ВЛИЯНИЕ КЕРАМИЧЕСКОЙ ВСТАВКИ С ЗАВИХРИТЕЛЕМ НА ГАЗОДИНАМИКУ И ТЕПЛООБМЕН В ВОЗДУШНОЙ ФУРМЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

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.

1. Радюк А.Г., Горбатюк С.М., Герасимова А.А. Использование метода электродуговой металлизации для восстановления рабочих поверхностей узких стенок толстостенных слябовых кристаллизаторов // Металлург. 2011. № 6. С. 54 – 57.

2. Баст Ю., Горбатюк С.М., Крюков И.Ю. Горизонтальная установка непрерывного литья заготовок НСС-12000 // Металлург. 2011. № 2. С. 56 – 57.

3. Захаров А.Н., Горбатюк С.М., Борисевич В.Г. Модернизация пресса для производства огнеупоров // Металлург. 2008. № 7. С. 58 – 59.

4. Баст Ю., Горбатюк С.М., Крюков И.Ю. Исследование температурных полей кристаллизатора горизонтальной установки непрерывного литья заготовок // Металлург. 2011. № 3. С. 37 – 39.

5. Кобелев О.А., Зиновьев А.В., Цепин М.А. Изготовление крупногабаритных толстолистовых заготовок методом ковки // Тяжелое машиностроение. 1991. № 9. С. 21 – 24.

6. Зарапин А.Ю., Шур А.И., Чиченев Н.А. Совершенствование агрегата прокатки алюминиевой ленты, плакированной коррозионно-стойкой сталью // Сталь. 1999. № 10. С. 59 – 71.

7. Зарапин А.Ю., Левицкий Л.А., Мокрецов А.С., Чиченев Н.А. Моделирование процесса прокатки трехслойных лент с применением электроконтактного нагрева // Сталь. 1999. № 7. С. 61 – 64.

8. Зарапин А. Ю., Станишевский С.Э., Чиченев Н.А. Линия для непрерывного получения полос с газотермическим покрытием из никелевых сплавов // Тяжелое машиностроение. 1999. № 6. С. 16 – 20.

9. Бардовский А.Д., Горбатюк С.М., Керопян А.М., Бибиков П.Я. Оценка параметров разгонных дисков центробежной мельницы с учетом характера движения частиц материала по их рабочим поверхностям // Трение и износ. 2018. Т. 39. № 4. С. 409 – 414.

10. Bardovsky A., Gerasimova A., Aydunbekov A. The principles of the milling equipment improvement // MATEC Web of Conferences. 2018. No. 224. Article No. 01019.

11. Кириллова Н.Л., Радюк А.Г., Титлянов А.Е., Горбатюк С.М. Использование газотермического покрытия и обмазки для совершенствования работы воздушных фурм доменных печей // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. Т. 56. № 3. С. 3 – 7.

12. Filatov S., Kurunov I., Tihonov D. Reserves for rasing the efficiency of blast furnace process // Proceedings of 7th European Coke and Ironmaking Congress – ECIC. 2016. P. 184 – 191.

13. 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.

14. Murao Akinori, Fukada Kiyoshi, Matsuno Hidetoshi etc. Effect of natural gas injection point on combustion and gasification efficiency of pulverized coal under blast furnace condition // Tetsu To Hagane – Journal of The Iron And Steel Institute of Japan. 2018. Vol. 104. No. 5. P. 243 – 252.

15. Ueki Yasuaki, Yoshiie Ryo, Naruse Ichiro etc. Effect of hydrogen gas addition on combustion characteristics of pulverized coal: 13th China-Japan Symposium on Coal and C1 Chemistry, Dunhuang, Gansu, China, Aug. 31 – Sep. 04, 2015 // Fuel Processing Technology. 2015. Vol. 161. P. 289 – 294.

16. Shen Yuansheng, Zhou Yuanyuan, Zhu Tao etc. Thermotechnical performance of an air-cooled tuyere with air cooling channels in series // Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 53. No. 1. P. 81 – 98.

17. Liu Xiang, Tang Guangwu, Silaen Armin K. etc. Investigation of heat transfer phenomena in blast furnace tuy-ere/blowpipe region // Proceedings of the Asme Summer Heat Transfer Conference. 2017. Vol. 1 (V001t02a007).

18. Zhou Zhenfeng, Wang Guang. Effect of recycled gas temperature on coal combustion in oxygen blast furnace: Proceedings of the 2017 6th International Conference on Energy and Environmental Protection (ICEEP 2017) // AER-Advances in Engineering Research. Vol. 143. P. 1076 – 1079.

19. Pistorius P. Chris, Gibson Jorge, Jampani Megha. Natural gas utilization in blast furnace ironmaking: tuyere injection, shaft injection and prereduction: Symposium on Applications of Process Engi neering Principles in Materials Processing, Energy and Environmental Technologies – An EPD Symposium in Honor of Ramana G. Reddy, San Diego, CA, Feb. 26 – Mar 02, 2017 // Minerals Metals & Materials Series. P. 283 – 292.

20. Пат. 2191830 РФ, С21В7/16. Воздушная фурма доменной печи / В.Н. Логинов, В.И. Нетронин, В.А. Шатлов и др. № 2001129265/02; заявл. 30.10.01; опубл. 27.10.02. Бюл. № 30.

21. Левицкий И.А., Радюк А.Г., Титлянов А.Е., Сидорова Т.Ю. Влияние способа подачи природного газа на газодинамику и теплообмен в воздушной фурме доменной печи // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 5. С. 357 – 363.

22. Пат. 2245373 РФ, С21В7/16. Дутьевая фурма доменной печи / В.Н. Логинов, М.Ю. Суханов, А.Д. Ухов и др. № 2003111093/02; заявл. 17.04.03; опубл. 27.01.05. Бюл. № 3.

23. 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. № 2010123224/02; заявл. 07.06.10; опубл. 20.12.11. Бюл. № 35.

24. Pathak A., Sivakumar G., Prusty D. etc. Thermal spray coatings for blast furnace tuyere application: 6th Asian Thermal Spray Conf. (ATSC) Hyderabad, India, Nov. 24 – 26, 2014 // Journal of Thermal Spray Technology. 2015. Vol. 24. No. 8. P. 1429 – 1440.

25. Wang Hongtao, Chu Mansheng, Guo Tonglai etc. Mathematical simulation on blast furnace operation of coke oven gas injection in combination with top gas recycling // Steel Research International. 2016. Vol. 87. No. 5. P. 539 – 549.

26. Reza Safavi N., Anders T., Tord J., Lage Ingemar. Mathematical model of solid flow behavior in a real dimension blast furnace // ISIJ International. 2013. Vol. 53. No. 6. P. 979 – 987.

27. Zhang Haigang, Yin Yixin, Zhang Sen. An improved ELM algorithm for the measurement of hot metal temperature in blast furnace // Neurocomputing. 2016. Vol.174. Spec. Issue. Part A. P. 232 – 237.

28. Mandal G.K., Sau D.C., Das S.K. A steady state thermal and material balance model for an iron making blast furnace and its validation with operational data // Transactions of The Indian Institute of Metals. 2014. Vol. 67. No. 2. P. 209 – 221.

29. Ma X., Chen L., Xu J. Mechanical model and calculation of dry masonry brick lining of blast furnace hearth // ISIJ International. 2018. Vol. 58. No. 7. P. 1191 – 1197.

30. Зайнуллин Л.А., Епишин А.Ю., Спирин Н.А. Повышение стойкости воздушных фурм доменных печей // Металлург. 2018. Т. 62. № 3 – 4. С. 322 – 325.

31. Fu Dong, Tang Guangwu, Zhao Yongfu etc. Integration of tuyere, raceway and shaft models for predicting blast furnace process // JOM. 2018. Vol. 70. No. 6. P. 951 – 957.

32. Dong Zeshang, Wang Jingsong, Zuo Haibin etc. Analysis of gassolid flow and shaft-injected gas distribution in an oxygen blast furnace using a discrete element method and computational fluid dynamics coupled model // Particuology. 2017. Vol. 32. P. 63 – 72.