بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله هدف تاثیرات استفاده از پوشش اکسید زیرکونیا بر سطح داخلی دیواره کوره در کاهش مصرف انرژی در اثر افزایش انتقال حرارت تشعشعی، جابهجایی و هدایتی میباشد. بدین منظور مدل سه بعدی از کوره و مشعل در نرمافزار CFX تحلیل شده و نتایج حاصل از تحلیل حرارتی به صورت توزیع حرارت بر دیواره کوره بدست آمده است. در ادامه اثرات تغییر ضریب صدور پوشش سرامیکی در شرایط کاری ثابت، بر میزان تغییرات توزیع حرارتی و عملکرد کوره بررسی خواهد شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان میدهد که اعمال پوشش سرامیکی بر دیواره کوره میزان انتقال حرارتی تشعشعی را افزایش می-دهد. به طور متوسط دمای دیواره کوره و همچنین محفظه درون کوره نیز افزایش یافته می یابد.
-1 مقدمه
صنعت فولاد از جمله صنایع مادر در کشور محسوب میشود که افزایش تولید در این بخش باعث شکوفایی هرچه بیشتر صنعت می شود، افزایش روزافزون بهای انرژی تاثیر مستقیم در افزایش هزینه تولید محصولات در صنعت و به دنبال آن کاهش سود و مسایل زیست محیطی باعث شده تا کارفرمایان توجه ویژه ای به صرفهجویی در مصرف بیرویه انرژی داشته باشند و اصلاحات مهمی در طراحی دستگاه های پرمصرف صورت دهند، از جمله تجهیزات مهم و پر مصرف در کارخانه جات فولاد، کوره1 است. یکی از روشهای موثر در تحقق کاهش مصرف سوخت در کوره استفاده از تکنولوژی پوشش های با ضریب صور بالا میباشد که در این زمینه کارهای مهمی انجام شده است - احمدپور و امین، . - 1391 با توجه به درجه حرارت بالای گازهای احتراق و دیواره کوره، حالت غالب انتقال حرارت در کوره به صورت تشعشع می باشد. پوشش سرامیکی دارای ضریب صدور بالا در سطح آستر نسوز دیواره کوره باعث افزایش راندمان حرارتی و به حداکثر رساندن و تثبیت صدور در درجه حرارت های بالا و همچنین با ارتقاء انتقال حرارت سریع و موُثر، باعث یکنواختی حرارت می شود . - He et al , 2009 - قابلیت صدور، شاخصی است که مشخص می کند چه مقدار گرما می تواند توسط یک جسم جذب شده و در شرایط مناسب به یک جسم سردتر بازتابانده شود. ضریب صدور بین عدد صفر تا یک میباشد که عدد صفر مربوط به یک منعکس کننده کامل که هیچ انرژی را جذب نمی کند و عدد یک مربوط به جسم سیاه است که %100 انرژی را جذب و انتشار دهد. پژوهشگران پوششهایی را که موجب صرف جویی انرژی در صنعت و به ویژه در کوره ها میشوند را مورد بررسی قرار دادند، در این آزمایش آنها دریافتند
مصرف سوخت به میزان 10 درصد کاهش یافته است . - Dan et al, 2008 - همچنین کاربرد پوششهای با انتشار بالا روی کویل های دیوارههای کوره های کراکینگ را مورد بررسی قرار گفت، بر این اساس این پژوهش آنها دریافتند که برای کورهی کراکینگ افزایش 5 درصدی در کارایی کوره هنگامی که کویل های کوره و همچنین دیوارههای کوره پوشش داده میشوند . - Heynderickx and Nozawa, 2004 - در یک کورهی تونلی، پوشش های با انتشار بالا روی نسوزهای آجری داخل کوره به طور تجربی باعث صرف جویی 11 درصدی در مصرف سوخت شده است - عمادی، . - 1388
پوششهای با گسیلمندی بالا عموما شامل ترکیبی از سه جزء رنگدانهی نسوز، ماده با گسیلمندی بالا و عامل منعقد کننده می باشد. رنگدانهی نسوز معمولا شامل زیرکونیم، سیلیکات زیرکنیوم ستنده . جزء با گسیلمندی بالا نیز عموماً از اکسیدهای فلزی مثل اکسید کرم و اکسید کبالت ساخته می شود. در این پوشش تجاری برای ایجاد لایه قدرتمند، چسبهای فسفاتی و سیلیکاتی طراحی شده، که از ویژگیهای آن انبساط حرارتی مشابه با لایههای زیرین همچنین استحکام پیوند مناسب است.
ضریب صدور نسوز معمولی با افزایش درجه حرارت کاهش مییابد در حالی که ضریب صدور پوششهای سرامیکی با افزایش دما افزایش مییابد . این پوشش سرامیکی با ضریب صدور بالا در دماهای بالا تا 1350 درجه سانتیگراد دارای عمر طولانی است. شکل1 نشان میدهد که ضریب صدور عایقهای مختلف با افزایش درجه حرارت کاهش مییابد. در حالی که با استفاده از پوشش ضریب صدور بالا، ضریب صدور با افزایش دما افزایش مییابد - . - Hounsel and Shelton, 2006
شکل-1 تغییرات گسیلمندی نوعی پوشش سرامیکی و نسوزهای معمول با دما [5]
کوره مورد مطالعه از نوع کوره پیشگرم گامی - پیوسته - 2 با مشعل از بالا واقع در شرکت فولاد کاویان با ظرفیت کاری 100 t/h با ابعاد - 20180 mm طول - ، - 13500 mm عرض - و - 2600 mm ارتفاع - متشکل از 3 منطقه کاری می باشد که در شرایط کاری دارای بازدهی حدود %45 می تواند در هر 6 دقیقه 1 عدد اصلب را تا دمای 1200 œC رسانده و آماده نورد کند.
-2 روش تحقیق
در این مقاله سعی شده تا با کمک شبیه سازی کامپیوتری احتراق مشعل و فضای کوره پیشگرم صنعتی با ابعاد واقعی و تحلیل نرم افزاری، تاثیرات استفاده از پوشش های سرامیکی با ضریب صدور بالا را بر تغییرات حرارتی کوره و صرفه جویی انرژی را مورد بررسی قرار دهد.
1-2 مدل سازی
در شکل 2 مدل سه بعد کوره که توسط نرم افزار سالیدورکز با ابعاد واقعی تهیه شد را نشان می دهد. گاز های احتراقی تولید شده در کوره توسط 2 اگزوز در کف، خارج می شود.
شکل-2 مدل سه بعدی از کوره شکل-3 مدل سه بعدی از مشعل
سوخت مورد استفاده در کوره از نوع گاز طبیعی میباشد، هوای احتراق کوره توسط دو فن کمپرسور و یک عدد کمپرسور پره ای تامین میشود، گرمایش کوره توسط تعداد 22 عدد مشعل دوگانه سوز صورت میگیرد که تعداد 6 مشعل در دیواره منطقه 1 کوره و 16 مشعل در منطقه 2 و 3 در قسمت سقف کوره قرار دارد که در شکل3 مشعل مدل شده مشاهده می شود، نسبت ترکیب سوخت به هوا در مشعل جهت احتراق تقریباً 1به12 است. کف کوره به علت تماس با اصلب فولادی می بایست علاوه بر تحمل وزن اصلب، مقاومت به سایش قابل قبولی داشت باشد. کف کوره از دولایه آجر نسوز که لایه زیرین از جنس OK50 و لایه بالا از جنس F-50 تشکیل شده و نسوزهای به کار رفته در سقف و بدنه جانبی از جنس OK50 می باشد.
2-2 شبکه بندی
دامنه فیزیکی مسأله، محدودهای پیوسته است که محاسبه مقادیر پاسخ برای تمام نقاط آن کاری سخت و پیچیده است. این شبکه بایستی دارای توزیع مناسب بر روی مرز و درون قلمرو فیزیکی باشد تا کمترین خطای محاسباتی را داشته باشد. المان مورد استفاده جهت شبکه بندی در این پژوهش از نوع FLUID142 استفاده شد. این المان یک المان مرتبهی بالا بوده که جهت مدل سازی سیستمهای سیال حرارتی، در حالت پایدار و گذرا مورد استفاده قرار میگیرد. شکل4 مدل شبکه بندی شده را نمایش می دهد.
شکل-4 نمای از شبکه بندی دیواره و سیال درون کوره
