高炉からの二酸化炭素排出量削減に向けた石炭の気泡形成機構の解明

阐明煤中气泡形成机制以减少高炉二氧化碳排放

• 批准号: 11J02193
• 负责人: 山崎 義昭
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J02193/
• 关键词: 石炭; 軟化溶融状態; CPDモデル; 非線形有限要素法; 連成解析; 気孔構造; 気泡核生成; 膨張率

製鉄用コークスを製造する際,原料となる石炭は加熱により乾留される,石炭は乾留途中で軟化溶融状態となり,揮発分が生成され,それにより軟化溶融状態の石炭粒子の内部に気泡が生成されるとともに気泡が成長することにより石炭粒子が膨張する.そこで本研究では,その現象を明らかとするために非線形有限要素法と石炭熱分解(CPD)モデルを連成し,昇温中に石炭が膨張する挙動を解析するトータルシミュレーションの開発を行った.前年度行った非線形有限要素法解析モデルおよびCPDモデル間のインターフェースとして,気液界面の物質移動速度式,気泡内圧力の算出式および石炭基質,石炭粒子内部の気泡および石炭粒子外の物質収支式を導入し,定式化した,次に,石炭粒子内部の基質の大変形挙動を精度よく算出するため,大変形した解析対象に対する要素分割の逐次的な再構築を行うためのアルゴリズムを導入した.これらを連成し,トータルシミュレーションを開発することを達成した.このとき,軟化溶融状態においてクリープ解析を行う際に,時間刻みを非現実的な大きさまで小さくする必要があったが,本研究では,物性値を考慮した時間刻みを提案することにより,現実的な計算時間を達成することができた.上記のことを実施し,前年度測定した実験結果と数値解析の比較を行った.その際,解析対象は実験結果を模擬し,膨張させる気泡を粒子内に配置し,気泡が成長する様子を解析した,その結果,昇温にともなう膨張挙動を再現し,実験結果と同様の挙動となった。このとき,膨張を開始する温度および膨張率の最大値を比較すると,数値解は実験結果を良好に再現した.以上のことから,本研究により気泡の成長およびそれに伴う石炭粒子の膨張を再現する数値モデルが構築された.

During the production of iron-making products, the raw material is heated and dried, and the carbon is softened and melted during drying, and the volatile components are generated, and the internal bubbles of carbon particles in the softened and melted state are generated. In this study, the phenomenon of carbon dioxide is analyzed by nonlinear finite element method and thermal decomposition (CPD). The non-linear finite element method analysis of carbon particles in the past year has been carried out. The material movement velocity formula of the gas-liquid interface, the calculation formula of the pressure force in the gas bubble and the matrix, the introduction of the gas bubble inside the carbon particle and the material branch formula outside the carbon particle, the formulation, and the calculation accuracy of the large change movement of the matrix inside the carbon particle have been calculated. A large number of analysis of the image of the elements of the successive reconstruction of the line The first step is to open the door to the world. In this study, the physical properties of the melt are considered. The results of the previous year's measurements were analyzed and compared. In addition, the analysis results show that the expansion of the bubble in the particle configuration, the bubble growth of the particle analysis results, the temperature of the expansion of the bubble in the same motion. The temperature at the beginning of expansion and the maximum value of expansion are compared, and the numerical results are reproduced well. In this study, the growth and expansion of carbon bubbles were studied.

项目成果

還元物の製造方法

还原产物的制造方法

• 发表时间: 2012

HPCの配合が鉄内装型コークスの強度に及ぼす影響

HPC掺混对含铁焦强度的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: Ataru Uchida;Tetsuya Kanai;Yoshiaki Yamazaki;Kenichi Hiraki;Yasuhiro Saito;Hideyuki Aoki;Nobuyuki Komatsu;Noriyuki Okuyama;Maki Hamaguchi;Yoshiaki YAMAZAKI;内日中
• 通讯作者: 内日中

Chapter 3 : Gasification Reactions of Metallurgical Coke and Its Application - Improvement of Carbon Use Efficiency in Blast Furnace in Gasification for Practical Applications

第三章：冶金焦气化反应及其应用——提高高炉气化碳利用效率的实际应用

• 发表时间: 2012
• 作者: Ataru Uchida;Tetsuya Kanai;Yoshiaki Yamazaki;Kenichi Hiraki;Yasuhiro Saito;Hideyuki Aoki;Nobuyuki Komatsu;Noriyuki Okuyama;Maki Hamaguchi;Yoshiaki YAMAZAKI;内日中;Tetsuya Kanai;Yoshiaki Yamazaki
• 通讯作者: Yoshiaki Yamazaki

Quantitative Evaluation of Effect of Hyper-coal on Ferro-coke Strength Index

• DOI: 10.2355/isijinternational.53.403
• 发表时间: 2013-01-01
• 期刊: ISIJ INTERNATIONAL
• 影响因子: 1.8
• 作者: Uchida, Ataru;Kanai, Tetsuya;Hamaguchi, Maki
• 通讯作者: Hamaguchi, Maki

Quantification of Non-adhension Particle Boundary by Observation of Coke Fracture Cross-section

通过观察焦炭断口截面来量化非粘附颗粒边界

• 发表时间: 2011
• 作者: Ataru Uchida;Tetsuya Kanai;Yoshiaki Yamazaki;Kenichi Hiraki;Yasuhiro Saito;Hideyuki Aoki;Nobuyuki Komatsu;Noriyuki Okuyama;Maki Hamaguchi;Yoshiaki YAMAZAKI;内日中;Tetsuya Kanai
• 通讯作者: Tetsuya Kanai