بخشی از مقاله
چکیده
نشتی ناگهانی در پنلهای آبگرد کورههای قوس التریکی یکی از مشکلات عمده در توقف کورههای قوس الکتریکی شرکت فولاد خوزستان میباشد که به مقدار قابل توجهی از تولید و سود شرکت میکاهد و همچنین باعث افزایش مصرف انرژی میگردد. بدین منظور در این مقاله به بررسی توزیع دمای حاصل از تاثیر مذاب درون کوره با استفاده از نرم افزار Ansys workbench و مشخص کردن بحرانیترین ناحیه از پنل پرداخته میشود. نتایج حاصل از تحلیل این پنلها نشان دهنده این است که بحرانی ترین منطقه، زانوییهامیباشند که با توجه به تغییر مسیر جریان آب دچار افزایش دمای ناگهانی میشوند.
کلمات کلیدی: کوره قوس الکتریکی، پنل آبگرد، توزیع دما، نرم افزار ansys workbench، لوله .ASTM A106
مقدمه
دمای مذاب درون کوره های قوس الکتریکی حدود 1600 درجه سانتیگراد میرسد. جهت عایق کاری حرارتی سقف کوره ابتدا از آجر نسوز استفاده میگردید که به دلیل ریزش آجرها و توقف طولانی مدت کوره جهت بازسازی آنها از پنلهای آبگرد استفاده میگردد. پژوهش حاضر به بررسی توزیع دما در سطح پنلهای درپوش کورههای شرکت فولاد خوزستان میپردازد. کارگاه ذوب شرکت دارای 6 عدد کورهی قوس الکتریکی میباشد که نشتی از پنلهای آبگرد یکی از عوامل عمده توقف کوره میباشد. سطح داخلی پنل در معرض حرارت ناشی از وجود مذاب درون کوره که باعث بالا رفتن دما و ایجاد تنشهای حرارتی و بروز ترک در لولههای پنل میگردد.
روش تحقیق
جهت مدل سازی پنل از نرم افزار سالیدورکس1به کمک ابعاد و نقشههای موجود در شرکت استفاده شد. جنس لولههای پنل درپوش از فولاد بدون درز مقاوم به حرارت با استاندارد ASTM2 A106 Gr.bمیباشد. ترکیب شیمیایی عناصر بهکار رفته در این فولاد در جدول - 1 - آورده شده است و جدول - 2 - مربوط به خواص لولههای پنل درپوش میباشد. قطر خارجی لوله پنل 88/9 میلیمتر و ضخامت آن 7/62 میلیمتر میباشد .[1] سپس مدل به محیط نرم افزار انسیس ورکبنچ 3 جهت تحلیل حرارتی منتقل گردید. جداول - 3 - و - 4 - مربوط به شرایط مرزی و متغیرهای به کار رفته در تحلیل مدل میباشد. مکانیزمهای در نظر گرفته شده جهت انتقال حرارت از سطح مذاب به سطح داخلی پنل جابجایی و تشعشع میباشند.تحلیل در دو حالت پایا و گذرا انجام شده است.
الف - حالت پایا: حالت پایا زمانی است که پنل در مقابل مذاب قرار دارد و درپوش بر روی کوره مستقر است لذا شار حرارتی ثابت به پنل اعمال میشود.
ب - حالت گذرا: حالت گذرا مربوط به زمانی است که کوره تخلیه نموده و درپوش جهت شارژ مجدد قراضه درون کوره کنار میرود در این زمان تشعشع ساطع شده از مذاب به پنل درپوش رفته رفته حذف میشود و تنها انتقال حرارت جابجایی با دمای محیط اطراف وجود دارد. پس از شارژ قراضه درون کوره مجدداً درپوش جهت استقرار کامل به روی کوره حرکت میکند و در معرض تشعشع مذاب قرار میگیرد. شکلهای - 1 - تا - 3 - روند افزایش دمای پنل را تا زمانیکه به حد پایا میرسد را نشان میدهند.
نتایج و بحث
بررسیها نشان میدهد که تشعشع مکانیزم اصلی در انتقال حرارت سطح داخلی پنلهای درپوش میباشد افزایش دمای پنل حاصل از مکانیزم جابجایی در حدود 9 درجه سانتیگراد میباشد در صورتی که در مکانیزم تشعشع حدود 70 درجه سانتیگراد است. همچنین بیشترین دما در پایینترین نقطه در ناحیه زانویی قرار دارد که این شرایط میتواند به واسطه ایجاد جریان برگشتی و یا راکد شدن جریان آب و نیز تغییر مسیر سیال و کاهش سرعت آن اتفاق افتد. جهت صحت سنجی، نتایج حاصل از شبیه سازی با اطلاعات و مشاهدات تجربی و همچنین دیگر مقالات مقایسه گردید که نشان از همخوانی نزدیک بین آنها دارد. در شکل - 4 - آسیب پنلها را که اغلب در نزدیک به ناحیه زانویی اتفاق افتاده است را مشاهده مینمایید. همچنین محدودهی دمایی نتایج حاصل از تحلیل با مراجع دیگر تطابق نزدیکی دارد.
نتیجهگیری
با توجه بالا بودن دما در زانویی پنل درپوش و بروز بسیاری از شکستها در این ناحیه میتوان به عنوان راهکار به موارد ذیل اشاره نمود:
- 1 با توجه به آمار بالای نشتی در ناحیه زانویی پنلهای درپوش میتوان با کاهش یا حذف زانوییها از وقوع چنین حوادثی پیشگیری نمود بدین صورت که در حال حاضر پنلهای نصب شده بر روی کورهی ذوب شرکت فولاد خوزستان 8 عدد میباشد که با افزایش اندازه و کاهش تعداد آنها، تعداد زانویی درپوش کاهش مییابد و یا میتوان پنلها به صورت دوایری هم مرکز کل سطح درپوش را فرا گرفته و هر کدام نیز ورود و خروج جداگانهای نیز داشته باشند، بدین ترتیب به طور کلی زانویی از لولههای پنل درپوش حذف میشود.
- 2 استفاده از فلزات با ضریب هدایت بالاتر نسبت به فولاد در ساخت پنل جهت تبادل حرارتی بهتر با سیال عبوری از درون پنل و کاهش دمای سطح خارجی لولههای پنل.
- 3 با توجه به اینکه در این پژوهش از سرباره چسبیده در حین فرآیند تولید مذاب صرف نظر گردیده است میتوان با بهبود شرایط بهرهبرداری و ایجاد سرباره پفکی، ضخامت سرباره منجمد شده به پنل را افزایش داد و انتقال حرارت تشعشعی حمام مذاب درون کوره به سطح داخلی پنلهای درپوش را کاهش داد.
