Вдувание пылеугольного топлива (ПУТ) в доменную печь является самым популярным способом снижения потребления кокса и, таким образом, более экономичного производства чугуна.

Однако, негативной стороной вдувания ПУТ является ухудшение газопроницаемости шихты, из-за чего происходит перераспределение потоков технологических газов и увеличивается вероятность возникновения периферийного хода. В результате происходит смещение зоны воздействия максимальных тепловых нагрузок по высоте доменной печи в зону заплечиков и распара.
Проблема повышения стойкости фурм доменных печей напрямую связана с повышением тепловых нагрузок при вдувании ПУТ и недостаточно эффективной системой отвода тепла.
Специалистами «М Технология» были смоделированы различные режимы вдувания ПУТ (до 170 кг на тонну чугуна).
В ходе численного эксперимента моделируется подача пылеугольного топлива, которое смешиваясь с горячим дутьем горит в фурменном очаге.
Определены: максимальные тепловые нагрузки на тело фурмы, распределение температур по поверхности и градиенты в стенке метала фурмы, исследован характер течения охлаждающей воды, ее температуры

Рисунок 1 — Тепловая нагрузка на тело фурмы (воспринимаемый тепловой поток).

Рисунок 2 — Распределение температур по поверхности воды в теле фурмы (вид 1).

Рисунок 3 — Распределение температур по поверхности воды в теле фурмы (вид 2).

Рисунок 4 — Распределение скоростей по поверхности воды в теле фурмы (вид 1).

Рисунок 5 — Распределение скоростей по поверхности воды в теле фурмы (вид 2).

Рисунок 6 — Распределение температур воды и теле фурмы (продольное сечение в плоскости XY).

Рисунок 7 — Распределение скоростей, линии тока воды.

Выводы и рекомендации

Одним из методов повышения стойкости воздушных фурм является перевод их на охлаждение химочищенной водой в сочетании с повышением эффективности отвода тепла за счет увеличения давления и соответственно скорости охлаждающей воды в каналах фурм. Перевод на химочищенную воду позволит увеличить теплоперепад по охлаждающей воде без риска образования накипи на внутренней поверхности фурмы. Данные мероприятия увеличивает максимальный тепловой поток, отводимый от металлической поверхности фурмы, который может быть отведен без нарушения режима охлаждения. Кроме того, согласно требованиям техники безопасности, давление воды в фурме должно быть выше давления печных газов, во избежание аварий, связанных с вырывом фурменных приборов при прогарах фурм.

  • Расчеты теплового состояния фурм простой конструкции (одноконтурных), при различных значениях количества вдуваемого ПУТ, проведенные специалистами «М ТЕХНОЛОГИЯ» позволяют сделать следующие выводы:
    Неравномерность омывания внутреннего контура фурмы охлаждающей водой, возникновение вихрей и застойных зон, приводит к неравномерному воспринимаемому тепловому потоку со стороны фурменного очага.
  • При штатной работе печи, соблюдении регламентного фракционного состава шихты и обеспечении равномерного хода печи без подвисаний шихты данная конструкция фурмы выдерживает приложенную к ней тепловую нагрузку, в том числе и с учетом вдувания ПУТ.
  • В то же время неравномерность охлаждения тела фурмы, вызванная несовершенством конструкции и вследствие этого неравномерным охлаждением, существенно снижает стойкость фурмы к воздействию на ее поверхность капель расплавленного чугуна или шлака. Наиболее подвержены этому области фурмы в зоне возникновения вихрей и низкой скорости потока охлаждающей жидкости. При попадании капли расплавленного чугуна или шлака на поверхность фурмы в зоне низкой скорости охлаждающей воды, за счет высокой теплопроводности меди происходит мгновенный локальный прогрев места попадания капли до температур порядка 1200 oС. Низкая скорость охлаждающей воды в этой зоне приводит к моментальному возникновению пленочного кипения, образованию паровой подушки и резкому снижению воспринимаемого теплового потока. Наложение данных обстоятельств приводит к практически моментальному прогару тела фурмы в данном месте.

Основываясь на вышеперечисленных положениях можно дать следующие рекомендации по улучшению конструкции и надежности работы фурм:

1. Оптимизация (модернизация) конструкции фурмы с целью максимальной равномерности скорости охлаждающей воды. Перевод на последовательную схему охлаждения по телу фурмы (рыло-тело фурмы). Идеальный вариант модернизации – раздельные контуры охлаждения рыла и тела фурмы.
2. Увеличение скорости потока охлаждающей воды. Данный вариант позволит минимизировать возможность возникновения прогаров от попадания капель жидкого чугуна в виде минимизации рисков возникновения очагов пленочного кипения и резкого снижения теплосъема в данной области. Данное решение не решит полностью проблему прогаров фурм, но существенно усилит их стойкость к прогарам.