研究課題
基盤研究(C)
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次元数値計算コード(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粒子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、コークス粒子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)をそれぞれ用いた。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を開発した。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、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し、さらに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も考慮して、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、粉化した粒子が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(コークス粒子の下降流れの脈動や流動域の変動、気流の偏りなど)の発生メカニズムを明らかにした。
すべて 2005
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ISIJ International Vol.45,No.10
ページ: 1406-1415
ページ: 1416-1425
ISIJ International 45-10
