Altair EDEM kullanarak yüksek fırın şarjı nasıl modellenir?
Bu yazıda dökme malzeme simülasyon yazılımı Altair® EDEM™ kullanarak bir yüksek fırını modelleme süreci anlatılmaktadır.
Çelik üretimi endüstrisi karbon emisyonlarını azaltmak ve karbon nötr seviyeye mümkün olduğunca yaklaşmak için çalışmaktadır. Hükümetlerin ve kurumların 2015 Paris Anlaşması [1][2] gibi “Yeşil Çelik” hedefleri belirlemesiyle birlikte, bu hedeflere doğru bilinçli ilerleme kaydetmek çok önemlidir.
Yüksek fırınları optimize etme ve bunlarla çalışma konusunda çelik üretim endüstrisinin karşılaştığı çok sayıda zorluk bulunmaktadır:
Fiziksel Test
Sistemin boyutu, kimyasal reaksiyonlar, sistemın kapalı kutu doğası ve genel maliyet, herhangi bir tam ölçekli fiziksel test yapma seçeneklerini sınırlamaktadır.
Malzeme Ayrıştırma
Şarj sırasında ve yük dağıtımı sırasında optimal olmayan ayrışma, ocak verimliliğini önemli ölçüde etkileyebilir. Bu durum aynı zamanda süreçten elde edilen erimiş/dpig demiri olumsuz yönde etkiler.
Fırın Bakımı
Stavlar ve dağıtım oluğundaki aşınma ve yıpranma, zorluklara ve yüksek bakım maliyetlerine neden olabilir.
Altair EDEM kullanarak, bir yüksek fırının şarj işlemini modelleyerek bu zorlukları çözebilirsiniz. Sanal bir modelden sürecin verimliliği hakkında son derece önemli bilgiler elde edebilirsiniz. Bu size yük dağıtımını optimize etme ve dağıtıcı oluk ve duvar stavlarında herhangi bir ayrışma veya aşınmayı öngörmenize olanak tanıyarak, genellikle yüksek fırınlarda bulunan birçok zorluğu ele alır.
Adım 1 – Malzeme modelini ayarlayın
Bu simülasyon için gerçekçi değerlere dayalı özel bir kalibre edilmemiş EDEM Malzeme Modeli oluşturulmuştur. Bununla birlikte, GEMM Veritabanını malzemeniz için bir başlangıç noktası olarak da kullanabilirsiniz, bu zaten iyi bir yaklaşım olacaktır ve parçacıklar ile yığın malzeme ve ekipman arasındaki etkileşim parametrelerini ayarlayabilirsiniz (istediğiniz sürtünme seviyesini seçtikten sonra).
Material Models Libraries in EDEM
Adım 2 – Malzeme Kalibrasyonu
Malzemeler kalibre edilmeli veya mevcut malzeme modelleri kullanılmalıdır:
Discrete Element Method Calibration with EDEM
Adım 3 – Ekipman CAD dosyasını içe aktarın
Herhangi bir CAD yazılımında kendi ekipman modellerinizi oluşturabilir ve Altair EDEM‘e aktarabilirsiniz, STL, STEP, IGES gibi birçok dosya türü desteklenmektedir. Geometriler EDEM’e Creator > Geometries > Import Geometry bölümünden aktarılır ve içe aktarılan formatta önceden tanımlanmış bir mesh yoksa varsayılan olarak otomatik olarak meshlenir. Genel olarak mesh eleman boyutu DEM simülasyon sonuçları için çok önemli değildir; ancak stavlar veya dağıtıcı şutu üzerinde bazı aşınma analizleri yapmak istiyorsanız mesh tanımını manuel olarak tanımlamak isteyebilirsiniz, çünkü bu size daha ayrıntılı bir aşınma deseni verecektir.
Adım 4 – Malzeme Tanıtma
Malzemenizi silonun içine sığan dinamik bir “factory” ile oluşturabilir veya siloları önceden doldurmak için bunları dolduran oluk veya konveyör sistemini içeren bir önceki simülasyonu gerçekleştirebilirsiniz. Bir kez doldurulduktan sonra, siloları malzeme blokları olarak kaydedebilir ve bunları şarj simülasyonuna export ederek silo içinde zaten bulunan malzemeyi doğru ayrışma ve malzemenin doldurma pozisyonuna göre tanıtabilirsiniz.
Adım 5 – Hareketi Tanımlama
Geometrilere farklı türde hareket atayabilirsiniz, ancak bir dağıtıcı şutlu yüksek fırında sadece bir kinematik türü gereklidir. Bu, dağıtıcı oluğun belirli bir eksende dönmeyi sağlayan Doğrusal Dönme Kinematiği (Linear Rotational Kinematic) olacaktır.
Adım 6 – Sonuçların Değerlendirilmesi
Altair EDEM, çelik üretim endüstrisindeki mühendislerin aşağıdaki amaçlarla şarj sürecini analiz etmelerini sağlar:
- Prosesteki ayrışmayı ve diğer zararlı olayları tahmin ederek enerji verimliliğini ve çelik kalitesini en üst düzeye çıkarmak
- Yük dağılımını optimize edebilirler
- Altair EDEM’i, Altair OptiStruct veya Altair SimSolid yapısal analiz çözücüleri ile birleştirerek gerçekçi verilerden ayrıntılı yapısal analizler elde edebilirler
- Malzeme akışını ve davranışını analiz edebilirler
- Bakım gereksinimlerini ve aşınmayı önceden tahmin edebilirler.
- Sistemi gerçek ölçekte anlayabilirler.
EDEM’in çelik üretim endüstrisindeki proseslerde enerji tüketimini optimize etme ve azaltma konusunda nasıl yardımcı olabileceği hakkında daha fazla bilgi edinmek için aşağıdaki web seminerine göz atın:
EDEM kullanıcılarının Çelik Üretimi sektöründe neler yaptığını görmek isterseniz ArcelorMittal‘den Edouard Izard’ın bu sunumuna göz atın:
Applications of EDEM Software at ArcelorMittal R&D
Soru ve taleplerinizi iletişim formunu kullanarak iletebilirsiniz. Altair EDEM yazılımını Altair ONE Marketplace‘den ücretsiz indirip deneyebilirsiniz.
[1] Climate change and the production of iron and steel. World Steel Association. 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. https://iea.blob.core.windows.net/assets/8f6568aa-1dd8-4578-bc61-24ceba4a07dd/EmissionsMeasurementandDataCollectionforaNetZeroSteelIndustry.pdf
