МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ КОКСА В ФУРМЕННОЙ ЗОНЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Общая постановка проблемы

Доменные техники с момента эксплуатации первых печей уделяли серьезное внимание процессу горения различных видов топлива у фурм. Первые исследования горения кокса у фурм, как отмечает В.А. Сорокин, относятся к 1838 г. Одним из первых (1841 г.) характеристику процессов у фурм дал и Ж. Эбельман: ”кислород, содержащийся во вдуваемом воздухе, очень быстро превращается в углекислоту, затем в окись углерода; эти два превращения происходят последовательно на небольшом расстоянии о фурм…”.

Сам процесс моделирования на холодной модели основывался на критериях подобия моделируемого объекта и реальной модели. Изначально, для определения критериев, были выбраны факторы, влияющие на длину фурменной зоны (вязкость дутья, плотность газа и материала, расход дутья, диаметр материала). В качестве материала для подачи в холодную модель использовался пенопласт. С помощью теоремы было выбрано три основных критерия:

где, L-длина, dш-диаметр куска пенопласта, Рг- плотность воздуха, V-скорость дутья, v-вязкость дутья, П2-обратная величина критерия Рейнольдса .

Для определения длины зоны фурменного очага в зависимости от разных параметров были проведены опыты на холодной модели. Для проведения опытов был взят материал (в нашем случае пенопласт) разной фракции: 15-20 мм, 9-13 мм и 0-9 мм. Затем он загружался в модель при разном количестве расхода дутья. Сама модель выполнена из прозрачного материала в виде сектора в нижней части доменной печи. Наружная часть сектора ограничена образующими горна, заплечиков, распара, шахты. Воздух в модель подается через фурму диаметром 10 мм, установленную в образующей горна. Расход вдуваемого воздуха изменялся при помощи вентиля, который установлен на воздухопроводе, идущим от компрессора, и измерялся с помощью ротаметра. Всего было выполнено три секции опытов. В ходе опыта изменялись размер куска пенопласта и расход дутья (от 40 до 100 м3/ч) подаваемого в фурму воздуха.

Таким образом, на холодной модели была с имитировано движение столба кокса, а также наличие градиента давления газа на высоте. Была показана рукавообразная форма фурменного очага с наклоном вверх (рис.1), длина которого изменялась в зависимости от диаметра куска пенопласта и количества вдуваемого воздуха.

Рисунок 1 – Схема циркуляции куска пенопласта перед фурмой холодной модели

где а – кусок диаметром 9-13 мм; б – кусок диаметром 15-20 мм.

Выводы

На основе полученных опытных данных, был построен график зависимости критерия ?1 от ?2. Результаты графика приведены на рис. 2

Рисунок 2 – Зависимость критерия подобия П1 от П2

где, желтая линия – кусок фракцией до 9 мм, розовая линия – кусок фракцией 9-13 мм, синяя линия – кусок фракцией 15-20 мм