EFFECT OF SURFACE RELIEF OF HEAT-INSULATING INSERT IN BLAST CHANNEL OF BF TUYERE ON EFFICIENCY OF ITS OPERATION
Authors: Албул С.В. , Кобелев О.А. , Левицкий И.А. 
Published: October 2023

При подаче природного газа в воздушную фурму доменной печи необходимо стремиться, с одной стороны, к увеличению полноты прохождения реакции горения природного газа внутри дутьевого канала фурмы и, с другой стороны, к защите внутреннего стакана фурмы от прогара. Одним из способов одновременного решения этих проблем является установка в дутьевой канал фурмы теплоизолирующей керамической вставки. В данной работе рассматривается возможность повышения эффективности применения керамической вставки путем образования на ее поверхности рельефа в виде одной или нескольких кольцевых выборок (канавок) для улучшения перемешивания природного газа с дутьем с целью увеличения полноты прохождения реакции горения. В среде Ansys 21.1 моделируются процессы движения текучих сред, теплообмена и горения природного газа в дутьевом канале фурмы доменной печи с установленной в него керамической вставкой, имеющей кольцевые выборки четырехугольного сечения. Исследовано влияние глубины и ширины выборки, а также расстояния между выборками на происходящие в фурме процессы. Показано, что создание кольцевой выборки на внутренней поверхности вставки приводит к росту суммарного количества теплоты, выделившейся в результате интенсификации горения природного газа, что подтверждается ростом содержания СО2, температуры и скорости дутья на выходе из фурмы. Максимальные температурные напряжения во вставке при этом тоже увеличиваются, однако, они превышают максимальные напряжения во вставке при отсутствии выборки не более, чем на 30%.

When supplying natural gas to the blast furnace tuyere, it is necessary to strive to achieve two contradictory goals: to increase the completeness of the passage of natural gas combustion reaction inside the blast channel of the tuyere and to protect the inner nozzle of the tuyere from burnout. One of the ways to simultaneously solve these problems is to install a heat-insulating ceramic insert in the blast channel of the tuyere. In this paper, we consider the possibility of increasing the efficiency of using a ceramic insert by forming a relief on its surface in the form of one or more annular grooves to improve the mixing of natural gas with blast in order to increase the completeness of the combustion reaction. In this work in Ansys 21.1 software we simulate the processes of movement of fluids, heat transfer and combustion of natural gas in the blast channel of a blast furnace tuyere with a ceramic insert installed in it, which has annular quadrangular grooves, including those filled with slip coating. The influence of the depth and width of the groove, as well as the distance between the grooves, on the processes occurring in the tuyere was studied. It is shown that the creation of an annular groove on the inner surface of the insert leads to an increase in the total amount of heat released as a result of the intensification of natural gas combustion, which is confirmed by an increase in the CO2, temperature and blowing speed at the outlet of the tuyere. In this case, the maximum thermal stresses in the insert also increase, but they exceed the maximum stresses in the insert in the absence of grooves by no more than 30%.