Silné hrudkovanie prachu (na obrázku), dlhšie prestoje pri údržbe a stagnácia zisku prinútili jednu oceliarsku spoločnosť hľadať lepšie riešenie pre svoju základnú kyslíkovú pec (BOF). Vzhľadom na nebezpečné podmienky a riziko fyzikálneho testovania spoločnosť vyhľadala naše služby CFD na optimalizáciu aplikácie.
Výroba ocele: Základné informácie
V procese výroby ocele sa v BOF zušľachťuje roztavené surové železo a šrot na oceľ. Tento proces zvyčajne zahŕňa viacero fáz, ale začína sa vstupom šrotu a roztaveného surového železa do vysokej pece. Pri tomto procese vzniká veľké množstvo popola, sadzí a iných znečisťujúcich látok, ktoré sa potom cez odparovacie potrubie dostávajú do chladiacej veže BOF. V odparovacej chladiacej veži plyn vstupuje do vrcholu veže, kde sa rýchlo a silno ochladí rozprašovaním.
Znečistený prach, ktorý je zachytený v plyne, potom padá na základňu veže, kde sa spaľuje. Ak je však rozmiestnenie rozprašovača chybné, ako to bolo v prípade tohto zákazníka, dochádza k silnému zhlukovaniu prachu. To znamená, že sprej, ktorý sa zráža s prichádzajúcim plynom, ale neodparí sa, sa prilepí na stenu a zhromažďuje prach, ako je znázornené nižšie. Červená oblasť je voda, ktorá sa neodparila a prilepila sa na steny, kde sa zachytáva prach.
Ak tento proces pokračuje bez toho, aby sa zastavil a očistil prach zo stien veže, sprej sa naďalej zhromažďuje na lepkavom prachu a zbiera čoraz viac prachu. Nakoniec je spoločnosť nútená zastaviť proces kvôli údržbe. Výsledkom týchto prestojov sú zdravotné problémy pracovníkov, ušlý zisk a neudržateľné obchodné postupy.
Optimalizácia procesu pomocou CFD
Našou úlohou bolo navrhnúť optimálne rozloženie dýz tak, aby sa sprej stretol s plynom pri vstupe do veže a úplne sa odparil, takže prach bude padať na dno veže, kde sa vhodne spáli. Museli sme to urobiť s ohľadom na minimalizáciu zmáčania stien a krátke časové a priestorové domény.
Pri tomto procese sa pri bežných návrhoch usporiadania trysiek umiestňuje šesť vstrekovačov v rovnomerných rozstupoch pozdĺž kruhovej steny chladiacej veže hneď pri vstupe plynu do veže. Namiesto toho, aby sme sa riadili konvenčným myslením, keďže to nášmu zákazníkovi zjavne spôsobovalo vážne problémy, sme chceli získať odpovede na otázky, ako napr: Ako by sme mali rozmiestniť trysky? V akej hĺbke by mali byť vložené pre túto konkrétnu vežu? Existuje optimálny uhol vstrekovania a rozstrekovania?
Aby sme na ne odpovedali, najprv sme zosieťovali celú vežu, vstupné a výstupné kanály a laná trysiek. To umožnilo nášmu softvéru CFD vykonávať pokročilé výpočty mechaniky prúdenia v malých konečných bodoch v celej aplikácii. Potom sme mohli posúdiť, čo sa deje počas súčasného procesu, ako aj návrh usporiadania dýz, ktorý by optimalizoval proces odparovacej chladiacej veže.
Keď sme vizualizovali rozprašovaciu špirálu zafarbenú teplotnými gradientmi, ako je znázornené nižšie, zistili sme, že šesť dýz umiestnených v tesných intervaloch priamo oproti vstupu plynu účinne odparuje rozprašovanú vodu a zabraňuje zmáčaniu stien. Okrem toho toto usporiadanie dýz výrazne znížilo hrudkovanie prachu v celej veži.
Návratnosť investícií a neustále zlepšovanie
Využitím výsledkov táto spoločnosť profitovala zo zníženia prestojov pri údržbe, vyššej výťažnosti a väčšej bezpečnosti zamestnancov. V prostredí, ako je toto, kde nie je možné vykonať fyzické testy, ponúkajú naše služby CFD riešenie, ktorému sa nevyrovná iný modelovací softvér.
Základná kyslíková pec je len jediným miestom, kde sa CFD ukázalo ako užitočné pre tohto zákazníka. Vzhľadom na nebezpečné prostredie väčšiny oceliarní implementujeme testovanie a riešenia CFD pre zákazníkov v širokom spektre oceliarskych aplikácií a v celom procese výroby ocele.
Ak by ste chceli o tejto téme diskutovať podrobnejšie, kontaktujte nás alebo sa so mnou spojte priamo prostredníctvom siete LinkedIn.
Ďalšie simulácie CFD nájdete na našej stránke YouTube!