НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

К. В. Голощапов, аспирант кафедры инжиниринга технологического оборудования, эл. почта: goloshchapov.k@gmail.com
А. Е. Титлянов, старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением, канд. техн. наук
Р. Ю. Казбеков, аспирант кафедры инжиниринга технологического оборудования

НИТУ «МИСиС», Москва, Россия¹ ; ГНЦ РФ АО «НПО «Центральный научно-исследовательский институт по технологии машиностроения», Москва, Россия²:

О. А. Кобелев, главный специалист², профессор¹, докт. техн. наук

Поскольку наибольшие тепловые потери в воздушной фурме доменной печи приходятся на дутьевой канал, целесообразна его теплоизоляция. Эффективным способом снижения тепловых потерь являются керамические вставки в дутьевой канал воздушной фурмы. Эффективность использования вставки в дутьевом канале показана моделированием теплового и напряженного состояния воздушной фурмы с использованием программ Excel, DEFORM–2D и Ansys Fluent. Установлено, что наиболее значимое влияние на тепловые потери через дутьевой канал фурмы и на напряжения во вставке оказывает воздушный зазор между вставкой и внутренним стаканом. Моделирование и проведенные промышленные испытания на доменной печи (ДП–5) ПАО «Северсталь» опытной партии фурм с керамической вставкой позволили уточнить параметры вставки во внутренний стакан, позволяющей снизить тепловые потери через фурму на 30–35 % и в результате повысить температуру дутья на выходе из фурмы на 10–15 °C. Изготовление вставки с учетом температурных коэффициентов линейного расширения материалов вставки и фурмы и обработка жаростойким герметиком ее отверстий позволили повысить среднюю стойкость вставки, т. е. время работы фурмы до начала постепенного разрушения вставки, определяемое по изменению тепловых потерь, в 1,5 раза. Конструкция воздушной фурмы со вставкой в дутьевой канал используется на доменных печах в ПАО «Северсталь».

1. Dai B. et al. Theoretical and practical research on relationship between blast air condition and hearth activity in large blast furnace // Metallurgical Research & Technology. 2020. Vol. 117, Iss. 1. P. 113.
2. Chatterjee R. et al. A Journey Towards Improving Tuyere Life // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2021. Vol. 74, Iss. 5. P. 1077–1088.
3. Jampani M., Gibson J., Pistorius P. C. Increased use of natural gas in blast furnace ironmaking: mass and energy balance calculations // Metallurgical and Materials Transactions B. 2019. Vol. 50, Iss. 3. P. 1290–1299.
4. Li Z. et al. Numerical investigation of novel oxygen blast furnace ironmaking processes // Metallurgical and Materials Transactions B. 2018. Vol. 49, Iss. 4. P. 1995–2010.
5. Vuckovic-Spitzer N., Mirkovic N. Failure mechanism of blast furnace tuyeres // Conference: METEC INSTEELCON, 2011, Dusseldorf, 27 June – 1 July 2011.
6. Ricardo S. N., Edson C., Luiz E. Hot Blast Flow Measurement in Blast Furnace in Straight Pipe // Modern Instrumentation. 2013. Vol. 2. P. 68–73.
7. Tarasov Y. S., Radyuk A. G., Gorbatyuk S. M. Simulation of heat losses and temperature of blast furnaces tuyeres // MATEC Web of Conf., 2017. Vol. 129. P. 06031. DOI: 10.1051/matecconf/201712906031.
8. Tarasov Y. S., Radyuk A. G., Gorbatyuk S. M. Effect of the thermal insulation of the inner wall on the thermal condition of the air tuyeres of blast furnaces // Metallurgist. 2018. Vol. 61, Iss. 9–10. P. 745–750. DOI: 10.1007/s11015-018-0558-5.
9. Vinogradov E. N., Radyuk A. G., Volkov E. A., Terebov A. L., Sidorova T. Y. Reducing heat losses through blast furnace tuyeres // Steel Translation. 2019. Vol. 49, Iss. 11. P. 778–782. DOI: 10.3103/S0967091219110160.
10. Горбатюк С. М., Тарасов Ю. С., Левицкий И. А., Радюк А. Г., Титлянов А. Е. Влияние керамической вставки с завихрителем на газодинамику и теплообмен в воздушной фурме доменной печи // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62, № 5. С. 337–344. DOI: 10.17073/0368-0797-2019-5-337-344.
11. Пат. 2235789 РФ, МПК С21В7/16. Дутьевая фурма доменной печи и способ нанесения защитного покрытия на дутьевую фурму доменной печи / А. Г. Маншилин, Е. Н. Складановский, В. И. Нецветов и др. ; заявл. 04.11.02 ; опубл. 27.05.04, Бюл. № 15.
12. Кутателадзе С. С., Боришанский В. М. Справочник по теплопередаче. — М. : Книга по требованию, 2012. — 415 с.
13. Бондаренко А. А., Горбик А. С., Дышлевич Г. Г. Исследование теплонапряженности различных участков фурм // Сталь. 1983. № 7. С. 11, 12.
14. Tarasov Y. S., Skripalenko M. M., Radyuk A. G., Titlyanov A. E. Computer simulation of thermal and stress–strain state of blast furnace tuyeres // Metallurgist. 2019. Vol. 62. P. 1083–1091. DOI: 10.1007/s11015-019-00760-8.
15. ГОСТ 4071.1–94. Изделия огнеупорные с общей пористостью менее 45 %. Метод определения предела прочности при сжатии при комнатной температуре. — Введ. 01.01.1996.
16. Radyuk A. G., Titlyanov A. E., Tarasov Y. S., Sidorova T. Y. Decreasing the heat losses at the air tuyeres in blast furnaces // Steel Translation. 2019. Vol. 49, Iss. 4. P. 257–260. DOI: 10.3103/S0967091219040119.
17. Zarapin A. Yu., Chichenev A. N. Designing lines for the production of composite materials, based on the object-oriented approach // Russian Journal of Heavy Machinery. 1999. Vol. 6. P. 16–20.
18. Zarapin A.Yu., Stanishevskij S. E., Chichenev A. N. Continuous line for producing strips with a gas-thermal coating made of nickel alloys // Russian Journal of Heavy Machinery. 1999. Vol. 6. P. 21–25.
19. Gorbatyuk S. M., Pashkov A. N., Morozova I. G., Chicheneva O. N. Technologies for applying Ni–Au coatings to heat sinks of SiC–Al metal matrix composite material // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. P. 1889–1893. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.08.581.
20. Chichenev N. A., Gorbatyuk S. M., Naumova M. G., Morozova I. G. Using the similarity theory for description of laser hardening processes // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 19. P. 44–47. DOI: 10.17580/cisisr.2020.01.09.
21. Пат. 2633685 РФ. Воздушная фурма доменной печи / Е. Н. Виноградов, М. М. Каримов, Ю. И. Косенков, Е. А. Волков, А. Е. Титлянов, А. Г. Радюк ; заявл. 20.12.2016 ; опубл. 16.10.2017, Бюл. № 29.