Математическое моделирование перфорированного пода сталеплавильного агрегата непрерывного действия

Abstract

Актуальность. Объёмы производства стали в России и в мире за последние 20 лет выросли вдвое, стоимость стали в России в период с октября 2018 г. по март 2020 г. выросла с 45 тыс. р. до 105 тыс. р. Это обуславливает актуальность разработки энергоэффективных технологий производства стали, которые позволят снизить себестоимость продукции. Наиболее распространенная технология производства стали полного металлургического цикла предусматривает восстановление железа в доменных печах и характеризуется существенными выбросами загрязняющих веществ в окружающую среду. Так, при производстве кокса (технологически необходимое сырьё доменной плавки) газообразных выбросов выделяется около 1250 м3 на тонну стали, что составляет порядка 50 % от всех газовых выбросов в чёрной металлургии. Одним из наиболее перспективных направлений экологически чистого и энергоэффективного производства стали является внедоменное. На данный момент существует около сотни различных процессов восстановления железа, до промышленного применения доведены некоторые из них. Цель: разработать систему подачи топлива в перфорированный под, исключающий тепловые потери в сталеплавильном агрегате за счет организации перфорированного пода, позволяющего возвратить теплоту в рабочее пространство печи за счет подогрева восстановителя. Методы: численное моделирование методами Volume of Fluid (VOF) и EulerEuler (EE). Результаты. Определена скорость подачи восстановительного газа, обеспечивающая его конверсию на углерод и водород на входе в рабочую зону печи. Было установлено, что температура поверхности перфорированного пода со стороны газа 380 °С, со стороны расплава не превышает 1313 °С, что существенно ниже температуры плавления огнеупорного материала

Relevance. The volume of steel production in Russia and in the world has doubled over the past 20 years, the cost of steel in Russia in the period from October 2018 to March 2020 increased from 45 to 105 thousand rubles. This determines the urgency of developing energy-efficient steel production technologies that will reduce the cost of production. The most common technology for the producing steel of the full metallurgical cycle involves iron reduction in blast furnaces and characterized by significant emissions of pollutants into the environment. One of the most promising areas of environmentally friendly and energy-efficient steel production is non-straw production. At the moment, there are about a hundred different iron recovery processes, some of them have been brought to industrial use. Aim. To develop a fuel supply system in a perforated hearth, eliminating heat losses in the steelmaking unit by organizing a perforated hearth, which allows heat to be returned to the working space of the furnace by heating the reducing agent. Methods. Numerical modeling by Volume of Fluid (VOF) and Euler-Euler (EE) methods. Results. The authors have determined the rate of supply of reducing gas, which ensures its conversion to carbon and hydrogen at the entrance to the working area of the furnace. It was found that the surface temperature of the perforated hearth on the gas side is 380°C, on the melt side does not exceed 1313°C, which is significantly lower than the melting point of the refractory material