Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Россия

А. Г. Радюк, докт. техн. наук, професор кафедры ОМД, эл. почта: radjuk@rambler.ru
М. М. Скрипаленко, канд. техн. наук, доцент кафедры ОМД, эл. почта: mms@misis.ru

ПАО «НЛМК», Липецк, Россия.
А. И. Терновых, руководитель технологических проектов, эл. почта: alexeyivanovichfirst@rambler.ru
А. В. Бугаков, главный специалист, эл. почта: alexander_bugakov@mail.ru

Проблему повышения стойкости воздушных фурм и снижения тепловых потерь через их поверхность решают
различными способами. Для анализа путей дальнейшего решения данной проблемы целесообразно моделирование теплового состояния фурм. Исследовано тепловое состояние фурмы в ходе ее взаимодействия с жидким чугуном при использовании различных видов ее теплоизоляции. В рамках исследования проведено компьютерное моделирование и выполнена экспериментальная оценка. Для компьютерного моделирования применена вычислительная среда конечно-элементного анализа DEFORM-3D. По результатам моделирования оценено изменение температуры различных частей фурмы с использованием опции Point tracking (трассируемые точки) из меню Post-processor DEFORM-3D. Изучено влияние толщины и теплофизических свойств керамики в виде сектора с нанесенным на него шликерным покрытием в качестве защиты от прогара воздушной фурмы доменной печи. Получены экспериментальные результаты, показывающие необходимость сочетания теплозащитной керамики в виде сектора для защиты верхней поверхности наружного стакана и части рыла от воздействия чугуна и наплавку оставшейся рыльной части износостойким материалом от абразивного износа пылеугольным топливом. Показано, что применение кремнеземной ткани в качестве теплоизоляции наружной поверхности фурмы позволяет значительно снизить тепловые потери с охлаждающей водой. При этом с увеличением толщины ткани увеличивается ее стойкость.

1. Лымбина Л. Е., Ярошенко. Ю. Г. Изменение температуры стенки воздушной фурмы при контакте с жидким металлом // Известия вузов. Черная металлургия. 1986. № 10. С. 103–107.
2. Жук В. И. Анализ тепловой работы воздушных фурм доменной печи // Вестник ПГТУ. 2002. Вып. № 12. С. 10–15.
3. Андоньев С. М., Филипьев И. В., Кудинов А. Н. Охлаждение доменных печей. — М. : Металлургия, 1972. — 368 с.
4. Быковских П. С., Тищенко В. А., Шутов К. В. Математическое моделирование тепловой работы воздушной фурмы доменной печи // Металлы и литье Украины. 2015. № 4. С. 16–22.
5. Gao T. L., Jiao K. X., Ma H. B., Zhang J. L. Analysis of tuyere failure categories in 5800 m³ blast furnace // Ironmak. Steelmak. 2020. Vol. 48. P. 586–591.
6. Gao T., Jiao K., Zhang J., Ma H. Melting erosion failure mechanism of tuyere in blast furnace // ISIJ Int. 2021. Vol. 61. P. 71–78.
7. Farkas O., Móger R. Metallographic aspects of blast furnace tuyere erosion processes // Steel Res. Int. 2013. Vol. 84. P. 1171–1178.
8. Radyuk A. G., Titlyanov A. E., Yakoev A. G., Pedos S. I. Improvement in service life of blast furnace tuyeres due to gas thermal spraying // Stal’. 2002. Vol. 6. P. 11–12.
9. Zhang J., Wang R., Hu R., Zhang C. et al. Failure mode and mechanism of a blast furnace tuyere // Eng. Fail. Anal. 2022. Vol. 137. 106294.
10. Pathak A., Sivakumar G., Prusty D., Shalini J. et al. Thermal spray coatings for blast furnace tuyere application // J. Therm. Spray Technol. 2015. Vol. 24. P. 1429–1440.
11. Radyuk A. G., Titlyanov A. E., Skripalenko M. M. Modeling of the temperature field of blast furnace tuyeres using Deform-2D software // Metallurgist. 2017. Vol. 60(9-10). P. 1011–1015. DOI: 10.1007/s11015-017-0400-5
12. Gorbatyuk S. M., Tarasov Y. S., Levitskii I. A., Radyuk A. G. et al. Effect of a ceramic insert with swirler on gas dynamics and heat exchange in a blast furnace tuyere // Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019. Vol. 62(5). P. 337–344. DOI: 10.17073/0368-0797-2019-5-337-344
13. Radyuk A. G., Titlyanov A. E., Sidorova T. Y. Thermal state of air tuyeres in blast furnaces // Steel in Translation. 2016. Vol. 46, Iss. 9. P. 624–628. DOI: 10.3103/S0967091216090084
14. Chen Z., Zhang C., Zhang J., Zhang Y. et al. Temperature field simulation of Ni60A coating with different copper content on blast furnace tuyere // Mater. Today Commun. 2022. Vol. 32. 104093.
15. Guo X. P., Han W. Y. The numerical simulation analysis of tuyere’s temperature field and stress field // Adv. Mater. Res. 2013. Vol. 706. P. 1701–1704.
16. Пат. 2235789 РФ. Дутьевая фурма доменной печи и способ нанесения защитного покрытия на дутьевую фурму доменной печи / Маншилин А. Г., Складановский Е. Н., Нецветов В. И., Туник О. А. ; заявл. 04.11.2002; опубл. 27.05.2004, Бюл. № 15.
17. Кутателадзе С. С., Борищанский В. М. Справочник по теплопередаче. — Л. — М. : Госэнергоиздат, 1959. — 414 с.
18. Бондаренко А. А., Горбик А. С., Дышлевич Г. Г. Исследование теплонапряженности различных участков фурм // Сталь. 1983. № 7. С. 11–12.
19. Торопов Е. В., Лымбина Л. Е. Тепловые потоки на поверхности стенки воздушных фурм доменных печей : сб. «Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий». — Челябинск : Челяб. гос. техн. ун-т, 1994. С. 42–48.
20. Черненко Н. М., Бейлина Н. Ю., Черненко Д. Н. Технологические аспекты получения жаропрочных углерод – углекерамических композиционных материалов : материалы 3-й Международной научно-практической конференции «Композиционные материалы, производство, применение, тенденции рынка». — М., 2009. С. 1–8.