Gravi accumuli di polvere (mostrati qui), lunghi tempi di inattività per la manutenzione e la stagnazione dei profitti hanno spinto un'azienda siderurgica a cercare una soluzione migliore per il suo forno ad ossigeno basico (BOF). A causa delle condizioni pericolose e del rischio di test fisici, l'azienda ha cercato i nostri servizi CFD per ottimizzare l'applicazione.
Produzione dell'acciaio: Le basi
Nel processo di produzione dell'acciaio, un BOF raffina la ghisa fusa e i rottami in acciaio. Questo processo coinvolge tipicamente più fasi, ma inizia con rottami e ghisa fusa che entrano in un altoforno. Questo processo genera una notevole quantità di cenere, fuliggine e altre sostanze inquinanti, che poi entrano nella torre di raffreddamento evaporativo del BOF attraverso un condotto. Nella torre di raffreddamento evaporativo, il gas entra nell'apice della torre dove viene rapidamente e potentemente raffreddato da un getto.
La polvere inquinata, trascinata nel gas, cade poi alla base della torre dove viene incenerita. Tuttavia, se la disposizione della lancia di spruzzo è difettosa, come nel caso di questo cliente, si verifica un grave accumulo di polvere. Questo significa che lo spray che si scontra con il gas in entrata, ma non evapora, si attacca alla parete e raccoglie la polvere, come mostrato qui sotto. L'area rossa è l'acqua che non è evaporata ed è attaccata alle pareti raccogliendo polvere.
Se questo processo continua senza fermarsi per pulire la polvere dalle pareti della torre, lo spray continua a raccogliersi sulla polvere appiccicosa e raccoglie sempre più polvere. Alla fine, l'azienda è costretta a fermare il processo per la manutenzione. Questo tempo di inattività si traduce in problemi di salute dei lavoratori, perdita di profitti e pratiche commerciali insostenibili.
Ottimizzazione del processo tramite CFD
Il nostro compito era quello di progettare una disposizione ottimale degli ugelli, in modo che il getto incontrasse il gas all'ingresso della torre ed evaporasse completamente, così la polvere sarebbe caduta sul fondo della torre dove sarebbe stata incenerita in modo appropriato. Abbiamo dovuto fare questo tenendo presente la minimizzazione della bagnatura delle pareti e i domini di tempo e spazio ridotti.
In questo processo, i progetti convenzionali di layout degli ugelli collocano sei iniettori a intervalli regolari lungo la parete circolare della torre di raffreddamento proprio quando il gas entra nella torre. Piuttosto che seguire il pensiero convenzionale, dato che questo stava chiaramente causando gravi problemi al nostro cliente, volevamo risposte a domande come: Come dovremmo disporre gli ugelli? A quale profondità dovrebbero essere inseriti per questa particolare torre? Esiste un angolo di iniezione e spruzzatura ottimale?
Per rispondere a queste domande, abbiamo prima fatto una mesh dell'intera torre, dei condotti di ingresso e di uscita e delle lance degli ugelli. Questo ha permesso al nostro software CFD di eseguire calcoli avanzati di meccanica del flusso in piccoli punti finiti in tutta l'applicazione. Abbiamo quindi potuto valutare sia ciò che stava accadendo durante il processo attuale, sia il design del layout degli ugelli che avrebbe ottimizzato il processo della torre di raffreddamento evaporativo.
Quando abbiamo visualizzato il pennacchio colorato dai gradienti di temperatura, mostrato qui sotto, abbiamo scoperto che sei lance per ugelli situate a intervalli ravvicinati direttamente di fronte all'ingresso del gas facevano evaporare efficacemente il getto e impedivano la bagnatura delle pareti. Inoltre, questa disposizione degli ugelli ha ridotto in modo significativo l'accumulo di polvere in tutta la torre.
ROI e miglioramento continuo
Utilizzando i risultati, questa azienda ha beneficiato di una riduzione dei tempi di inattività per la manutenzione, di una resa più elevata e di una maggiore sicurezza dei dipendenti. In ambienti come questo, dove i test fisici sono impossibili, i nostri servizi CFD offrono una soluzione ineguagliata da altri software di modellazione.
Il forno a ossigeno di base è solo una delle aree in cui il CFD si è rivelato utile per questo cliente. Considerando gli ambienti pericolosi della maggior parte delle acciaierie, implementiamo test e soluzioni CFD per i clienti in una vasta gamma di applicazioni siderurgiche e in tutto il processo di produzione dell'acciaio.
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