Title

ESTUDOS E APLICAÇÕES DO MÉTODO DOS ELEMENTOS DISCRETOS CONTRA ALTO-FORNO

STUDIES AND APPLICATIONS OF DISCRETE ELEMENT METHOD AGAINST BLAST FURNACE

Authorship

Nouchi, Taihei; Murao, Akinori; Sato, Takeshi; Sato, Michitaka; Takeda, Kanji

Nouchi, Taihei

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Murao, Akinori

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Sato, Takeshi

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Sato, Michitaka

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Takeda, Kanji

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DOI

10.5151/2594-357x-0094

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Abstract

A aplicação do método dos elementos discretos (DEM) para estudar o fenômeno dentro do alto-forno tem se expandido, incluindo a análise da descarga da tremonha, perfil da carga, segregação na superfície da carga, caída da carga, reação na zona de combustão (raceway), forma do homem-motor, deterioração do coque e espaço livre do coque. Este ensaio introduz os modelos baseados no DEM e as aplicações na JFE Steel. Dois modelos matemáticos baseados no DEM têm sido desenvolvidos para calcular o fluxo sólido e o campo de esforço no alto-forno. Embora os modelos não levem em consideração a força de arrasto do líquido e do gás, os resultados concordam com aqueles do experimento do modelo de escala e análise de dissecação. O cálculo DEM revelou o seguinte: Um leito compacto num alto-forno é apoiado pela formação de uma estrutura em rede por partículas que recebem um esforço pesado. E o esforço no ponto de contato do coque na rede pode exceder a resistência compressiva. O ângulo do eixo afeta grandemente o fluxo sólido e o esforço num alto-forno.

Application of the discrete element method (DEM) to study of phenomena inside the blast furnace has expanded, including analysis of hopper discharge, burden profile, segregation at the burden surface, burden descent, raceway reaction, deadman shape, coke deterioration, and coke free space. This paper introduces the models based on DEM and applications at JFE Steel. Two mathematical models based on DEM have been developed to calculate solid flow and stress field in a blast furnace. Although the models do not count in drag force of liquid and gas, the results well agree with that of scale model experiment and dissection analysis. DEM calculation revealed the following: A packed bed in a blast furnace is supported by the formation of a network structure by particles receiving heavy stress. And the stress at the contact point of coke in the network can exceed the compressive strength. Shaft angle strongly affects solid flow and strength of stress in a blast furnace. On the assumption that the particle size of coke in molten pig iron decreases due to carbon dissolution, a coke powder layer is formed in the stagnant zone. The layer can protect the refractory of hearth against erosion, and its thickness is strongly affected by the depth of hearth and load of burden.

Keywords

Alto-forno; Fluxo sólido; Métodos dos elementos discretos; Coque.

Blast furnace; Solid flow; Discrete element method; Coke.