高強度かつ高反応性なコークス設計のための反応劣化・破壊挙動の解明

阐明高强度和高反应性焦炭设计的反应恶化和断裂行为

• 批准号: 16J03848
• 负责人: 松尾 翔平
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J03848/
• 关键词: コークス; 破壊; 有限要素法; 亀裂; ガス化反応; 反応・拡散解析

反応によるガスの発生および基質の消失を考慮したコークスの反応劣化分布の解析プログラムを構築した．特に反応を考慮することにより解析が不安定となることから，安定的に解析を実施可能な手法について検討した．また，開発したプログラムは検証問題を実施することでその妥当性を確認した．さらに，本解析プログラムにおけるパラメータとして実験によって測定された反応速度定数を用い，実コークスにおけるコークス反応劣化についてのシミュレーションを実施した．反応ガスを供給可能な高温の反応装置を用いることにより，コークス塊のガス化反応実験を実施した．ガス化反応時における重量変化を測定することで高炉内の環境下における反応率の経時的な挙動を評価するとともに，反応後のコークスをX線CTを用いて撮像することで，反応にともなうコークス基質の消失を定量的に評価した．さらに，反応炉を用いて測定した本実験結果を反応劣化分布の解析プログラムへとフィードバックすることにより，シミュレーションの結果をより高精度化することができた．基質構造の影響をより高精度に反映することが可能な有限要素法に基づく新規解析手法の開発に取り組んだ．本計算手法は，四面体中に事前に定義された亀裂面に対してリメッシュを繰り返すことにより亀裂の進展を表現する手法であり，有限要素法に基づいた手法であるために応力解析の精度が高く，また複雑な亀裂形状を安定的に解析することができる．既存の数値解析結果との比較により，提案した解析手法の妥当性を確認することができた．ガス化反応後のコークスを対象に破壊解析を実施し，コークスの反応様式と破壊挙動の関係について定量的な検討を実施した．さらに，触媒の添加を想定した条件での解析について検討し，添加した触媒が反応率分布および破壊様式に及ぼす影響について明確にすることができた．

Anti-応 によるガス <s:1> occurrence および matrix <e:1> disappearance を consider <s:1> たコ <s:1> ス ス ス anti-応 deterioration distribution <e:1> analysis プログラムを construction た. Special に anti 応 を consider す る こ と に よ り parsing が unrest と な る こ と か ら, stable に parsing を may be applied な gimmick に つ い て beg し 検 た. Youdaoplaceholder0, development of たプログラム たプログラム 検 検 certificate issue を implementation する とでそ とでそ とでそ appropriateness を confirmation of た た. さ ら に, this resolution プ ロ グ ラ ム に お け る パ ラ メ ー タ と し て be 験 に よ っ て determination さ れ た anti 応 speed constant を い, be コ ー ク ス に お け る コ ー ク ス anti 応 degradation に つ い て の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be applied し た. The 応 ガ ス を supply high temperature may な の reverse 応 device を with い る こ と に よ り, コ ー ク ス block の ガ ス turn against 応 be 験 を be applied し た. ガ ス when reverse 応 に お け る determination of weight - turn を す る こ と で の environment in blast furnace に お け る anti 応 rate の 経 when な 挙 dynamic を review 価 す る と と も に, after the 応 の コ ー ク ス を X-ray CT を with い て pinch of like す る こ と で, anti 応 に と も な う コ ー ク ス matrix の disappear を に of quantitative evaluation of 価 し た. さ ら に, anti 応 furnace を い て determination し た this be 験 の analytic results を anti 応 degradation distribution プ ロ グ ラ ム へ と フ ィ ー ド バ ッ ク す る こ と に よ り, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の results を よ り precision turn す る こ と が で き た. Matrix structure の influence を よ り high-precision に reflect す る こ と が may な finite elements method に base づ く new rules parsing technique の open 発 に group take り ん だ. This method は, tetrahedral definition さ に に advance in れ た growing crack surface に し seaborne て リ メ ッ シ ュ を Qiao り return す こ と に よ り growing crack の progress を performance す る gimmick で あ り, finite element method に base づ い た gimmick で あ る た め に 応 force analytic の high precision が く, ま た complex 雑 な growing crack shape を stability of analytical す に る こ と が で き る. The comparison of the existing <s:1> numerical value analysis results と <s:1> によ によ によ, the proposal を た, the appropriateness of the analysis method を, and the confirmation of する とがで とがで た た. ガ ス is changed after the 応 の コ ー ク ス を like に broken seaborne 壊 parsing を be し, コ ー ク ス の anti 応 others type と broken 壊 挙 dynamic の masato is に つ い て quantitative な beg を 検 be applied し た. さ ら に, catalytic の add を scenarios し た conditions で の parsing に つ い て 検 for し, add し た catalyst が anti 応 rate distribution お よ び broken 壊 others type に and ぼ す influence に つ い て clear に す る こ と が で き た.

项目成果

Numerical analysis of thermal stress in coal during carbonization using finite element method

煤干馏过程中热应力的有限元数值分析

• 发表时间: 2016
• 作者: Shohei Matsuo;Ayumi Iwamoto;Yasuhiro Saito;Yohsuke Matsushita;Hideyuki Aoki
• 通讯作者: Hideyuki Aoki

石炭粒子の膨張現象を対象とした数値解析手法の開発

煤颗粒膨胀现象数值分析方法的发展

• 发表时间: 2016
• 作者: 松尾翔平;松下洋介;青木秀之;宮本幸典;齋藤泰洋;野村誠治;上坊和弥;林崎秀幸
• 通讯作者: 林崎秀幸

Effect of HPC (Hyper-coal) on Strength of Ferro-coke during Caking Temperature

• DOI: 10.2355/isijinternational.isijint-2017-130
• 发表时间: 2017-01-01
• 期刊: ISIJ INTERNATIONAL
• 影响因子: 1.8
• 作者: Uchida, Ataru;Yamazaki, Yoshiaki;Hamaguchi, Maki
• 通讯作者: Hamaguchi, Maki

Effect of Thermal Treatment Temperature on Stacking Structure and Carbon Aromaticity in Coal

热处理温度对煤堆垛结构和碳芳香度的影响

• DOI: 10.3775/jie.97.40
• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of the Japan Institute of Energy
• 影响因子: 0.2
• 作者: IWAMOTO Ayumi;MATSUO Shohei;MIYAMOTO Yukinori;SAITO Yasuhiro;MATSUSHITA Yohsuke;AOKI Hideyuki;KUBOTA Yukihiro;HAYASHIZAKI Hideyuki
• 通讯作者: HAYASHIZAKI Hideyuki

気孔構造・非接着粒界を考慮したコークスの破壊解析

考虑孔隙结构和非粘结晶界的焦炭断裂分析

• 发表时间: 2016
• 期刊: 日本エネルギー学会誌
• 作者: 齋藤泰洋;松尾翔平;松下洋介;青木秀之
• 通讯作者: 青木秀之