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https://hdl.handle.net/2115/74862

Blast Furnace Modeling by Euler-Lagrange Method

日本語

reduction rate

2015-09-01

日本金属学会

Materia Japan

54(9)

432-435

製銑プロセスは、炭素を還元材として鉄鉱石の熔融・還元を行う工程である。現在の主な製鉄用高炉は内容積3000～5000㎥の大型円筒容器で、これを満たす焼結鉱、コークスの充填層に加熱空気を通気する。図1に高炉内の流れを模式的に示す。炉内では、炉頂から装入された原料から、羽口付近のracewayと呼ばれるコークス燃焼帯まで焼く500～2800Kと幅広い温度分布が生じる。したがって、コークスのガス化や融着帯での鉱石溶融の相変化、化学反応に伴う組成不均一性、粉体の発生など多くの原因によってプロセス中は固気液相が混在する系となる。近年では、CO2排出量削減のために製銑プロセス設計の見直しが図られ、主たる方策として低コークス比操業、還元材の水素置換、高反応原料の使用が提案されてきた。これらの方法は熱力学的にはCO2排出量削減が可能だが、炉内通気性や温度・反応場にも大きな影響を与えることが予想されている。炉内の流れに停滞が生じてしまうと操業は成り立たない。CO2排出量削減のためには炉内変化に対応する技術開発が同時に求められる。適切な操業設計指針を得るため、数値解析を用いた非経験的な移動現象モデルが炉内現象予測に重要な役割を担ってきた。最近では、粒子を用いたシミュレーションの応用研究によって、離散的な固体運動や自由表面流れという従来取り扱いが困難であった現象の直接解析が実用的になってきた（例えば文献(2)）。固体粒子運動の計算方法である離散要素法(DEM)、およびその数値流体力学との連成手法、また本特集号の記事にあるメッシュフリー粒子法を用いることで、今までブラックボックスとされてきた炉内のモデリングや、直接的な数値実験の試みがなされている。今後の高炉の単位操作と物理量との新たな関係性を見出すことが期待される。本報では、DEMを中心に固気相の運動量、熱、物質を同時に解析するEuler-Lagrange法によるモデルを対象とした紹介する。

学術雑誌論文

Version of Record

1340-2625

1884-5843

AN10433227