Часть доменной печи 4 буквы: Ответы на кроссворды и сканворды онлайн

Содержание

Битум барабана плавильной печи

Оборудование для плавления битума | ETW International

Оборудование для плавления битума DJT4 и DJT3 разработано нашей компанией использует проводимость нефтепродукта, для нагревания, плавления и разгрузки битума благодаря нагреванию битума отработанным газом, экономит энергию.

Learn More

Показатели качества битума — Справочник химика 21

Показатели качества битума. Качество битумов характеризуется также их растворимостью в хлороформе, бензоле и др. Чем больше битум содержит

Learn More

DOC) Овчинников | Nikolay Elizarov

Academia.edu is a platform for academics to share research papers.

Learn More

Нижняя часть доменной печи 4

Dec 12,  · • спутник пионерского барабана • Нижняя часть шахтной плавильной печи • м. и горно ср. (см. гортать, горнуть, загребать), род печи с широким челом (шатром), с мехом, поддувалом или тягой, для

Learn More

ГОСТ 12.3.027-2004

5.3.1.24. Прожигание летки для выпуска металла из плавильной печи с применением кислорода следует проводить по инструкции, утвержденной в установленном порядке.

Learn More

Пионерская труба 4

Пионерская труба Ответы на кроссворды и сканворды 4 буквы. Похожие ответы в сканвордах. Горн — Нижняя часть доменной печи, вагранки 4 буквы; Горн — Печь для переплавки металлов или обжига керамических изделий 4 буквы

Learn More

COMPLETED PLANTS — DOBERSEK

Ширина печи на уровне фурм: 2,5 м Слив шлака и штейна: через сифоны Футеровка подины и горна печи: хром-магнезитный кирпич Стены и свод: водоохлождаемые кессоны Количество фурм: 28 шт.

Learn More

Какой рубероид лучше для крыши гаража – minecrew.ru

Тугоплавкий битум с модификаторами. Отсутствует «эффект барабана» во время дождя. Прослужит до 20 лет, допускается уклон от 6°. Изоляция стен от печи в деревянном доме

Learn More

Инструкции по охране труда

3.3.6. Поправлять витки провода на барабане разрешается только после остановки вращения барабана. Последние 5-6 витков следует сматывать с барабана вручную в

Learn More

Центрифужный экстрактор B011 вместимостью 1500/3000

Центрифужный экстрактор вместимостью 1500/3000г B011. Заказать. стандарты: ПНСТ 94- / EN 12697-1 раздел B.1.5, EN 13108 / ASTM D2172 / AASHTO T164A. Экстрактор с центрифугой используется для определения содержания

Learn More

Snap код 040100

Жидкий расплавленный чугун и шлак, собирающиеся на дне плавильной печи, периодически сливаются. В плавильной печи обычно есть три отверстия,

Learn More

Небольшая печь 4 буквы сканворд

Слово из 4 букв, первая буква — «Г», вторая буква — «О», третья буква — «Р», четвертая буква — «Н», слово на букву «Г», последняя «Н». Если Вы не знаете слово из кроссворда или сканворда, то наш сайт поможет Вам найти самые сложные и незнакомые слова.

Отгадайте загадку:

Упадёт — поскачет, Ударишь — не плачет. Показать ответ>>

Упрятались голышки Во лохматые мешки: Четверо вместе, Одна на шесте. Показать ответ>>

Урод стоит на палке С бородою из мочалки. Показать ответ>>

Другие значения этого слова:

Случайная загадка:

Сохнет Словно после стирки, А на ней — Сплошные дырки.

Случайный анекдот:

— В эфире передача «Чтобы помнили». Сегодня мы 250 раз покажем мультфильм «Ежик в тумане». И еще 50 раз мультфильм из прошлой передачи, чтобы не забыли!

Знаете ли Вы?

Во Франции закон запрещает продавать кукол с нечеловеческим лицом — например, *инопланетянок*.

Сканворды, кроссворды, судоку, кейворды онлайн

Последняя бука буква «н»

Ответ на вопрос «Небольшая печь с открытой неглубокой шахтой, используемая для плавки металлов в тиглях и нагрева заготовок перед ковкой «, 4 буквы:
горн

Альтернативные вопросы в кроссвордах для слова горн

Простейшая металлургическая печь (очаг) на раннем этапе развития металлургии

Нижняя часть шахтной плавильной печи

муз. инструмент гипсового пионера

Печь для плавки металла

Определение слова горн в словарях

Энциклопедический словарь, 1998 г. Значение слова в словаре Энциклопедический словарь, 1998 г.
небольшая печь с открытой неглубокой шахтой, используемая для плавки металлов в тиглях и нагрева заготовок перед ковкой. Нижняя часть шахтной плавильной печи. Простейшая металлургическая печь (очаг) на раннем этапе развития металлургии.

Википедия Значение слова в словаре Википедия
Горн Категория:Графства Священной Римской империи Категория:История Бельгии

Примеры употребления слова горн в литературе.

Чаар-Таш — это седловина в горном хребте, домик на высоте почти 3000 метров, заваленный снегом, метеоплощадка, длинный сарай с топливным складом, агрегатной, мастерской и еще какими-то пристройками.

Потому что по первому зову кремлевского горна нужно было бросать все и нестись сломя голову на Старую площадь, в отдел аккредитации — сдавать паспорт на визу.

Кунгей Алатау смыкается с Заилийским Алатау в Чилико-Кеминском горном узле, который служит водоразделом крупнейших высокогорных долин Северного Тянь-Шаня: западной — Чонг-Кеминской и восточной — Чиликской.

Желто-палевые близнецы Бой и Горн, обрадованные резкой сменой монотонного аллюра, с лаем припустили вслед, далеко обогнали, вернулись, заметались вокруг, подпрыгивая и ловко уворачиваясь от копыт.

Подождав немного, Архипов вынул ее, черную, маслянистую и дымящуюся, и вернул в горн.

Источник: библиотека Максима Мошкова

кузнечная печь

• в какой печке используют мех

• медный сигнальный духовой музыкальный инструмент

• мыс в Южной Америке

• остров в архипелаге Огненная Земля

• пионерский, сигнальный духовой инструмент

• нижняя часть шахтной плавильной печи

• простейшая металлургическая печь (очаг) на раннем этапе развития металлургии

• небольшая печь с открытой неглубокой шахтой, используемая для плавки металлов в тиглях и нагрева заготовок перед ковкой

• название этого музыкального инструмента в переводе с немецекого означает «рог»

• этот мыс мореплаватель Виллем Схаутен назвал в честь своего родного города в Нидерландах

• мыс, в который трубят

• медный духовой музыкальный инструмент

• нижняя часть доменной печи

• печь для плавки металла

• пионерская фанфара или печь

• музыкальный инструмент гипсового пионера

• муз. инструмент гипсового пионера

• фанфара для пионерского лагеря

• музыкальный инструмент советского пионера

• труба пионера или печь кузнеца

• кузнечный очаг с мехами

• печь кузнеца и дудка пионера

• мыс на Огненной Земле

• фанфара с красным галстуком

• дудка для побудки

• сигнальный рожок в детском лагере

• дудка с красным галстуком

• нижняя часть домны

• часть доменной печи

• музыкальная труба пионера

• спутник пионерского барабана

• Самый южный мыс Огненной Земли

• Простейшая металлургическая печь

• Сигнальный духовой инструмент

• Духовой музыкальный инструмент

• Остров и мыс в Аргентине

• Нижняя часть шахтной плавильной печи

• Нижняя часть доменной печи, вагранки

• м. и горно ср. (см. гортать, горнуть, загребать), род печи с широким челом (шатром), с мехом, поддувалом или тягой, для калильных и частию плавильных работ; собств. та часть рабочей печи, где огонь, для калки, плавки и пр. Горн кузнечный, в котором калят или разваривают железо для ковки; он бывает, смотря по работам: выварной, укладный, клинный, косоправный и пр. Горн кричный, большой, для выделки из чугунных криц железа. доменный, а в меньшем виде, вагранный, чугуноплавильный. извлекательный (добычный), где выплавляется серебро; разделительный (очистительный), где серебро очищается. Ур.-каз. горн, род чувала, комелька, на котором варят пищу, молоко на каймак; блмр. камбуз, печь на карбасах. Горновой, относящийся к горну. Горновой кожух, очелыш, свод над горном, с трубой. Горновое окно, проем в стене горна, для постановки фурмы. Горновой камень, огнестойкий, употреб. при выкалке горнов. Горнило ср. горн, место для калки, плавки, очистки огнем. Горнильный, к горнилу принадлежащий или относящийся. Горновище ср. остатки или развалины покинутого горна. Горновщик м. рабочий при горне, для поддержки огня и пр. Горнец м. церк. горшок; малорос. белорус. гарнок, гарнушка. Найдется купец и на дырявый горнец. свадебн. песне поминаются горнцы, на пирах, кружки, стаканы; не от этого ли и гордные гости, ошибочн. гордые? Горнатик м. каз. глиняный или модный сосуд. Горнушка ж. вост. зауголок с ямкой, налево от шестка русской печи, куда загребают жар; бабка, бабурка, печурка, загнетка, жароток, порск, зольник

• м. муз. немецк. особый род кларнета, в воен музыке, род трубы, рожок. Горнист м. музыкант, играющий на горне. Горнистов, ему принадлежащий

• название этого музыкального инструмента в переводе с немецекого означает «рог»

История возникновения доменной печи | Великие открытия человечества

Еще в древние времена человек научился добывать железо в сыродутных печах. Такой способ применялся в течение многих веков и полностью удовлетворял потребности производства. Для этих целей вполне хватало легкоплавких руд, в изобилии встречающихся на поверхности земли. Однако уже в средние века потребность в железе стремительно возросла и возникла необходимость в использовании тугоплавких руд. Чтобы извлечь железо из такой руды, необходима была очень высокая температура плавки. Повысить температуру можно было путем увеличения высоты печи либо за счет усиления дутья.

Таким образом, на смену сыродутной печи пришла новая плавильная печь, названная штукофена. Более высокая и значительно более усовершенствованная штукофена стала началом на пути к созданию доменной печи. Несмотря на то, что не изменился процесс добычи железа из руды, наблюдался явный прогресс. Закрытая шахта в штукофенах позволяла концентрировать тепло, а благодаря высоте, достигающей 3,5 м, плавка стала равномернее и полнее, увеличился коэффициент использования руды.

В штукофенах получали три вида железного сырья: сталь, ковкое железо и чугун. Все три вида представляют собой сплав химического железа и углерода. Различие между ними состоит в количестве содержащегося в них углерода. Так, содержание углерода в стали составляет до 1,7%, в ковком железе — менее 0,04%, в чугуне — более 1,7%. Количество углерода в металле оказывает огромное влияние на их свойства. Например, железо является мягким, хорошо поддающимся ковке металлом, а чугун, напротив, хрупкий и твердый, не поддается ковке. Сталь — очень твердая, имеет отличные режущие качества.

Тугоплавким рудам необходимо было более сильное дутье. К концу XIV века плавильные печи были усовершенствованы гидравлическими двигателями, которые приводили в действие кожаные меха. Благодаря этому усилилось дутье, что отразилось на всем процессе. Температура в печи стала настолько высокой, что при восстановлении железа из руды большая его часть стала превращаться в чугун. Вначале это неприятно поразило мастеров, так как новый металл не поддавался ковке, не сваривался, был хрупкий и не пригоден для изготовления из него прочных инструментов, острого оружия.

Доменная печь

Чтобы не выбрасывать негодный материал, чугун стали выбирать из шлака, добавлять к руде и пускать на повторную плавку. Так было положено начало величайшему открытию в металлургии — переделочному процессу. Неожиданно мастера обнаружили, что после усиленного дутья чугун превращается в кричное железо, причем, по своим свойствам и качеству он нисколько не уступал железу, полученному из руды, но был даже лучше. На плавку чугуна уходило меньше времени и требовалось меньше топлива. Расплавленный чугун проще выпустить из печи, чем твердую крицу. Благодаря отличным литейным качествам из чугуна стали отливать ядра, отдельные части пушек, печные котлы, молоты и другую продукцию. Так было положено начало величайшему открытию в металлургии — переделочному процессу. Правда, широчайшее применение он получил в XVI веке с появлением доменных печей.

Важным шагом к доменной печи стало появление блауофен — поддувных печей. Они были значительно выше штукофены (5-6 м) и позволяли совершать непрерывный процесс плавки при довольно высокой температуре. Они позволяли одновременно получать железо и чугун. Наконец появилась идея сделать процесс плавки двухступенчатым. Блауофены были усовершенствованы, они превратились в доменную печь, или как ее часто называют, домну, предназначенную для получения чугуна. Переделочный процесс получил окончательное признание.

Двухступенчатый процесс плавки начал быстро вытеснять сыродутный процесс. На первой стадии, называвшейся доменным процессом, из руды выплавляли чугун. Вторая стадия, получившая название кричного передела, заключалась в переплавке чугуна в железо. Первые домны появились в Вестфалии примерно во второй половине пятнадцатого века. Они отличались от блауофенов большей высотой шахты, большим объемом верхней части шахты и более мощным воздуходувным аппаратом. Вначале домны были с закрытой грудью, позже стали строить домны с открытой грудью. Производительность домны высотой 4,5 м достигала 1600 кг в день. Процесс переработки чугуна происходил в кричном горне. Вначале загружали древесный уголь и подавалось дутье. Когда древесный уголь разгорался, возле сопла ложили чугунные чушки. Чугун плавился и стекал вниз. Проходя против фурм, он терял часть углерода. В результате получали малоуглеродистое железо тестообразной консистенции. Это железо подавали к соплу. Под действием дутья выгорала большая часть углерода, а мягкий, легко сваривающийся металл оседал на дно горна. Образовавшуюся на дне горна крицу, весом от 50 до 100 и больше килограмм, извлекали и проковывали под молотом для уплотнения и удаления жидкого шлака. Коэффициент извлечения готового кричного железа достигал 90-92% от веса чугуна. Кричное железо было более высокого качества, чем сыродутное из-за меньшего содержания шлака.

Доменная печь

Благодаря двухступенчатому процессу в несколько раз возросла производительность труда, что позволило удовлетворить возросший спрос на металл. Однако вскоре в металлургии наметилась проблема нехватки топлива. В результате использования древесного угля вырубались десятки тысяч гектаров леса. Остро встал вопрос поиска и применения в плавке нового вида топлива. В 1619 году Додлей первым заменил древесный уголь на каменный. Большим недостатком каменного угля было наличие в нем серы, что мешало хорошей выделке железа. Лишь в 1735 году Дерби предложил поглощать серу, используя негашеную известь во время термической обработки каменного угля в закрытых тиглях. Таким образом был получен кокс. С этого момента каменный уголь нашел широкое применение.

Побочный продукт доменной печи, 4 буквы — Кроссворды, ответы, решение

Примеры употребления слова шлак.

Когда он лежал перед ним на столе, он понял, что это не что иное, как обычный аэролит, имеющий вид черного шлака .

Некоторые контролеры используют небольшое количество порошкообразного плавикового шпата для плавления огнеупорных шлаков .

Он двинулся через посадочную площадку вместе с Чаем, пробегая по черным шрамам старого пламени, натыкаясь на обожженную скалу и гряды стекловидного шлака , похожего на дешевый обсидиан, с дефектами и пятнами.

Мэлоун пробормотал что-то о кульчи, ищущих шанса извратить их, отправив обратно в Дублин на катафалке.

Продукт плавится с большим содержанием мышьяка под шлаком , состоящим в основном из буры.

В этом случае явным преимуществом является слой плавленой поваренной соли, наплавляемый на шлак , чтобы защитить его от воздуха и печных газов.

Шлак при плавлении должен быть жидким и однородным и не слишком коррозионным в тигле.

Аналогично плавленые шлаки увлажняют и фильтруют через купель, но расплавленный металл, не демпфируя его, уходит в пуговицу, которая удерживается.

Шлак отделить, заменить в тигле, а при расплавлении добавить смесь 20 г глета и 1 г древесного угля.

Я думал, что это хулиганистый игрок из Rivals, чей талант заключался в коротком поле у ​​ шлаковой кучи .

При наличии этих оксидов необходимо использовать дополнительное количество муки и принимать меры предосторожности для предотвращения повторного окисления шлака печными газами.

Они могут взять важный мир, такой как Силена или Рипариус, и превратить его в шлак .

Она боялась живых людей, Виза, сира Грегора Клигана и самого лорда Тайвина Ланнистера, которые сохранили свои покои в башне Кингспайр, все еще самой высокой и могущественной из всех, хотя и покосившейся под тяжестью шлакового камня, который делал ее похожи на гигантскую полурасплавленную черную свечу.

Состоит из несгоревшего антрацита и небольших кусков собственно шлака вместе с кусочками металлического олова.

Легко окисляемые металлы, такие как цинк, железо, сурьма и олово, переходят в основном в шлак , и, если доля шлака велика, очень мало переходит в металл.

процессов | Бесплатный полнотекстовый | Поведение мертвецов в очаге доменной печи — краткий обзор

1.Введение

Доменный путь (ДП) по-прежнему остается доминирующим в производстве жидкого чугуна, который является основным сырьем для крупнотоннажного производства стали. В последние годы появилась тенденция строить большие печи и закрывать маленькие и неэффективные. Вместе с увеличением размеров печи в горне доменной печи накапливается больше жидкого чугуна и шлака, и в практической эксплуатации все чаще возникают проблемы слива и износа. Кроме того, из-за ужесточения глобальной конкуренции продолжительность кампании печи должна быть увеличена, а корпус печи должен выдерживать работу при производительности, которая зависит от рыночных условий.Сегодня общепризнанно, что проблемы дренажа и износа в очаге играют ключевую роль в определении срока службы доменной печи [1].

Как практические, так и теоретические исследования показали, что большая часть проблем осушения и износа горнов крупных печей связана с состоянием и поведением заполняющих их пористых коксовых залежей, т. е. с мертвецом. Для того чтобы в полной мере использовать потенциал крупных доменных печей с точки зрения высокой производительности и снижения удельных затрат на производство, большое значение имеет понимание механизмов, регулирующих поведение мертвого человека в горне доменной печи.Однако знания и сведения о покойнике до сих пор сильно ограничены, в основном из-за того, что очаг является самой труднодоступной частью БФ, не имеющей прямых измерений. Тем не менее, в литературе можно найти ряд публикаций, связанных с различными аспектами мертвеца или обращающихся к ним. Цель текущего краткого обзора состоит в том, чтобы обобщить эти результаты в всеобъемлющем документе, в котором основное внимание уделяется представлению вкладов, проливающих свет на состояние мертвого человека и оценку его влияния на работу топки доменной печи в отношении режимов течения жидкости, топки износ футеровки и характеристики дренажа.Также кратко рассматриваются основные подходы к моделированию, использованные в анализе.

2. Исследования и моделирование мертвеца

Внутреннее состояние доменной печи, схематически показанное на рис. 1, постепенно выявлялось в результате обширных исследований вскрытия [2,3], которые подтвердили существование застойного столба кокса. частицы в нижней части печи. Застойная колонна, в которой частицы кокса движутся вниз с сильно уменьшенной скоростью, была названа «мертвым человеком», поскольку ранее предполагалось, что она оказывает незначительное влияние на весь процесс производства чугуна [4].Однако позже выяснилось, что это предположение было неверным. В самом деле, в настоящее время принято считать, что мертвое состояние существенно влияет на газовые и жидкостные потоки в нижней части доменной печи, которые, в свою очередь, определяют распределение температуры в горне, сток жидкости, а также износ футеровки топки [5]. Кроме того, мертвец оказывается довольно «активным», поскольку обычно утверждается, что он имеет среднюю пористость ε = 0,3–0,5 [2] и может обновляться в периоды от нескольких дней до нескольких недель.
2.1. Структура и обновление мертвого человека
Как показано на рисунке 1, мертвый человек расположен под активной зоной кокса под когезионной зоной. Верхняя часть мертвеца, находящаяся в области между дорожками качения, имеет конусообразную форму с закругленной вершиной. Обычно считается, что наклон от вершины мертвеца к плоскости дорожки качения связан с углом естественного откоса загружаемых частиц кокса [6], а также с другими факторами (например, схемой загрузки [7], газом и жидкостью). скорости потока) может повлиять на его состояние.Традиционно течение твердого тела изучалось с помощью мелкомасштабных экспериментов, но с появлением более эффективных программных и аппаратных средств в последнее время стало возможным изучать образование мертвых тел и течение кокса в горне с помощью метода дискретных элементов. (ЦМР). Нижняя часть мертвеца находится в районе горна, где скапливается жидкий чугун и шлак, капающий из зоны когезии, перед тем как их периодически выстукивать. Таким образом, нижняя часть покойника погружается в ванну с жидким железом и шлаком и, таким образом, подвергается действию выталкивающей силы, которая зависит от того, насколько глубоко кокс погружен в эти две жидкости.Из-за этого непросто определить форму дна и положение покойника, особенно принимая во внимание динамические изменения уровней жидкости во время цикла крана, а также другие рабочие переменные, которые могут влиять на плавучесть или взаимодействовать с ней. сила. В принципе, форму дна и положение покойника можно оценить, уравновешивая силы, действующие на покойника, при этом выталкивающая сила (часто) меняется в зависимости от уровня жидкости. Большинство исследований по оценке формы и положения дна мертвеца обобщены в отдельном подразделе.В этом контексте следует отметить, что одни авторы используют термин «мертвец» только в отношении его нижней части (т. е. области ниже уровня фурмы), а другие используют более широкие определения, использованные выше (см. рис. 1). В верхней части под активной коксовой зоной обновление мертвеца происходит относительно быстро из-за небольшого расстояния до каналов, где интенсивно расходуется кокс. Было выяснено, что в центре активной зоны кокса существует небольшая квазизастойная область, где частицы кокса медленно опускаются к дорожкам качения.Следовательно, пористость (и проницаемость) по методу мертвого человека может быть улучшена за счет подачи высококачественного кокса в центр доменной печи [8,9,10]. Сообщалось также, что мертвеца можно поднять при достаточной выталкивающей силе, а кокс прямо под уровнем фурмы можно «вытолкнуть» в желоба. Таким образом, обновление происходит по мере того, как «старые» частицы вынуждены выходить из мертвеца, а «новые» частицы проникают для заполнения пустот через верхнюю поверхность мертвеца [11,12,13,14,15]. Однако в нижней части, особенно ниже уровня летки, коксу трудно вытекать вверх в желоба.Были представлены различные другие механизмы восстановления, и преобладающие из них включают восстановление FeO, потерю углеродного раствора и карбонизацию жидкого железа [16,17,18,19,20]. Данные радиоактивного трассирующего испытания показали, что кокс в периферийной зоне горна расходуется за 2-3 дня за счет более интенсивного потока жидкого железа, растворяющего углерод кокса. Это число можно вывести из простого углеродного баланса горна следующим образом: Рассмотрим крупную доменную печь с диаметром горна 14 м и производительностью 9000 тонн в день, где горновой кокс (85% углерода) занимает около 1000 м 3 , с мертвой пустотой ε=0.35. Если железо, поступающее в горн, имеет содержание углерода 2,5% и содержание углерода 4,5% при выпуске, получается средняя скорость обновления около 3 дней. Однако в сердцевинной области покойника кокс растворяется значительно медленнее, что, как часто утверждают, происходит в течение нескольких недель [3]. Ожидается, что покойник в очаге неоднороден по проницаемости, поскольку во всех процессах обновления сильно преобладают поток жидкости и теплопередача, которые обычно в очаге неравномерны [21].Другой аспект, свидетельствующий о неравномерном распределении проницаемости, заключается в том, что более мелкие частицы кокса могут перемещаться вверх и вниз вместе с топочной жидкостью в пустотах, образующихся между более крупными частицами кокса [5]. распределение трассеров, введенных через фурму, или через зонд, введенный в тело покойника на уровне фурмы, во времени. Частицы индикатора растворяются в железе и/или шлаке и затем измеряются в желобе.Анализируя отклик трассера в выходящем потоке, можно получить информацию о характере потока внутри очага. Если частицы трассера вводят в разные места по радиусу с помощью зонда, время пребывания можно использовать для оценки проницаемости различных зон горнового кокса. В некоторых промышленных испытаниях с радиоактивными частицами кокса было установлено, что ядро ​​покойника в очаге было очень непроницаемым [22,23].
2.2. Плавающее состояние покойника
Форма дна и положение покойника зависят от уровня жидкости в очаге и от силы, действующей на ложе сверху.В нормальном цикле выпуска уровень жидкости меняется в зависимости от расхода железа и шлака из-за прерывистого выпуска, когда летка размывается во время выпуска, а также из-за «конкуренции» между потоками железа и шлака в летке [24]. ]. В основном на основе уравнений баланса массы и силы были оценены уровни жидкости в топке доменной печи с двумя различными плавающими состояниями мертвого человека, которые показаны на рисунке 2, где также представлены соответствующие отфильтрованные сигналы электродвижущей силы (ЭДС), измеренные на кожухе топки. изображено [25].Сравнивая смоделированные уровни жидкости и ЭДС, Браннбака [26] обнаружил, что уровень железа лучше соответствует сигналу ЭДС. Сравнивая максимумы уровня железа и шлака с ЭДС, это наблюдение также можно подтвердить на рис. предложено [27, 28, 29]. В работающей печи состояние мертвого человека в горне невозможно измерить или проконтролировать из-за высоких температур, износа и чрезвычайно агрессивной среды.Поэтому динамическое поведение покойника в основном исследовалось с использованием масштабных моделей и/или математических моделей в упрощенных условиях. При визуальном осмотре было установлено, что покойник циклически перемещается по вертикали во время цикла постукивания [11,30]. Покойник полностью сидит на дне очага (т. е. полностью заполняет очаг), когда уровень жидкости, измеренный от дна очага, низкий, и всплывает на некоторую высоту или полностью, если уровень жидкости высок, таким образом создавая свободное проход (т.е., бескоксовая зона) для потока жидкости. Поскольку железо с плотностью примерно в 2,5 раза больше, чем у шлака, обладает большей плавучестью, обычно считается, что расстояние между дном горна и внутренним концом летки («глубина отстойника») имеет решающее значение для плавания покойника. [31]. В экспериментальных прогонах с пилотной моделью, где воздух вдувался через несколько фурм, расположенных в боковой стенке, и частицы выбрасывались вблизи фурм (чтобы имитировать расход кокса при сгорании), было продемонстрировано, что днище мертвого человека принимает профиль с более высокими плавающими уровнями возле боковой стенки.Эта форма днища была подтверждена в ряде закалочных печей, и два примера представлены в [32, 33]. Сложная математическая модель [34], также учитывающая геометрию горна доменной печи и рабочие параметры, классифицировала плавающее состояние покойника на четыре различные группы: (А) полностью плавающие с плоским дном, (В) полностью плавающие, но плавающие выше у стенки, (С) частично плавающие у стенки и (Г) полностью сидящие. Результаты показаны на рисунке 3а, где глубина горна определяется как расстояние между дном горна и уровнем летки.Видно, что плавающее состояние покойника сильно зависит от глубины очага («отстойника») и уровня жидкости. Соответствующие условия некоторых японских печей также были исследованы с помощью математической модели. Как показано на рисунке 3, преобладающие условия (т. е. типы B и C) японских печей показаны слева от вертикальной пунктирной линии, в то время как вышеупомянутый плавающий тип A (т. е. полностью плавающие с плоским профилем дна) показан справа от пунктирной линии. вертикальной линии и, таким образом, противоречит преобладающим условиям.
2.3. Моделирование состояния мертвеца
Состояние мертвеца можно оценить, проведя баланс между плавучестью железа и шлака в очаге и силой, прижимающей мертвеца. Выталкивающая сила, которая является функцией уровня жидкости и пористости мертвого человека, выражается относительно прямолинейно. Тем не менее, вертикальная сила, давящая на покойника, является более сложной, так как связана с комплексом условий работы печи, например, длиной канала, сопротивлением газа и массой шихты, а также задержкой жидкости над горновыми жидкостями [34]. .Нижняя часть ДП схематично показана на рис. 4, где покойник разделен на две отдельные области в зависимости от длины дорожки/интенсивности газового сопротивления, т. е. центральную область и область под дорожками качения [35]. Следует подчеркнуть, что как выталкивающая сила, так и действующая вниз сила часто выражаются на единицу площади, т. е. в виде давления. На рис. 5 изображено действующее вниз напряжение на уровне фурмы (см. рис. 4), которое было исследовано путем проведения как экспериментальных прогонов, так и численных расчетов [34].Как видно из рисунка, напряжение значительно снижается в области, где расположена дорожка качения. Это можно объяснить сопротивлением идущего вверх газа от канала качения, которое компенсирует часть веса шихты над уровнем фурмы. Следовательно, в области под желобами покойник мог бы плавать выше, если бы выталкивающая сила была достаточной.[25,26,36,37,38] предложили простое, но гибкое параметризованное выражение

pd={p¯dif r≤r0p¯d−a(r−r0R)nif r>r0

(1)

где p¯d, r и r0 — общее давление вниз, радиальное положение, а также радиус центральной области, где дорожки качения не влияют на давление вниз, соответственно. R — радиус очага, а — коэффициент масштабирования, а n — параметр, влияющий на формирующуюся форму днища глушителя под дорожками качения. Величину общей силы можно получить, рассчитав вес шихты как уменьшенный на подъемную силу газового сопротивления и трение о стенки печи.Вертикальное положение днища покойника, полученное из баланса сил, равно

zdm={zsl−pdρslg(1−ε)if 0≤pd≤pb,slmaxzir+ρslρir(zsl−zir)−pdρirg(1−ε)if pb,slmaxpb ,slmax+pb,irmax

(2)

с

pb,slmax=ρslg(1−ε)(zsl−zir); pb,irmax=ρirg(1−ε)(zir−zhb)

(3)

где ρir, ρsl, g и zhb — плотности жидкого чугуна и шлака, гравитационное ускорение и вертикальное положение днища горна соответственно, а ε, zir и zsl — пористость мертвеца и уровни жидкого чугуна и шлака , соответственно.Если параметры уравнения (1) заданы, профиль днища мертвого тела может быть рассчитан на основе количеств горновых жидкостей и средней пористости мертвого тела. На рис. 6 показаны расчетные изменения уровней железа и шлака, а также форма днища глушителя во время цикла плавки в доменной печи, где внутренний профиль горна оценивался путем решения обратной задачи теплообмена [25]. Соответствующие трехмерные свободные от кокса зоны под мертвецом изображены на рис. 7, где черная полоса указывает на расположение летки.
2.4. Влияние состояния мертвеца на работу очага
2.4.1. Схема течения жидкости и вызванное потоком напряжение сдвига
В очаге плавающее состояние покойника играет ключевую роль в определении износа футеровки и характера течения жидкости [31]. Путем вскрытия закаленных печей и по наблюдениям в конце кампании при перефутеровке горна был исследован профиль износа футеровки горна. Профили, о которых сообщают в таких исследованиях, обычно указывают на профиль в форме слоновой ноги с сильной эрозией футеровки в нижней периферии очага.Установлено, что профиль в форме слоновой ноги обусловлен интенсивным окружным течением горячего металла, которое может возникнуть при ухудшении проницаемости в активной зоне покойника и/или частичном всплытии покойника, образуя бескоксовую зону (см. «желоб») в углу очага [39,40]. Сообщалось также о чашеобразном профиле, в котором футеровка в середине дна очага чрезмерно разрушена эрозией. Такой узор может быть результатом, если мертвец плавает полностью или если пористость мертвеца достаточно однородна и занимает весь очаг.Последнее можно ожидать для конструкций очага с большой глубиной поддона.

С использованием физических и численных моделей исследована картина течения жидкости в горне доменной печи. Физические исследования с использованием масштабных моделей обычно рассматривали только стационарное течение железа через неоднородный покойник с зонами различной проницаемости. Результаты моделирования могут по-прежнему давать полезную информацию о течении жидкости вблизи дна горна, где эрозия футеровки в основном связана с течением железа.

В прошлом также был построен ряд моделей вычислительной гидродинамики (CFD), в которых основное внимание уделялось явлениям в очаге доменной печи и учитывалось течение жидкости и/или теплопередача. Обычно покойника принимают за неподвижную упакованную койку, и можно применить уравнение Дарси/Эргуна. Тщательно оценено влияние таких свойств мертвого тела, как структура насадки и плавающее состояние, на пути течения жидкости и распределение температуры в футеровке горна [41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49]. ,50].Рисунок 8 (на основе неопубликованных результатов с использованием модели, изложенной в [48]) иллюстрирует общие линии тока жидкого металла в одной половине горна. Эти результаты показывают, что частично плавающий покойник приводит к интенсивному окружному течению, оказывая, таким образом, сильную тепловую нагрузку на футеровку в углу горна. Однако некоторые результаты моделирования показали, что распределение температуры на дне горна менее чувствительно к свойствам глушителя, поскольку локальный теплообмен контролируется высоким термическим сопротивлением огнеупоров футеровки горна (т.например, керамическая прокладка) [47]. Возможные механизмы износа футеровки горна включают химические реакции между материалами футеровки и расплавленными жидкостями, истирание и трение, вызванное частицами кокса в горне, а также термомеханическое напряжение и вызванный потоком сдвиг. стресс. Последний, вызванный пристеночным полем течения, может привести только к эрозии футеровки, а в сочетании с другими механизмами может привести к большему износу, что в конечном итоге приведет к серьезному повреждению очага. Таким образом, крайне важно понимать напряжение сдвига с точки зрения его образования и распределения, чтобы можно было принять соответствующие меры предосторожности для уменьшения напряжения сдвига, чтобы продлить срок службы очага.Напряжение сдвига, вызванное потоком, изучалось в основном с использованием моделей CFD, поскольку прямых измерений переменных состояния горна доменной печи не существует [48,49,50,51,52,53]. Контуры касательного напряжения на дне горна при различных состояниях шапки, рассчитанные в [48, 49], изображены на рис. дна горна, особенно ниже входа летки. Тем не менее, зона смещается в периферийную область, когда покойник частично всплывает, а в углу очага возникает бескоксовая зона.Кроме того, полностью плавающее мертвое состояние могло бы в некоторой степени смягчить напряжение сдвига на дне горна, поскольку напряжение сдвига распределяется довольно равномерно. Это может означать, что в печах, где покойник начал плавать полностью, эрозия дна горна не будет сильно прогрессировать. Также сообщалось, что высокое напряжение сдвига и тепловая нагрузка вблизи летки могут быть эффективно снижены за счет более длинной летки. , так как общий поток жидкости вынужден изгибаться к центру покойника, а окружное течение, вызванное частично плавающим покойником, или покойником с заблокированным ядром, можно сдерживать [52].Собственно, это основная причина, по которой длинная летка обычно является необходимым условием для защиты футеровки горна вблизи летки от сильной эрозии. Длинная летка часто связана с высоким содержанием углерода в жидком чугуне, что подтверждает высказанную выше гипотезу. Кроме того, было продемонстрировано [35], что для получения более длинной летки закачиваемый буровой раствор должен иметь хороший контакт с покойником. Таким образом, если покойник чрезмерно плавает у стены, летка становится короткой, и может последовать сильная эрозия боковой стенки.Таким образом, состояние мертвеца тесно связано с эрозией футеровки очага, как обсуждается в следующем подразделе.
2.4.2. Профиль износа очага
Внутренняя геометрия масштабных моделей и расчетные области, которые представляют профиль очага, обычно были простыми и регулярными в физических экспериментах и ​​в CFD-моделировании. Однако, как обсуждалось выше, профиль внутреннего очага может принимать различные состояния, отчасти в результате состояния мертвого человека. Когда футеровка горна охлаждается на холодной поверхности, локальная температура и скорость жидкого чугуна вблизи горячей поверхности могут стать недостаточными для поддержания железа в жидкой форме.В результате железо может постепенно затвердевать, образуя гарнисажный слой на горячей поверхности оставшейся футеровки. Поэтому, как часто видно из наблюдения за эволюцией термопар, встроенных в футеровку очага, внутренняя геометрия очага изменяется во время кампании [54]. к сильной эрозии обычно связано с повышенной тепловой нагрузкой на материалы футеровки горна. Таким образом, температуры, измеренные термопарами, встроенными в футеровку пода, можно использовать для прогнозирования профиля износа пода.На практике изотерму 1150°С часто рассматривают как внутреннюю границу раздела жидкость-твердое тело в очаге. Для оценки этой изотермы были предложены математические модели, в которых решается обратная задача теплообмена [31,54]. Следует подчеркнуть, что 1150 °C является самой низкой температурой, при которой железо, насыщенное углеродом, находится в жидкой форме, и, следовательно, в такой модели профиля износа пода решается только теплопроводность. Базовый алгоритм оценки профиля износа очага показан на рисунке 10.Как правило, модели износа определяют внутренний профиль неповрежденной футеровки, сопоставляя наиболее сильную эрозию, испытанную во время кампании. Если более поздние точки соответствуют менее выраженной эрозии, это считается признаком образования слоя черепа. По-прежнему сложной задачей является точное определение оставшейся прочной футеровки и толщины гарнисажа, особенно в тех случаях, когда исторические показания термопар недоступны для всей кампании печи. Необходим систематический и двумерный подход для оценки прогресса эрозии, а также формирования черепа во время кампании [31,54,55].Линии эрозии и накипи, рассчитанные с помощью такого подхода для двух разных ДП (неопубликованные результаты с использованием модели, изложенной в [55]), представлены на рис. 11. Видно, что две печи имеют разные, но характерные профили износа, т.е. -образные и слоновообразные профили, которые, вероятно, отражают состояние потока железа в или под мертвецом во время походов.

Модели оценки профиля износа горна обычно используются в качестве инструментов мониторинга и диагностики для помощи в работе доменных печей.Путем анализа предполагаемого профиля износа горна могут быть получены указания, касающиеся необходимости корректировки работы в сторону условий, менее подверженных эрозии, например, за счет снижения производительности или заглушения фурм. Последнее означает как уменьшение локального притока железа «сверху», так и подавление возможного локального плавания покойника. С другой стороны, можно утверждать, что такое гашение вместо этого может способствовать потоку жидкости, поскольку задержка жидкости уменьшается при более низком локальном потоке газа в затворе.Представляется, что эффективность таких действий зависит от состояния печи при реализации изменения.

Расчетный профиль эрозии можно использовать для поддержки интерпретации картины потока жидкости и плавающего состояния мертвого человека, которые тесно связаны с эрозией очага. Например, слишком сильному периферийному потоку или слишком низкому содержанию углерода в горячем металле можно противодействовать загрузкой в ​​центр прочного и крупного кокса, что (в долгосрочной перспективе) будет способствовать более равномерному потоку железа через покойника. усиление контакта его со стенкой очага.Тем не менее, следует иметь в виду, что точность моделей эрозии зависит от правильности допущений моделирования. В частности, хрупкие слои футеровки с низкой проводимостью могут привести к неточным оценкам хода эрозионного профиля, и их возникновение следует обнаруживать другими способами [56,57].
2.4.3. Поведение при дренаже
В поде доменной печи пустое пространство занято несмешивающимся жидким чугуном и шлаком. Под действием силы тяжести ручейки расплавленного железа и шлака из когезионной зоны [58] в конечном итоге разделятся на два разных слоя, т.е.д., верхний слой шлака и нижний слой железа. Таким образом, в горне образуются две границы раздела: газ–шлак и шлак–железо. На практике летка начинается, когда просверливается одна летка. Значительный перепад давления вблизи летки может образоваться, когда высоковязкий шлак будет протекать через глушитель к летке. В результате граница раздела газ–шлак имеет локальный наклон вниз вблизи летки [24, 59, 60, 61, 62]. Таким образом, общая граница раздела газ–шлак находится выше уровня летки в момент прорыва газа и закрытия летки.Собственно поэтому некоторое количество шлака все же остается в горне на конце летки, а «сухой горн» на практике невозможен. когда шлаковая фаза приближается к летке во время выпуска. Основываясь на этом предположении, Фукутаке и Окабе провели обширные физические эксперименты, чтобы оценить коэффициент остаточного шлака на выпуске [63, 64, 65]. Анализируя экспериментальные результаты, в основном с использованием теорий гидродинамики, авторы предложили безразмерный коэффициент вытекания, который, как было установлено, монотонно коррелирует с определенным коэффициентом остаточного шлака.На коэффициент выноса сильно влияет состояние мертвеца, в том числе его пористость и размер частиц кокса. Позднее упомянутое выше предположение о горизонтальной границе раздела шлак-железо оказалось неверным, так как как практические наблюдения, так и физические эксперименты с двумя несмешивающимися жидкостями показали, что нижняя фаза (жидкое железо) может подкачиваться с некоторого уровня ниже летки в процессе плавки. период, когда шлак и железо сливаются одновременно [59,66,67]. В горне доменной печи возникает значительный перепад давления в районе летки, когда высоковязкий шлак протекает через глушитель.Этого большого перепада давления достаточно, чтобы компенсировать гидравлическое сопротивление низковязкого железа и преодолеть гравитационную силу, когда железо сливается с некоторого уровня ниже летки. Уровни железа и шлака в конце выпускного отверстия в горне доменной печи показаны на рис. 12, где внутренний профиль горна идеализирован. Коэффициент вытекания [63, 64, 65] позже был изменен другими авторами [68, 69], чтобы принять во внимание негоризонтальную границу раздела шлак-железо, как показано на рис. 12, свободную от кокса зону под шашкой, различные скорости дренирования железа и шлака из-за эрозии летки и непрерывное производство жидкости.Как наблюдения при практической эксплуатации горна, так и моделирование на основе CFD [70, 71] показали, что увеличение остаточного содержания шлака часто связано с уменьшением проницаемости мертвеца, увеличением скорости дренирования или вязкости шлака. . Также установлено, что бескоксовая зона под покойником непосредственно влияет на дренирование очага только в том случае, если она простирается близко или выше уровня летки [32,68,72]. Однако даже частичное всплытие покойника может иметь последствия для дренажа за счет накопления и истощения жидкого железа в бескоксовой зоне во время цикла выпуска, что влияет на уровни жидкости [25, 37, 38] и, следовательно, на условия потери давления чугуна и шлака перед леткой [24].Ссылаясь на рисунок 12, асимптотическое соотношение между уровнями железа и шлака на конце выпуска, относящееся к состоянию мертвого человека, может быть получено на основе упрощенного баланса давления [66, 67]:

Δzir,eΔzsl,e=ρslρir−ρsl

(4)

где z и ρ — расстояние по вертикали и плотность жидкости, а нижние индексы ir, sl и e обозначают железо, шлак и выпускной конец соответственно. результаты [25,73].Следует, однако, отметить, что конечные точки отдельных метчиков могут значительно отклоняться от приведенного выше соотношения просто потому, что «начальный» объем шлака недостаточен: если сливается слишком мало шлака, продолжительность метки невелика. достаточно, чтобы жидкости достигли этого асимптотического состояния. Наличие локальных уровней жидкости в БФ с непроницаемым мертвецом еще больше усложняет общую интерпретацию [62,74,75,76].

3. Заключительные замечания

За прошедшие годы несколько аспектов, касающихся покойника БФ, были изучены с помощью вскрытий, физических экспериментов, а также теоретических и численных расчетов.Сегодня общепризнано значение состояния мертвеца и его влияние на работу топки доменной печи, даже несмотря на то, что прямые (долгосрочные) измерения соответствующих переменных состояния все еще невозможны.

Выяснены структура и механизмы восстановления покойника. Показано, что мертвец неоднороден по распределению проницаемости и что на практике проницаемость может быть улучшена путем загрузки в доменную печь высококачественного кокса.Форма и положение днища люка сильно зависят от баланса между выталкивающей силой, создаваемой жидким чугуном и шлаком в горне, и действующей вниз силой, которая уменьшается по направлению к стенке печи из-за сопротивления поднимающегося вверх газа. от дорожек качения и трения о стенки. Как правило, покойник полностью сидит на дне топки, когда уровни внутритопочной жидкости низкие. Однако, если уровень жидкости высок, дно мертвого человека принимает профиль, при котором оно плавает выше в углу очага.

Наблюдаемые профили износа футеровки горна, т. е. в форме слоновой ноги и в форме чаши, тесно связаны с плавающим состоянием покойника и распределением его проницаемости. Профиль футеровки можно оценить с использованием моделей износа очага, посредством чего решается обратная задача теплопроводности для прогнозирования положения изотермы 1150 °C. Такие модели сегодня используются в нескольких БФ в качестве инструментов мониторинга и диагностики. Расчетный профиль может быть использован для помощи в интерпретации картины потока внутригорной жидкости и плавающего состояния покойника.Путем анализа прогнозируемого профиля износа горна также могут быть получены указания относительно необходимости изменения режима работы в сторону менее подверженных эрозии условий, включая снижение производительности, гашение фурм в областях с сильным локальным износом очага или модификацию стратегия постукивания.

Осушение горна доменной печи затруднено, а сухая выпускка невозможна, так как в конце обычной выпускки в горне всегда остается некоторое количество шлака. Было показано, что коэффициент остаточного шлака на конце выпускного отверстия может быть связан с коэффициентом вытекания.На практике увеличение доли остаточного шлака часто связывают со снижением проницаемости шлака, увеличением скорости дренирования или вязкости шлака. Сложность режима дренирования горна в основном связана с многофазным течением несмешивающихся флюидов (газ, шлак и железо), наличием мертвого тела и размывом летки. По мере выпуска летки границы раздела газ-шлак и шлак-железо постепенно наклоняются в сторону летки. Таким образом, общие уровни шлака и железа расположены выше и ниже летки на выпускном конце соответственно.Это явление названия интерфейса было исследовано, и был получен абсолютный асимптотический предел, который может быть применен для проверки соответствующих результатов моделирования. Тем не менее, требуется еще много работы, чтобы понять влияние, например, локальных изменений проницаемости в мертвом человеке или локального движения мертвого человека на схемы дренажа из отдельных леток. Более глубокое понимание дренирования может стать основой для лучшего проектирования операции выпуска, на которую может повлиять продолжительность межзаливочного периода, диаметр сверла и угол наклона летки.Роль длины летки, например, как можно контролировать эту переменную и как она влияет на состояние мертвеца, также являются факторами, которые следует изучить и уточнить в будущем.

Вклад авторов

Концептуализация, Л.С. и Х.С.; обзор литературы, L.S., Q.X., C.Z., Z.Z. и H.S., подготовка первоначального проекта, L.S.; написание-обзор и редактирование, Л.С., З.З. и Х.С.; приобретение финансирования, L.S. и З.З. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Это исследование частично финансировалось Национальным научным фондом Китая, номер гранта 51604068. Авторы выражают благодарность за поддержку.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Спонсоры не играли никакой роли в разработке исследования или интерпретации результатов.

Ссылки

  1. Liu, Z.J.; Чжан, Дж. Л.; Цзо, HB; Ян, Т.Дж. Недавний прогресс в проектировании долговечной горны китайской доменной печи.ISIJ Междунар. 2012 , 52, 1713–1723. [Google Scholar] [CrossRef]
  2. Канбара, К.; Хагивара, Т .; Шигеми, А .; Кондо, С .; Канаяма, Ю.; Вакабаяши, К.; Хирамото, Н. Вскрытие доменных печей и их внутреннее состояние. Транс. Железо Сталь инст. Япония. 1977 , 17, 371–380. [Google Scholar] [CrossRef]
  3. Омори, Ю. Явления доменной печи и моделирование; Elsevier: London, UK, 1987. [Google Scholar]
  4. Nishio, H.; Венцель, В .; Гуденау, Х.В. Значение мертвой (человеческой) зоны в доменной печи.Шталь Эйзен. 1977 , 97, 867–875. [Google Scholar]
  5. Найтингейл Р.Дж. Разработка и применение методов оценки пустот горна и индекса чистоты дежурного для контроля работы горна доменной печи. Кандидат наук. Диссертация, Университет Вуллонгонга, Новый Южный Уэльс, Австралия, январь 2000 г. [Google Scholar]
  6. Raipala, K. О явлениях горна и содержании углерода в горячем металле в доменной печи. Кандидат наук. Диссертация, Хельсинкский технологический университет, Хельсинки, Финляндия, ноябрь 2003 г.[Google Scholar]
  7. Ичида М.; Нишихара, К .; Тамура, К .; Сугата, М .; Оно, Х. Влияние распределения руды/кокса на опускание и плавление шихты в доменной печи. ISIJ Междунар. 1991 , 31, 505–514. [Google Scholar] [CrossRef]
  8. Такахаши, Х.; Комацу, Н. Исследование поведения шихты в холодной модели в нижней части доменной печи. ISIJ Междунар. 1993 , 33, 655–663. [Google Scholar] [CrossRef]
  9. Такахаши, Х.; Танно, М .; Катаяма, Дж. Поведение нисходящего бремени с обновлением мертвеца в двухмерной холодной модели доменной печи.ISIJ Междунар. 1996 , 36, 1354–1359. [Google Scholar] [CrossRef]
  10. Ногами, Х.; Тода, К.; Пинтованторо, С .; Яги, Дж.И. Эксперименты на холодной модели по скорости обновления мертвого манипулятора за счет опускания-плавания горнового коксового слоя. ISIJ Междунар. 2004 , 44, 2127–2133. [Google Scholar] [CrossRef]
  11. Шибата, К.; Кимура, Ю.; Симидзу, М .; Инаба, С. Динамика потока мертвого кокса и жидкого металла в горне доменной печи. ISIJ Междунар. 1990 , 30, 208–215. [Google Scholar] [CrossRef]
  12. Шинохара, К.; Сайто, Дж. Механизм сегрегации твердых тел над двухмерным мертвецом в доменной печи. ISIJ Междунар. 1993 , 33, 672–680. [Google Scholar] [CrossRef]
  13. Zhang, SJ; Ю, А.Б.; Зулли, П.; Райт, Б.; Остин, П. Численное моделирование потока твердых частиц в доменной печи. заявл. Мат. Модель. 2002 , 26, 141–154. [Google Scholar] [CrossRef]
  14. Каваи, Х.; Такахаши, Х. Поведение твердых тел в шахте и глушителе в холодной модели доменной печи с плавающим и опускающимся движением уплотненного слоя горна, изученное с помощью экспериментального и численного анализа ЦМР.ISIJ Междунар. 2004 , 44, 1140–1149. [Google Scholar] [CrossRef]
  15. Бамбауэр Ф.; Виртц, С .; Шерер, В.; Бартуш, Х. Моделирование нестационарного DEM-CFD потока твердых и жидких тел в трехмерной модели доменной печи. Порошковая технология. 2018 , 334, 53–64. [Google Scholar] [CrossRef]
  16. Сунахара, К.; Инада, Т .; Иванага, Й. Разрушение зернистого кокса в результате реакции с расплавленным FeO в доменной печи. ISIJ Междунар. 1993 , 33, 275–283. [Google Scholar] [CrossRef]
  17. Касаи, А.; Кигучи, Дж.; Камидзё, Т .; Симидзу, М. Разложение кокса расплавленным оксидом железа в когезионной зоне и зоне каплеобразования доменной печи. Тецу-то-Хагане 1998 , 84, 9–13. [Google Scholar] [CrossRef]
  18. Sun, H. Анализ скорости реакции между твердым углеродом и расплавленным железом с помощью математических моделей. ISIJ Междунар. 2005 , 45, 1482–1488. [Google Scholar] [CrossRef]
  19. Ли, К.; Чжан, Дж.; Лю, Ю.; Барати, М.; Лю, З .; Чжун, Дж.; Ян Т. Графитизация кокса и его взаимодействие со шлаком в горне доменной печи.Металл. Матер. Транс. Б 2016 , 47, 811–813. [Google Scholar] [CrossRef]
  20. Сообщение, Дж. Р. Моделирование неоднородного покойника доменной печи для производства чугуна. Кандидат наук. Диссертация, Делфтский технологический университет, Делфт, Нидерланды, ноябрь 2019 г. [Google Scholar]
  21. Сугияма, Т. Экспериментальный и численный анализ движения и накопления порошка в приемной и капельной зоне доменной печи. Тецу-то-Хагане 1996 , 82, 29–34. [Google Scholar] [CrossRef]
  22. Райпала, К.Дедман и очаговые явления в доменной печи. Сканд. Дж. Металл. 2000 , 29, 39–46. [Google Scholar] [CrossRef]
  23. Негро П.; Пети, К.; Урвой, А .; Серт, Д.; Пьерре, Х. Характеристика проницаемости нижней части доменной печи. Revue Métallurgie 2001 , 98, 521–531. [Google Scholar] [CrossRef]
  24. Roche, M.; Хелле, М .; ван дер Стель, Дж.; Лоуверс, Г.; Сторм, Дж.; Саксен, Х. Модель дренажа многолеточной доменной печи. Металл. Матер. Транс.Б 2020 , 51, 1731–1749. [Google Scholar] [CrossRef]
  25. Brännbacka, J.; Саксен, Х. Новая модель для оценки уровня жидкости в горне доменной печи. хим. англ. науч. 2004 , 59, 3423–3432. [Google Scholar] [CrossRef]
  26. Brännbacka, J. Модельный анализ плавающего состояния мертвого человека и уровней жидкости в горне доменной печи. Кандидат наук. Диссертация, Университет Або Академи, Турку, Финляндия, октябрь 2004 г. [Google Scholar]
  27. Десаи, Д. Анализ дренажа горна доменной печи на основе измерения давления жидкости внутри горна.Железный Стилмак. 1992 , 19, 52–57. [Google Scholar]
  28. Дэнлой Г.; Штольц, К.; Крахей, Дж.; Дюбуа, П. Измерение содержания железа и шлака в горне доменной печи. В материалах 58-й конференции по производству чугуна, Чикаго, Иллинойс, США, 21–24 марта 1999 г .; стр. 89–98. [Google Scholar]
  29. Авеланж, О.; Дэнлой, Г.; Франссен, К. Мертвец, плавающий или нет? Revue Métallurgie 2004 , 101, 195–201. [Google Scholar] [CrossRef]
  30. Синотаке А.; Ичида, М .; Оцука, Х.; Курита, Ю. Форма днища заглушки доменной печи и ее плавание/опускание в эксперименте с трехмерной моделью. Тецу-то-Хагане 2003 , 89, 573–580. [Google Scholar] [CrossRef]
  31. Андреев К.; Лоуверс, Г.; Питерс, Т .; ван дер Стел, Дж. Расширение кампании по доменным печам за счет фундаментального понимания процессов горна. Айронмак. Стилмак. 2017 , 44, 81–91. [Google Scholar] [CrossRef]
  32. Нути, Т.; Ясуи, М .; Такеда, К. Влияние свободного пространства для частиц на эффективность дренажа очага.ISIJ Междунар. 2003 , 43, 175–180. [Google Scholar] [CrossRef]
  33. Инада, Т.; Касаи, А .; Накано, К .; Комацу, С .; Огава, А. Вскрытие горна доменной печи — Домна № 2 Кокура (2-я кампания). ISIJ Междунар. 2009 , 49, 470–478. [Google Scholar] [CrossRef]
  34. Такахаши, Х.; Каваи, Х .; Судзуки, Ю. Анализ напряжения и плавучести для потока твердых частиц в нижней части доменной печи. хим. англ. науч. 2002 , 57, 215–226. [Google Scholar] [CrossRef]
  35. Цучия, Н.; Фукутакэ, Т .; Ямаути, Ю.; Мацумото, Т. Условия в печи как предпосылки для правильного использования и дизайна бурового раствора для контроля длины летки доменной печи. ISIJ Междунар. 1998 , 38, 116–125. [Google Scholar] [CrossRef]
  36. Brännbacka, J.; Саксен, Х. Моделирование уровней жидкости в горне доменной печи. ISIJ Междунар. 2001 , 41, 1131–1138. [Google Scholar] [CrossRef]
  37. Brännbacka, J.; Саксен Х. Модельный анализ работы горна доменной печи с сидящим и плавающим покойником.ISIJ Междунар. 2003 , 43, 1519–1527. [Google Scholar] [CrossRef]
  38. Brännbacka, J.; Торркулла, Дж.; Саксен, Х. Простая имитационная модель горна доменной печи. Айронмак. Стилмак. 2005 , 32, 479–486. [Google Scholar] [CrossRef]
  39. Такеда, К.; Ватакабе, С.; Сава, Ю.; Итая, Х .; Каваи, Т .; Мацумото Т. Предотвращение износа подового кирпича за счет образования стабильного затвердевшего слоя. Айронмак. Стилмак. 2000 , 27, 79–84. [Google Scholar]
  40. Ли, Ю.; Ченг, С.; Чжан, П .; Чжоу, С. Чувствительное влияние плавающего состояния глушителя доменной печи на течение расплавленного чугуна и эрозию горна. ISIJ Междунар. 2015 , 55, 2332–2341. [Google Scholar] [CrossRef]
  41. Оно, Дж.; Татимори, М .; Накамура, М .; Хара, Ю. Влияние потока горячего металла на теплообмен в горне доменной печи. Тецу-то-Хагане 1985 , 71, 34–40. [Google Scholar] [CrossRef]
  42. Preuer, A.; Винтер, Дж.; Хиблер, Х. Расчет эрозии горна доменной печи.Сталь Рез. 1992 , 63, 147–151. [Google Scholar] [CrossRef]
  43. Preuer, A.; Винтер, Дж. Численное моделирование эрозии огнеупоров, вызванной растворением углерода в доменной печи. Revue Métallurgie 1993 , 90, 955–964. [Google Scholar] [CrossRef]
  44. Инада, Т.; Такатани, К .; Мияхара, М .; Вакабаяси, С .; Ямамото, Т .; Касаи, А .; Таката, К. Разработка и применение передовой технологии численного анализа горна доменной печи. В материалах 58-й конференции по производству чугуна, Чикаго, Иллинойс, США, 21–24 марта 1999 г .; стр.633–639. [Google Scholar]
  45. Панькович, В.; Трулав, Дж. С.; Зулли, П. Численное моделирование течения чугуна и теплообмена в горне доменной печи. Айронмак. Стилмак. 2002 , 29, 390–400. [Google Scholar] [CrossRef]
  46. Guo, BY; Ю, А.Б.; Зулли, П.; Мальдонадо, Д. CFD-моделирование и анализ потока, теплопередачи и массопереноса в горне доменной печи. Сталь Рез. Междунар. 2011 , 82, 579–586. [Google Scholar] [CrossRef]
  47. Guo, BY; Мальдонадо, Д.; Зулли, П.; Ю, А.Б. CFD-моделирование течения жидкого металла и теплообмена в горне доменной печи. ISIJ Междунар. 2008 , 48, 1676–1685. [Google Scholar] [CrossRef]
  48. Шао, Л.; Саксен, Х. Численный прогноз течения чугуна и эрозии днища в горне доменной печи. Сталь Рез. Междунар. 2012 , 83, 878–885. [Google Scholar] [CrossRef]
  49. Шао, Л. Модельная оценка потоков жидкости в горне и летке доменной печи. Кандидат наук. Диссертация, Университет Або Академи, Турку, Финляндия, сентябрь 2013 г.[Google Scholar]
  50. Cheng, W.T.; Хуанг, EN; Ду, С.В. Численный анализ нестационарного теплового потока горна доменной печи в процессе выпуска с помощью CFD. Междунар. коммун. Тепломассообмен. 2014 , 57, 13–21. [Google Scholar] [CrossRef]
  51. Ватс, А.К.; Даш, С.К. Распределение напряжений, вызванных потоком, на стенке горна доменной печи. Айронмак. Стилмак. 2000 , 27, 123–128. [Google Scholar] [CrossRef]
  52. Dash, SK; Аджмани, СК; Кумар, А .; Сандху, Х.S. Оптимальная длина летки и напряжения, вызванные потоком. Айронмак. Стилмак. 2001 , 28, 110–116. [Google Scholar] [CrossRef]
  53. Dash, SK; Джа, Д.Н.; Аджмани, СК; Упадхьяя, А. Оптимизация угла летки для минимизации напряжения сдвига стенки горна, вызванного потоком. Айронмак. Стилмак. 2004 , 31, 207–215. [Google Scholar] [CrossRef]
  54. Торркулла, Дж.; Саксен Х. Модель состояния горна доменной печи. ISIJ Междунар. 2000 , 40, 438–447. [Google Scholar] [CrossRef]
  55. Brännbacka, J.; Саксен, Х. Модель для быстрого расчета эрозии горна доменной печи и профилей наростов. Инд.Инж. хим. Рез. 2008 , 47, 7793–7801. [Google Scholar] [CrossRef]
  56. Синотаке А.; Накамура, Х .; Ядомару, Н .; Моризан, Ю.; Мегуро, М. Исследование эрозии стенок горна доменной печи путем анализа образцов керна и учета работы кампании. ISIJ Междунар. 2003 , 43, 321–330. [Google Scholar] [CrossRef]
  57. Каймак Ю.; Бартуш, Х .; Хаук, Т .; Мерниц, Дж.; Рауш, Х .; Лин, Р. Мультифизическая модель состояния футеровки горна. Сталь Рез. Междунар. 2020 , 200055. [Google Scholar] [CrossRef]
  58. Wang, G.X.; Чу, SJ; Ю, А.Б.; Зулли, П. Модельное исследование потока жидкости в нижней зоне доменной печи. ISIJ Междунар. 1997 , 37, 573–582. [Google Scholar] [CrossRef]
  59. Tanzil, WB; Зулли, П.; Берджесс, Дж. М.; Пинчевский, В.В. Экспериментальное модельное исследование физических механизмов, управляющих дренированием горна доменной печи. Транс. Железо Сталь инст.Япония. 1984 , 24, 197–205. [Google Scholar] [CrossRef]
  60. Шао, Л.; Саксен, Х. Падение давления в горне доменной печи с сидящим мертвецом. ISIJ Междунар. 2011 , 51, 1014–1016. [Google Scholar] [CrossRef]
  61. Шао, Л.; Саксен, Х. Моделирование двухжидкостного потока в летке доменной печи. ISIJ Междунар. 2013 , 53, 988–994. [Google Scholar] [CrossRef]
  62. Саксен Х. Модель дренирования горна доменной печи с непроницаемой зоной.Металл. Матер. Транс. Б 2015 , 46, 421–431. [Google Scholar] [CrossRef]
  63. Fukutake, T.; Окабе, К. Исследование течения шлака в горне доменной печи на основе гидродинамики и взаимосвязи между количеством остаточного шлака и условиями выпуска. Тецу-то-Хагане 1974 , 60, 607–621. [Google Scholar] [CrossRef]
  64. Fukutake, T.; Окабе, К. Экспериментальные исследования течения шлака в горне доменной печи при выпуске. Транс. Железо Сталь инст.Япония. 1976 , 16, 309–316. [Google Scholar] [CrossRef]
  65. Fukutake, T.; Окабе, К. Влияние условий выпуска шлака на количество остаточного шлака в горне доменной печи. Транс. Железо Сталь инст. Япония. 1976 , 16, 317–323. [Google Scholar] [CrossRef]
  66. Tanzil, W.B.U. Дренаж горна доменной печи. Кандидат наук. Диссертация, Университет Нового Южного Уэльса, Сидней, Австралия, 1985. [Google Scholar]
  67. Tanzil, WBU; Пинчевский, В.В. Дренаж горна доменной печи: Физические механизмы.хим. англ. науч. 1987 , 42, 2557–2568. [Google Scholar] [CrossRef]
  68. Zulli, P. Дренаж горна доменной печи с бескоксовым слоем и без него. Кандидат наук. Диссертация, Университет Нового Южного Уэльса, Сидней, Австралия, 1991. [Google Scholar]
  69. Бин, И. Дренаж очага доменной печи. Улучшение корреляции остаточного расхода. Кандидат наук. Диссертация, Университет Нового Южного Уэльса, Сидней, Австралия, сентябрь 2008 г. [Google Scholar]
  70. Nishioka, K.; Маэда, Т .; Симидзу, М.Трехмерное математическое моделирование поведения дренажа в горне доменной печи. ISIJ Междунар. 2005 , 45, 669–676. [Google Scholar] [CrossRef]
  71. Нишиока, К.; Маэда, Т .; Симидзу, М. Влияние различных условий в печи на дренирование горна доменной печи. ISIJ Междунар. 2005 , 45, 1496–1505. [Google Scholar] [CrossRef]
  72. Нути, Т.; Сато, М .; Такеда, К .; Арияма, Т. Влияние условий эксплуатации и стратегии разливки на эффективность дренажа горна доменной печи.ISIJ Междунар. 2005 , 45, 1515–1520. [Google Scholar] [CrossRef]
  73. Шао, Л.; Саксен, Х. Имитационное исследование дренажа горна доменной печи с использованием модели двухфазного потока летки. ISIJ Междунар. 2011 , 51, 228–235. [Google Scholar] [CrossRef]
  74. Иида, М.; Огура, К .; Хаконе, Т. Анализ изменения скорости дренажа расплавленного чугуна и шлака из доменной печи во время выпуска. ISIJ Междунар. 2008 , 48, 412–419. [Google Scholar] [CrossRef]
  75. Иида, М.; Огура, К .; Хаконе, Т. Численное исследование отклонения скорости дренажа металла/шлака при выпуске доменной печи. ISIJ Междунар. 2009 , 49, 1123–1132. [Google Scholar] [CrossRef]
  76. Roche, M.; Хелле, М .; ван дер Стель, Дж.; Лоуверс, Г.; Шао, Л.; Саксен, Х. Автономная модель уровней жидкости в доменной печи. ISIJ Междунар. 2018 , 58, 2236–2245. [Академия Google] [CrossRef]

Рисунок 1. Схематический вертикальный разрез доменной печи чугуна и ее горна.

Рисунок 1. Схематический вертикальный разрез доменной печи чугуна и ее горна.

Рис. 2. Расчетные уровни шлака (верхние сплошные кривые) и железа (нижние сплошные кривые) в двух доменных печах с разным плавающим состоянием мертвеца: сидящим (верхняя панель) и плавающим (нижняя панель). Также показаны масштабированные сигналы ЭДС (штриховые кривые) и уровни летки (пунктирные линии). Воспроизведено с разрешения [25]. Рис. 2. Расчетные уровни шлака (верхние сплошные кривые) и железа (нижние сплошные кривые) в двух доменных печах с разным плавающим состоянием мертвеца: сидящим (верхняя панель) и плавающим (нижняя панель).Также показаны масштабированные сигналы ЭДС (штриховые кривые) и уровни летки (пунктирные линии). Воспроизведено с разрешения [25]. Рисунок 3. Влияние уровня жидкости и глубины пода на состояние мертвого человека, где Y, Z и R H относятся к уровню жидкости от дна пода, глубине пода и радиусу пода соответственно. ( a ) Критический уровень жидкости в зависимости от глубины очага; ( b ) рабочие уровни жидкости японских доменных печей. Воспроизведено с разрешения [34]. Рисунок 3. Влияние уровня жидкости и глубины пода на состояние мертвого человека, где Y, Z и R H относятся к уровню жидкости от дна пода, глубине пода и радиусу пода соответственно. ( a ) Критический уровень жидкости в зависимости от глубины очага; ( b ) рабочие уровни жидкости японских доменных печей. Воспроизведено с разрешения [34]. Рисунок 4. Схематический рисунок, изображающий нижнюю часть доменной печи. Воспроизведено с разрешения [35]. Рисунок 4. Схематический рисунок, изображающий нижнюю часть доменной печи. Воспроизведено с разрешения [35]. Рисунок 5. Боковое распределение нисходящего напряжения на уровне фурмы. Воспроизведено с разрешения [34]. Рисунок 5. Боковое распределение нисходящего напряжения на уровне фурмы. Воспроизведено с разрешения [34]. Рисунок 6. Эволюция уровней железа и шлака (верхняя панель) и профиля днища (нижняя панель) во время цикла выпуска в эрозионной доменной печи.Воспроизведено с разрешения [25]. Рисунок 6. Эволюция уровней железа и шлака (верхняя панель) и профиля днища (нижняя панель) во время цикла выпуска в эрозионной доменной печи. Воспроизведено с разрешения [25]. Рис. 7. Трехмерное изображение бескоксовых зон в случаях 1–3 на рис. 6. Черная горизонтальная полоса отмечает расположение летки. Воспроизведено с разрешения [25]. Рис. 7. Трехмерное изображение бескоксовых зон в случаях 1–3 рис. 6.Черная горизонтальная полоса отмечает расположение летки. Воспроизведено с разрешения [25].

Рис. 8. Общие потоки железа текут в очаге с частично плавающим покойником.

Рис. 8. Общие потоки железа текут в очаге с частично плавающим покойником.

Рис. 9. Влияние плавающего состояния покойника на касательное напряжение, воздействующее на дно горна. Воспроизведено с разрешения [48]. Рис. 9. Влияние плавающего состояния покойника на касательное напряжение, воздействующее на дно горна. Воспроизведено с разрешения [48].

Рисунок 10. Базовый алгоритм модели оценки профиля износа горна.

Рис. 10. Базовый алгоритм модели оценки профиля износа горна.

Рисунок 11. Линии эрозии и нагара в двух промышленных печах, оцененные на основе обратного расчета теплообмена.

Рис. 11. Линии эрозии и нагара в двух промышленных печах, оцененные на основе обратного расчета теплообмена.

Рисунок 12. Схема границ раздела газ-шлак и шлак-железо в конце крана, где z sl,e , z th и z ir,e относятся к вертикальным расстояниям от общей границы раздела газ-шлак, осевая линия летки и граница раздела шлак-чугун с днищем горна, а p sl , p th и p ir,ft относятся к статическому давлению на всей границе раздела газ-шлак перед леткой, и на общей границе шлак–железо соответственно.

Рисунок 12. Схема границ раздела газ-шлак и шлак-железо в конце крана, где z sl,e , z th и z ir,e относятся к вертикальным расстояниям от общей границы раздела газ-шлак, осевая линия летки и граница раздела шлак-чугун с днищем горна, а p sl , p th и p ir,ft относятся к статическому давлению на всей границе раздела газ-шлак перед леткой, и на общей границе шлак–железо соответственно.

Примечание издателя: MDPI остается нейтральным в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.


© 2020, авторы. Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Мониторинг состояния безопасности горна доменной печи с помощью охлаждающего теплового потока: AIP Advances: Vol 10, No 2

I.ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ВыберитеНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕ < 1,2 1. Ю. Чжан, Р. Дешпанде, Д. Хуанг, П. Чаубал и К. К. Чжоу, «Численный анализ внутреннего профиля горна доменной печи с использованием CFD и модели теплопередачи для различных периодов времени», Межд. .J. Тепломассообмен 51 (1-2), 186–197 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.04.0522. Ю. Л. Ли, С. С. Ченг, П. Чжан и С. Х. Чжоу, «Чувствительное влияние плавающего состояния глушителя доменной печи на течение расплавленного чугуна и эрозию очага», ISIJ Int. 55 (11), 2332–2341 (2015). https://doi.org/10.2355/isijinternational.isijint-2014-665 Из-за физического и химического воздействия толщина футеровки горна постоянно уменьшается. 3–5 3. С. Н.Сильва, Ф. Вернилли, С. М. Юстус, Э. Лонго, Дж. Б. Бальдо, Дж. А. Варела и Дж. М. Г. Лопес, «Методология исследования износа углеродистой огнеупорной футеровки горна доменной печи», Матер. Коррос. 64 (11), 1032–1038 (2013). https://doi.org/10.1002/maco.2011063904. Сильва С.Н., Вернилли Ф., Юстус С.М., Маркес О.Р., Мазин А., Бальдо Дж.Б., Лонго Э., Варела Дж.А. Механизм износа огнеупорной футеровки пода доменной печи // Производство стали 32 (6), 459– 467 (2005).https://doi.org/10.1179/174328105×481605. Монаган Б.Дж., Дрейн П.Б., Чепмен М.В. и Найтингейл Р.Дж. Реактивность коксовой золы на алюмосиликатных огнеупорах горна доменной печи // ISIJ Int. 54 (4), 810–819 (2014). https://doi.org/10.2355/isijinternational.54.810 Аварии с прожогом очага могут произойти, если толщина выходит за пределы безопасного диапазона, что может привести к значительным экономическим потерям и даже к человеческим жертвам. В Таблице I перечислены некоторые примеры прожогов очагов, произошедших за последние годы.ТАБЛИЦА I. Примеры аварий с прогоранием очага за последние годы. 6–8 6. З. Ю. Цао, «Анализ причин прогорания снаряда в печи № 1 в Хангане», Gansu Metall. 39 (3), 12–13 (2017) (на китайском языке).7. Ю. Тан, З. Х. Хуан и Ф. К. Гонг, «Краткий анализ прожога очага № 3 доменной печи в Цзюгане», Ironmaking 34 (4), 28–32 (2015) (на китайском языке).8. В. Се, «Анализ и меры по предотвращению прогорания 2800 м 3 горна доменной печи в Тяньтие», Tianjin Metall. 6 , 25–27 (2018) (на китайском языке). код доменной печи Burnthrough время.
+
Объем (м 3 )
Бэньси Новый № 1 4350 1 сентября 2017
Ханган № 1 1080 13 ноября 2016
Jiugang No. 3 1780 27 октября 2012
Тяньцзинь Tiantie 2800 5 февраля 2012
Shagang Нет .1 2500 20 августа 2010 г.
US Steel Gary № 14 3200 19 апреля 2009 г.
ARCLOR MITTAL-SICATSA.
ARCELOR MITTAL-SICATSA.
ARCELOR MITTAL-SICATSA.

Поскольку внутри топки находится высокотемпературная среда, толщину футеровки топки нельзя измерить напрямую. Поэтому необходимы новые методы оценки его эрозионного состояния. Большинство современных коммерческих доменных печей оснащены датчиками, которые измеряют температуру футеровки горна, а также разницу температур охлаждающей воды.Эти измеренные данные могут отражать состояние эрозии внутри очага. Температура футеровки и разница температур охлаждающей воды выше в местах, где футеровка тоньше. Поэтому эти измерения обычно используются для мониторинга доменной печи.

В начальный и средний периоды эксплуатации доменной печи безопасность горна можно обеспечить за счет контроля замеров термопар, расположенных в футеровке. На основании этих данных можно оценить профиль эрозии футеровки. 9–15 9. Торркулла Дж., Саксен Х. Модель состояния горна доменной печи // ISIJ Int. 40 (5), 438–447 (2000). https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.43810. Дж. Браннбака и Х. Саксен, «Модель для быстрого расчета эрозии горна доменной печи и профилей наростов», Ind. Eng. хим. Рез. 47 (20), 7793–7801 (2008). https://doi.org/10.1021/ie800384q11. Duarte R.M., Ruiz-Bustinza I., Carrascal D., Verdeja L.F., Mochon J., Cores A. «Мониторинг и контроль износа огнеупоров горна для улучшения работы доменной печи», Ironmaking Steelmaking 40 (5), 350 –359 (2013).https://doi.org/10.1179/1743281212y.000000004512. Ву Л.Дж., Ченг Х.И., Су Ю., Фенг Х.Д. Математическая модель для прогнозирования состояния днища и горна доменной печи в режиме реального времени с помощью метода граничных элементов конкретного решения // Прикл. Терм. англ. 23 (16), 2079–2087 (2003). https://doi.org/10.1016/s1359-4311(03)00184-413. С. Кумар, «Анализ теплопередачи и оценка износа огнеупоров в чугунном горне доменной печи с использованием метода конечных элементов», ISIJ Int. 45 (8), 1122–1128 (2005).https://doi.org/10.2355/isijinternational.45.112214. М. Загариа, В. Димастроматтео и В. Колла, «Мониторинг эрозии и профиля гарнисажа в горне доменной печи», Производство стали 37 (3), 229–234 (2010). https://doi.org/10.1179/030192309×1259576323700315. MX Feng, R. Chen, Q. Li, «Разработка модели мониторинга эрозии горна доменной печи на основе метода подвижных границ», Mater. Рез. Нововведения 19 , С5-448–С5-453 (2015). https://doi.org/10.1179/14328z.0000000001129 Торркулла и Саксен 9 9. Торркулла Дж. и Саксен Х. Модель состояния горна доменной печи // ISIJ Int. 40 (5), 438–447 (2000). https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.438 представила модель для оценки профилей эрозии и черепа горна доменной печи, которая была проиллюстрирована и проверена на двух доменных печах в Финляндии. Brannbacka and Saxen 10 10. J. Brannbacka и H. Saxen, «Модель для быстрого расчета эрозии горна доменной печи и профилей наростов», Ind.англ. хим. Рез. 47 (20), 7793–7801 (2008). https://doi.org/10.1021/ie800384q оптимизировал процесс решения и предложил модель для быстрого решения профиля эрозии футеровки. Дуарте и др. 11 11. Duarte R.M., Ruiz-Bustinza I., Carrascal D., Verdeja L.F., Mochon J., Cores A. «Мониторинг и контроль износа огнеупоров горна для улучшения работы доменной печи», Ironmaking Steelmaking 40 (5), 350–359 (2013). https://doi.org/10.1179/1743281212y.0000000045 разработал инструмент онлайн-мониторинга для оценки состояния эрозии футеровки горна. Загария и др. 14 14. М. Загариа, В. Димастроматтео и В. Колла, «Мониторинг эрозии и профиля черепа в горне доменной печи», Производство стали 37 (3), 229–234 (2010). https://doi.org/10.1179/030192309×12595763237003 решил это как проблему оптимизации. Фэн и др. 15 15. Фенг М. С., Чен Р., Ли К. «Разработка модели мониторинга эрозии горна доменной печи на основе метода подвижных границ».Рез. Нововведения 19 , С5-448–С5-453 (2015). https://doi.org/10.1179/14328z.0000000001129 предложен метод подвижной границы для поиска эрозионной границы крепи. Их принципы расчета можно резюмировать следующим образом: (1) разработать математическую модель, включающую эрозию, и (2) попытаться изменить профиль эрозии и привести распределение температуры для математической модели в соответствие с реальностью. Данные о температуре от термопар являются основными параметрами, используемыми для обеспечения согласованности.Чем больше термопар используется в футеровке, тем ближе прогнозируемый профиль эрозии к реальности. С другой стороны, если термопар слишком мало, точность расчета не может быть гарантирована. Из-за длительной работы при высоких температурах некоторые термопары могут деградировать на более поздних сроках службы доменной печи. Однако в этот период чаще случаются несчастные случаи. Поэтому необходимо принять другие вспомогательные методы для обеспечения безопасности доменной печи.Поток охлаждающего тепла является стандартной точкой измерения данных. Этот поток обычно произвольно делится на различные уровни риска, чтобы представить безопасное состояние очага. Например, уровни риска теплового потока регулируются стандартом 16 16. Стандарт контроля интенсивности теплового потока для подовой печи 4 #, Технический отдел производства чугуна, Департамент металлургического комбината Ханьдань, 2005 г. (на китайском языке). для горна доменной печи № 4 компании HBIS Group Hansteel, как указано в Таблице II.Однако этот стандарт контроля основан на опыте и не имеет научной основы.

ТАБЛИЦА II. Уровни риска теплового потока, контролирующие стандарт для горна доменной печи № 4 компании HBIS Group Hansteel (кВт/м 2 ).

Экстремальный
Уровень риска Нормальная Предупреждение Сигнализация Опасность опасность
Тепловой поток <8.1 8,1–11,6 11,6–13,9 13,9–17,4 >17,4
Li и др. 17 17. Ю. Л. Ли, С. С. Ченг и К. Чен, «Критический тепловой поток горна доменной печи в Китае», J. Iron Steel Res. Междунар. 22 (5), 382–390 (2015). https://doi.org/10.1016/s1006-706x(15)30016-9 проанализирован процесс теплообмена 13 доменных печей. Они пришли к выводу, что различные топки доменных печей не имели единого критического теплового потока.Они также обнаружили, что при расчете критического теплового потока следует учитывать такие факторы, как конструкция конструкции, огнеупорные материалы и качество конструкции. Однако рассчитанные ими критические тепловые потоки сильно отличались от исследовательского теплового потока, а некоторые из них были более чем в пять раз больше. Если контрольное значение слишком консервативно, доменная печь будет остановлена ​​преждевременно, что не способствует максимизации преимуществ завода по производству чугуна. Напротив, если контрольное значение слишком велико, это значительно повысит риск прогорания очага.Оба этих условия нежелательны. Это было обнаружено в нашей предыдущей работе 18 18. Y. Li, L. Y. Chen, and JC Ma, «Численное исследование взаимосвязи между локализованной депрессионной эрозией футеровки горна товарной доменной печи и тепловой поток охлаждающих пластин», IEEE Access 7 , 60984–60994 (2019). https://doi.org/10.1109/access.2019.25 установлено, что локализованная депрессионная эрозия футеровки горна существенно влияет на тепловой поток охлаждающих клепок.Однако это влияние не рассматривалось в исследовании Li et al. 17 17. Ю. Л. Ли, С. С. Ченг и К. Чен, «Критический тепловой поток горна доменной печи в Китае», J. Iron Steel Res. Междунар. 22 (5), 382–390 (2015). https://doi.org/10.1016/s1006-706x(15)30016-9 Это приведет к более высокому критическому тепловому потоку, что может увеличить риск прогорания очага. Таким образом, необходимо срочно обеспечить научную и обоснованную систему мониторинга теплового потока.

Основными целями этой статьи являются (1) предложить принцип максимума, чувствительный к риску, который используется для построения расчетных моделей для мониторинга теплового потока, и (2) для расчета значений мониторинга теплового потока № 1.3 доменная печь на металлургическом заводе.

II. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ

Раздел:

ChooseВверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ < Эрозия футеровки очага представляет собой постепенный и необратимый процесс. Профиль эрозии в более поздний период службы доменной печи формируется из профиля эрозии в более ранний и средний периоды. Однако в некоторых случаях, например, при снижении производительности или повышении прочности при охлаждении, горячее железо затвердевает на горячей стороне футеровки и образует слой черепа.Этот сформировавшийся череп часто нестабилен и легко отделяется; поэтому в данном исследовании он не рассматривается.

Подробный процесс расчета показан на рис. 1, который можно разделить на следующие три подпроцесса:
1.

Сбор и организация данных. Во-первых, соберите структурные параметры очага и исторические данные о температуре, измеренные с помощью термопар. Во-вторых, организуйте данные о температуре в хронологическом порядке. Сравнение исторических данных о температуре позволяет нам приблизительно определить места, где может произойти сильная эрозия.Наконец, найдите точное время, когда термопары в этих местах имеют исторически высокие температуры.

2. Прогноз эрозии. На основании исх. 9–159. Дж. Торркулла и Х. Саксен, «Модель состояния горна доменной печи», ISIJ Int. 40 (5), 438–447 (2000). https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.43810. Дж. Браннбака и Х. Саксен, «Модель для быстрого расчета эрозии горна доменной печи и профилей наростов», Ind. Eng. хим.Рез. 47 (20), 7793–7801 (2008). https://doi.org/10.1021/ie800384q11. Duarte R.M., Ruiz-Bustinza I., Carrascal D., Verdeja L.F., Mochon J., Cores A. «Мониторинг и контроль износа огнеупоров горна для улучшения работы доменной печи», Ironmaking Steelmaking 40 (5), 350 –359 (2013). https://doi.org/10.1179/1743281212y.000000004512. Ву Л.Дж., Ченг Х.И., Су Ю., Фенг Х.Д. Математическая модель для прогнозирования состояния днища и горна доменной печи в режиме реального времени с помощью метода граничных элементов конкретного решения // Прикл.Терм. англ. 23 (16), 2079–2087 (2003). https://doi.org/10.1016/s1359-4311(03)00184-413. С. Кумар, «Анализ теплопередачи и оценка износа огнеупоров в чугунном горне доменной печи с использованием метода конечных элементов», ISIJ Int. 45 (8), 1122–1128 (2005). https://doi.org/10.2355/isijinternational.45.112214. М. Загариа, В. Димастроматтео и В. Колла, «Мониторинг эрозии и профиля гарнисажа в горне доменной печи», Производство стали 37 (3), 229–234 (2010).https://doi.org/10.1179/030192309×1259576323700315. MX Feng, R. Chen, Q. Li, «Разработка модели мониторинга эрозии горна доменной печи на основе метода подвижных границ», Mater. Рез. Нововведения 19 , С5-448–С5-453 (2015). https://doi.org/10.1179/14328z.0000000001129, прогнозируют текущие профили эрозии футеровки горна. Этот процесс и принцип кратко описаны на рис. 1 и в разд. III A.
3. Построение расчетных моделей и расчет значений мониторинга.На основе принципа максимума с учетом риска (раздел II C) и текущего профиля эрозии создайте вычислительные модели для выполнения численного моделирования. Тепловые потоки соответствующих охлаждающих пластин являются контрольными величинами.
В этой статье метод конечных элементов (МКЭ) 19,20 19. Л. Б. Цзян, Дж. Дж. Чжао и Ю. В. Гао, «Механический анализ гибкой кабельной батареи с использованием модели конечных элементов», AIP Adv. 9 (1), 015013 (2019). https://дои.орг/10.1063/1.508219520. Дж. Хе и Дж. Л. Чжао, «Конечно-элементное моделирование поверхностного эффекта на волнах Рэлея», AIP Adv. 8 (3), 035006 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5006808 используется для численного моделирования. Трехмерные модели создаются в Solidworks, а процессы теплообмена решаются в ANSYS.

A. Физические модели

Расчетная структура горна доменной печи № 3 показана на рис. 2(а). Футеровка горна выполнена из огнеупорных материалов, включающих ультрамикропористый углеродистый кирпич, микропористый углеродистый кирпич и керамический стакан.Существует два типа материалов для набивки, используемых для строительства очага. Одним из них является угольная трамбовочная смесь с высокой теплопроводностью, используемая для заполнения зазоров между охлаждающими планками, угольным кирпичом и выравнивающим покрытием. Другим является изолирующая набивная смесь с низкой теплопроводностью, используемая для заполнения зазоров между охлаждающей плитой и кожухом печи. выравнивающее покрытие и углеродистый кирпич имеют толщину 80 мм, 40 мм и 100 мм соответственно.Толщина выравнивающего покрытия составляет 250 мм, имеется 52 трубы охлаждающей воды (пустые кружки на рис. 2, а) с внутренним диаметром 96 мм. Скорость течения воды в трубах 1 м/с, средняя температура воды 25 °С. Толщина охлаждающей клепки 160 мм, толщина кожуха печи 60 мм. Сплошные кружки на рис. 2(а) — это места расположения термопар. Всего в футеровке топки установлено 449 термопар, распределенных по 12 направлениям.Охлаждающие пластины на одной высоте называются сегментом, а в области очага имеется четыре сегментных охлаждающих пластины. Каждый сегмент имеет 48 охлаждающих пластин, равномерно распределенных по окружности. Охлаждающие пластины для каждого сегмента расположены поочередно, как показано на рис. 2(б), и изготовлены из чугуна. В каждой охлаждающей пластине имеется четыре трубы охлаждающей воды с внутренним диаметром 48 мм, равномерно распределенные по ее средней грани. Скорость течения воды в трубах равна 2.5 м/с, а средняя температура воды 25 °С. Материалы, использованные в модели, являются изотропными, а их теплопроводность показана в Таблице III. ТАБЛИЦА III. Теплопроводность материалов. 21–23 21. Y.B. Wang, S.Y. Li, H. Jiang, and S.X. Lu, Техническое руководство по кладке доменных печей , под редакцией S.Y. Li (Metallurgical Industry Press, Beijing, China, 2006) (на китайском языке).22 . Модель теплового состояния и идентификация эрозии футеровки горна доменной печи: Автореф.D. диссертация (Школа машиностроения и автоматизации, Северо-восточный университет, Шэньян, Китай, 2009 г.) (на китайском языке).23. X. Г. Ма, «Моделирование и оптимизация тепломеханических характеристик сопряжения среднего и нижнего строения доменной печи в условиях нагрева и открытия», к.т.н. диссертация (Школа машиностроения и автоматизации, Северо-Восточный университет, Шэньян, Китай, 2018 г.) (на китайском языке).0
Материал λ [Вт/(м 2 K)]
Керамическая чашка
Ultramicroporous углерод кирпич 17,0
Микропористый углерод кирпич 15,0
углерод набивной смешать 14,0
Изолирующих набивной смешать 0,3
чугун охлаждение нотного стана 40,0
Выравнивающий слой 14,0
Кожух печи 50,0
B.Методы

1. Дифференциальное уравнение теплопроводности

Производство чугуна в доменных печах представляет собой непрерывный производственный процесс. Образующийся чугун непрерывно поступает в под и вытекает через выпускное отверстие для чугуна. Таким образом, горн всегда заполнен высокотемпературным расплавленным железом. Благодаря непрерывному производству колебания внутренней среды очага относительно невелики. Расход и температура притока воды в клепку также практически не изменяются. Кроме того, скорость эрозии футеровки низкая.Поэтому процесс теплообмена в очаге можно упростить как стационарный процесс. 24–26 24. М. Свартлинг, Б. Санделин, А. Тиллиандер и П. Г. Йонссон, «Моделирование теплопередачи горна доменной печи», Стальные исследования. Междунар. 81 (3), 186–196 (2010). https://doi.org/10.1002/srin.200525. X. Xu, L. Wu, Z. Lu, «Критерий оптимизации производительности доменной печи», Int. J. Тепломассообмен 105 , 102–108 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijтепломассообмен.2016.09.05626. Лю К., Чжан П., Ченг С., Ниу Дж., Лю Д., «Теплопередача и термоупругий анализ композитной клепки из медной стали», Int. J. Тепломассообмен 103 , 341–348 (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.05.100 Согласно закону сохранения энергии, 27 27. Р. Фейнман, Р. Лейтон и М. Сэндс, Фейнмановские лекции по физике (Аддисон Уэсли, США, 1964 г.). энергия, передаваемая в модель в единицу времени, должна быть равна энергии, передаваемой от модели в единицу времени.Трехмерный процесс теплопередачи очага может быть описан с использованием прямоугольной системы координат 28,29 28. J.P. Holman, Heat Transfer (Raghothaman Srinivasan, New York, NY, USA, 2010)29. T. Wenquan, Numerical Heat Transfer (издательство Xi’an Jiao Tong University Press, Сиань, Китай, 2001 г.), стр. 86–98 (на китайском языке). с дифференциальным уравнением теплопроводности
∂∂xλT∂T∂x+∂∂yλT∂T∂y+∂∂zλT∂T∂z=0. (1)

2.Граничные условия

Граничные условия, задействованные в модели, можно разделить на три типа:
a.

Заданный температурный режим, применяемый к эрозионной поверхности:

где T * – заданная температура, установленная на 1150 °C (температура затвердевания железа, насыщенного углеродом). 22 22. Ю. Л. Модель теплового состояния и идентификация эрозии футеровки горна доменной печи: канд. техн. диссертация (Школа машиностроения и автоматизации, Северо-Восточный университет, Шэньян, Китай, 2009 г.) (на китайском языке).
б.

Заданные условия поверхности конвекции применительно к внутренней поверхности трубы охлаждающей воды и внешней поверхности кожуха печи (закон охлаждения Ньютона):

ТБ), (3)
где λ – теплопроводность твердого тела, находящегося в контакте с жидкостью, ч f – коэффициент конвективной теплоотдачи на границе, 2 S — температура на поверхности модели, T B — объемная температура прилегающей жидкости.Большой поток охлаждающей воды приводит к тому, что разница температур охлаждающей воды, поступающей и выходящей из одной охлаждающей пластины, обычно невелика. Поэтому в качестве граничного условия к модели применяется средняя температура охлаждающей воды (25 °C). Коэффициент конвективной теплоотдачи можно принять по эмпирической формуле 22,30,31 22. Ю. Л. Модель теплового состояния и идентификация эрозии футеровки горна доменной печи: канд. техн. диссертация (Школа машиностроения и автоматизации, Северо-Восточный университет, Шэньян, Китай, 2009 г.) (на китайском языке).30. Лю С., Чен Л. Г., Фенг Х., Сунь Ф. Р. Конструктивный проект стены доменной печи на основе теории энтранса. Терм. англ. 100 , 798–804 (2016). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.02.05031. Т. Фу, «Анализ теплопередачи охлаждающей плиты горна доменной печи», M.Sc. диссертация, Школа машиностроения и автоматизации, Северо-восточный университет, Шэньян, Китай, 2015 г. (на китайском языке).
hвода=208,8+47,5vвода, (4)
где v вода скорость потока охлаждающей воды в м/с.Скорость потока воды в трубах охлаждающей клепки составляет 2,5 м/с, а коэффициент конвективной теплоотдачи рассчитан как 327,6 Вт/(м 2 К). Скорость течения воды в подовых трубах топки составляет 1,0 м/с, а расчетный коэффициент конвективной теплоотдачи составляет 256,3 Вт/(м 2 К). Кожух печи находится в среде естественной конвекции. Средняя температура воздуха 25 °С, коэффициент конвективной теплоотдачи принят равным 10 Вт/(м 2 К). 23 23.X. Г. Ма, «Моделирование и оптимизация тепломеханических характеристик сопряжения среднего и нижнего строения доменной печи в условиях нагрева и открытия», к.т.н. диссертация (Школа машиностроения и автоматизации, Северо-Восточный университет, Шэньян, Китай, 2018 г.) (на китайском языке).
в. Чрезмерная область вычислений может привести к увеличению вычислительных затрат. Таким образом, в качестве расчетной области берется только часть очага, что приводит к появлению трех граней, которых в действительности не существует.Поскольку эти три грани соединены с остальной частью доменной печи, предполагается, что тепло через эти три грани не передается. Если область расчета достаточно велика, влияние этих трех граней на тепловой поток клепки пренебрежимо мало. 18 18. Ю. Ли, Л. Ю. Чен и Дж. К. Ма, «Численное исследование взаимосвязи между локализованной депрессионной эрозией футеровки горна коммерческой доменной печи и тепловым потоком охлаждающих плит», IEEE Access 7 , 60984 –60994 (2019).https://doi.org/10.1109/access.2019.25 Адиабатическая граница определяется как

3. Тепловой поток охлаждающей пластины

Различия в температуре воды и расходе воды позволяют получить средний тепловой поток охлаждающей пластины поддается расчету, где q – средний тепловой поток, Вт/м 2 , N g – количество водопроводных труб в одной охлаждающей плите, M s s массовый расход охлаждающей воды в кг/с, C p — удельная теплоемкость воды в Дж/(кг °C), Δ T — разность температур воды в °C, и A – площадь охлаждения в м 2 .

C. Принцип максимальной чувствительности к риску

Безопасная эксплуатация очага всегда является главным приоритетом. Только исходя из предпосылки безопасности имеет смысл добиваться максимального срока службы доменной печи. В общем, безопасность очага связана с самым тонким оставшимся участком футеровки. Меньшая остаточная толщина более опасна для работы очага. В то же время, чем ближе тепловой поток к контрольному значению, тем больше вероятность того, что операция будет отмечена для проверки.Следовательно, значение мониторинга должно принимать минимально возможную величину для обеспечения раннего предупреждения. Таким образом, для построения модели мониторинга предлагается риск-чувствительный принцип максимума. Ниже приводится серия двумерных симуляций, иллюстрирующих этот принцип.

Для моделирования выбрана область, соответствующая одной охлаждающей пластине, расположенной на боковой стенке очага. Профиль эрозии футеровки и граничные условия показаны на рис. 3(а). Минимальная остаточная толщина футеровки в модели 450 мм.Необходимо, чтобы остаточная толщина футеровки была не менее 300 мм для обеспечения безопасной эксплуатации. 17 17. Ю. Л. Ли, С. С. Ченг и К. Чен, «Критический тепловой поток горна доменной печи в Китае», J. Iron Steel Res. Междунар. 22 (5), 382–390 (2015). https://doi.org/10.1016/s1006-706x(15)30016-9 Поэтому тепловой поток следует рассчитывать как контрольную величину при минимальной толщине футеровки 300 мм. На основе текущего профиля эрозии построены три расчетные модели, как показано на рис.3(б). Профиль 1 соответствует модели 1, профиль 2 соответствует модели 2, а профиль 3 соответствует модели 3. Модель 1 увеличивает глубину максимальной эрозии, определяемую на основе базовой модели, модель 2 увеличивает площадь эрозии на основе модели 1 и Модель 3 основана на теоретическом методе Li et al. 17 17. Ю. Л. Ли, С. С. Ченг и К. Чен, «Критический тепловой поток горна доменной печи в Китае», J. Iron Steel Res. Междунар. 22 (5), 382–390 (2015). https://дои.org/10.1016/s1006-706x(15)30016-9, где внутренняя облицовка имеет одинаковую толщину 300 мм. Каждая из этих расчетных моделей смоделирована, и смоделированные тепловые потоки показаны в Таблице IV. Процентное отличие от базовой модели определяется как где q x — тепловой поток моделей 1, 2 и 3 в кВт/м базовой модели в кВт/м 2 .

ТАБЛИЦА IV. Смоделированные тепловые потоки охлаждающей пластины.

+
Модель теплового потока (кВт / м 2 ) δ (%)
Базовая модель 22,6
Модель 1 25,7 13,7
Модель 2 28,8 27,4
Модель 3 39,2 73,5

видно, что тепловой поток рассчитывают по модели 1 является наименьшим .Следовательно, раннее предупреждение может быть достигнуто, если это значение используется для мониторинга. Тепловой поток, рассчитанный по модели 3, является наибольшим и существенно отличается от потока по модели 1. В целом профиль эрозии футеровки неоднороден, что позволяет предположить, что модель 3 является крайним случаем. Если для расчета значения мониторинга используется Модель 3, риск прогорания значительно возрастет.

При построении моделей расчета контрольных значений следует придерживаться определенных принципов.Толщина футеровки для наиболее сильно эродированной части должна быть уменьшена до заданной толщины, а остальные части остаются без изменений. Это позволяет более эффективно контролировать состояние безопасности очага, чтобы снизить риск прогорания очага. Таким образом, это принцип максимума, чувствительный к риску.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьНаверх РЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. МОДЕЛИ И МЕТОДЫIII. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ… <В качестве примера взята доменная печь 3 чугуноплавильного завода, чтобы представить детальный процесс расчета значения контроля теплового потока.

A. Текущий профиль эрозии футеровки

Во-первых, следует спрогнозировать и оценить состояние эрозии текущей футеровки горна доменной печи. Анализируя исторические данные о температуре, было обнаружено, что первичная локальная эрозия находится в положениях термопар T23 и T24, расположенных в 8-й ориентации, с пиковыми температурами 13 апреля 2013 года.Температурные данные термопар в 8-й ориентации, измеренные в этот день, показаны в таблице V, а принципы расчета и результаты кратко представлены ниже.

ТАБЛИЦА V. Измеренные и смоделированные температуры термопар в 8-й ориентации (°C). «…» указывает на то, что термопара работает неправильно.

код Т1 Т2 Т3 Т4 T5 T6 Т7 Т8 Т9 T10 T11 T12 T13 T14
Измерено 29 244,5 208,4 375,5 363,8 317,2 500,3 488,4 422,1 331 615,7
смоделированные 246,6 238,3 209,8 372,7 361,7 317,3 501,4 487,3 427,3 330,1 634,8 615,6 540.8 438,8
Ошибка (%) 0,28 2,54 0,67 0,75 0,58 0,03 0,22 0,23 1,23 0,27 0,02
Код T15 T16 T17 T18 T19 T20 T21 T22 T23 T24 T25 T26 T27 T28
Измерено 218.5 151,8 299,1 205,6 398,4 265,5 476 312,8 432,3 296,9 364,7 249,3
смоделированные 784,2 575 222,9 154,8 303,2 208,5 404,7 271,3 477,9 313,8 444,1 298 369,5 253.3
Ошибка (%) 2,01 1,98 1,37 1,41 1,58 2,18 0,40 0,32 2,73 0,37 1,32 1,60
Код T29 T30 T31 T32 T33 T34 T35 T36 T37 T38 T39 T40 T41 T42
Измерено 310.5 215,1 276,7 190,2 175,2 246,5 170,8 247,1 172,2 180,2 278,1 194,4
смоделированные 308,6 214 270,2 188,2 250,8 174,7 244,5 170,1 248,3 172 258,5 178,1 277.2 191,9
Ошибка (%) 0,61 0,51 2,35 1,05 0,29 0,81 0,41 0,49 0,12 1,17 0,32 1,29

Поле фактической температуры в очаге в данный момент времени обозначается символом Ω T . Численная расчетная модель эрозии очага строится вручную, а моделируемое моделью температурное поле обозначается символом Ω S .Корректировка профиля эрозии расчетной модели позволяет смоделированному полю температуры Ω S быть близким или соответствовать фактическому полю температуры Ω T . В это время профиль эрозии расчетной модели считается прогнозируемым профилем эрозии очага.

Согласованность смоделированной температуры ( T ) и измеренной температуры (T̃) от термопар в топке используется для определения согласованности между двумя температурными полями ( Ω T и Ω S ).Прогнозируемый профиль эрозии преобразуется для построения расчетной модели, которая удовлетворяет следующему уравнению: где n — количество термопар в футеровке, T i — смоделированная температура, а T̃i — измеренная температура. показано на рис.2. Пятнадцать контрольных точек устанавливаются в каждой ориентации на основе положений термопары, как показано на рис. 4, которые соединяются плавными кривыми. Затем из этих кривых создается поверхность с лофтингом (функция для создания поверхностей в Solidworks). Различные модели эрозии строятся путем изменения координат этих контрольных точек. Каждая контрольная точка связана с определенной термопарой, поэтому при перемещении они следуют следующим правилам:
1.

Для совместимости с термопарами эти контрольные точки также распределены по 12 направлениям; каждая контрольная точка может двигаться только в пределах своей собственной ориентации.

2.

Контрольные точки на боковой стенке топки расположены на той же высоте, что и соответствующие им термопары; эти точки можно перемещать только по горизонтали.

3.

Контрольные точки на дне топки расположены на том же радиусе, что и соответствующие им термопары; эти точки можно перемещать только вертикально.

4.

Если моделируемая температура соответствующих термопар выше измеренной температуры, контрольную точку следует переместить внутрь топки; в противном случае его следует переместить наружу.

5.

Начальный шаг перемещения обычно составляет 30–40 мм. По мере уменьшения разницы между моделируемой температурой и измеренной температурой шаг перемещения должен уменьшаться.

Условие, полностью удовлетворяющее уравнению. (8) в действительности обычно не встречается. Когда смоделированные и измеренные температуры удовлетворяют уравнению (9) процесс поиска останавливается, и допустимая ошибка, используемая в этом расчете, составляет 3%. Смоделированные данные о температуре показаны в таблице V.На рис. 4 показан частично спрогнозированный профиль эрозии горна доменной печи № 3.
|Ti−T̃i|T̃i×100%≤e i=1,2,…,n. (9)

B. Построение моделей мониторинга

Раздел III A описывает метод прогнозирования текущего профиля эрозии футеровки горна. Как и по предварительным оценкам, наиболее сильная локальная эрозия возникает в областях, соответствующих термопарам Т23 и Т24 в 8-й ориентации. Профиль эрозии для этой ориентации показан на рис.5. «x» на рисунке указывает положение контрольных точек. Остаточная толщина самой тонкой обшивки составляет 622 мм. На основе принципа максимума с учетом риска построены расчетные модели с минимальными остаточными толщинами 500 мм, 400 мм, 300 мм и 200 мм. Их профили эрозии в 8-й ориентации также показаны на рис.2-15 и 2-16 охлаждающие рейки и рядом с охлаждающей рейкой № 3-15. Поэтому необходимо сосредоточить внимание на мониторинге теплового потока на этих трех охлаждающих пластинах.

C. Выбор вычислительной области и построение сетки

Для той же точности вычислений большая расчетная область требует больше вычислительных ресурсов. Поэтому выбранная область расчета должна быть как можно меньше. Модели проверки с центральными углами 45,0 °, 52,5 °, 60,0 ° и 67,5 ° построены с 8-й ориентацией в качестве центральной плоскости, которые используются для оценки влияния расчетной области на результаты.Результаты расчетов показывают, что при изменении центрального угла от 60° до 67,5° тепловые потоки для трех интересующих охлаждающих пластин изменяются менее чем на 1%, что соответствует требованиям точности инженерных расчетов. Поэтому центральный угол 60 ° выбран для построения модели в следующих расчетах моделирования.

Сетки (также известные как элементы) модели влияют на результаты моделирования. Как правило, большее количество сеток требует более высоких вычислительных затрат. Поэтому количество сеток должно быть максимально уменьшено.Моделирование выполнено для моделей с номерами ячеек 7,8 × 10 6 , 9,5 × 10 6 , 1,1 × 10 7 , 1,3 × 10 7 , 1,4 × 10,6 × 10 7, 7 7 . По тепловым потокам охлаждающих колодок №№ 2-15 и 3-15 оценивается влияние числа ячеек на результаты расчета, как показано на рис. 7. Поскольку диаметр водопроводных труб относительно невелик, охлаждающие клепки дискретизируются с использованием зашифрованных сеток. Отмечается, что по мере увеличения количества сеток результаты расчетов имеют тенденцию становиться более стабильными.При изменении числа ячеек от 1,3 × 10 7 до 1,4 × 10 7 тепловые потоки охлаждающих пластин №№ 2-15 и 3-15 изменяются менее чем на 0,1 %, что означает модель с 1,3 × 10 7 ячеек (рис. 8) могут удовлетворить требованиям точности. Таким образом, эта плотность сетки используется в последующих расчетах. Смоделированное поле температуры показано на рис. 9.

D. Значение контроля теплового потока

Каждая из моделей контроля моделируется. На рисунках 10 и 11 показано поле теплового потока водопроводов ст.2-15 и 3-15 охлаждающих клепок соответственно, когда наименьшая оставшаяся часть футеровки составляет 300 мм. Тепловой поток вблизи места эрозии значительно выше, чем в других местах. Поскольку тепловой поток, измеренный в практической инженерии, представляет собой среднее значение для одной охлаждающей пластины, то же значение извлекается для сравнения. Смоделированные средние тепловые потоки охлаждающих пластин №№ 2-15, 2-16 и 3-15 приведены в таблице VI.

ТАБЛИЦА VI. Значения контроля теплового потока охлаждающих пластин (кВт/м 2 ).

+ уровень риска 91 702 (I) 2-15 22,4 31,5 No. 2-16 22,2 31,1 No. 3-15
Тончайший Толщина (мм) 622 500 400 300 200
Обычные Средний Высокий Значительное
(II), (III), (IV)
20,2 24.7 27,7
20,0 24,5 27,4
19,1 20,1 21,0 22,1 23,3
Уровень риска связан с самым тонким оставшимся участком футеровки; по мере уменьшения остаточной толщины футеровки уровень риска возрастает. t l указывает на самую тонкую оставшуюся часть футеровки.При t l ≥ 400 мм очаг находится на обычном риске, который обозначается I уровнем; нормальное производство может быть выполнено в это время. Когда 300 ≤ т л 32–35 Междунар. 20 (9), 53–60 (2013). https://doi.org/10.1016/s1006-706x(13)60156-933. А. Синотаке, Х. Ооцука, Н. Сасаки и М. Ичида, «Срок службы доменной печи, связанный с производительностью», Rev.Металл. 101 (3), 203–209 (2004). https://doi.org/10.1051/metal:200413534. К. С. Цзяо, Дж. Л. Чжан, К. Ф. Хоу, З. Дж. Лю и Г. В. Ван, «Анализ взаимосвязи между производительностью и температурой стенки пода коммерческой доменной печи и прогнозирование модели», Steel Res. Междунар. 88 (9), 1600475 (2017). https://doi.org/10.1002/srin.20160047535. 2. Филатов С.В., Курунов И.Ф., Гордон Ю.М., Тихонов Д.Н., Грачев С.Н. Продление кампании интенсивно работающей доменной печи // Металлург 60 (9-10). 2017. С. 905–911.https://doi.org/10.1007/s11015-017-0384-1 необходимо принять меры по снижению скорости развития очаговой депрессионной эрозии и увеличению срока службы доменной печи. При достижении 200 мм очаг подвергается значительному риску, который обозначается IV уровнем. В это время необходимо остановить производство и остерегаться возможных аварий. Из соображений безопасности считается, что система достигла соответствующего уровня риска, независимо от того, какой охлаждающий тепловой поток достиг контрольного значения в Таблице VI.

Следует отметить, что безопасное значение остаточной толщины футеровки в этом документе основано на опыте, и применимые значения для различных доменных печей могут различаться. Это связано с качеством строительных материалов, проектной конструкцией, качеством строительства и другими факторами.

IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Раздел:

ВыберитеНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. МОДЕЛИ И МЕТОДЫIII. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ…IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ <<ССЫЛКИ

В этом исследовании №.В качестве примера для описания предлагаемого способа контроля состояния безопасности горна доменной печи с использованием теплового потока охлаждающих плит взята доменная печь 3 чугунолитейного производства. Для безопасной эксплуатации необходимо всесторонне учитывать температуру термопар в футеровке печи и тепловой поток охлаждающих пластин для оценки безопасности горна.

История доменной печи Schoolcraft

Доменная печь Schoolcraft на своем первоначальном месте на ручье Мунисинг.Водопад Мунисинг виден на расстоянии в правом верхнем углу.

Историческое общество округа Алжир

Железо было впервые обнаружено на Верхнем полуострове геодезистом Уильямом Бертом в 1844 году, но потребовались многие годы и строительство канала Су в 1855 году, чтобы производство железа в районе озера Верхнее стало жизнеспособным. По мере того как экспансия на запад ускорилась после Гражданской войны, национальный спрос на железо резко вырос, и для удовлетворения этого спроса возникли десятки железных рудников и доменных печей Верхнего полуострова.

В это время на западе Верхнего полуострова добывалась железная руда. Хотя в районе Pictured Rocks руда не добывалась, инвесторы стремились воспользоваться непосредственной близостью добычи, которая велась в западной половине Верхнего полуострова.

Компания Schoolcraft Iron Company была одним из многих новых предприятий в этом районе, возглавляемых местными агентами Питером Уайтом и Генри Мазером и финансируемых группой инвесторов из Филадельфии. Печь Скулкрафт была построена недалеко от Мунисинг-Крик из камня, добытого на Гранд-Айленде, а от печи до берега озера в 1100 футах была проложена «вельветовая» бревенчатая дорога.Вокруг печи возникла небольшая община, первая часть города Мунисинг. Впервые печь была запущена 28 июня 1867 года, и в течение года она производила до двадцати тонн чугуна в день.

Процесс плавки зависел от множества ресурсов и транспортных сетей для производства готовой продукции. Железная руда добывалась в районе Маркетт и доставлялась по железной дороге и на лодке в Мунисинг, а известняк доставлялся из района озера Эри. Бригады лесозаготовителей срубили бук и клен с 87 000 акров земли компании, окружающей печь, а затем поместили срубленную древесину в печи в форме улья для сжигания в древесный уголь.Для помощи в этой работе было нанято более 500 рабочих, и они и их семьи составляли почти все население Старого Мунизинга.

ArcelorMittal подписывает письмо о намерениях с правительствами Бельгии и Фландрии, поддерживая инвестиции в размере 1,1 млрд евро в технологии обезуглероживания на своем флагманском заводе в Генте

АрселорМиттал объявляет о подписании письма о намерениях с правительствами Бельгии и Фландрии в поддержку проекта стоимостью 1,1 млрд евро по строительству 2.Завод по производству железа прямого восстановления мощностью 5 миллионов тонн на своей площадке в Генте, а также две новые электропечи.

Завод прямого восстановления использует природный газ и, возможно, водород вместо угля для восстановления железной руды, что приводит к значительному сокращению выбросов CO2 по сравнению с доменным производством чугуна. Две электропечи будут плавить сталь прямого восстановления и стальной лом, которые затем будут преобразованы в сталелитейном цехе в стальные слябы, а затем переработаны в готовую продукцию.

После того, как ПВР и электропечи будут построены, наступит переходный период, в течение которого производство будет постепенно перемещаться от доменной печи А к ПВП и электрическим печам, после чего доменная печь А будет закрыта по истечении срока службы .К 2030 году это приведет к сокращению выбросов CO2 примерно на три миллиона тонн в год.

Поддержка этого проекта со стороны правительства страны и правительства Фландрии имеет решающее значение, учитывая значительные затраты, связанные с переходом на производство стали с нулевым уровнем выбросов углерода.

Также потребуется одобрение Европейской комиссии для финансовой поддержки.

Синергия Smart Carbon и DRI

Завод DRI будет работать вместе с доменной печью B в Генте, которая возобновила производство в марте 2021 года после значительных инвестиций в размере 195 миллионов евро.

Различные инициативы по обезуглероживанию, включая ввод в эксплуатацию в 2022 году проектов Steelanol/Carbalyst и Torero в Генте, приведут к ежегодному сокращению выбросов CO2 на 0,9 млн тонн к 2030 году.

Сочетание нового завода прямого восстановления с экологически чистой современной доменной печью позволяет создать уникальный синергетический эффект в дорожной карте ArcelorMittal Belgium по производству стали с нейтральным климатом.

В совокупности различные инициативы позволят ArcelorMittal Belgium сократить выбросы CO2 в 3 раза.9 миллионов тонн в год к 2030 году (на основе объема 1 и 2 по сравнению с 2018 годом), что эквивалентно выбросам парниковых газов от 848 172 автомобилей, эксплуатируемых в течение года[1]. В результате ArcelorMittal Belgium внесет значительный вклад в реализацию стремления ArcelorMittal Europe снизить интенсивность выбросов CO2-эквивалента на 35% к 2030 г. и добиться нейтрального уровня выбросов углерода к 2050 г.

Дорожная карта до 2050 г.

Гибридная модель производства стали Smart Carbon и Innovative DRI в Генте вписывается в дорожную карту ArcelorMittal Belgium CO 2 , состоящую из трех осей:

  • Дальнейшее повышение эффективности использования материалов и энергии, а также увеличение использования металлолома
  • Внедрение технологий Smart Carbon:
  1. Замена ископаемого углерода циклическим и отработанным углеродом: «Свежее» сырье будет все чаще заменяться отходами экологически и экономически целесообразным способом.Проект Torero будет осуществлять предварительную обработку древесных отходов из контейнерных парков для производства биоугля, подходящего для процесса доменной печи. ArcelorMittal Belgium также реализует демонстрационные проекты по переработке пластиковых отходов, которые можно вводить в доменные печи в виде порошка или газа.
  2. Преобразование отработанного газа в полезные химические соединения: в 2022 году ArcelorMittal Belgium введет в эксплуатацию завод (Steelanol/Carbalyst) для биологической переработки газа сталеплавильного производства в биоэтанол.
  3. Отделение CO 2 для повторного использования или хранения.
  • Водород: замена углерода в качестве восстановителя на водород (в конечном итоге зеленый водород, когда он доступен в продаже).

Александр Де Кроо, премьер-министр Бельгии, сказал:

Чтобы справиться с климатическим кризисом, нам нужны амбициозные действия. Лидируют европейские страны с четкими целями по сокращению выбросов парниковых газов на 55% к 2030 году и достижению климатической нейтральности к 2050 году.Приятно видеть, что секторы с большим охватом также присоединяются к гонке, инвестируя в инновации, которые сокращают выбросы и, в долгосрочной перспективе, достигают углеродной нейтральности. Эта крупная инвестиция ArcelorMittal в новые технологии важна для всего региона Гента, для уменьшения влияния нашей страны и показывает, что обезуглероживание нашей экономики — это совместные усилия».

Ян Джамбон, министр-президент Фландрии, сказал:

«Мы считаем, что технологические прорывы играют ключевую роль в решении проблемы климата.Амбициозная дорожная карта, предложенная ArcelorMittal для ее площадки в Генте, в этом смысле представляет собой возможность».

Винсент Ван Петегем, заместитель премьер-министра правительства Бельгии и министр финансов Бельгии, сказал:

«Для того, чтобы мы могли обеспечить переход к лучшему и здоровому завтрашнему дню, правительству и промышленности крайне важно объединиться в этот решающий поворотный момент времени. ArcelorMittal является ведущим примером такого перехода в нашем регионе.Эти совместные усилия не только обеспечивают присутствие ArcelorMittal в нашем регионе, но и являются квинтэссенцией обеспечения здорового и чистого воздуха в Генте для всех».

Хильде Кревитс, заместитель премьер-министра правительства Фландрии и министр экономики, инноваций, труда, социальной экономики и сельского хозяйства Фландрии, сказала:

«ArcelorMittal выбрала новаторскую и инновационную технологию, которая значительно сократит выбросы от одной из своих доменных печей, в результате чего выбросы во Фландрии сократятся на 4%.Этот уникальный проект послужит примером для остальной Европы в том, как реализовать цель климатической нейтральности. Одновременно это обеспечивает устойчивое создание рабочих мест и укрепляет конкурентоспособность ArcelorMittal на благо благосостояния и процветания Фландрии».

Tinne Van der Straeten, министр энергетики Бельгии, сказал:

«Этот амбициозный проект показывает, что промышленность является важным партнером для достижения климатически нейтрального общества к 2050 году.Это будет одна из крупнейших климатических инвестиций в Бельгии, которая закрепит ArcelorMittal в регионе Гента, гарантируя занятость и производя низкоуглеродистую и, в конечном счете, углеродно-нейтральную сталь. Зеленая сталь необходима при переходе на 100% возобновляемую энергию. Что хорошо для климата, хорошо для экономики и для всех».

Матиас Дипендале, министр финансов и бюджета Фландрии, жилищного строительства и недвижимого наследия, сказал:

«Эти инвестиции в инфраструктуру ArcelorMittal являются признаком ответственной политики Фландрии.Мы инвестируем в устойчивое будущее страны, как с точки зрения выбросов, так и с точки зрения обеспечения занятости в порту Гента».

Адитья Миттал, генеральный директор ArcelorMittal, сказал:

«Сегодняшнее объявление является третьим крупным проектом декарбонизации, о котором мы объявили за последние два месяца, демонстрируя, как мы предпринимаем решительные шаги для декарбонизации нашей деятельности и, что особенно важно, для ускорения прогресса в предстоящем десятилетии. Ни один из этих проектов не был бы возможен без поддержки правительства, поэтому мы очень благодарны правительствам Бельгии и Фландрии за их постоянную поддержку при переходе к производству стали с нулевыми выбросами.Сегодняшнее объявление о нашем проекте по строительству завода DRI мощностью 2,5 миллиона тонн, который будет сосуществовать и дополнять путь Smart Carbon, в который мы уже инвестируем в Генте, является примером тех трансформационных изменений, которые мы хотим и должны реализовать. чтобы ускорить путь ArcelorMittal к нулевому производству стали».

Герт Ван Пулворде, генеральный директор ArcelorMittal Europe, сказал:

«ArcelorMittal Europe недавно объявила о более амбициозной цели по сокращению выбросов CO 2 с 30% до 35% к 2030 году.Мы можем быстрее снизить воздействие на окружающую среду благодаря таким проектам, которые воплощают в себе сотрудничество и инновации, необходимые нам для достижения успеха. ArcelorMittal Belgium с самого начала играла жизненно важную роль в стратегии декарбонизации европейского бизнеса, и в результате сегодняшнего объявления мы будем продолжать видеть его в авангарде по мере приближения к нулевому производству стали».

Манфред Ван Влиерберге, генеральный директор ArcelorMittal Belgium, сказал:

«ArcelorMittal Belgium стремится к устойчивому развитию и цикличности.Мы продолжаем инвестировать и запускать новые проекты, чтобы оставаться в авангарде энергетического и климатического перехода. Этот проект стоимостью 1,1 миллиарда евро является важной вехой на нашем пути к декарбонизации. Завод прямого восстановления и две электропечи приведут к резкому сокращению выбросов CO 2 , а доменная печь с новой футеровкой будет способствовать переработке древесных отходов и пластика с истекшим сроком службы. Такой подход способствует укреплению нашего мирового лидерства в отношении CO 2 и энергоэффективности в сталелитейной промышленности.

[1] Рассчитано с использованием калькулятора эквивалентов парниковых газов Агентства по охране окружающей среды США — https://www.epa.gov/energy/greenhouse-gas-equivalencies-calculator

RiverRoots: Питтсбург Востока

RiverRoots: Питтсбург Востока

River Roots — это серия блогов NHA Саскуэханна, посвященная истории округов Йорк и Ланкастер, в которых рассказывается об историческом, культурном и природном вкладе реки Саскуэханна в наследие нашей страны.

Блог наследия RiverRoots

Железо было необходимо для строительства Америки. В 19 веке железо использовалось, среди прочего, в железных дорогах, лодках, кораблях, зданиях и паровых двигателях. До того, как стало легко производить сталь, самым популярным металлом было железо. Небольшой, но мощный участок железных печей можно было найти вдоль реки Саскуэханна в Пенсильвании в окрестностях Колумбии, Мариетты и Райтсвилля. Во второй половине 19 века между Колумбией и Мариеттой действовало одиннадцать чугунолитейных печей.Промышленный комплекс был достаточно обширным, чтобы соперничать с Железным городом Питтсбург, за что получил название «Питтсбург Востока ».

Железная революция антрацитового цвета

В начале 1800-х годов в черной металлургии произошел важный переход от мастеров-первопроходцев к квалифицированным промышленникам. Ранние мастера по производству железа трудились вместе со своими рабочими. Для успеха им нужно было по-настоящему интересоваться деталями своей работы, включая решение металлургических проблем и транспортной логистики.Им также приходилось решать финансовые проблемы без помощи коммерческих банков. К 1850 году прогресс в области технологий, банковского дела и транспорта изменил металлургическую промышленность. Ironmasters могли контролировать бизнес-операции и нанимать знающих квалифицированных рабочих для руководства работой печи.

Наиболее важное технологическое изменение в районе реки Саскуэханна связано с использованием антрацитового угля для производства чугуна. Древесный уголь был стандартным топливом для сжигания, но зависел от наличия древесины, которая была менее доступна в районе Ланкастера.Антрацитовый уголь легко добывался в Пенсильвании, но он был слишком плотным, чтобы его можно было продуктивно сжигать в доменных печах. Он был настолько плотным, что его называли «каменным углем».

Добавление горячего воздуха было всем, что было необходимо для ускорения горения плотного антрацитового угля. Метод горячего дутья был разработан в Великобритании, а затем привезен в Катасокуа, штат Пенсильвания. Информация об этом развитии быстро распространилась, что, возможно, привело к строительству первой печи в Колумбии, Shawnee Furnace, в 1844 году.Чуть более десяти лет спустя, в 1856 году, округ Ланкастер производил десять процентов всего антрацитового железа в Соединенных Штатах.

В поисках идеального места

Гарольд Крамер, «Обзор карты Пенсильвании с 1850 по 1900 год»

 

По сравнению с Питтсбургом, расположенным у подножия гор Аллегейни, антрацитовые печи округа Ланкастер располагались в аналогичных геологических условиях. Близкое сырье, такое как известняк и железная руда, вдохновило сообразительных предпринимателей на установку доменных печей.Близлежащая проточная вода Саскуэханны может помочь охладить печи и электроэнергию. Города Колумбия и Мариетта были хорошо развиты и могли обеспечить постоянную рабочую силу квалифицированной и неквалифицированной рабочей силы.

Как и три реки в Питтсбурге, река Саскуэханна представляла собой транспортный узел, который позволял распределять товары и успешно эксплуатировать чугунолитейные печи, что способствовало быстрому развитию промышленности. Транспортная инфраструктура имела решающее значение для успеха. Эти предприятия и отрасли вдоль существующих или вновь построенных маршрутов могли легко получать сырье и отгружать готовую продукцию.Для металлургической промышленности Пенсильвании каналы и железные дороги были необходимы. Канал Восточного отделения и канал Юнион в Пенсильвании доставляли уголь из таких мест, как Скрэнтон, Уилкс-Барре и Пайн-Гроув, и доставляли в Колумбию для близлежащих печей. Затем большая часть чугуна была отправлена ​​​​на восток по железной дороге в Филадельфию, где его перерабатывали и выковывали в пригодные для использования продукты.

Металлургический завод и транспорт в юго-восточной Пенсильвании, 1842-1858 гг. От Ноулза, Энн Келли и Ричарда Г.Хили. «География, время и технологии: основанный на ГИС анализ черной металлургии Пенсильвании, 1825–1875».

 

Производство чугуна

Механика металлургической печи Корнуолла в Ливане, штат Пенсильвания, .

Железная руда — горная порода, из которой можно извлечь металлическое железо. Его добывают через доменную печь в железные слитки или чугун. Затем чугун отправляли в кузницы, где из него делали кованое железо, а позже, в 19 веке, и сталь. Чугун производится непосредственно в доменной печи.Слои известняка, железной руды и антрацитового угля сбрасывались в верхнюю часть печи. Вне печи горячий воздух производился воздуходувными двигателями, работающими на воде или паре. Затем на дно печи нагнетался горячий воздух, который заставлял уголь воспламеняться и начиналась химическая реакция.

В результате реакции образовалось расплавленное железо и шлак. Шлак представляет собой отходы примесей, которые были удалены из железной руды в процессе взрывных работ. Расплавленный шлак находится поверх расплавленного железа, поэтому его можно легко вылить или вывести из печи.Расплавленное железо вытекает из печи в канал, состоящий из больших форм в песчаном полу. Поток расплавленного железа продолжался в меньшие формы, прикрепленные к бокам больших. Расположение меньших и больших форм напоминало металлургам свиней (меньшие формы), разложенных по бокам свиноматок (большие формы). Таким образом, слитки, изготовленные в формах меньшего размера, металлурги называли «свиньями», слитки в формах большего размера — «свиньями», а весь продукт — «чугунным чугуном».

1886 Санборн Карта, показывающая сложные конструкции в печи Генри Клея в Мариетте.

Маленький Питтсбург в округе Ланкастер

В районе между Мариеттой и Колумбией с 1845 по конец века действовало одиннадцать печей. Важно отметить, что печи не работали в одиночку. Было много связанных и подсобных зданий, чтобы поддерживать горячую доменную печь. Было обычным делом иметь литейный цех, склад, печи для обжига руды, машинное отделение, а также дома для рабочих. Давайте проследим за развитием и работой только одной из печей: Chickies Furnace.Это прекрасный пример того, как быстро развивалась и менялась металлургическая промышленность в конце девятнадцатого века. Это была самая продолжительная и самая успешная печь в районе Колумбия-Мариетта.

Доменная печь Chickies No. 1, около 1870 года.

Доменная печь Chickies No. 1 была построена в 1845 году Генри Холдеманом, который в том же году передал ее своим сыновьям Сэмюэлю и Эдвину. Печи, построенные Халдеманами, отличались передовыми технологиями. Сэмюэл поделился информацией и схемами Chickies No.1 печи в национальном журнале. Chickies No. 1 взорвался в 1846 году и после этого долгое время не выходил из строя. В 1848 году он произвел 2464 тонны железа. Письма показывают нам, что Самуэль Холдеман изучал конструкцию печи и часто вносил в нее усовершенствования. В одном письме он писал, что печь была построена для производства сорока тонн чугуна в неделю, но за шесть дней произвела семьдесят две тонны. Это была самая производительная и технологичная из печей на пойме.

№ цыплятПервоначально печь № 1 имела высоту 32 фута с 8-футовой втулкой, но печь претерпела ряд реконструкций, пока не была полностью перестроена в 1886 году. В то время каменная кладка была снята и заменена железным цилиндром, облицованным огнеупорным кирпичом и установленным на кольцо мантии, поддерживаемое шестью чугунными колоннами. На отдельный бетонный фундамент опирались нижняя чаша и тигель. Получившаяся печь имела высоту 65 футов с 12-футовой втулкой и годовую производительность около 17 000 тонн, что в тридцать раз превышало ее производительность в 1848 году.Были установлены все новые доменные машины, печи и котлы, а новый кирпичный литейный дом в романском стиле заменил старый. Были построены специальные рельсовые соединения для перемещения материалов между двумя печами Chickies.

Основными рудами, используемыми в печах Чики, были коричневый гематит из Честнат-Хилл, расположенный в шести милях к востоку, и магнитные руды из рудников Корнуолла. Произведенный чугун продавался под торговой маркой Chickies через агентов в Филадельфии, Нью-Йорке, Балтиморе и Питтсбурге.В 1899 году печь навсегда вышла из строя и вскоре после этого была разобрана. Десять других печей работали в период с 1840 по 1930 год. Чтобы изучить историю каждой операции, посетите сайт Rivertownes.org.

Технологические достижения Прекращение производства чугуна в Chickies

Точно так же, как изменение технологии привело к процветанию доменных печей, оно же и положило конец эпохе. Между 1840 и 1880 годами в черной металлургии произошли глубокие технологические изменения, включая переход от древесного угля к антрацитовому, а затем к каменному углю и коксу.В 1850-х годах печи, работающие на антраците, заменили печи на древесном угле. К 1875 году печи, работающие на битуминозном угле и коксе, вытеснили антрацитовые печи. Битуминозный уголь позволил повысить эффективность и снизить затраты Ironmasters. Металлургическая промышленность в Чикис могла производить чугун для некоторых сталей и чугунных изделий в течение 1880-х годов, несмотря на популярную замену топлива.

В 1880-х годах сталелитейные заводы начали производить железо в чугунолитейных печах, а затем перерабатывали железо в сталь.Процесс от сырой железной руды до стали проходил в одном месте и на одной операции. Железные мастера Колумбии и Мариетты быстро стали ненужными для производства стали. В 1892 году производство сталелитейных заводов Америки впервые превысило производство чугуна. К 1899 году большинство печей вдоль реки были разобраны или перестали работать, и Восточный Питтсбург ушел в историю.

 

Узнать больше

Сегодня вы можете увидеть остатки железных печей, большинство из которых можно найти вдоль речной тропы Северо-Западного округа Ланкастер между Колумбией и Мариеттой.Найдите карту здесь.

Посетите Центр чугунолитейных печей Массельман-Веста, чтобы узнать больше о местной металлургической промышленности. Ривертаунс, штат Пенсильвания, США, управляет Центром чугунолитейных печей Массельмана-Веста и предлагает пешеходные экскурсии с гидом.

Запусти собственную печь! BBC создала интерактивную анимацию доменной печи. Также есть опция «Построить», которая позволяет построить все части печи.

 

Ресурсы

Ривертаунс, Пенсильвания, США: История железной печи: Мариетта.Получено 20 мая 2020 г. с http://www.rivertownes.org/

.

Бининг, Артур С. «Ранние Ironmasters из Пенсильвании». История Пенсильвании: Журнал среднеатлантических исследований 18, вып. 2 (1951): 93-103. По состоянию на 27 мая 2020 г. www.jstor.org/stable/27769194.

Ноулз, Энн Келли и Ричард Г. Хили. «География, время и технологии: основанный на ГИС анализ черной металлургии Пенсильвании, 1825–1875». Журнал экономической истории 66, вып. 3 (2006): 608-34. По состоянию на 27 мая 2020 г.www.jstor.org/stable/3874854.

Оверман, Фредерик. Производство железа . США: Библиотека Мичиганского университета, 2012.

.

Стэплтон, Дарвин Х. «Распространение технологии производства антрацитового железа: пример округа Ланкастер». История Пенсильвании: Журнал среднеатлантических исследований 45, вып. 2 (1978): 147-57. По состоянию на 27 мая 2020 г. www.jstor.org/stable/27772508.

Узнайте о химических веществах, получаемых из угля

Химические вещества, получаемые из угля, нужны для разных целей, большинство из них связано с производством электроэнергии.Они производятся из угля путем пиролиза или газификации. Их можно использовать в качестве сырья для производства различных химикатов, в качестве топлива (например, формальдегида) или для обработки отходов угледобычи. Эти химические вещества включают;

1. Коксующиеся и горючие вещества

Коксование угля — это процесс производства каменноугольной смолы, обычного химического прекурсора. Деготь состоит из длинных цепочек с многочисленными атомами углерода (синтетический каучук или продукты нефтехимии изготавливаются из натурального каучука), связанных между собой атомами кислорода и серы.Уголь нагревают в отсутствие воздуха до температуры, при которой атомы углерода образуют длинные прямые цепочки, и в этот момент уголь превращается в смолу. Есть два типа коксования; термическая и гидроочистка, когда тепло по разным причинам отводится через теплообменники или парогенераторы; этот тип нагрева необходим для обеспечения непрерывного производства. Гидрообработка используется для переработки угля в угольный газ, особенно газ, который используется в качестве топлива, но также может быть отделен и использован как самостоятельный продукт.

2. Топливо

Каменноугольная смола имеет множество применений. Он используется для производства формальдегида, который оказывается в два раза более мощным, чем коммерческий продукт, формальдегид-диацетат, а также служит прекурсором в производстве метанола и ацетона из жидких углеводородов, полученных при переработке нефти. Каменноугольная смола также может быть преобразована в коксовое масло, которое можно использовать для производства синтетического каучука (который может найти применение в легких шинах).

3. Газы

Газификация — это процесс преобразования угля в синтетический газ, называемый синтетическим газом.Он включает только частичное окисление угля. Этот газ состоит в основном из окиси углерода и водорода, но в синтез включаются также небольшие количества азота, метана, соединений серы и других продуктов (синтез-газы). Тепло, необходимое для этого преобразования, может быть получено за счет сжигания части синтез-газа или с использованием внешних источников тепла, таких как мазут или природный газ.

4. Аммиак

Это один из химикатов, получаемых из угля. Производство аммиака — это процесс, при котором азот и водород реагируют с образованием аммиака, который является основным ингредиентом в производстве удобрений.Процесс включает удаление кислорода из угля и преобразование его в азот путем удаления из него водорода. Процесс довольно сложный и требует нескольких промежуточных стадий (одной из которых является образование синтез-газа).

5. Конденсированные и промежуточные продукты

Конденсированные и промежуточные продукты включают олефины, ароматические соединения, циклогексан, бензол, толуол и ксилолы. Процесс, который используется для производства этих химических веществ, аналогичен процессу производства аммиака. Процесс включает удаление кислорода из угля, а затем удаление из него водорода.Основное различие между этим процессом (с использованием аммиака) и другим (с использованием синтез-газа) заключается в том, что этот процесс не дает синтез-газа, но дает больше обезвоженной смолы, чем другой метод производства (с получением синтез-газа).

6. Агент тонкого коксования

Это один из химикатов, получаемых из угля. Мелкие коксовые вещества получают пиролизом угля. Процесс включает нагрев угля до чрезвычайно высокой температуры в отсутствие кислорода. Различные типы этих тонкодисперсных коксовых агентов включают в себя; формальдегид, пропилен, бутадиен, циклогексан и бензол.

7. Доменные печи и сталелитейные заводы

Доменные печи и сталелитейные заводы используют продукт, называемый коксом, в качестве добавки к производству стали. Это продукт, похожий на бисквит, сделанный из угля (обычно с добавлением смолы). Этот продукт используется в качестве восстановителя в процессе плавки, в ходе которого из железной руды (другого типа руды) получается расплавленное железо. Кокс нагревают до чрезвычайно высоких температур (около 3000 ℉), которые превращают его в камнеподобный материал с температурой плавления 2500 ℉.Кокс также производит чрезвычайно большое количество шлака и расплавленного железа.

8. Деготь и креозот

Смола, полученная из угля, используется в качестве источника нефти и газа, а креозот используется для гидроизоляции и защиты древесины. Смолы, образующиеся при производстве синтез-газа, имеют высокие концентрации бензола и других ароматических углеводородов, которые присутствуют в их коммерческой форме в виде жидкого топлива. Эти смолы также могут быть дополнительно переработаны в бензин посредством процессов крекинга.Остаточные нефтепродукты также могут образовываться при переработке смолистых остатков (таких как коксовая зола или доменный шлак).

Выше приведены некоторые химические вещества, получаемые из угля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.