研究課題
本研究では、実炉スケールにおける高炉内の粒子と流体の流動を解析する3次元計算コード(コールドモデル)の開発を行い、CO_2発生ミニマム化を達成するために必要な高炉の安定操業を妨げる種々の異常現象の発生を模擬した数値シミュレーションを行った。本研究では、高炉に装入されたコークスと鉄鉱石の多体接触による粒子間相互作用の計算には離散要素法を用い、それらが粉砕されて生じた粉どうし粒子間相互作用の計算にはDSMC法(Direct Simulation of Monte-Carlo法)を用いた。粒子間相互作用を考慮したコークス粒子と粉粒子のLagrangian型運動方程式は流体のNavier-Stokes式と連成させて解き、高炉内の粒子と流体の流動を解析することが可能な3次元数値計算コードの開発を行った。本研究では、コークスと鉄鉱石が約24万個、粉が約1億個(DSMC法の標本粒子では約100万個)程度含まれる小領域(羽口1カ所を含む約1/100円弧の領域)を対象として、平成16年度に引き続き高炉内の粒状体が(1)コークス粒子のみの場合、(2)粉粒子を考慮した場合、(3)ボッシュ部上部に付着物が存在する場合、(4)融着帯に相当する領域が存在する場合について解析を実施するとともに、新たに(5)羽口角度が炉内流れに及ぼす影響、(6)付着物の位置が炉内流れに及ぼす影響などについて、より現実の炉況に近い状態の数値シミュレーションを行った。その結果、高炉内の気流と粒子の流れの安定化への融着帯の寄与、最適羽口角度(-5度〜-11度)の存在、粉化した粒子か炉内に蓄積する過程、蓄積した粉粒子や付着物が引き起こす流れの不安定化のメカニズムが明らかになった。
すべて 2005
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ISIJ International Vol.45, No.10
ページ: 1416-1425
