Влияние расхода и температуры природного газа на процессы, происходящие в воздушной фурме доменной печи с теплоизолирующей вставкой в дутьевом канале

Целью данной работы является анализ влияния теплоизолирующей вставки, а также расхода и температуры природного газа на процессы, происходящие в дутьевом канале воздушной фурмы доменной печи. В работе проанализированы полученные разными исследователями результаты промышленных и численных экспериментов по применению различных способов повышения полноты прохождения реакции горения в пределах воздушной фурмы подаваемого в нее природного газа (ПГ): увеличение расхода и температуры ПГ, использование теплоизолирующих вставок, установленных во внутренний стакан воздушной фурмы. С помощью программного комплекса Ansys Fluent исследовано влияние теплоизолирующей вставки и увеличения расхода ПГ на температуру и состав газов, выходящих из фурмы доменной печи № 5 ПАО «Северсталь». Установлено, что с увеличением расхода ПГ с 0,283 до 0,328 кг/с, температура газовой среды на выходе из фурмы уменьшается на 6 °С для варианта без вставки и увеличивается на 3 °С для варианта со вставкой. При исследовании влияния теплоизолирующей вставки и увеличения температуры ПГ (в разных сочетаниях) на процессы, происходящие в фурме, получено, что температура газовой среды на выходе из фурмы в случае применения теплоизолирующей вставки без подогрева ПГ несколько выше, чем при нагреве ПГ до 200 °С без вставки. Однако эффект подогрева ПГ при наличии вставки существенно выше, чем без нее, за счет взаимного усиления двух факторов воздействия на полноту горения ПГ в пределах фурмы, сопровождаемое защитой внутреннего стакана фурмы от прогара.

1. Nefedov A.V., Svichkar V.V., Chicheneva O.N. Re-engineering of equipment to feed the melting furnace with aluminum charge // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021. P. 1198–1204. http://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_139

2. Chichenev N.A., Chicheneva O.N., Karfidov A.O., Pashkov A.N. Selection of laser processing parameters for hot stamping tools based on mathematical planning of the experiment // CIS Iron and Steel Review. 2021. Vol. 22. P. 37–40. https://doi.org/10.17580/cisisr.2021.02.07

3. Чиченева О.Н., Чиченев Н.А., Пашков А.Н., Горовая Т.Ю., Васильев М.В. Влияние электропластической деформации на сопротивление деформации тугоплавких металлов // Металлург. 2022. № 6. С. 43–47.

4. Нефедов А.В., Новикова Ю.В., Чиченева О.Н. Манипулятор для подачи короба с жидким раствором для ремонта чугуновозных ковшей в доменном цехе АО «Уральская сталь» // Черные металлы. 2021. № 8. С. 4–9. https://doi.org/10.17580/chm.2021.08.01

5. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н., Юсфин Ю.С., Курунов И.Ф., Пареньков А.Е., Черноусов П.И. Металлургия чугуна. Москва: Академкнига, 2004. 774 с.

6. Радюк А.Г., Титлянов А.Е., Тарасов Ю.С., Сидорова Т.Ю. Снижение тепловых потерь на воздушных фурмах доменных печей путем теплоизоляции дутьевого канала // Сталь. 2019. № 4. С. 7–10.

7. Радюк А.Г., Титлянов А.Е., Сидорова Т.Ю. Влияние шликерного покрытия на стойкость теплоизолирующей вставки в воздушной фурме доменной печи // Металлург. 2019. № 11. С. 21–25.

8. Виноградов Е.Н., Радюк А.Г., Волков Е.А., Теребов А.Л., Сидорова Т.Ю. Снижение тепловых потерь через воздушную фурму доменной печи // Сталь. 2019. № 11. С. 9–12.

9. Tarasov Y.S., Radyuk A.G., Gorbatyuk S.M. Simulation of heat losses and temperature of blast furnaces tuyeres // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 129. Article 06031. https://doi.org/10.1051/matecconf/201712906031

10. Филатов С.В., Курунов И.Ф., Грачев С.Н. и др. Доменное производство НЛМК: традиции, инновации, развитие // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2014. № 10. С. 30–34.

11. Silaen A.K., Okosun T., Chen Y., Wu B., Zhao J., Zhao Y., D’Alessio J., Capo J.C., Zhou C.Q. Investigation of high-rate natural gas injection through various lance designs in a blast furnace // Iron and Steel Technology. 2016. Vol. 13. No. 3. P. 68–79.

12. Silaen A.K., Okosun T., Chen Y., Wu B. Investigation of high rate natural gas injection through various lance designs in a blast furnace // AISTech – Iron and Steel Technology Conference Proceedings. 2015. Vol. 1. No. 3. P. 1536–1549.

13. Okosun T., Street S.J., Chen Y., Zhao J., Wu B., Zhou C.Q. Investigation of co-injection of natural gas and pulverized coal in a blast furnace // AISTech – Iron and Steel Technology Conference Proceedings. 2015. Vol. 1. P. 1581–1594.

14. Nielson S.E., Okosun T., D’Alessio J., Ray S., Klaas M., Zhou C.Q. Investigation of high-rate and pre-heated natural gas injection in the blast furnace // AISTech – Iron and Steel Technology Conference Proceedings. 2020. Vol. 1. P. 286–297. https://doi.org/10.33313/380/033

15. Okosun T., Nielson S., D’Alessio J., Klaas M., Street S.J., Zhou C.Q. Investigation of high-rate and pre-heated natural gas injection in the blast furnace // AISTech – Iron and Steel Technology Conference Proceedings. 2019. Vol. 2019 – May. P. 383–397. https://doi.org/10.33313/377/040

16. Okosun T., Liu X., Silaen A.K., Barker D., Dybzinksi D.P., Zhou C.Q. Effects of blast furnace auxiliary fuel injection conditions and design parameters on combustion characteristics and injection lance wear // AISTech – Iron and Steel Technology Conference Proceedings. 2017. Vol. 1. P. 589–600.

17. Pistorius P.C., Gibson J., Jampani M. Natural gas utilization in blast furnace ironmaking: Tuyère injection, shaft injection and prereduction // Applications of Process Engineering Principles in Materials Processing, Energy and Environmental Technologies. 2017. The Minerals, Metals & Materials Series. Springer, Cham. P. 283‒292. https://doi.org/10.1007/978-3-319-51091-0_26

18. Фещенко С.А., Плешков В.И., Лизунов Б.Н., Лапшин А.А., Совейко К.Н., Логинов В.Н., Васильев Л.Е. Повышение эффективности доменной плавки с вдуванием природного газа за счет его подогрева // Металлург. 2007. № 11. С. 44–48.

19. Okosun T., Nielson S., D’Alessio J., Ray S., Street S., Zhou C. On the impacts of pre-heated natural gas injection in blast furnaces // Processes. 2020. Vol. 8. No. 7. Arcticle 771. https://doi.org/10.3390/pr8070771

20. Feshchenko S.A., Pleshkov V.I., Loginov V.N., Kurunov I.F. Syner­getic effect of natural gas pre-heating prior to its injection into a blast furnace // Proceedings of the AISTech 2008, Pittsburgh, PA, USA, 5–8 May 2008. P. 6.

21. Патент 2294377 РФ, С21В5/00. Способ подачи природного газа в доменную печь / В.И. Плешков, С.А. Фещенко, И.Н. Шишук и др.; заявлено 03.10.05; опубликовано 27.02.07; Бюллетень № 6.

22. Патент 2359042 РФ, С21В7/16. Устройство для подачи природного газа в доменную печь / Г.И. Урбанович, Е.Г. Урбанович, В.Ф. Воропаев и др.; заявлено 20.11.07; опубликовано 20.06.09; Бюллетень № 17.

23. Патент 2460806 РФ, С21В7/16. Дутьевая фурма доменной печи / Л.А. Зайнуллин, Р.Л. Зайнуллин, А.В. Бычков и др.; заявлено 03.05.11; опубликовано 10.09.12; Бюллетень № 25.

24. Патент 2514234 РФ, С21В5/00. Способ подачи природного газа в доменную печь / В.А. Авраменко, А.В. Чевычелов, В.А. Бегинюк и др.; заявлено 17.09.12; опубликовано 27.04.14; Бюллетень № 17.

25. Горбатюк С.М., Тарасов Ю.С., Левицкий И.А., Радюк А.Г., Титлянов А.Е. Влияние керамической вставки с завихрителем на газодинамику и теплообмен в воздушной фурме доменной печи // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 5. С. 337–344. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-5-337-344