ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПОДАЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ГАЗОДИНАМИКУ И ТЕПЛООБМЕН В ВОЗДУШНОЙ ФУРМЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Известно, что применение природного газа позволяет снизить количество кокса, необходимое 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. Поэтому проблема полноты сжигания природного газа является актуальной. Одним из способов улучшения перемешивания природного газа и горячего дутья является вывод газового патрубка в дутьевой канал. Однако для этого варианта недостаточно изучены газодинамика и изменение теплового состояния фурмы. Необходимо также учитывать возможность воспламенения природного газа внутри фурмы. В работе исследовано влияние способа подачи природного газа на газодинамику и  теплообмен в воздушной фурме доменной печи с помощью моделирования в среде AnsysFluent 15.0.7. Приняты упрощающие допущения, в  числе которых в качестве области моделирования рассматривается только текучая среда внутри дутьевого канала, а процессы передачи теплоты воде системы охлаждения учитываются 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 текучей среды с внутренней обечайкой и рыльной частью. Учитывая симметрию расчетной области, вычисления проводили для половины фурмы. Показано, что при заданных условиях подачи дутья и природного газа, горения внутри фурмы с удлиненным до середины дутьевого канала газовым патрубком не происходит, а природный газ перемешивается с горячим дутьем. Улучшение перемешивания природного газа и горячего дутья, с одной стороны, уменьшает тепловой поток на выходе из дутьевого канала и среднюю температуру газовой смеси, с другой стороны, создает условия для полного сгорания природного газа за пределами фурмы.

1. Береснев Н.Г., Курунов И.Ф. Влияние эффективности использования природного газа на показатели работы доменной печи // Металлург. 2009. № 5. С. 34 – 35.

2. Филатов С.В., Курунов И.Ф., Грачев С.Н. и др. Доменное производство НЛМК: традиции, инновации, развитие // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2014. № 10. С. 30 – 34.

3. Стефанович М.А. Анализ хода доменного процесса. − Свердловск: Металлургиздат, 2010. – 285 с.

4. Ярошевский С.Л., Афанасьева З.К., Кузин А.В. и др. Перспективы и эффективность технологии выплавки чугуна в доменных печах // Новости науки Приднепровья. 2010. С. 25 – 31.

5. Лялюк В.П., Донсков Е.Г., Орел Г.И. и др. Повышение эффективности использования природного газа в современных условиях доменной плавки // Металлургические процессы и оборудование. 2006. № 4(6). С. 48 − 50.

6. Пат. 2191830 РФ, С21В7/16. Воздушная фурма доменной печи / В.Н. Логинов В.Н., В.И. Нетронин, В.А. Шатлов и др.; заявлено 30.10.01; опубл. 27.10.02. Бюл. № 30.

7. Пат. 2222602 РФ, С21В7/16. Дутьевая фурма доменной печи / В.В. Капорулин, В.У. Алевохин, В.Н. Григорьев и др.; заявлено 28.05.02; опубл. 21.01.04. Бюл. № 3.

8. Пат. 2058399 РФ, С21В7/16. Фурма для подачи горячего дутья в доменную печь / Ю.С. Зайцев, О.В. Филипьев, Н.Н. Зайцева и др.; заявлено 27.05.93; опубл. 20.04.96. Бюл. № 11.

9. Пат. 2280698 РФ, С21В7/16. Воздушная фурма доменной печи / А.В. Мокринский, В.А. Шатлов, А.Б. Юрьев и др.; опубл. 27.07.06. Бюл. № 21.

10. Пат. 2164949 РФ, С21В7/16. Дутьевая фурма доменной печи / Г.И. Урбанович, Е.Г. Урбанович, Л.П. Буслаев Л.П. и др.; заявлено 07.12.99; опубл. 10.04.01. Бюл. № 10.

11. Пат. 2245373 РФ, С21В7/16. Дутьевая фурма доменной печи / В.Н. Логинов, М.Ю. Суханов, А.Д. Ухов и др.; заявлено 17.04.03; опубл. 27.01.05. Бюл. № 3.

12. Пат. 2294377 РФ, С21В7/16. Способ подачи природного газа в доменную печь / В.И. Плешков, С.А. Фещенко, И.Н. Шищук и др.; заявлено 03.10.05; опубл. 27.02.07. Бюл. № 6.

13. Пат. 2449022 РФ, С21В7/16. Способ охлаждения фурмы воздушного дутья и подачи природного газа в доменную печь и устройство для его осуществления / Л.А. Зайнуллин, С.В. Филатов, А.В. Кушнарев и др.; заявлено 07.06.10; опубл. 20.12.11. Бюл. № 35.

14. Пат. 2064505 РФ, С21В7/16. Дутьевая фурма доменной печи / Ю.С. Зайцев, О.В. Филипьев, П.С. Савойский и др.; заявлено 28.06.93; опубл. 20.06.00. Бюл. № 17.

15. Чигарев А.В. ANSYS для инженеров. − М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.

16. Снегирев А.Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений: Учебное пособие. − СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2009. – 143 с.

17. Левицкий И.А., Радюк А.Г., Титлянов А.Е. и др. Моделирование газодинамики и теплообмена в воздушной фурме доменной печи // Сталь. 2016. № 7. С. 8 – 12.

18. Левицкий И.А., Тарасов Ю.С., Радюк А.Г. и др. Моделирование теплообмена в воздушной фурме доменной печи // Сталь. 2017. № 3. С. 9 – 12.

19. Кутателадзе С.С. Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. − М.: Книга по требованию, 2012. – 415 с.

20. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергоиздат, 1981. – 416 с.