No abstract

ZusammenfassungUm eine ausreichende Durchgasung im Hochofen zu gewährleisten, müssen feinkörnige Einsatzstoffe mithilfe des Sinterprozesses agglomeriert werden. Mechanische Belastungen an Förderanlagen, Kühlern, Sieben und Bunkern zwischen Sinteranlage und Hochofen führen zum teilweisen Zerfall des Sinters. Der dabei entstandene Feinkornanteil (< 5 mm) muss vor der Beschickung des Hochofens ausgesiebt und als Rückgut unter hohem Energieaufwand, Kosten und entsprechenden CO2-Emissionen erneut der Sinteranlage zugeführt werden. Ziel der aktuellen Forschungsarbeit ist die Bereitstellung eines geeigneten Materialmodells, das es ermöglicht, den Zerfall von Hochofensinter während Transport und Lagerung mittels Diskrete Elemente Methode (DEM) vorherzusagen. Dies ermöglicht kritische Bereiche zu optimieren, um den Zerfall zu reduzieren. Dabei wird zuerst die Bruchcharakteristik des Sinters mittels eines eigens entwickelten Prüfstands für Einzelpartikelversuche analysiert. Mit den Versuchsergebnissen wird anschließend ein geeignetes Materialmodell in die DEM implementiert, welches auch in der institutseigenen Versuchsanlage verifiziert werden soll.

No abstract

For most applications and their following processes, an evenly distributed bunker outflow is desired in terms of particle size. Various discrete element simulations were performed to analyze the current state of an existing bunker used for storage of blast furnace sinter, which is simply filled with a discharging belt conveyor. Great segregation effects could be determined, which are mainly caused by the filling method and further intensified by the core flow effect and bunker geometry.Several concepts and devices to reduce segregation in bunkers were evaluated using DEM. The particle size distributions at the bunker outflow were each compared with the current state without a device. A solid state material driven turbine is presented, which reduces segregation effects during bunker filling and leads to a significant improvement during the discharge. The results show a more evenly distributed bunker outflow in terms of particle size.As sinter is a very abrasive material, the wear at the turbine has also been evaluated. Furthermore, the power output in this case and the potential of energy recovery were investigated, which could be of interest in many other applications.Additionally, the particle degradation at the solid state material driven turbine is evaluated in this case. A newly developed breakage model for DEM is used. The model is based on the particle replacement method, combined with the voronoi tessellation algorithm and breakage probabilities to achieve a high accuracy in terms of fragment size distribution.

ZusammenfassungZur Reduktion des Partikelbruchs wird eine dynamische Übergabevorrichtung „FlowScrape“ vorgestellt, die aus mehreren zu einer Muldung zusammengeführten gleichlaufenden Gummiketten besteht und mittels Reibrad am abführenden Gurt angetrieben wird. Um den partikelschonenden Effekt zu quantifizieren, wurden vergleichende Versuche mit einer herkömmlichen Übergabeschurre als Referenz durchgeführt. Die Versuche wurden je nach Größenfraktion jeweils mit 10 kg bzw. 5 kg Hochofensinter durchgeführt und zeigen eine deutliche Reduktion des Partikelbruchs. Vor allem die Feinmaterialerzeugung konnte reduziert werden. Die Feinmaterialerzeugung bei Übergabe mit dem „FlowScrape“ reduziert sich um annähernd 50 % gegenüber der herkömmlichen Übergabeschurre. Zusätzlich wurden beide Übergabesysteme mithilfe der DEM simuliert. Ein Modell zur Vorhersage des Partikelbruchs wurde vorgestellt, welches auf den Spitzenwerten der Kontaktkraft jedes einzelnen Partikels basiert und mithilfe von Bruchversuchen kalibriert wurde. Die Bruchversuche wurden mit einem speziell entwickelten automatischen Prüfstand zur Einzelpartikelbruchprüfung durchgeführt, welcher eine effiziente Analyse der Bruchcharakteristik von Schüttgütern ermöglicht. Die Ergebnisse der Partikelbruchvorhersage mittels Simulation weichen bei den kleineren Größenfraktionen inklusive Feinmaterial nur geringfügig von den Versuchsergebnissen ab. Bei den größeren Fraktionen kommt es aber teilweise zu signifikanten Abweichungen von den Versuchsergebnissen. Deshalb wird derzeit mithilfe eines anderen Ansatzes ein neues Partikelbruchmodell für die DEM entwickelt, welches es ermöglicht den Partikelbruch selbst zu simulieren und somit eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann.