Вдування пиловугільного палива (ПВП) у доменну піч є найпопулярнішим способом зниження споживання коксу і, таким чином, більш економічного виробництва чавуну.

Однак, негативною стороною вдування ПВП є погіршення газопроникності шихти, через що відбувається перерозподіл потоків технологічних газів та збільшується ймовірність виникнення периферійного ходу. В результаті відбувається зміщення зони впливу максимальних теплових навантажень по висоті доменної печі у зону заплечиків та распара.
Проблема підвищення стійкості фурм доменних печей безпосередньо пов’язана з підвищенням теплових навантажень при вдування ПВП та недостатньо ефективною системою відводу тепла.
Фахівцями «М Технологія» були змодельовані різні режими вдування ПВП (до 170 кг на тонну чавуну).
В ході чисельного експерименту моделюється подача пиловугільного палива, яке, змішуючись з гарячим дуттям, горить в фурменому вогнищі.
Визначено: максимальні теплові навантаження на тіло фурми, розподіл температур по поверхні і градієнти в стінці метала фурми, досліджено характер перебігу охолоджуючої води, її температури

Рис. 1.Теплове навантаження на тіло фурми (сприймємий тепловий потік)

Рис. 2. Розподіл температур по поверхні води у тілі фурми (вид 1)

Рис. 3. Розподіл температур по поверхні води у тілі фурми (вид 2)

Рис. 4. Розподіл швидкостей по поверхні води у тілі фурми (вид 1)

Рис. 5. Розподіл швидкостей по поверхні води у тілі фурми (вид 2)

Рис.6. Розподіл температур води у тілі фурми (поздовжній переріз в площині XY)

Рис. 7 – Розподіл швидкостей, лінії току води

Висновки та рекомендації

Одним з методів підвищення стійкості повітряних фурм є переведення їх на охолодження хімочищеною водою в поєднанні з підвищенням ефективності відведення тепла за рахунок збільшення тиску і відповідно швидкості охолоджуючої води в каналах фурм. Перехід на хімочищену воду дозволить збільшити теплоперепад по охолоджуючій воді без ризику утворення накипу на внутрішній поверхні фурми. Дані заходи збільшують максимальний тепловий потік, що відводиться від металевої поверхні фурми без порушення режиму охолодження. Крім того, згідно з вимогами техніки безпеки, тиск води в фурме має бути вище за тиск пічних газів, щоб уникнути аварій, пов’язаних з вириванням фурмених приладів , при прогарах фурм.

• Розрахунки теплового стану фурм простої конструкції (одноконтурних) при різних значеннях кількості вдуваемого ПВП, проведені фахівцями «М ТЕХНОЛОГІЯ», дозволяють зробити наступні висновки:
Нерівномірність омивання внутрішнього контуру фурми охолоджуючою водою, виникнення вихорів і застійних зон призводить до нерівномірного сприймаємого теплового потока з боку фурменого вогнища.
• При штатній роботі печі, дотриманні регламентного фракційного складу шихти та забезпеченні рівномірного ходу печі без підвисань шихти дана конструкція фурми витримує прикладене до неї теплове навантаження, у тому числі і з урахуванням вдування ПВП.
• У той же час нерівномірність охолодження тіла фурми, викликана недосконалістю конструкції, істотно знижує стійкість фурми до впливу на її поверхню крапель розплавленого чавуну або шлаку. Найбільш схильні до цього області фурми в зоні виникнення вихорів та низької швидкості потоку охолоджуючої рідини. При попаданні краплі розплавленого чавуну або шлаку на поверхню фурми в зоні низької швидкості охолоджуючої води за рахунок високої теплопровідності міді відбувається миттєвий локальний прогрів місця попадання краплі до температур близько 1200 ° С. Низька швидкість охолоджуючої води у цій зоні призводить до моментального виникнення плівкового кипіння, утворення парової подушки та різкому зниженню сприймаємого теплового потоку. Накладення даних обставин призводить до практично миттєвого прогару тіла фурми у даному місці.
• Грунтуючись на перерахованих вище положеннях, можна дати наступні рекомендації щодо поліпшення конструкції та надійності роботи фурм:

1. Оптимізація (модернізація) конструкції фурми з метою максимальної рівномірності швидкості охолоджуючої води. Перехід на послідовну схему охолодження по тілу фурми (рило -тіло фурми). Ідеальний варіант модернізації – роздільні контури охолодження рила та тіла фурми.
2. Збільшення швидкості потоку охолоджуючої води. Даний варіант дозволить мінімізувати можливість виникнення прогарів від попадання крапель рідкого чавуну та знизити ризики виникнення вогнищ плівкового кипіння та різкого зниження теплос’єма у цій зоні. Дане рішення не вирішить повністю проблему прогарів фурм, але істотно посилить їх стійкість до прогарів.