利用離散元素法計算高爐壁面應力

Investigation into wall stress in blast furnace by Discrete Element Method

陳志瑋(Chih-wei Chen)

指導教授 ： 蔡建雄

國立屏東科技大學/工學院/車輛工程系所/碩士(2015年)

https://doi.org/10.6346/NPUST.2015.00149

摘要

在高爐操作中，爐氣在爐身塊狀區(lumpy zone)的分配直接受到焦炭與鐵礦(燒結礦、球結礦與礦礦等)層結構所影響。為維持高爐運作與減少高爐壁面磨耗，設計人員希望能掌握爐料對高爐壁面產生的損失與磨耗，以作為設計幾何外型以及控制爐料礦焦比條件設定的參考。由於缺乏量測技術，尚無法在操作中之高爐進行相關之分析。為能深入探討爐料對高爐爐壁面的應力分佈狀況，本研究中利用離散元素法 (discrete element method, DEM)，建立高爐爐料對高爐爐壁面之計算模式，並利用實驗所得爐壁面應力分佈來驗證相關之計算參數，驗證結果顯示實驗與模擬結果相似，證明DEM的計算準確性。在高爐模擬結果中顯示，爐料對高爐爐壁會在兩處產生較大的應力，第一為爐身和爐腰的轉折處，第二為爐腰和爐腹的轉折處，高爐爐壁面應力的產生是由爐料的運動軌跡沿著爐壁撞擊到轉折處所產生。研究中顯示改變爐身角度角度越大高爐內部容積越大，爐料重量越重爐壁應力越大；也改變爐腹角度角度越小爐壁面應力越大，主因為爐腹橫截面積變小，增加了爐料對爐壁的擠壓，最後改變高爐爐腰長度，爐料對高爐爐壁面產生的應力相同，研究中也改變風徑區消耗爐料速度會影響到整體高爐下降速度，然而消耗速度越快對高爐爐壁應力產生越大，本研究最後也探討礦焦比(O/C)，因高爐爐壁的應力來源為鐵礦的重量擠壓焦炭撞擊、磨耗爐壁。

關鍵字

高爐 ； 離散元素法 ； 應力 ； 礦焦比

並列摘要

The gas distribution in the lumpy zone of blast furnace is mainly determined by the burden layer structure. To maintain blast furnace working with reducing abrasion of blast furnace wall, Designers hope to master the loss and abrasion of the generated with charging to blast furnace wall. The geometry shape and O/C control conditions as a design reference.Owing to difficulties in the measurement, a simulation model by discrete element method (DEM) was established in this study to analyze the blast furnace charging to wall of the mode with different operation conditions, The charge to blast furnace wall will in two locations have a greater stress,First the furnace body and belly of turning point,Second the furnace belly and bosh of turning point. The study displayed the furnace body angle increases and stress increase；The furnace bosh angle increases and stress decrease；The furnace waist length stress almost identical. The study also indicate the greater the stress, the faster consumption of charging. Eventually, explore O/C stress sources with weight and extrusion of iron ore.

並列關鍵字

Blast furnace ； Discrete element method ； Stress ； O/C

參考文獻

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