Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

С. В. Албул, старший преподаватель кафедры «Инжинирнг технологического оборудования», эл. почта: albul@misis.ru
О. А. Кобелев, профессор кафедры «Инжинирнг технологического оборудования», докт. техн. наук
И. А. Левицкий, доцент кафедры «Энергоэффективные и ресурсосберегающие промышленные технологии», канд. техн. наук
А. Г. Радюк, профессор кафедры «Обработка металлов давлением», докт. техн. наук

Известно, что максимальные тепловые потери в воздушной водоохлаждаемой фурме доменной печи приходятся на дутьевой канал. Эффективным способом их снижения является установка теплоизолирующей керамической вставки. Теплоизолирующие вставки, установленные во внутренний стакан воздушных фурм для ДП-5 ПАО «Северсталь», снижают тепловые потери через фурму на 30 %, а вставки, изолирующие большую часть внутренней поверхности рыльной части, дополнительно снижают тепловые потери через фурму на 26,2 %. Методом математического моделирования в работе обосновано применение конструкций теплоизолирующей вставки в воздушной фурме доменной печи. Моделирование осуществляли с помощью программного комплекса ANSYS, в качестве области моделирования была рассмотрена вся воздушная фурма, включая контур водяного охлаждения. Для повышения стойкости теплоизолирующей вставки и снижения тепловых потерь через дутьевой канал обосновано применение удлиненной вставки толщиной, изменяющейся с 13 до 8 мм, не выступающей в дутьевой канал, имеющей угол между нормалью к стенке внутреннего стакана и осью отверстия для подачи природного газа около 30°. Установлено, что для условия поступления большего количества теплоты в печь за счет лучшего сгорания природного газа в дутьевом канале предпочтителен вариант с короткой вставкой толщиной 10 мм, выступающей в дутьевой канал на 2 мм, и осью отверстия для подачи природного газа, перпендикулярной стенке внутреннего стакана.

1. Радюк А. Г., Титлянов А. Е., Левицкий И. А. и др. Повышение эффективности работы воздушных фурм доменных печей : монография. — Москва, Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. — 216 с.
2. Zhu J., Jin Y., Luo X., Yuan H., Ai F. Simulation of size of tuyere raceway and the tuyere blast volume distribution for blast furnace // Special Casting and Nonferrous Alloys. 2017. Vol. 37(3). P. 253–257. DOI: 10.15980/j.tzzz.2017.03.006.
3. Song L., Xiaojie L., Qing L., Xusheng Z., Yana Q. Study on the appropriate production parameters of a gas-injection blast Ffurnace // High Temperature Materials and Processes. 2020. Vol. 39, Iss. 1. P. 10–25. DOI: 10.1515/htmp-2020-0005.
4. Murao A., Fukada K., Matsuno H., Matsushita Y., Aoki H. et al. Effect of natural gas injection point on combustion and gasification efficiency of pulverized coal under blast furnace condition // Journal of the Iron and Steel Institute of Japan. 2018. Vol. 104, Iss. 5. P. 243–252. DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2017-087.

5. Liu X., Tang G., Silaen A. K., Street S. J., Zhou C. Q. et al. Investigation of heat transfer phenomena in blast furnace Tuyere/Blowpipe region // ASME 2017 Heat Transfer Summer Conference. 2017. No. 4961. P. 8. DOI: 10.1115/HT2017-4961.
6. Dai B., Long H.-M., Ji Y.-L., Rao J.-T., Liu Y.-C. Theoretical and practical research on relationship between blast air condition and hearth activity in large blast furnace // Metallurgical Research and Technology. 2020. Vol. 117(1). No. 113. DOI: 10.1051/metal/2020007.
7. Бородулин А. В., Васильев А. П., Глущенко Е. Л. и др. Об информативности тепловых потерь рабочего пространства доменных печей : cборник материалов 2-й международной научно-практической конференции «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии». — М. : Издательство МИСиС, 2002. С. 424–426.
8. Бондаренко А. А., Горбик А. С., Дышлевич Г. Г. Исследование теплона-пряженности различных участков фурм // Сталь. 1983. № 7. С. 11–12.
9. Пат. 2779514 В2 2240207 А JP, МКИ С 21 В 7/16. Фурма для доменной печи / А. Kikuo ; заявл. 13.03.1989; опубл. 13.03.2001, Бюлл. № 47.
10. Radyuk A. G., Titlyanov A. E., Tarasov Y. S., Sidorova T. Y. Decreasing the heat losses at the air tuyeres in blast furnaces // Steel in Translation. 2019. Vol. 49(4). P. 257–260. DOI: 10.3103/S0967091219040119.
11. Volkov E. A., Radyuk A. G., Terebov A. L., Titlyanov A. E. Increasing the operational efficiency of insulation liners in the air passage of blastfurnace tuyeres // Metallurgist. 2021. Vol. 65(3-4). P. 363–367. DOI: 10.1007/s11015-021-01165-2.
12. Xu H., Sun C., Liao Z., Xu J., Kou M. Numerical simulation of temperature and stress distributions inside the furnace tuyere // Proceedings for the 8^th International Conference on Modeling and Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking. 2019. P. 51–55. DOI: 10.33313/503/005.
13. Li Y.-L., Cheng S.-S., Chen C. General mathematical model of adjusting blast volume of blast furnace tuyeres // Journal of Northeastern University. 2016. Vol. 37, Iss. 3. P. 357–362. DOI: 10.3969/j.issn.1005-3026.2016.03.012.
14. Dong Z., Wang J., Zuo H., She X., Xue Q. Analysis of gas-solid flow and shaftinjected 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. DOI: 10.1016/j.partic.2016.07.008.
15. Денисов М. А. Математическое моделирование теплофизических процессов. ANSYS и САЕ-проектирование : учеб. пособие. — Екатеринбург : УрФУ, 2011. — 149 с.
16. Денисов М. А. Компьютерное проектирование. ANSYS : учеб. пособие. — Екатеринбург : Издательство Уральского университета, 2014. — 77 с.
17. Акишев А. Х., Фоменко С. М., Толендиулы С. Влияние термонапряжений и параметров огнеупорных конструкций на формирование в них температурного поля // Новые огнеупоры. 2019. № 11. С. 34–38.
18. Pistorius P. C., Gibson J., Jampani M. Natural gas utilization in blast furnace ironmaking: tuyere injection, shaft injection and prereduction // Springer 2017. P. 283–292. DOI: 10.1007/978-3-319-51091-0_26.
19. Лялюк В. П., Донсков Е. Г., Орел Г. И., Костенко Г. П. Повышение эффективности использования природного газа в современных условиях доменной плавки // Металлургические процессы и оборудование. 2006. № 4(6). С. 48–50.
20. Radyuk A. G., Titlyanov A. E., Sidorova T. Y. Effect of slurry coating on the resistance of thermal insulation insert in blast furnace air tuyere // Metallurgist. 2020. Vol. 63, Iss. 11-12. P. 1153–1159. DOI: 10.1007/s11015-020-00935-8.