Анотація до роботи:

Каракаш Е.О. «Удосконалення режимів експлуатації повітронагрівачів доменних печей з метою підвищення їх терміну служби і температури дуття». Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.02 «Металургія чорних металів». Національна Металургійна академія України Міністерства освіти і науки України. Дніпропетровськ, 2007 р.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень теплових і масообмінних процесів у високотемпературних доменних повітронагрівачах і вузлі «тяги» розв’язана важлива науково-технічна задача підвищення енерго- і ресурсозберігання при нагріві доменного дуття.

Розроблений чисельний метод розрахунку теплової роботи доменного повітронагрівача, який дозволяє визначити температуру під куполом з урахуванням вигорання палива по висоті камери горіння, акумуляції теплоти футерівкою.

Запропонованим методом визначені температурні поля насадки повітронагрівача, який на відміну від відомого рішення враховує теплові втрати і теплообмін між камерою горіння і насадкою через розділову стінку у повітронагрівачах із вбудованою камерою горіння. Відмічено незначний перепад температури по перетину простінка вогнетривкого блока (не більше 5⁰С), при цьому кількість зон, на які розбивається насадка по висоті, може бути скільки завгодно великим.

На основі розробленої математичної моделі визначені температурні поля насадки з урахуванням зовнішньої рециркуляції відхідних продуктів згорання. Розрахунково-теоретичні дослідження процесу нагрівання показали, що середня температура насадки підвищується при використанні рециркуляції за рахунок збільшення конвективної складової, що призводить до зростання середньої температури дуття на 10–12^оС.

Розрахунково-теоретичні дослідження процесу нагріву повітронагрівача і відхідних агломераційних газів показали наявність температурного і хімічного потенціалу останніх для використання їх у якості добавки до окислювача при опалюванні повітронагрівача. Розрахунки показали, що використання аглогазу як окислювача при спалюванні палива у повітронагрівачах дозволяє знизити витрату палива до 6%, а також поліпшити екологічність роботи агломераційної машини.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень встановлена залежність зносу кладки вузла «тяги» доменної печі від режимних параметрів процесу взяття печі на «тягу» (температури, тривалості стоянки печі, витрати і складу горнових газів), що дозволило розробити заходи щодо збільшення стійкості вузла «тяги», які дозволяють у 2–2,5 раза збільшити міжремонтний період роботи доменних повітронагрівачів.

1. Проведено аналіз сучасного стану питання зниження собівартості виробництва чавуну, який показав необхідність вдосконалення використовуваних режимів роботи при нагріві дуття і удосконалення конструкцій доменних повітронагрівачів і суміжних пристроїв з метою скорочення витрати палива і підвищення рівня генерації теплоти.

2. З метою проведення теоретичних досліджень розроблена математична модель доменного повітронагрівача, яка використовує чисельний метод і встановлює достовірну картину процесів теплопередачі в камері горіння, з урахуванням вигорання палива по висоті.

Математична модель дозволяє розраховувати температурні поля газового середовища в камері горіння і вогнетривких стін залежно від основних параметрів нагрівання повітронагрівача.

3. Розрахунково-теоретичні дослідження, здійснені на основі розробленої математичної моделі, дозволили встановити уточнену температуру під куполом без використання пірометричного коефіцієнта, при цьому отримані температури адаптовані до експериментальних значень.

4. Чисельним методом визначені температурні поля насадки повітронагрівача, де на відміну від відомого рішення враховуються теплові втрати і тепловий потік від камери горіння через розділову стінку у повітронагрівачах із вбудованою камерою горіння. При розрахунку теплопередачі від диму до насадки отриманий незначний перепад температури по перетину вогнетривкого блока (не більше 5С), при цьому кількість зон, на яку розбивається насадка по висоті, може бути скільки завгодно великою на відміну від відомих моделей.

5. Вперше в процесі моделювання визначені температурні поля насадки з урахуванням зовнішньої рециркуляції відхідних продуктів згорання. Розрахунками показано, що генерація теплоти в насадці збільшується при використанні рециркуляції за рахунок підвищення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією, середня температура дуття при цьому зростає на 10–12С.

6. У ході моделювання на моделі виконаний порівняльний аналіз параметрів роботи повітронагрівачів при регулюванні температури під куполом надлишковим повітрям і рециркулюючими продуктами горіння. Показано значні переваги останнього – економія палива складає до 8%, а концентрація оксидів азоту знижується на 30–35%.

7. Було запропоноване використання агломераційного газу в якості добавки до окислювача при опалюванні повітронагрівача, оскільки він має значну фізичну теплоту (температура до 300С) і властивості окислювача (вміст кисню до 14%). Розрахунки показали, що використання агломераційного газу при спалюванні палива у повітронагрівачах дозволяє знизити витрату палива до 6%, а також поліпшити екологічність роботи агломераційної машини.

8. Результати моделювання на запропонованій моделі процесів теплопередачі у футерівці вбудованої камери горіння показали, що різниця в температурних подовженнях складає 77 мм. Розрахунки показали, що на межі вогнетривких шарів динас-мулітокорунд-72 дійсні напруги практично дорівнюють допустимим і складають 0,433 МПа, що і є однією з основних причин низької стійкості кладки камери горіння. Розраховане значення температур кладки дозволило розробити і упровадити модернізовану конструкцію розділової стінки повітронагрівача, що підвищує стійкість камери горіння і насадки.

9. Встановлення достовірної залежності зносу кладки вузла «тяги» доменної печі від режимних параметрів процесу взяття печі на «тягу» (температура, тривалість стоянки печі, витрата і склад горнових газів) дозволило розробити заходи щодо збільшення стійкості вузла «тяги» і міжремонтного терміну служби доменних повітронагрівачів.

Отримані практичні результати роботи підтверджені відповідними патентами України:

1. № 11154 Україна, МКИ С21В9/10 Спосіб захисту проти спрацювання футерівки пристрою для взяття доменної печі на «тягу»/ (С.В. Бичков, Л.П. Грес., Є.О. Каракаш та ін.). –
№ 200505114; Заявл. 30.05.05; Опубл.15.12.05; Бюл. № 12. – 5 с.

2. № 11153 Україна, МКИ С21В9/10 Пристрій для взяття доменної печі на «тягу»/
(С.В. Бичков, Л.П. Грес, Є.О. Каракаш та ін.). – № 200505115; Заявл. 30.05.05; Опубл. 15.12.05; Бюл. № 12. – 5 с.

Література

1. Грес Л.П., Каракаш Е.А., Флейшман Ю.М., Щурова Н.И. Математическое моделирование тепловой работи доменного воздухонагревателя// Металлургическая теплотехника. – 2006. – № 10. – С. 99–109.

2. Gres L.P., Karakash E.A. Influence of the recirculation products of combustion on parameters of the heat-exchange of blast-furnaced stoves// Acta Metallurgica Slovaca. – 2002. –
№ 8. – P. 36–39.

3. Грес Л.П.,Каракаш Е.А. Исследование особенностей механизма образования азотсодержащих соединений в доменной печи // Системные технологии-2003-№6-С.115-120.

4. Грес Л.П., Игнатов Н.В., Каракаш Е.А. Утилизация теплоты отходящих газов из хвостовой части агломашины // Металлургическая теплотехника, 2003-том 9-С.33-37.

5. Грес Л.П., Донсков Е.Г., Каракаш Е.А. и др. Повышение стойкости воздухонагревателей и увеличение температуры горячего дутья на доменных печах КГГМК «Криворожсталь»//Cталь-2004-№6-С.28-31.

6. Грес Л.П., Каракаш Е.А., Флейшман Ю.М., Волкова М.М., Щурова Н.И., Орел Г.И., Листопадов В.С., Андрианов А.И. Вопросы повышения работоспособности узла «тяги» на современных доменных печах //Металлургическая теплотехника-2005-книга 1- C.141-148.

7. Патент 11154 Україна, МКИ С21В9/10 Спосіб захисту проти спрацювання футерівки пристрою для взяття доменної печі на «тягу»/ (С.В. Бичков, Л.П. Грес.,
Каракаш Є.О. та ін.). – № 200505114; Заявл. 30.05.05; Опубл.15.12.05; Бюл. № 12. – 5 с.

8. Патент 11153 Україна, МКИ С21В9/10 Пристрій для взяття доменної печі на «тягу»/ (С.В. Бичков, Л.П. Грес., Каракаш Є.О. та ін.). – № 200505115; Заявл. 30.05.05; Опубл.15.12.05; Бюл. № 12. – 5 с.