離散元素法分析高爐料層運動

Analysis of Blast Furnace particle motion by using Discrete Element Method

孫振倫(Jenn-Luen Sun)

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(2016年)

摘要

在高爐操作中，爐壁會因料層堆疊產生應力，當爐壁受到的應力越大，磨損也會越嚴重。操作人員希望能了解爐料對高爐壁面耗損的關係，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，所以本研究以離散元素法，模擬出高爐內料層運動情形，並分析其對爐壁應力的影響。
本研究使用摩擦係數實驗、安息角實驗、料倉實驗，針對實際爐料（焦炭與燒結礦）進行模擬參數的驗證。此外，也針對中鋼一號高爐改建前後，做爐壁應力的模擬。計算結果顯示，改建後於爐身與爐腰交界處有凸出，所以有最大的平均應力值。離散應力圖可以顯示高爐各區域受到的所有應力值，使用平均應力值可能造成誤導，以離散應力圖做評估為較佳。壁面應力亦會受到佈料時的影響，在爐料落下與爐內料層接觸後壁面會產生較大的應力值，且燒結礦的影響更為明顯。

關鍵字

高爐 ； 離散元素法 ； 應力

並列摘要

This study use discrete element method to simulate the movement of the burden material in the blast furnace, and its effects on the stress of furnace wall. Some experiments are design to measure the friction coefficient and the rolling friction coefficient of coke and sinter. The original and new models of China Steel No.1 blast furnace are simulated in this study. The results show that the maximum average stress is occurred around the junction of shaft and belly. However, discrete stress diagram show instantaneous maximum stress appears in the belly region. When the burden materials are charged and impact on the material layer, the force will transfer to the shaft by the force chain.

並列關鍵字

Blast furnace ； Discrete element method ； Stress

參考文獻

7.陳佑宗，2014，利用離散元素法計算高爐內固體流，碩士論文，屏東科技大學，車輛工程研究所，屏東。

2.楊祖昂，2011，高爐風徑區之數值模擬研究，碩士論文，屏東科技大學，車輛工程研究所，屏東。

1.鄭煇煌，2012，高爐爐腹以下爐襯應力解析，碩士論文，中興大學，精密工程學系所，台中。

8.Yagi, J. I., 1993 , Mathematical modeling of the flow of four fluids in a packed bed, ISIJ Int., Vol. 33, p. 619

9.Austin, P. R. and Nogami, H.,1997, A mathematical model of four phase motion and heat transfer, ISIJ Int., Vol. 37, p. 458