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EDEMを用いた高炉装入のモデル化方法
この記事では、EDEMを使用して高炉をモデル化する方法について説明します。すでに設定済みのサンプルを含むシミュレーションファイルは、ここからダウンロードできます - Demo_BlastFurnace_SimulationFiles.zip
製鋼業界は、カーボンニュートラルに可能な限り近づくことを目標に、炭素排出量の削減に取り組んでいます。2015年のパリ協定[1][2]のように「グリーンスチール」を達成するための目標を設定している政府や機関では、これらの目標に向けて情報に基づいた進歩を遂げることが非常に重要です。
高炉の最適化と作業に関しては、製鋼業界は複数の課題に直面しています。これらには次のものが含まれます。
- 物理テスト：システムのサイズ、化学反応、システムの不透明度(ブラックボックス)の性質、および全体的なコストにより、本格的な物理テストを行う選択肢が制限されます。
-材料の分離：充電中および負荷分散中に発生する非最適な分離は、炉の効率に大きな影響を与える可能性があります。
-炉のメンテナンス：ステーブと配電シュートの摩耗や摩擦は、課題と高いメンテナンスコストを引き起こす可能性があります。
EDEMを使用して高炉の装入をモデル化することで、これらの課題を解決することができます。仮想モデルからプロセスの効率に関する非常に関連性の高い情報を取得します。負荷分散を最適化し、ディストリビューターシュートと壁ステーブの分離や摩耗を予測できるため、高炉で一般的に見られる多くの課題をカバーできます。
ステップ1 - 材料モデルを設定する
このシミュレーションでは、現実的な値に基づいて、キャリブレーションされていないカスタムEDEM材料モデルが作成されています。ただし、GEMMデータベースを材料の出発点として使用することもできます。これはすでに適切な近似であり、粒子とバルク材料および機器の間の相互作用パラメーターを設定します(必要な摩擦レベルを選択した後)。
Material Models Libraries in EDEM
ステップ2 - 材料キャリブレーション
材料はキャリブレートするか、既存の材料モデルを使用する必要があります。
Discrete Element Method Calibration with EDEM
ステップ3 - CADから装置をインポートします
任意のCADパッケージで独自の機器モデルを作成してEDEMにインポートできます。STL、STEP、IGESなどの多くのファイルタイプがサポートされています。ジオメトリは、Creator > Geometries > Import Geometryセクションを介してEDEMにインポートされ、インポートされたフォーマットに以前のメッシュが既に定義されていない限り、デフォルトでは自動的にメッシュ化されます。一般に、メッシュ要素のサイズはDEMシミュレーション結果にとってそれほど重要ではありません。ただし、ステーブまたはディストリビューターシュートで摩耗解析を行う場合は、メッシュ定義を手動で定義することをお勧めします。これにより、より詳細な摩耗パターンが得られます。
ステップ4 - 材料紹介
この記事に添付されているサンプルにはすでに材料は作成されています。ただし、サイロ内に収まる動的なファクトリで材料を作成したり、事前のシミュレーションでサイロを埋めるシュートまたはコンベヤーシステムでサイロを埋めることもできます。充填されたサイロは、充填シミュレーションにインポートできる材料ブロックとして保存でき、充填に基づいて材料の正しい分離と位置を使用して、サイロにすでにあるすべての材料を導入できます。
ステップ5 - 動作の定義
ジオメトリにさまざまな種類のモーションを割り当てることができますが、ディストリビューターシュートを備えた高炉では、動作は1つだけ必要です。これは、ディストリビューターシュートを指定された軸を中心に回転させる線形回転運動(Linear Rotational Kinematic)です。
このサンプルで使用されているような動作を設定する手順は、EDEMチュートリアルで概説されています。
ステップ6 - ポスト処理
今後数週間でこのプロセスをシミュレートすることで得られる可能性のある解析と結果を示すビデオへのリンクがあります。Altair EDEMにより、製鉄業界のエンジニアは、装入プロセスを分析して次のことを行うことができます。
・プロセスにおける偏析やその他の有害な現象を予測することにより、エネルギー効率とスチールの品質を最大化します
・負担配分の最適化
・EDEMとOptiStructまたはSimSolidを組み合わせて、現実的なデータから詳細な構造解析を取得します
・材料の流れと挙動を解析する
・メンテナンス要件と摩耗を予測する
・実際の規模でシステムに関する洞察を得る
EDEMが製鋼業界のプロセスにおけるエネルギー消費の最適化と削減にどのように役立つかについて詳しくは、以下のウェビナーをご覧ください。
製鋼業界でEDEMユーザーが何をしているのかを知りたい場合は、ArcelorMittalのEdouard Izardによる、このプレゼンテーションを確認してください。
Applications of EDEM Software at ArcelorMittal R&D
[1] Climate change and the production of iron and steel. World Steel Association. Available at: https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Climate-policy-paper-2021-1.pdf.
[2] (2023) Emissions Measurement and Data Collection for a Net Zero Steel Industry. International Energy Agency. Available at: https://iea.blob.core.windows.net/assets/8f6568aa-1dd8-4578-bc61-24ceba4a07dd/EmissionsMeasurementandDataCollectionforaNetZeroSteelIndustry.pdf