reduced pressure (∼1.33×102Pa (1 Torr)) using a silicon oil model. The bubble expanded greatly and changed from oval to a spherical-cup shape. The complete mixing time tended to be constant independent of the stirring power of gas per unit bath volume in the low vessel pressure range (<6.66×102Pa), because most of the expansion energy was dissipated and the mixing occurred near the bath surface; this was confirmed by observation of the flow.

    DOI CiNii

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    17
    被引用数
    (Scopus)

  • 古典的核生成理論を熱力学から考えてみよう

    伊藤 公久

    まてりあ   36 ( 1127 ) 1127 - 1130  1997年

    DOI CiNii

  • Thermodynamics of NiO,CrO and CrO1.5 in CaO-SiO2-CaF2 Slag.

    Proceedings of the 5th International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts./Iron and Steel Society    1997年01月

  • Cold model experiments of gas removal from molten metal by an irradiation of ultrasonic waves

    M Kobayashi, C Kamata, K Ito

    ISIJ INTERNATIONAL   37 ( 1 ) 9 - 15  1997年  [査読有り]

    DOI DOI2 CiNii

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    14
    被引用数
    (Scopus)

  • 希土類金属鉱石分解へのアルカリ水熱法の利用

    金属／アグネ技術センター    1996年08月

  • 過酷環境使用金属系材料の研究課題に関する調査研究報告書

    日本機械工業連合会、金属系材料研究開発センター    1996年04月

  • Model Study of Gas Removal from Melts Using High-Power Ultrasonic.

    International Congress of Steelmaking./Iron and Steel Society    1996年04月

  • バストネサイト鉱石のアルカリ水熱反応速度

    資源と素材/資源素材学会   111;14  1995年12月

  • Decomposition of Rare Earth Containing Ores by Alkaline Hydrothermal Process

    TOYODA Shoichi, ITO Kimihisa, TOKUDA Masanori

    Metallurgical Review of MMIJ/資源素材学会   12;2 ( 2 ) 60 - 70  1995年12月

    CiNii

  • Mesurement of the Volumetric Mass Transfer Coefficient in a Cylindrical Gas Injected Vessel under Reduced Pressures

    ISIJ International/日本鉄鋼協会   35;11 ( 11 ) 1348 - 1353  1995年11月

    DOI DOI2 CiNii

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    26
    被引用数
    (Scopus)

  • 水熱法を用いた銅−マンガン複合酸化物の合成

    渡辺 仁, 伊藤 公久

    資源・素材関係学協会合同春季大会講演概要/資源・素材学会   1995   13 - 13  1995年09月

    CiNii

  • 含希土類鉱石のアルカリ水熱分解

    資源と素材/資源素材学会   111;7  1995年07月

  • Application of Gas-Lift Pump to Molten Metal System

    ISIJ International/日本鉄鋼協会   35;7  1995年07月

  • 製鋼基礎

    鋳物/日本鋳造工学会   67;5  1995年05月

  • SYNTHESIS OF BORON-NITRIDE FROM BORON-OXIDE USING SUPERCRITICAL AMMONIA

    K YOKOI, K ITO, M TOKUDA

    MATERIALS TRANSACTIONS JIM   36 ( 5 ) 645 - 648  1995年05月  [査読有り]

  • Cold Model Experiments on the Application of Gas Lift Pump to the Transportation of Molten Metal.

    Kamata Chizuna, Ito Kimihisa

    ISIJ International   35 ( 7 ) 859 - 865  1995年

    　概要を見る

    Application of a gas lift pump to a molten metal system was evaluated by determining the effects of liquid properties on the pump's transportation characteristics using a water bath, a glycerol solution bath, and a Wood's metal bath. The flow in the gas lift pipe was in a "slug flow" regime when the pump was working. The critical gas flow rate, which is defined as the lowest gas flow rate required to transport the liquid, decreased with increase in the submergence and with decrease in pipe diameter in all systems. The density of the liquid strongly affected the lifted liquid volume whereas the viscosity had little influence on it. The empirical equation to predict the transportation of molten metal was derived using the slug flow model based on the corrected Nicklin's equation. The model was able to reproduce the critical gas flow retes obtained by the experiment.

    DOI CiNii

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    21
    被引用数
    (Scopus)

  • The grand partition function of dilute biregular solutions

    Kimihisa Ito, Meguru Nagamori, Motonori Tokuda

    Metallurgical and Materials Transactions B   25   703 - 711  1994年10月

    　概要を見る

    It has been demonstrated that the grand partition function (GPF) of biregular solutions contains in one single equation such thermodynamic principles as Henry's law, Raoult's law, the Gibbs-Duhem relation, Raoultian activity coefficients and their finite power series, Wagner's rec-iprocity, Schenck-Frohberg-Steinmetz's interchange, Lupis-Elliott's additivity, Mori-Morooka's disparity, and Darken's quadratic formalism. The logarithm of the Raoultian activity coefficient of species i, In γi should not be expressed by the Taylor series expansion, lest its truncation infringe the Gibbs-Duhem equation. The GPF methodology establishes that In γi, is not a vector but a scalar point function, free from any path dependence. While Darken's quadratic formalism employs three parameters to describe a ternary solution, the present biregularity approximation offers an alternative using seven empirical parameters, in case better accuracy is needed.

    DOI

  • Study on the foaming of CaO-SiO2-FeO slags: Part I. Foaming parameters and experimental results

    Kimihisa Ito, R. J. Fruehan

    Metallurgical Transactions B   20 ( 4 ) 509 - 514  1989年08月

    　概要を見る

    In order to understand the effect of slag composition on foaming in iron and steelmaking processes, slag foaming was quantitatively studied for CaO-SiO2-FeO slags in the temperature range of 1250 °C to 1400 °C. It was found that slag foaming could be characterized by a foaming index (Σ), which is equal to the retention or traveling time of the gas in the slag, and the average foam life ( τ). The effects of P2O5, S, MgO, and CaF2 on foaming were studied. As expected, slag foaming increased with increasing viscosity and decreasing surface tension. It was found that suspended second-phase solid particles such as CaO, 2CaO SiO2, and MgO stabilized the foam and had a larger effect on foaming than changes in viscosity and surface tension for the slags studied.

    DOI DOI2

  • Study on the foaming of CaO-SiO2-FeO slags: Part II. Dimensional analysis and foaming in iron and steelmaking processes

    Kimihisa Ito, R. J. Fruehan

    Metallurgical Transactions B   20 ( 4 ) 515 - 521  1989年08月

    　概要を見る

    An empirical equation for the foaming index Σ of a CaO-SiO2-FeO slag was obtained by dimensional analysis. The effect of second-phase particles on slag foaming was well described by calculating the viscosity of the mixture using the modified Einstein equation. The anticipated foaming in basic oxygen furnace (BOF), electric arc furnace (EAF), and bath-smelting processes was estimated using the parameter Σ for various operating conditions and slag compositions. For BOF operations, it is predicted that foaming is most extreme in the middle of the blow, and a stable foam in EAF is achieved with less basic slags with low FeO contents. For bath smelting, foam heights of 5 m are possible, and a higher degree of prereduction prior to smelting will reduce foaming (because of smaller gas evolution) and possibly increase production rates. Running the process at a higher pressure will also reduce foam heights, because the volume of gas generated is less.

    DOI DOI2

  • Thermodynamics of nitrogen in CaO-SiO2-AI2O3 slags and its reaction with Fe-Csat. melts

    Kimihisa Ito, R. J. Fruehan

    Metallurgical Transactions B   19 ( 3 ) 419 - 425  1988年06月

    DOI DOI2

  • Phosphorus Distribution between Basic Slags and Carbon- saturated Iron at Hot-metal Temperatures

    ITO Kimihisa, SANG Nobuo

    Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan   25 ( 5 ) 355 - 362  1985年

    DOI DOI2 CiNii

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書籍等出版物

  • 基礎材料科学

    伊藤, 公久, 平田, 秋彦, 山本, 知之

    コロナ社  2020年10月 ISBN: 9784339066524

  • Thermodynamic data for steelmaking

    日野, 光兀, 伊藤, 公久

    Tohoku University Press  2010年 ISBN: 9784861631290

  • 速度論

    伊藤, 公久

    八千代出版  2003年02月 ISBN: 4842912626

  • 熱力学 : マテリアルサイエンスの基礎

    伊藤, 公久

    八千代出版  2000年02月 ISBN: 484291128X

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 高温プロセスにおける耐火物の浸食・破壊現象の数値シミュレーション

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2021年04月
    -
    2024年03月
     

    伊藤 公久

    　概要を見る

    本研究では，耐火物の長寿命化に資する基礎的研究として，耐火物の溶損と破壊現象について，精度の高い予測モデルの開発を目的とした以下の二つの研究を実施した。研究 Ⅰ：溶銑，溶鋼用の耐火物に関する，粒子法を用いた溶損シミュレーションプログラムの開発。研究 Ⅱ：キャスタブル（不定形）耐火物の乾燥破壊現象シミュレーションプログラムの開発。本年度は新たな高速ワークステーションを導入し，高速かつ大規模な計算が可能となった。主たる成果は以下の通りである。
    研究 Ⅰ：固体の液体への溶解モデルを作成し，シミュレーションモデルを開発した。検証実験として，アクリル製の水槽に純水を充填し，ショ糖を原料として作成した円柱状の飴を浸漬させ，様々な速度で回転させ，ビデオ観察及びサンプリングによって形状変化と溶解速度を測定した。その後，シミュレータとの対比を行い，物質移動モデルおよび拡散モデルの各パラメータを調整することによって，実験結果を再現することができた。また，今後の実験におけるパラメータチューニングに活用するために，静止液体中を落下する固体の溶解シミュレータを別途開発し，その作動に問題がないことを確認した。
    研究 Ⅱ：乾燥破壊現象の解析には粒子法を用いた。各粒子の応力を，粘性項，弾性項，塑性項のそれぞれに分割し，対応する支配方程式を連成して解を求め，降伏応力を超えた時点で破壊が生じると考え，数十万粒子のスケールで計算を行うことのできる解析プログラムを作成した。一方，炭酸カルシウム－水系をモデル物質として，10cm×10cmの正方形ガラス容器に保持し，亀裂の発生及び進展の状況をビデオカメラによって連続撮影し，画像解析による定量化を行った。乾燥速度は，試料の重量変化を連続的に測定することで決定した。得られた実験結果はシミュレーション精度を検証するためのデータとして用いることのできる形で保存した。

  • 高温反応プロセス解析のためのマルチフェーズ熱流体シミュレータの開発

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

    伊藤 公久

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    数値流体力学の代表的なLagrange的手法の一つであるSPH法を用いて，熱流体解析シミュレータの開発を行い，以下の成果を挙げた。1) XSPH法を導入した気液混相流のシミュレーションプログラムを完成させ，水中を上昇する気泡形状の予測および浴表面への高速ガスジェット吹付シミュレーションを実施するとともに，実験による検証を行った。最終年度では，さらに伝熱や膨張を考慮したモデルを作成した。2) 流体プログラムに伝熱及び化学反応を連成させることで，溶融鉄浴中に打ち込まれた炭酸塩の熱分解シミュレーションを行った。まず，熱伝導方程式とStefan-Boltzmannの式をSPH法の解析コードへ実装し，解析解との比較を行うことで十分な精度を持つことを確認した。その後，フラックス球が鉄浴へと打ち込まれる際の挙動を計算し，時間変化する内部温度分布を追跡し，分解速度式を導入して計算を行った。さらに最終年度では，界面熱抵抗を導入したモデルを作成し，より実際に近い条件でのシミュレーションを可能にした。3) 凝固析出を伴う非ニュートン流体の解析プログラムを開発し，溶融スラグの顕熱回収プロセスのシミュレーションを行った。脱炭スラグの平衡状態図から固相率を概算し，双ロール式スラグ連続凝固プロセスにおけるスラグの凝固及び流動の予測を行い，最終年度には，界面熱抵抗を考慮したモデルの改良を行って，実機と良い一致を見た。4) 最終年度には回転剛体の打ち込みシミュレーションプログラムの開発を新たに開発し，水モデル実験の再現を行うことができた。5) 新たに固体の液体への溶解シミュレータを開発して，水モデル実験との比較を行った。以上1)から5)のシミュレーションによって得られた速度論パラメータを用いて，実プロセスの解析に資するべく，脱りんシミュレータの改良を行った

  • ハミルトニアンに基づく粒子法の非平衡統計力学的理論に関する研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2011年04月
    -
    2015年03月
     

    鈴木 幸人, 柴田 良弘, 吉村 浩明, 伊藤 公久

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    非平衡熱力学の一つの理論的枠組みとして提唱されているGENERICと呼ばれる定式化に基づいて粒子法を構成することを試みた。具体的には流れのオイラー記述に対するポアソン括弧に基づく粒子法と呼べるような計算アルゴリズムを考案し検査計算を行った。また二次元渦度方程式をGENERICの枠組みで定式化し離散変分法を用いて離散化することによって、運動エネルギーとエンストロフィーが非粘性のときには正確に保存し、粘性がある場合には正しく散逸するような数値計算手法を開発した

  • ナノ粒子添加による超高度金属材料の創成

    文部科学省 

    研究期間:

    2000年
    -
    2004年
     

  • アルミニウムからのZn除去

    研究期間:

    1999年
    -
    2001年
     

  • 環境調和型製鉄プロセス

    研究期間:

    1996年
    -
    2000年
     

  • 核生成の制御

    研究期間:

    1997年
    -
    1998年
     

  • 拡大アーク法を用いたC_<60>合成プロセスの開発

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    1993年
    -
    1995年
     

    伊藤 公久

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    従来のC60合成プロセスに比べてはるかに大量のリウムガスをアーク部に導入することによって、安定な拡大アークを生成させ、フラーレンを合成が可能なことを実証した。C60とC70の分析法の検討を行い、飛行時間型質量分析計に導入する試料の加熱方法を改良することによって、C60と低次の炭素クラスターのピークに加えて、C70のスペクトルを明確に分離し、それぞれの生成率を正確に分析できるようにした。実際の合成実験においては、実験装置内の捕集器を4つの部分に分割し、各部分における捕集率を求めた。前述したように大量のHeガスを用いた結果、C60に対して従来10%程度であったC70の存在比が、本実験では20〜50%に達した。これは、容器内のガス流れによって、未捕集のC60が増加したためであると考えられる。容器内ガス流れを熱粒体計算によって求めたところ、アークに対して同軸にガスを吹き込むと、陰極堆積物が増加し、捕集効率が低下すること、下部捕集器付近に、渦が生じ、これが捕集率の増加に寄与していることが明らかとなり、最適装置設計の指針を得た。また、拡大アーク反応装置の特徴でる、液体導入機構を用いて、黒鉛以外の炭素源として、トルエンの利用を試みた。また、Laを内包するフラーレンの合成のため、2-エチルヘキサン酸ランタンのトルエン溶液(La:7%)を同様に吹き込んで実験を行った。前者では、長時間の実験が不可能であったため、合成の可能性についての結論は得られなかった。また、後者の実験では、安定なアークを保持することが困難であり、さらに大容量の実験設備が必要であるとの結論を得た

  • 超臨界水を用いた希土類酸化物超微粒子および薄膜の製造

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    1990年
    　
    　
     

    伊藤 公久

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    超臨界状態の水を用いた素材製造プロセスの一例として、希土類化合物の超微粒子・薄膜の製造に関する研究を行なった。まず、製造条件を明らかにするために、超臨界状態の水を高密度のガスと見なし、希土類化合物が超臨界状態の水中に蒸発し、水分子を配位して分子状で溶ける溶解モデルを考えた。超臨界流体中における希土類化合物の溶解度を状態方程式を用い熱力学モデルにおいて、相互作用パラメ-タa_<12>を用いて比較的良く実験結果を再現することができた。さらにこの熱力学モデルをシリカに関して適用した結果、モデルの有効性が確認された。次いで、水酸化ランタンが溶解している超臨界溶液をノズルを通して急速膨張させることにより超微粒子を生成させた。この粉末は加熱によって、容易に酸化物となる。生成粒子の平均粒径は、ノズル径には依存せずに、圧力の増加に伴い大きくなった。これは、超臨界溶液中の溶質濃度が増加するためと考えられる。超臨界溶液の急速膨張による溶質の析出機構を考察した結果、急速膨張による等エントロピ-領域での状態量は急激な減少によって、水滴核が形成することが推測された。このため溶媒(水滴)の溶解力が急激に低下して、溶媒中の溶質が過飽和状態になり、水酸化ランタンの不均一核生成が起こると考えられる。急速膨張プロセスでは、液滴の生成が溶質の析出よりも早いため、薄膜を作ることはできなかった。また、超臨界水中での薄膜生成速度の推定計算を行なった結果、溶解度を大きく増加させるエントレイナ-の使用が必要であろうとの結論に達した

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他学部・他研究科等兼任情報

  • 理工学術院   大学院基幹理工学研究科

学内研究所・附属機関兼任歴

  • 2024年
    -
    2026年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

  • 2024年
    -
    2026年

    各務記念材料技術研究所   兼任研究員

  • 2024年
    -
    2025年

    カーボンニュートラル社会研究教育センター   兼任センター員

特定課題制度（学内資金）

  • 製鉄プロセスにおける未利用顕熱回収プロセス構築のための非Newton熱流体シミュレータの開発

    2018年  

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    鉄鋼産業のCO2排出量は我が国全体の13%を占めている。この大量のCO2削減のため、高温のエネルギーを持つ製鋼スラグからの顕熱回収プロセスの開発は重要である。プロセスの最大の問題は、凝固の進行に伴う固相率の増加によって非ニュートン流体の挙動を示す製鋼スラグの流動性予測とその制御である。本研究では自由界面の変形予測に適したSPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）法に擬塑性流体およびビンガム流体の粘性モデルを導入した流体シミュレータを開発し、スラグ－冷却ロール間の界面熱抵抗を考慮した伝熱プログラムを連成することで、プロセスシミュレータを完成させ、パイロットスケールでの試験結果と良い一致を見た。

  • 高温反応プロセス解析のためのマルチフェーズ熱流体シミュレータの開発

    2017年  

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    数値流体力学の代表的なLagrange手法の一つであるSPH法を用いて、熱流体解析プログラムの開発を行った。本年度は、高速GPGPU（P-100）を３基導入し、高速かつ大規模な計算が可能となった。主たる成果は以下の通りである。① XSPH法を導入した気液混相流の詳細シミュレーションに成功し、上昇気泡の形状予測や高速ガスジェット吹付による液面変動の再現が可能となった。②流体プログラムに伝熱及び化学反応を連成させることで、溶融鉄浴中に打ち込まれた炭酸塩の熱分解シミュレーションを行い、焼成条件の効果を予測した。③ 凝固析出を伴う高粘性混相流の解析プログラムを開発し、溶融スラグの顕熱回収プロセスのシミュレーションを行い、実機と良い一致を見た。