д.т.н., профессор, зав. кафедрой инжиниринга технологического оборудования
119049, Москва, Ленинский пр., 4
Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Engineering of Technological Equipment”
Moscow
аспирант кафедры инжиниринга технологического оборудования
119049, Москва, Ленинский пр., 4
Postgraduate of the Chair “Engineering of Technological Equipment”
Moscow
к.т.н., доцент кафедры энергоэффективных и ресурсосберегающих промышленных технологий
119049, Москва, Ленинский пр., 4
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Energy-Efficient and Resource-Saving Industrial Technologies”
Moscow
д.т.н., профессор, ведущий научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением
119049, Москва, Ленинский пр., 4
Dr. Sci. (Eng.), Professor, Leading Researcher of the Chair “Metal Forming”
Moscow
к.т.н., старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением
119049, Москва, Ленинский пр., 4
Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Chair “Metal Forming”
Moscow
Применение природного газа позволяет снизить количество кокса, необходимого для получения чугуна. В обычной фурме природный газ прижимается к поверхности дутьевого канала потоком горячего дутья и плохо смешивается с ним, что приводит к неполному сжиганию природного газа и его пиролизу. Одним из способов улучшения перемешивания природного газа и горячего дутья является установка завихрителя в дутьевом канале. Однако интенсификация горения природного газа внутри фурмы в этих случаях может привести к прогару внутреннего стакана. Для решения проблемы перемешивания природного газа и горячего дутья в дутьевом канале воздушной фурмы проведено моделирование газодинамики и ее теплового состояния в среде AnsysFluent 18.2 при использовании теплоизолирующей вставки с завихрителем, выполненном в виде кольцевого выступа в разных местах по длине вставки. Приняты упрощающие допущения, в числе которых область моделирования включала в себя не только текучую среду внутри дутьевого канала, но и теплоизолирующую вставку, т.е. решалась сопряженная задача теплообмена, а процессы передачи теплоты воде системы охлаждения учитывались в расширенных граничных условиях. Упрощенная схема расчетной области создана в приложении DesignModeler, а расчетная сетка – в приложении AnsysMeshing. Заданы граничные условия для дутья, природного газа, а также для границы вставки с воздушным зазором, отделяющим ее от внутреннего стакана, и текучей среды с рыльной частью. Учитывая симметрию расчетной области, вычисления проводили для половины фурмы. Установлено, что перемешивание природного газа и горячего дутья улучшается по мере смещения завихрителя по длине вставки к выходу из дутьевого канала. При этом диаметр дутьевого канала в месте завихрителя не меньше, чем на выходе из фурмы. Смещение завихрителя к выходу из дутьевого канала приводит к уменьшению тепловой нагрузки на вставку, что способствует повышению ресурса ее работы.
The use of natural gas can reduce the amount of coke needed to produce cast iron. In a common tuyere natural gas is pressed against the surface of the air passage by a stream of hot blow and mixes poorly with it. It leads to incomplete burning of natural gas and its pyrolysis. One way to improve the mixing of natural gas and hot blow is to install the swirler in the air passage. In this case, however, intensification of natural gas burning inside the tuyere can lead to a burnout of the inner cylinder. In Ansys Fluent 18.2, using insulation insert with a swirler made in the form of a collar step at different places along the length of the insert, simulation of gas dynamics and its thermal state is carried out to solve the problem of mixing natural gas and hot blow in the air passage of tuyere. Simpler assumptions were adopted. Among which the simulation area included not only the fluid medium inside the air passage, but also the insulation insert, i.e. the associated problem of heat exchange was solved, and the processes of transfer of heat to water of the cooling system are taken into account in extended boundary conditions. The simplified calculation area scheme was created in the DesignModeler application, and the calculated grid was created in the AnsysMeshing application. The boundary conditions were set for blow (natural gas), as well as for the border of the insert with an air gap separating it from the internal cylinder and the fluid with the tuyere nose. Taking into account the symmetry of the computation region, the calculations were made for the half of tuyere. It has been found that mixing of natural gas and hot blow improves as the swirler moves along the length of the insert to the exit from the air passage. At the same time, in the swirler place the diameter of air passage is not less than downstream of the tuyere. The swirler`s shift toward the exit from air passage reduces the thermal load on the insert, thereby increasing its service life.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.