2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of evaluation method for permeability in blast furnace by phase transformation particle simulation
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17K14846
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石原 真吾 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40760301)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高炉 / シミュレーション / ADEM / SPH / 鉱石 / 相変化 / 粉化 / 軟化溶融 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高炉プロセスにおいて、安定で高効率な操業のためには高炉内ガス流れの制御が特に重要であり、ガス流れは炉内で積層された粒子挙動に大きく依存している。本研究では、高炉における相変化を伴う粒子挙動を解析するためのシミュレーションモデルの構築を目的とした。炉頂から装入された粒子が積層により粉化し、加熱により軟化融着し、最終的に溶融する極めて複雑な粒子挙動を解析する手法を創成し、炉内ガス流れの解析と組み合わせることで高精度な高炉内通気性予測手法の開発を目指した。
固体状態における粉化、軟化を含めた非球形粒子挙動についてはADEM(Advanced Distinct Element Method)を用いることとし、溶融後の融液に関してはSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)を用いた。これら二つの手法のカップリングモデルにより、鉱石の加熱時における軟化溶融挙動の再現を試みた。単一の鉱石の定性的な溶融挙動の再現に成功し、構築したモデルが上記の解析に対して有効であることが示された。鉱石の荷重軟化試験における温度-収縮率曲線を実験的に取得し、それを再現するシミュレーションパラメータの探索を行った。ADEMで表現されるクラスター粒子の構成粒子数が実験値の再現において重要な因子であることが見いだされ、十分な構成粒子数を確保することで実験値の再現が可能であることがわかった。単一の荷重軟化試験で決定されたパラメータを用いて粒子層の荷重軟化試験に適用することで、充填層の収縮挙動を予測できることが示された。
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