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Spray-Analyse

Risikominimierung und Verbesserung der Nachhaltigkeit bei Stahlanwendungen


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Nov 20



Starke Staubverklumpungen (hier abgebildet), verlängerte Wartungsstillstände und stagnierende Gewinne veranlassten ein Stahlunternehmen, eine bessere Lösung für seinen Sauerstoffblasofen (BOF) zu suchen. Aufgrund der gefährlichen Bedingungen und des Risikos von physikalischen Tests suchte das Unternehmen unsere CFD-Dienste, um die Anwendung zu optimieren.

Stahlerzeugung: Die Grundlagen

Im Stahlherstellungsprozess veredelt ein BOF geschmolzenes Roheisen und Schrott zu Stahl. Dieser Prozess umfasst in der Regel mehrere Stufen, beginnt aber mit dem Eintritt von Schrott und geschmolzenem Roheisen in einen Hochofen. Bei diesem Prozess entstehen viel Asche, Ruß und andere Schadstoffe, die dann durch einen Kanal in den Verdunstungskühlturm des BOF gelangen. Im Verdunstungskühlturm tritt das Gas in die Spitze des Turms ein, wo es durch einen Sprühnebel schnell und stark abgekühlt wird.

Der verunreinigte Staub, der vom Gas mitgerissen wird, fällt dann zum Boden des Turms, wo er verbrannt wird. Wenn die Anordnung der Sprühlanze jedoch fehlerhaft ist, wie es bei diesem Kunden der Fall war, kommt es zu einer starken Staubverklumpung. Das bedeutet, dass der Sprühnebel, der mit dem einströmenden Gas kollidiert, aber nicht verdampft, an der Wand haften bleibt und Staub ansammelt, wie unten dargestellt. Der rote Bereich ist Wasser, das nicht verdunstet ist und an den Wänden klebt und Staub sammelt.

Wenn dieser Prozess fortgesetzt wird, ohne dass angehalten wird, um den Staub von den Turmwänden zu reinigen, sammelt sich weiterhin Spray auf dem klebrigen Staub und sammelt immer mehr Staub. Schließlich ist das Unternehmen gezwungen, den Prozess für Wartungsarbeiten anzuhalten. Diese Stillstandszeit führt zu Gesundheitsproblemen der Mitarbeiter, entgangenen Gewinnen und unhaltbaren Geschäftspraktiken.

Optimieren des Prozesses mit CFD

Unsere Aufgabe war es, ein optimales Düsenlayout zu entwerfen, so dass der Sprühnebel am Eingang des Turms auf das Gas trifft und vollständig verdampft, so dass der Staub auf den Boden des Turms fällt, wo er ordnungsgemäß verbrannt wird. Dabei mussten wir die Minimierung der Wandbenetzung und kurze Zeit- und Raumdomänen im Auge behalten.

Bei diesem Prozess platzieren konventionelle Düsenlayouts sechs Injektoren in gleichmäßigen Abständen entlang der kreisförmigen Kühlturmwand, sobald das Gas in den Turm eintritt. Anstatt dem konventionellen Denken zu folgen, da dies unserem Kunden offensichtlich große Probleme bereitete, wollten wir Antworten auf Fragen wie: Wie sollten wir die Düsen anordnen? In welcher Tiefe sollten sie für diesen speziellen Turm eingesetzt werden? Gibt es einen optimalen Einspritz- und Sprühwinkel?

Um diese Fragen zu beantworten, haben wir zunächst den gesamten Turm, die Ein- und Auslasskanäle und die Düsenlanzen vernetzt. Dies ermöglichte unserer CFD-Software, erweiterte strömungsmechanische Berechnungen an kleinen, endlichen Punkten in der gesamten Anwendung durchzuführen. Wir konnten dann sowohl beurteilen, was während des aktuellen Prozesses passiert, als auch die Düsenanordnung so gestalten, dass der Prozess des Verdunstungskühlturms optimiert wird.

Als wir die durch Temperaturgradienten gefärbte Sprühfahne visualisierten (siehe unten), stellten wir fest, dass sechs Düsenlanzen, die in engen Abständen direkt gegenüber dem Gaseinlass angeordnet waren, den Sprühnebel effektiv verdampften und eine Wandbenetzung verhinderten. Außerdem reduzierte diese Düsenanordnung die Staubverklumpung im gesamten Turm erheblich.

ROI und kontinuierliche Verbesserung

Mit den Ergebnissen profitierte dieses Unternehmen von verringerten Wartungsausfallzeiten, höherem Ertrag und größerer Sicherheit der Mitarbeiter. In Umgebungen wie dieser, in denen physikalische Tests unmöglich sind, bieten unsere CFD-Services eine Lösung, die von anderer Modellierungssoftware nicht erreicht wird.

Der Basis-Sauerstoffofen ist nur ein einziger Ort, an dem sich CFD für diesen Kunden als hilfreich erwies. In Anbetracht der gefährlichen Umgebungen der meisten Stahlwerke implementieren wir Test- und CFD-Lösungen für Kunden in einer Vielzahl von Stahlanwendungen und im gesamten Stahlherstellungsprozess.

Wenn Sie das Thema ausführlicher diskutieren möchten, kontaktieren Sie uns oder verbinden Sie sich direkt mit mir über LinkedIn.

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