Physical Model of Influence of CaO-FeO-SiO2 Powder Fraction on the Heat Transfer from Torch
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Publishing House “Akademperiodyka”
Abstract
ENG: Introduction. One of the main ways of heat transfer in metallurgical units is the interaction of the charge with a burning gas torch. The heat is transferred from the torch mainly by radiation. In particular, oxygen converter process under its typical temperature and chemical conditions of oxidation processes is accompanied by combustion reactions with the formation of a torch both in the cavity of the converter (in the so called reaction zone) and above the converter neck as a result of partial post-combustion of exhaust gases leaving the unit. Problem Statement. The processes in metallurgical units are accompanied by significant smoke and dust, which affect the efficiency of heat transfer from the torch of exhaust gases post-combustion to the metal bath that is an additional source of heat in the converter process. Purpose. The purpose of this research is to study the influence of the introduction of solid powder components into the environment around the torch on its heat transfer. Materials and Methods. The research has been carried out on the physical model of a burning torch when CaO-FeO-SiO2 system powders are fed into the torch in air flow. The magnitude of the heat flow density has been estimated on the basis of the registered temperature difference in different parts of the model. Results. It has been established that the feed of air or any solid material at a temperature much lower than the torch temperature has a negative effect on heat transfer from the torch by radiation. However, the total heat flow density is not significantly reduced due to the possible involvement of heated solids in other heat transfer methods. For the CaO-FeO-SiO2 system, the share of silicon dioxide powder as a component with the highest heat capacity has the greatest negative effect on the heat transfer from the torch. Conclusions. The studies based on the physical model have allowed us to qualitatively assess the effect of dustiness of the components of CaO-FeO-SiO2 system of the burning torch environment on its heat transfer and on the contribution of different heat transfer methods from the torch to the total heat flow density in given conditions.
UKR: Вступ. Одним з основних шляхів передачі теплоти в металургійних агрегатах є взаємодія шихти з палаючим газовим факелом, перенос теплоти від якого здійснюється переважно випромінюванням. Зокрема, кисневе конвертування за властивих йому температурних і хімічних умов протікання окислювальних процесів супроводжується реакціями горіння з утворенням факелу як в порожнині конвертера, безпосередньо в реакційній зоні, так і над горловиною конвертера в результаті часткового допалювання газів, що виходять з агрегату. Проблематика. Процеси у металургійних агрегатах супроводжуються значним димо- та пиловиділенням, що повинно чинити вплив на ефективність передачі теплоти від факелу допалювання вихідних газів металевій ванні, яка є додатковим джерелом тепла в процесі конвертування. Мета. Дослідження впливу введення твердих порошкоподібних компонентів в середовище навколо факелу на його теплопередачу. Матеріали й методи. Дослідження проведено на фізичній моделі палаючого факелу при подачі в факел у потоці повітря порошків системи CaO-FeO-SiO2 . Величина теплового потоку оцінювалася за зареєстрованою різницею температур на різних ділянках моделі. Результати. Встановлено, що введення як повітря, так і будь-якого твердого матеріалу з температурою значно нижчою за температуру факела, негативно впливає на теплопередачу від факела випромінюванням. Однак загальний тепловий потік не зазнає значних змін через можливу участь твердих частинок, що нагріваються, в інших способах теплопередачі. Для системи CaO-FeO-SiO2 найбільший негативний вплив на теплопередачу від факела чинить частка порошку діоксиду кремнію як компонента з найбільшою теплоємністю. Висновки. Проведені на фізичній моделі дослідження дозволили якісно оцінити вплив запиленості компонентами системи CaO-FeO-SiO2 середовища палаючого факелу на його тепловіддачу та внесок різних способів теплопередачі від факела в сумарну величину щільності теплового потоку у заданих умовах.
UKR: Вступ. Одним з основних шляхів передачі теплоти в металургійних агрегатах є взаємодія шихти з палаючим газовим факелом, перенос теплоти від якого здійснюється переважно випромінюванням. Зокрема, кисневе конвертування за властивих йому температурних і хімічних умов протікання окислювальних процесів супроводжується реакціями горіння з утворенням факелу як в порожнині конвертера, безпосередньо в реакційній зоні, так і над горловиною конвертера в результаті часткового допалювання газів, що виходять з агрегату. Проблематика. Процеси у металургійних агрегатах супроводжуються значним димо- та пиловиділенням, що повинно чинити вплив на ефективність передачі теплоти від факелу допалювання вихідних газів металевій ванні, яка є додатковим джерелом тепла в процесі конвертування. Мета. Дослідження впливу введення твердих порошкоподібних компонентів в середовище навколо факелу на його теплопередачу. Матеріали й методи. Дослідження проведено на фізичній моделі палаючого факелу при подачі в факел у потоці повітря порошків системи CaO-FeO-SiO2 . Величина теплового потоку оцінювалася за зареєстрованою різницею температур на різних ділянках моделі. Результати. Встановлено, що введення як повітря, так і будь-якого твердого матеріалу з температурою значно нижчою за температуру факела, негативно впливає на теплопередачу від факела випромінюванням. Однак загальний тепловий потік не зазнає значних змін через можливу участь твердих частинок, що нагріваються, в інших способах теплопередачі. Для системи CaO-FeO-SiO2 найбільший негативний вплив на теплопередачу від факела чинить частка порошку діоксиду кремнію як компонента з найбільшою теплоємністю. Висновки. Проведені на фізичній моделі дослідження дозволили якісно оцінити вплив запиленості компонентами системи CaO-FeO-SiO2 середовища палаючого факелу на його тепловіддачу та внесок різних способів теплопередачі від факела в сумарну величину щільності теплового потоку у заданих умовах.
Description
L. Molchanov: ORCID 0000-0001-6139-5956; T. Golub: ORCID 0000-0001-9269-2953; Ye. Synehin: ORCID 0000-0002-9983-3971; S. Semykin: ORCID 0000-0002-7365-2259
Keywords
basic oxygen converter processes, physical modeling of post-combustion converter exhaust gas torch, modeling the dustiness of the torch environment, visual characteristics of torch, heat transfer, киснево-конверторний процес, фізичне моделювання факелу газів, що відходять з агрегату після допалювання, моделювання запиленості середовища факелу, візуальні характеристики факела, теплообмін, КМЧС
Citation
Molchanov L. S., Golub T. S., Synehin Ye. V., Semykin S. I. Physical Model of Influence of CaO-FeO-SiO2 Powder Fraction on the Heat Transfer from Torch. Science and Innovation. 2022. Vol. 18. No. 4. P. 64–71. DOI: https://doi.org/10.15407/scine18.04.064.