三次元造形を利用した高炉内軟化溶融充填層の通気性制御技術の開発

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15331
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26060:金属生産および資源生産関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 石原 真吾 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40760301)
• 研究期間 (年度): 2021-03-01 – 2023-03-31
• キーワード: 高炉 / シミュレーション / ADEM / SPH / 鉱石 / 相変化 / 粉化 / 軟化溶融

研究成果の概要

高炉プロセスの安定で高効率な操業のため、炉内ガス流れに影響を与える軟化・溶融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開発を行った。固体状態および軟化する過程を表現する手法としてADEM(Advanced Discrete Element Method)を、溶融後の融液状態を表現する手法としてSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)を用い、両者のカップリングモデルを構築した。単一鉱石の溶融挙動を実験的に観察し、シミュレーションで挙動を再現することで構築したモデルの妥当性を検証した。構築したモデルにより、高温荷重下での充填層構造変化の解析が可能になった。

自由記述の分野

粉体工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発したADEM-SPHカップリングモデルを用いることで、軟化・溶融を伴う複雑な粒子挙動の解析が可能となり、炉内融着帯近傍での充填層構造変化や閉塞現象の予測によって、高炉プロセスの安定化、省エネルギー化に繋がることが予想される。莫大なエネルギーを消費している鉄鋼業の高効率化は、エネルギー削減による持続可能な社会の創成へ貢献するだけでなく、二酸化炭素排出量の削減による地球環境問題の解決にも寄与することが考えられる。