(T001-1)粒子法シミュレーションを用いた高炉内鉱石の軟化溶融滴下挙動解析

摘要

現在、鉄鋼業から排出されるエネルギ起源CO2 の排出量は国内総排出量の15％に相当し、この削減が課題となっている。製銑工程で発生するCO2 が高炉を用いた製鉄プロセスのおよそ70％であることから、製銑工程へのインプットカーボン及びCO2 排出の削減が強く求められている。CO2 排出削減は低炭素化によるインプットカーボンの低減を意味し、その達成には高炉に導入するコークス、微粉炭、水素含有ガスの総量の低減すなわち低還元材比化と同時に低コークス化、水素含有ガスへの置換が課題となる。CO2 削減可能な技術が確立されることにより現状での銑鉄1 トン当たりの製造のために通常300kg 台のコークスを用いる操業に対して、水素含有ガスによる代替、ガス利用率の向上により200kg台半ばの低いコークス比での操業となる可能性がある。コークススリット厚が低減する条件では、特に軟化融着帯域では通気抵抗が大きくガス流れの確保が課題となる。今後の操業条件の変化に対応するために、融着帯の分布と融着帯内および滴下帯における固体および気体、液体の流れの解析が重要な役割を果たす。本研究ではDEM、MPS を用いて、それぞれ高炉の融着帯近傍における固体、液体の挙動を計算した。また、融着帯における鉱石粒子の軟化、溶融挙動を反映した通気抵抗を見積もるために、DEM-CFD モデルで扱う粒子の軟化を行い、炉内の圧力分布の導出を行った。一方MPS 法では、融体物性および濡れ性の影響を導入した条件下で、コークス充填層内を滴下する液体の挙動の算出を行った。