Silné hrudkování prachu (na obrázku), delší prostoje při údržbě a stagnace zisku přiměly jednu ocelářskou společnost hledat lepší řešení pro svou základní kyslíkovou pec (BOF). Vzhledem k nebezpečným podmínkám a riziku fyzikálních zkoušek společnost vyhledala naše služby CFD pro optimalizaci aplikace.
Výroba oceli: Základní informace
V procesu výroby oceli se v BOF zušlechťuje roztavené surové železo a šrot na ocel. Tento proces obvykle zahrnuje více fází, ale začíná vstupem šrotu a roztaveného surového železa do vysoké pece. Při tomto procesu vzniká značné množství popela, sazí a dalších znečišťujících látek, které se pak kanálem dostávají do odpařovací chladicí věže BOF. V odpařovací chladicí věži vstupuje plyn do vrcholu věže, kde je rychle a silně ochlazován rozprašováním.
Znečištěný prach, který je v plynu zachycen, pak padá k základně věže, kde je spálen. Pokud je však uspořádání rozprašovací lance chybné, jako tomu bylo v případě tohoto zákazníka, dochází k silnému hrudkování prachu. To znamená, že postřik, který se sráží s přicházejícím plynem, ale neodpařuje se, ulpívá na stěně a shromažďuje prach, jak je znázorněno níže. Červená oblast je voda, která se neodpařila a ulpěla na stěnách, kde se hromadí prach.
Pokud tento proces pokračuje, aniž by se zastavil a očistil stěny věže od prachu, sprej se nadále shromažďuje na lepkavém prachu a shromažďuje stále více prachu. Nakonec je společnost nucena proces zastavit kvůli údržbě. Důsledkem těchto prostojů jsou zdravotní problémy pracovníků, ušlý zisk a neudržitelné obchodní postupy.
Optimalizace procesu pomocí CFD
Naším úkolem bylo navrhnout optimální uspořádání trysek tak, aby se rozstřik potkal s plynem u vstupu do věže a zcela se odpařil, takže prach by spadl na dno věže, kde by byl vhodně spálen. Museli jsme to udělat s ohledem na minimalizaci smáčení stěn a krátké časové a prostorové domény.
Při tomto procesu je v běžných konstrukcích uspořádání trysek umístěno šest vstřikovačů v rovnoměrných rozestupech podél kruhové stěny chladicí věže těsně u vstupu plynu do věže. Místo abychom se řídili konvenčním myšlením, protože to našemu zákazníkovi zjevně způsobovalo vážné problémy, chtěli jsme znát odpovědi na otázky, jako např: Jak bychom měli rozmístit trysky? V jaké hloubce by měly být pro tuto konkrétní věž vloženy? Existuje optimální úhel vstřikování a rozstřiku?
Abychom na tyto otázky odpověděli, nejprve jsme vytvořili síť celého objektu věže, vstupních a výstupních kanálů a lancet trysek. To umožnilo našemu softwaru CFD provádět pokročilé výpočty mechaniky proudění v malých, konečných bodech celé aplikace. Poté jsme mohli posoudit jak to, co se děje během současného procesu, tak i návrh uspořádání trysek, který by optimalizoval proces odpařovací chladicí věže.
Když jsme vizualizovali postřikovou šňůru zbarvenou teplotními gradienty, jak je znázorněno níže, zjistili jsme, že šest trysek umístěných v těsných intervalech přímo naproti vstupu plynu účinně odpařuje postřik a zabraňuje smáčení stěn. Toto uspořádání trysek navíc výrazně snížilo hrudkování prachu v celé věži.
Návratnost investic a neustálé zlepšování
Využití výsledků přineslo této společnosti snížení prostojů při údržbě, vyšší výnosy a větší bezpečnost zaměstnanců. V prostředích, jako je toto, kde není možné provádět fyzické testy, nabízejí naše služby CFD řešení, kterému se jiný modelovací software nevyrovná.
Základní kyslíková pec je pouze jediným místem, kde se CFD ukázalo jako užitečné pro tohoto zákazníka. Vzhledem k nebezpečnému prostředí většiny oceláren realizujeme testování a řešení CFD pro zákazníky v široké škále ocelářských aplikací a v celém procesu výroby oceli.
Pokud byste chtěli toto téma probrat podrobněji, kontaktujte nás nebo se se mnou spojte přímo prostřednictvím sítě LinkedIn.
Další simulace CFD naleznete na naší stránce YouTube!