автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и совершенствование технологии дожигания в металлургических печах на основе математического моделирования с целью снижения вредных выбросов и энергозатрат

На правах рукописи

□03053006

Ибадуллаев Тимур Бахтиярович

РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОЖИГАНИЯ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧАХ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ И ЭНЕРГОЗАТРАТ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 2007

003053006

Диссертация выполнена на кафедре «Теплофизика и экология металлургического производства» Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Левицкий Игорь Анисимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Глинков Герман Маркович

кандидат технических наук Иванов Андрей Валерьевич

Ведущая организация: ООО «Институт Стальпроект»

Защита диссертации состоится " ААДЦрГГНК 2007 г. в Юя* часов на заседании Специализированного совета № Д.212.132.02 при Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете) по адресу: 119049, Москва, Ленинский просп., д. 6, ауд. А-305.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета).

Автореферат разослан " / У" 2007 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор технических наук, профессор

А.Е. Семин

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Задача дожигания горючих компонентов атмосферы металлургических печей актуальна для многих плавильных, нагревательных и термических печей со стадийным сжиганием топлива, технологических аппаратов для подготовки металлургического сырья по очевидным причинам: во-первых, эти газы представляют собой угрозу для экологии, во-вторых, теплота сгорания горючих компонентов не используется в технологическом процессе.

Дожигание горючих газов, содержащихся в атмосфере технологического аппарата, в каких-либо специальных устройствах представляется неэффективным, поскольку требует серьезных затрат и не позволяет использовать теплоту дожигания непосредственно в тех печных агрегатах, где образуются эти компоненты и где нужны дополнительные источники энергии. Технология, включающая в себя дожигание горючих компонентов непосредственно в рабочем пространстве металлургических печей и как можно более полную передачу выделившегося тепла обрабатываемому материалу, является рациональной как с позиций энергосбережения, так и снижения вредных выбросов.

С теплотехнической точки зрения речь идет об организации сжигания низкоскоростного высокотемпературного потока весьма бедного (крайне низкокалорийного) топлива в большом объеме. В качестве окислителя для сжигания такого топлива рационально использовать кислород, что позволяет исключить расход тепла на нагрев содержащегося в воздухе балластного азота, составляющий, например, для нагревательных печей величину того же порядка, что и расход тепла на нагрев металла. Применение кислорода в качестве окислителя, кроме того, способствует рациональной организации процесса дожигания в связи с высоким располагаемым давлением.

С другой стороны, низкое содержание горючих компонентов требует вовлечения в поток кислорода большого количества печных газов (при объемной концентрации горючих компонентов 10% с 1 нм3 кислорода необходимо смешать 20 нм3 печных газов), что осложняет решение этой задачи.

Указанные проблемы могут быть достаточно просто и эффективно решены при помощи разработанных в Московском институте стали и сплавов способа и устройства, названного вихревым радиационным инжектором (ИВР). Принцип действия устройства описан ниже.

Экспериментальные работы по изучению этой новой технологии связаны с большими трудностями и требуют весьма значительных финансовых затрат. Поэтому актуальной задачей является разработка численной модели процессов, происходящих в дожигательном устройстве и рабочем пространстве печей. Сложность этих процессов делает целесообразным использование имеющихся программно-вычислительных комплексов (ПВК).

Целью работы является совершенствование новой технологии дожигания продуктов неполного сгорания с использованием ИВР, разработка технологии дожигания применительно к дуговой сталеплавильной печи постоянного тока с использованием кольцевого ИВР, а также разработка и апробация предназначенных для решения этих задач математических моделей, учитывающих все основные происходящие при этом процессы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: а) провести анализ методов дожигания горючих компонентов печной атмосферы в плавильных и нагревательных печных агрегатах; б) провести тестирование какого-либо программно-вычислительного комплекса (ПВК) с точки зрения возможности его применения для решения реальных задач металлургической теплотехники на примере задачи расчета газодинамики и сложного сопряженного теплообмена в какой-либо нагревательной печи, для которой имеются данные экспериментальных исследований; в) разработать

математическую модель рабочего процесса вихревого радиационного инжектора (ИВР), установленного на плоском своде печи непрерывного действия, с учетом всех основных процессов: турбулентного движения газов, сложного теплообмена и горения топлива; г) разработать математическую модель процесса дожигания с использованием кольцевого ИВР в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) постоянного тока; д) провести количественные оценки основных параметров работы кольцевого ИВР, установленного на ДСП постоянного тока путем вариантных расчетов. Выдать рекомендации по рациональным режимам работы и конструкции ИВР.

Методом решения поставленных задач явилось математическое моделирование с численной реализацией моделей на персональном компьютере при помощи ПВК. При разработке моделей использовались последние достижения в области теории турбулентности, диффузионного горения и радиационного теплообмена. Использовались детерминированные математические модели в виде систем дифференциальных уравнений в частных производных. Проверка адекватности численных моделей осуществлялась путем сопоставления результатов расчета с опубликованными данными натурных экспериментов.

Научная новизна результатов исследования состоит в том, что:

1. Впервые получены количественные данные по полям скорости, давления, концентраций топлива, окислителя и продуктов сгорания, характеристик турбулентности, температуры, энтальпии, плотности газа и др. в печи с установленным в ней ИВР и в камере ИВР, а также по эжекционной способности радиационного вихревого инжектора и создаваемого им плоского настильного факела.

2. Установлено, что увеличение диаметра ИВР приводит к повышению эжекционной способности ИВР, тогда как увеличение расхода эжектирую-щей среды (окислителя) ведет к снижению этого показателя.

3. Расчетным путем установлен факт наличия весьма высоких значений кинетической энергии турбулентности и уровня пульсаций скорости в камере ИВР. Этим, в основном, и объясняется эффективность ИВР как реактора, осуществляющего высокоинтенсивный процесс дожигания.

4. Впервые реализована математическая модель сложного сопряженного теплообмена в камере печи периодического действия с учетом основных происходящих в агрегате процессов: турбулентного движения газов, радиационного, конвективного и кондуктивного теплообмена. При этом постановка задачи включает в себя систему осредненных уравнений Навье-Стокса, неразрывности, кинетической энергии турбулентности, энергии.

5. Разработана математическая модель процесса дожигания с использованием кольцевого ИВР в дуговой сталеплавильной печи постоянного тока. С помощью этой математической модели выработаны рекомендации по рациональным режимам работы кольцевого ИВР.

Достоверность полученных выводов и обоснованность рекомендаций обусловлена использованием современных методов и средств математического моделирования, основанных на фундаментальных уравнениях сохранения и переноса физических свойств и субстанций, использованием последних достижений вычислительной теплофизики, а также удовлетворительным согласованием расчетных результатов с экспериментальными данными.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют обоснованно определять конструктивные и режимные параметры дожигательных аппаратов типа ИВР при проектировании, а разработанный комплекс математических моделей дает возможность проводить качественную и количественную оценку влияния различных параметров на работу печей, оборудованных подобными устройствами, обоснованно разрабатывать системы автоматизированного управления процессом дожигания.

По результатам работы выданы рекомендации, касающиеся технологии дожигания применительно к дуговым сталеплавильным печам постоянного тока. Указанные рекомендации использованы при проектировании дуговой печи постоянного тока для выплавки стали ДПС-12 ОАО «ВКМ-Сталь» (г. Саранск).

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на международных научно-практических конференциях «Рациональное использование природного газа в металлургии» (Москва, МИСиС, 2003), «Металлургическая теплотехника. История. Современное состояние. Будущее» (Москва, МИСиС, 2006), заседаниях кафедры «Теплофизика и экология металлургического производства» МИСиС.

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ в центральных научных журналах и сборниках.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений, изложена на 170 стр. машинописного текста, содержит рисунки и таблицы. Библиографический список использованной литературы содержит 190 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели, задачи и методика намеченных исследований.

В первой главе изложены вопросы, касающиеся методов дожигания продуктов неполного сгорания в атмосфере промышленных печей и методов исследования происходящих при этом процессов. Глава носит обзорный характер. Показано, что на данный момент существует две принципиально отличающиеся технологии дожигания горючих компонентов, содержащихся в

атмосфере печных агрегатов: с помощью струйной подачи окислителя и подачи окислителя в виде закрученного потока в вихревую камеру. Последний способ разработан в Московском институте стали и сплавов. На основании метода предложено устройство, названное вихревым радиационным инжектором (ИВР) н схематически изображенное на рис. 1, Принцип действия устройства заключается в следующем: сильно закрученный в результате тангенциального подвода поток окислителя под сверх критическим давлением подается через патрубки 4, 5 и сопла 6, 7 в вихревой радиационный инжектор 1, состоящий из цилиндрической части 3 и криволинейного диффузора 2. В результате сильной крутки и под действием высоких скоростей в камере происходит распад вихря, и создается сильное разрежение в приосевой области. Под действием этого разрежения печные газы, содержащие горючие компоненты, подтекают к дожигательному устройству 1. Часть из них поступает в камеру, где смешивается с кислородом и сгорает. Другая часть газов подсасывается в плоский настильный факел, образующийся в результате истечения закрученного потока из криволинейного диффузора 2, как это имеет место в плоскопламенных горелках. Данный способ обладает рядом преимуществ перед струйным дожиганием: во-первых, имеет место высокоинтенсивное излучение твердой поверхности, осуществляющееся в непрерывном спектре, во-вторых, исключается контакт струи окислителя с металлом, наконец, ИВР организует направленное движение газов, подлежащих дожиганию, в сторону дожигательного устройства.

В связи с тем, что экспериментальные методы исследования являются весьма дорогостоящими, эффективным средством получения информации о

/ /

ЕРОДУТСТЫ аш ОЛИ ОГО СГОРАНИЯ

Рис. 1 Схема ИВР

характере движения газов, процессах тепломассообмена и горения в тепловых агрегатах является метод математического моделирования. Причем для разработки детерминированной математической модели весьма сложной газодинамической структуры, характерной для ИВР, и не менее сложных процессов горения и теплообмена, протекающих при использовании этого устройства для дожигания горючих компонентов атмосферы в камере печи, рационально использовать программно-вычислительные комплексы (ПВК). Одним из таких комплексов является разработанный под руководством профессора Д.Б. Сполдинга ПВК РНОЕМСБ. Поскольку РНОЕМСБ, с одной стороны, хорошо зарекомендовал себя при решении многих достаточно разнообразных задач, а с другой — никогда не использовался для полностью детерминированного описания сопряженной задачи газодинамики и теплообмена в металлургических печах, в данной работе было решено применить именно этот ПВК, однако предварительно протестировать его на такого типа задаче.

Этому посвящена вторая глава. Тестирование комплекса проводили на примере задачи расчета газодинамики и сложного сопряженного теплообмена в термической печи с выкатным подом для нагрева роликов МНЛЗ. Печь установлена в кузнечно-прессовом отделении ООО «ССМ Тяжмаш» (г. Череповец).

При разработке модели были приняты следующие допущения: а) из сожигательного устройства истекает газовая смесь, процесс горения в которой завершен (в камере печи горение отсутствует), что обусловлено особенностью работы скоростных горелок; б) все тела, участвующие в радиационном теплообмене, являются серыми; в) футеровка печи является однослойной, что оправдано близостью теплофизических свойств керамоволокнистых материалов, применяемых в печи.

Постановка задачи включает в себя нестационарные уравнения Рей-нольдса для трех компонент вектора скорости, а также уравнения неразрывности и энергии. Для замыкания системы использована полуэмпирическая к-I-модель турбулентности. Радиационный перенос учитывается с помощью введения источникового члена в уравнение энергии, для вычисления которого использовалось модифицированное Ррприближение 1ттегзо1. Отличие модели 1шшегзо1 от известного и широко используемого в инженерных приложениях Ргприближения заключается в наличии дополнительного коэффициента ослабления в результате влияния геометрии рабочего пространства на радиационный теплообмен (РТО). Для определения указанного коэффициента используется дифференциальное уравнение. Основное уравнение модели РТО аналогично уравнению теплопроводности относительно некоторой «радиационной температуры», для твердых тел имеющей смысл температуры тела, а для газовой фазы - температуры, фиксируемой термопарой, установленной в данной точке рабочего пространства печи. Процедура, связанная с решением однотипных уравнений как для распределения температуры в потоке продуктов сгорания, так и для поля температуры внутри твердых тел, существенно упрощает моделирование сопряженного теплообмена в печи.

В общем виде система вышеуказанных дифференциальных уравнений задачи, выражающих законы сохранения импульса (уравнения Навье-Стокса), массы (уравнение неразрывности), энергии (уравнение энергии), характеристик турбулентности, химической компоненты (уравнение конвективной диффузии) могут быть записаны в одной стандартной форме, в декартовой системе координат имеющей вид:

~(рФ) + Л\>{р • Ш • Ф) = Лу(Гф^Ф) + 5ф , (1)

от

где р — плотность среды, кг/м3; ТУ — осредненный вектор скорости, м/с; ГФ — коэффициент «диффузионного» переноса переменной Ф; — источ-никовый член для переменной Ф.

Зависимая переменная Ф обозначает температуру, составляющую вектора скорости, кинетическую энергию турбулентных пульсаций и др. Коэффициенту переноса Гф и источниковому члену 5ф следует придать соответствующий каждой из этих переменных смысл.

Решение поставленной задачи производили методом «контрольного объема» Сполдинга-Патанкара на адаптивной сетке.

Сопоставление результатов расчетных и экспериментальных данных (см. рис. 2) показывает их удовлетворительное совпадение. Относительная разница даже на стадии технологической выдержки не превышает 8,5%. Завышенные измеренные значения температур в период выдержки объясняется недостаточной герметичностью рабочего пространства печи во время эксперимента, вследствие чего имел место неконтролируемый подсос холодного воздуха. Поскольку в математической модели подсос холодного воздуха не учитывался, перерасход топлива в эксперименте привел к завышенным значениям температур в рабочем пространстве и контрольных точках садки.

Из рис. 2 видно, что расчетная «радиационная» температура (1), соответствующая температуре спая термопары, ниже значения расчетной температуры газовой фазы (2), найденной путем решения уравнения энергии. Указанный факт давно известен как источник методической ошибки при измерении температуры газа с помощью контактных датчиков температуры и может быть устранен, если для измерений используется, например, аспирационная термопара.

5 воо

5 «с

/ ,

■ • ■

✓ /

✓ ы

* /

/ /

/ ч/^

г

/ /

/ /

/ у

/ /

/ / ' ' У

1 / \/ >(11)1111. - и-1—

о,о м 1.о 1,в га гя 1.0 «о «.о 4,0 0.0 од шд во 7д> то оо

Рис. 2 Изменение температуры газовой фазы во времени: 1 — «радиационная» температура, 2 — расчетная температура газовой фазы, ■ — температура спая печной термопары в эксперименте

Полученная математическая модель использовалась для исследования влияния схемы расположения горелочных устройств. Выяснено, что переход к расположению горелок в шахматном порядке на противоположных стенах печи не только по ее длине, но и по высоте, не оказывает существенного влияния на температуры металла и газовой фазы.

Выполненное во второй главе тестирование ПВК РНОЕМСВ подтвердило высокое качество этого программного продукта и возможность разработки на его основе детерминированных математических моделей, предназначенных для численного исследования весьма сложных процессов движения газов и теплообмена в металлургических печах в трехмерной постановке.

На основе протестированного ПВК в третьей главе разрабатывалась численная модель процессов, происходящих в ИВР и в прилегающей к нему части рабочего пространства печи, в постановке, соответствующей реальным условиям работы печи, что требует учета взаимодействия процессов турбулентного движения газов, сложного теплообмена и горения топлива.

Для проведения расчета выбрана цилиндрическая область рабочего пространства нагревательной печи, включающая в себя часть плоского свода и установленный на нем вихревой инжектор. В печи реализуется технология двухстадийного сжигания топлива. На первой стадии топливо сжигается с недостатком окислителя, а продукты неполного сгорания дожигаются в под-сводовом пространстве с помощью ИВР.

На рис. 3 показан поперечный разрез и горизонтальное сечение области рабочего пространства печи, оборудованной ИВР. Здесь же цифрами отмечены границы объекта моделирования, характеризующиеся соответствующими граничными условиями.

Поверхность 1 является границей цилиндрической части рабочего пространства печи, примыкающей к участку свода с установленным на нем ИВР.

Она свободна для прохода через нее газов, причем как внутрь области (поступающее топливо), так и наружу (уходящие продукты сгорания). Поверхность 2 — прямоугольная щель высотой 30 мм и шириной 1 мм, через которую тангенциально подается поток окислителя. Поверхность 3 заблокирована для прохода газов; она включает в себя боковую поверхность и торец цилиндрической камеры ИВР, криволинейный ультрадиффузор, а также поверхность плоского свода печи. Поверхность 4 — это поверхность металла, имеющая заданную температуру.

При разработке модели были приняты следующие допущения: а) суммарный коэффициент диффузии один и тот же для топлива, окислителя и продуктов сгорания, поскольку речь идет о турбулентном течении; б) химическая реакция проходит в одну стадию без учета диссоциации продуктов сгорания, что является достаточно распространенным допущением при моделировании диффузионного горения; в) все тела, участвующие в теплообмене, являются серыми.

Постановка задачи включает в себя осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса, неразрывности и энергии. Для замыкания системы уравнений Рейнольдса использовали двух-параметрическую ¿-е-модель турбулентности. Радиационный перенос учитывали с помощью описанной выше модели 1ттег8о1. Была применена модель диффузионного горения в турбулентном фронте пламени конечной тол-

А-АП2)

щины, включающая в себя решение двух дифференциальных уравнений в частных производных и некоторые дополнительные соотношения.

Система вышеуказанных дифференциальных уравнений задачи, выражающих законы сохранения импульса (уравнения Навье-Стокса), массы (уравнение неразрывности), энергии (уравнение энергии), характеристик турбулентности (к и е), химической компоненты (уравнение конвективной диффузии) могут быть записаны в одной стандартной форме, в цилиндрической системе координат имеющей вид:

где г, в, г — радиальная, угловая и аксиальная координаты, соответственно (ось г направлена вниз); р — плотность газа, кг/м3; V, и, и-- — соответственно радиальная, тангенциальная и аксиальная компоненты скорости, м/с; Ф — зависимая переменная; Гф — коэффициент «диффузионного» переноса переменной Ф; 8ф — источниковое слагаемое для переменной Ф.

Решение поставленной задачи производили методом «контрольного объема» Сполдинга-Патанкара на адаптивной сетке.

Поскольку опытные данные по исследованию структуры потока в ИВР отсутствуют, проверку адекватности модели проводили путем сравнения полученных с помощью математической модели результатов с опубликованными экспериментальными данными по течению закрученного потока в цилиндрической трубе. Показано, что математическая модель дает удовлетворительное качественное и количественное совпадение результатов с данными натурного эксперимента по компонентам средней скорости, расположению зоны обратных токов и значениям турбулентных пульсаций скорости.

В результате расчета с использованием математической модели получены данные по полям скоростей, давления, концентраций, характеристик

турбулентности, температуры в области рабочего пространства печи. Также получены значения эжекционной способности ИВР и плоского настильного

факела. Из рис. 4 видно, что зависимость относительного присоединенного массового расхода для настильного факела (отношение текущего массового расхода окружающей среды, вовлеченной в факел, к начальному расходу) от относительной радиальной координаты (отношение текущей радиальной координаты к радиусу ИВР) имеет практически линейный характер. На расстоянии всего одного радиуса ИВР имеет место более чем пятнадцатикратный подсос окружающей среды в настильный факел.

Показано, что в камере инжектора генерируется турбулентность, характеризующаяся чрезвычайно высокими значениями энергии и уровня пульсаций, что объясняется наличием весьма значительных градиентов скоростей и приводит к быстрому выравниванию полей концентраций и температур, а, следовательно, к значительному расширению зоны турбулентного диффузионного горения. Именно эти обстоятельства, а также интенсивный конвективный перенос, характерный для вихревых потоков, предопределяют высокую эффективность вихревых реакторов и, в частности, вихревого радиационного инжектора. В качестве примера на рис. 5, 6 показано поле температуры и конфигурация зоны горения в ИВР. Видно, что, во-первых, зона турбулентного диффузионного горения занимает практически весь ИВР и распространяется на плоский свод и в печное пространство, во-вторых, внут-

Рис. 4 Изменение относительного присоединенного массового расхода вдоль относительной радиальной координаты

ри ИВР распределение температур по радиальной координате на разных высотах близко к однородному.

Результаты математического моделирования позволили рекомендовать выкладывать высококачественными огнеупорами зону диаметром, равным двум-трем диаметрам ИВР. При установке нескольких инжекторов выдерживать расстояние между их осями не менее пяти радиусов инжектора, но не менее одного метра.

Исследование влияния различных факторов на эжекционную способность инжектора показало, что последняя линейно возрастает с ростом диаметра устройства и уменьшается при увеличении расхода окислителя.

топлива; 2 -изолиния нулевого со- 6- 1311 К; 7- 1456 К; 8 -1601 К; 9 - 1891 К; держания окислителя 10-2036 К; 11-2181 К; 12-2327 К;13 - 1891К;

14 - 1601 К; 15 - 1456К; 16 - 1311 К; 17-1021 К;18 - 876 К

В рамках модели была проведена оценка концентраций и эмиссии оксидов азота на основе механизма Я.Б. Зельдовича. Наибольшая концентрация Ж)х наблюдается в зоне горения, что и естественно, поскольку именно здесь имеет место наибольшая температура.

Технология дожигания в закрученном потоке с использованием ИВР

а олЬо о,гоо аз'оо оЛоо о.^оо о,¿00 0,700 Рис.б Изотермические поверхности: 1 - 441 К; 2 - 731 К; 3 - 876 К; 4 - 1021 К; 5 - 1166 К;

Рис.5 Контуры зоны горения: 1 - изолиния нулевого содержания

может быть применена и в печах для плавки стали.

Так, в четвертой главе представлены результаты численного моделирования газодинамики, тепломассообмена и горения в дуговой электросталеплавильной печи постоянного тока ДПС-12, которая проектировалась для ОАО «ВКМ-Сталь» (г. Саранск).

В отличие от трехфазных дуговых сталеплавильных печей переменного тока, ДПС-12 имеет один вертикально расположенный сводовый электрод, который закреплен в корпусе электрододержателя и через отверстие в центре свода введен в плавильное пространство электропечи.

Установка на данной печи вихревого радиационного инжектора с одной стороны, позволит обеспечить максимально полное дожигание горючих компонентов атмосферы печи, интенсивную передачу тепла металлу и экономию электроэнергии, а с другой стороны - рациональная организация процесса приведет к тому, что часть восстановительных газов будет поступать в зону дожигания вдоль поверхности электрода, защищая его тем самым от окисления.

На рис. 7 показана схема дуговой сталеплавильной печи постоянного тока ДПС-12, одновременно являющаяся схемой расчетной области. Газы, содержащие СО, поступают в расчетную область через условную поверхность 7. Для дожигания горючих компонентов печи на ее своде установлен кольцевой ИВР 3. Подача окислителя в ИВР производится тангенциально при помощи восьми равномерно расположенных по его окружности сопел. Во избежание заклинивания электрода сводовое отверстие для него имеет больший диаметр, т.е. вокруг электрода имеется зазор 9. Для эвакуации продуктов сгорания в печи имеется периферийный дымоотвод 8.

С целью упрощения численной модели были приняты следующие допущения: а) задача является квазистационарной; б) суммарный коэффициент диффузии один и тот же для топлива, окислителя и продуктов сгорания; в)

химическая реакция проходит в одну стадию без учета диссоциации продуктов сгорания; г) теплообменом излучением можно пренебречь.

Первое предположение принято в связи с тем, что в период плавления стали, а именно он характеризуется выделением из ванны печи горючих компонентов, температурные и газодинамические граничные условия практически не изменяются во вре-А Д мени.

Рис. 7 Схема печи ДПС-12: 1,Свод печи; 2. Стена печи; 3. И8Р; 4. Электроде держатель ; 5. Набивка; 6. Электрод; 1. Условная поверхность;

8. Периферийный дымоотвод; 9, Цилиндрическая щель между электродом и набивкой

исследования является, в первую очередь, картина движения газов в рабочем пространстве печи, на которую излучение, в связи с низкой степенью черноты газа, влияет незначительно.

В остальном поста-

Последнее допущение является достаточно грубым, но может быть принято в силу следующих обстоятельств: в задаче не рассчитывается тепловой поток на поверхность шлака (в задаче присутствует только условная поверхность, через которую в расчетную область поступает газ, содержащий горючие компоненты, см. рис. 6); целью

новка задачи схожа с таковой для рассмотренной выше задачи по моделированию процесса дожигания в нагревательной печи.

Решение поставленной задачи производили методом «контрольного объема» Сполдинга-Патанкара на адаптивной сетке с помощью вычислительного комплекса РНОЕМСБ.

Исследование показало, что при первоначальном варианте размера зазора (см. рис. 7), равного 35 мм, факел на выходе из ИВР раскрывается на своде. Вместе с тем, данный вариант не может считаться рациональным по следующим причинам: через зазор за счет создавшегося в результате работы ИВР разрежения в печь поступает воздух. Поступивший через зазор воздух движется вдоль электрода вниз к поверхности шлака, и тем самым создается локальное окислительное газовое кольцо вокруг электрода. Учитывая высокий уровень температур в печи, окислитель вероятнее всего вступит в химическую реакцию с углеродом электрода и, в конечном счете, это приведет к повышенному расходу электродов. Кроме того, поступающий через зазор воздух вызывает весьма существенное захолаживание печи.

Для устранения подсоса воздуха через зазор могут быть применены специальные уплотняющие устройства, называемые сводовыми уплотняющими кольцами. Наиболее распространенными являются две конструкции кольца, изображенные на рис. 8а и 86 (далее конструкции «а» и «б»).

Был проведен ряд вычислительных экспериментов с целью выяснения влияния конструкции сводового кольца и величины зазора между внутренней поверхностью кольца и электродом на характер движения газов и тепломассообмена в печном пространстве. Показано, что конструкция кольца и величина зазора оказывают достаточно сильное влияние как на количественную, так и на качественную картину движения газов и тепломассообмена. В частности, при зазоре 35 мм вне зависимости от конструкции кольца воздух, поступающий через зазор, распространяется вдоль электрода, что в результа-

те приведет к повышенному расходу электродов. А при зазоре 7 мм с кольцом конструкции «б» имеет место противоположная картина — восстановительные газы из ванны поднимаются вверх вдоль электрода и тем самым защищают его от окисления. Таким образом, наиболее рациональной является конструкция «б» с минимально возможной величиной зазора.

Для всех рассчитанных вариантов были получены зависимости температуры и концентрации кислорода от радиальной координаты в разных сечениях по высоте печи при различных конструкциях кольца и зазора. Показано, что эжекционная способность снижается при уменьшении зазора, и при умеренных величинах зазора (10-И5 мм) находится в пределах 1,35-5-1,5. При зазоре 1 мм — не менее 1,25.

Рис. 8 Конструкция сводовых колец: охлаждающее (а); в бетонном блоке (б) 1. Электрод; 2. Сводовое кольцо; 3. Свод печи

Вместе с тем, даже при установленном на своде кольце с зазором 1 мм конструкции «б», в печь поступает чрезмерное количество окислителя, при этом средняя температура составляет всего 1500 К. Такого значения температуры недостаточно для процесса плавления. Слишком большое количество окислителя будет приводить и к значительному окислению металла.

Для выяснения влияния расхода подаваемого через сопла ИВР окислителя на характеристики работы печи производили расчет четырех вариантов (во всех вариантах использовалось кольцо конструкции «б»): а) при расходе

а)

б)

окислителя 8 нм3/мин и зазоре зазора 35 мм; б) при расходе окислителя 8 нм3/мин и зазоре зазора 1 мм; в) при расходе окислителя 4,8 нм3/мин и зазоре зазора 35 мм; г) при расходе окислителя 4,8 нм3/мин и зазоре зазора 1 мм. При расходе 4,8 нм3/мин коэффициент расхода окислителя равен единице.

Расчеты показали, что средняя температура вблизи зеркала металла при зазоре 1-ь7 мм и расходе окислителя 8 нм3/мин составляет 1800-И 900 К, что близко к технологическому уровню. Однако при данном расходе окислителя в печи имеет место достаточно высокая (около 5%) концентрация кислорода. Уменьшение расхода окислителя, подаваемого в ИВР, до стехио-метрического уровня повышает температуру и снижает концентрацию окислителя. С учетом того, что через зазор в печь поступает воздух, в период плавления может оказаться полезной подача природного газа в печь. Природный газ может быть подан, например, через зазор между электродом и кольцом. В этом случае желательно в систему автоматического управления включить контур регулирования расхода природного газа по датчику наличия кислорода на выходе из печи. В период нагрева, когда в атмосфере печи отсутствует СО, подача природного газа позволит снизить расход электроэнергии, т.е., по сути, ИВР в этот момент будет работать как горелочное устройство.

Было исследовано и влияние разрежения на выходе в периферийный дымоотвод на картину движения газов и темпломассообмен в печи. Оказалось, что изменение величины разрежения в пределах от 0 до 20 Па оказывает незначительное влияние на все параметры (изменение давления, температуры, концентраций компонентов, интегральных характеристик составляет менее 1%).

Проведенное в данной главе исследование позволило сформулировать следующие рекомендации: а) в рабочем пространстве печи за счет работы ИВР создается разрежение, поэтому при монтаже необходимо уделить осо-

бое внимание герметизации печи; б) в связи с тем, что при работе ИВР в печь через зазор вокруг электрода подсасывается холодный воздух, рационально установить сводовое кольцо конструкции «б» для минимизации подсосов; в) в период плавления рекомендуется подавать природный газ с целью экономии электроэнергии (например, через зазор в сводовом кольце); г) в систему автоматического управления необходимо добавить контур регулирования расхода природного газа по датчику наличия кислорода на выходе из печи.

Основные результаты и выводы

1. Проведен анализ методов дожигания горючих компонентов в плавильных и нагревательных печных агрегатах, который показал, что: а) на данный момент существует две принципиально отличающиеся технологии дожигания горючих компонентов, содержащихся в атмосфере печных агрегатов: с помощью струйной подачи окислителя и путем подачи окислителя в виде сильно закрученного потока с образованием разомкнутого факела; б) разработка эффективной технологии дожигания горючих компонентов в рабочем пространстве промышленных печей требует учета теплообмена, особенностей процесса горения и характера движения газовых потоков, что возможно только методами математического моделирования.

2. Для разработки математической модели весьма сложной газодинамической структуры, характерной для радиационного вихревого инжектора, и не менее сложных процессов горения и теплообмена, протекающих при использовании этого устройства для дожигания горючих компонентов атмосферы в камере печи, рационально использовать современные программно-вычислительные комплексы (ПВК).

3. Тестирование ПВК РНОЕМСБ на примере решения задачи сложного сопряженного теплообмена в камерной печи периодического действия по-

зволило сделать вывод о возможности его использования для прикладных задач металлургической теплотехники.

4. Разработана и реализована модель рабочего процесса вихревого радиационного инжектора (ИВР), установленного на плоском своде печи непрерывного действия, с учетом процессов движения газов, структуры турбулентности, сложного теплообмена и горения топлива. Сравнение результатов математического моделирования и опубликованных экспериментальных данных по течению закрученного потока в цилиндрической трубе показывает их удовлетворительное совпадение.

5. Проведенное с помощью модели рабочего процесса ИВР исследование позволило: а) детально исследовать процесс смешения топлива и окислителя; получить поля скоростей, температуры, концентраций топлива, окислителя, продуктов сгорания, характеристик турбулентности, оценить эжек-ционную способность ИВР и настильного факела; решить внешнюю задачу теплообмена в печи с плоским сводом, с установленным на нем ИВР; б) определить, что в камере инжектора генерируется турбулентность, характеризующаяся чрезвычайно высокими значениями кинетической энергии и уровня пульсаций; в) оценить концентрации оксидов азота в расчетной области; г) определить диаметр зоны дожигания и минимальное расстояние между осями ИВР (при установке в печи нескольких устройств); д) исследовать влияние диаметра ИВР и расхода окислителя на его эжекционную способность.

6. Разработана математическая модель процесса дожигания с использованием ИВР в дуговой сталеплавильной печи постоянного тока ДПС-12, проектируемой для ОАО «ВКМ-Сталь» (г. Саранск). Путем вариантных расчетов с помощью вышеуказанной модели исследовано влияние различных параметров на качество сгорания, температуру и состав атмосферы печи. На основании проведенного численного исследования были сформулированы

рекомендации по рациональным режимам работы печи ДПС-12 с установленным на ней инжектором.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Математическое моделирование газодинамики закрученного потока в рабочем пространстве печи, оснащенной вихревым инжектором / С.В.Лешинин, В.А. Арутюнов, И.А. Левицкий, Т.Б. Ибадуллаев // Рациональное использование природного газа в металлургии. Международная научно-практическая конференция. - М.: МИСиС, 2003. - С. 105-112.

2. Об одной области применения принципа вихревой камеры в металлургии / В.А. Арутюнов, И.А. Левицкий, C.B. Лешинин, Т.Б. Ибадуллаев // Изв. Вузов. Цветная металлургия. - 2005. - №5. - С. 70-75.

3.0 применении принципа вихревой камеры в металлургии / В.А. Арутюнов, И.А. Левицкий, C.B. Лешинин, Т.Б. Ибадуллаев // Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со Дня Рождения М.А. Глинкова. 3-я международная научно-практическая конференция. - М.: МИСиС, 2006. - С. 131-136.

4. Ибадуллаев Т.Б., Арутюнов В.А., Левицкий И.А. О математическом моделировании сложного теплообмена в камерной печи периодического действия // Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со Дня Рождения М.А. Глинкова. 3-я международная научно-практическая конференция. - М.: МИСиС, 2006. - С. 297-302.

5. Математическая модель рабочего процесса радиационного вихревого инжектора, установленного в своде печи / Т.Б. Ибадуллаев, В.А. Арутюнов, И.А. Левицкий, C.B. Лешинин // Изв. Вузов. Цветная металлургия. - 2006. -№ 3. - С. 68-75.

6. Ибадуллаев Т.Е., Арутюнов В.А., Левицкий И.А. Математическое моделирование сложного теплообмена в камерной печи периодического действия // Изв. Вузов. Черная металлургия. - 2006. - №7. - С. 49-52.

Принято к исполнению 10/01/2007 Испочнено 11/01/2007

Заказ № 11 Тираж: 100 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , 36 (495) 975-78-56 www.autoreferat.ru

ВВЕДЕНИЕ.

1. ДОЖИГАНИЕ ГОРЮЧИХ КОМПОНЕНТОВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В АТМОСФЕРЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДОЖИГАНИЯ.

1.1 Дожигание горючих компонентов в сталеплавильных агрегатах.

1.2 Дожигание продуктов неполного сгорания в нагревательных печах.

1.3 Методы исследования процессов дожигания горючих компонентов атмосферы металлургических агрегатов.

1.4 Математическое моделирование процессов движения газов и теплообмена в металлургических печных агрегатах.

1.4.1 Моделирование турбулентности.

1.4.2 Моделирование турбулентного диффузионного горения газообразного топлива.

1.4.3 Математическое моделирование процессов радиационного теплообмена.

1.4.4 Специфика программной реализации математических моделей рабочего процесса металлургических печей.

Выводы по главе 1.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНОГО ТЕПЛООБМЕНА В КАМЕРНОЙ ПЕЧИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ.

2.1 Описание объекта математического моделирования.

2.2 Постановка задачи моделирования и формулировка модели.

2.2.1 Основные допущения, используемые в модели.

2.2.2. Постановка задачи расчета газодинамики.

2.2.3 Постановка задачи расчета сложного сопряженного теплообмена.

2.3 Проверка адекватности математической модели.

2.4 Исследование процесса нагрева роликов МНЛЗ в печи № 6 ООО «ССМ Тяжмаш» при изменении расположения горелочных устройств.

Выводы по главе 2.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДВИЖЕНИЯ ГАЗОВ И ТЕПЛООБМЕНА В ВИХРЕВОМ РАДИАЦИОННОМ ИНЖЕКТОРЕ ПРИ НАЛИЧИИ ГОРЕНИЯ.

3.1 Описание расчетной области.

3.2 Постановка задачи численного моделирования.

3.2.1 Основные допущения, используемые в модели.

3.2.2 Результаты предварительного расчета условий однознач- 69 ности задачи.

3.2.3 Постановка задачи расчета газодинамики.

3.2.4 Постановка задач расчета сложного теплообмена и горения топлива.

3.2.5 Особенности учета теплофизических свойств топлива, окислителя и продуктов сгорания.

3.2.6 Вычисление эжекционной способности ИВР и плоского настильного факела.

3.3 Проверка адекватности математической модели.

3.4 Анализ результатов численного моделирования.

3.5 Численное моделирование образования оксидов азота.

Выводы по главе 3.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

4.1 Назначение и конструкция печи ДПС-12.

4.2 Постановка задачи численного моделирования газодинамики и 116 теплообмена.

4.2.1 Основные допущения, используемые в модели.

4.2.2 Предварительный расчет условий однозначности задачи.

4.2.3 Основные уравнения и граничные условия модели.

4.2.4 Особенности учета теплофизических свойств топлива, окислителя и продуктов сгорания.

4.3 Анализ результатов численного моделирования газодинамики и теплообмена в печи ДПС-12.

4.3.1 Исследование влияния величины зазора между электродом 123 и сводовым кольцом на газодинамику и теплообмен в печи.

4.3.2 Исследование влияния разрежения на выходе из печи на 140 газодинамику и теплообмен в печи.

4.3.3 Исследование влияния расхода окислителя на газодинами- 140 ку и теплообмен в печи.

Выводы по главе 4.

Задача дожигания горючих компонентов атмосферы металлургических печей актуальна для многих плавильных, нагревательных и термических печей со стадийным сжиганием топлива, технологических аппаратов для подготовки металлургического сырья по очевидным причинам: во-первых, эти газы представляют собой угрозу для экологии, во-вторых, теплота сгорания горючих компонентов не используется в технологическом процессе.

Дожигание горючих газов, содержащихся в атмосфере технологического аппарата, в каких-либо специальных устройствах представляется неэффективным, поскольку требует серьезных затрат и не позволяет использовать теплоту дожигания непосредственно в тех печных агрегатах, где образуются эти компоненты и где нужны дополнительные источники энергии. Технология, включающая в себя дожигание горючих компонентов непосредственно в рабочем пространстве металлургических печей и как можно более полную передачу выделившегося тепла обрабатываемому материалу, является рациональной как с позиций энергосбережения, так и снижения вредных выбросов.

С теплотехнической точки зрения речь идет об организации сжигания низкоскоростного высокотемпературного потока весьма бедного (крайне низкокалорийного) топлива в большом объеме. В качестве окислителя для сжигания такого топлива рационально использовать кислород, что позволяет исключить расход тепла на нагрев содержащегося в воздухе балластного азота, составляющий, например, для нагревательных печей величину того же порядка, что и расход тепла на нагрев металла. Применение кислорода в качестве окислителя, кроме того, способствует рациональной организации процесса дожигания в связи с высоким располагаемым давлением.

С другой стороны, низкое содержание горючих компонентов требует вовлечения в поток кислорода большого количества печных газов (при объемной концентрации горючих компонентов 10% с 1 нм кислорода необходимо смешать 20 нм3 печных газов), что осложняет решение этой задачи.

Указанные проблемы могут быть достаточно просто и эффективно решены при помощи разработанных в Московском институте стали и сплавов способа и устройства, названного вихревым радиационным инжектором (ИВР). Принцип действия устройства описан ниже.

Экспериментальные работы по изучению этой новой технологии связаны с большими трудностями и требуют весьма значительных финансовых затрат. Поэтому актуальной задачей является разработка численной модели процессов, происходящих в дожигательном устройстве и рабочем пространстве печей. Сложность этих процессов делает целесообразным использование имеющихся программно-вычислительных комплексов (ПВК).

Целью работы является совершенствование новой технологии дожигания продуктов неполного сгорания с использованием ИВР, разработка технологии дожигания применительно к дуговой сталеплавильной печи постоянного тока с использованием кольцевого ИВР, а также разработка и апробация предназначенных для решения этих задач математических моделей, учитывающих все основные происходящие при этом процессы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ методов дожигания горючих компонентов печной атмосферы в плавильных и нагревательных печных агрегатах.

2. Провести тестирование какого-либо программно-вычислительного комплекса (ПВК) с точки зрения возможности его применения для решения реальных задач металлургической теплотехники на примере задачи расчета газодинамики и сложного сопряженного теплообмена в какой-либо нагревательной печи, для которой имеются данные экспериментальных исследований.

3. Разработать математическую модель рабочего процесса вихревого радиационного инжектора (ИВР), установленного на плоском своде печи непрерывного действия, с учетом всех основных процессов: турбулентного движения газов, сложного теплообмена и горения топлива.

4. Разработать математическую модель процесса дожигания с использованием кольцевого ИВР в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) постоянного тока.

5. Провести количественные оценки основных параметров работы кольцевого ИВР, установленного на ДСП постоянного тока путем вариантных расчетов. Выдать рекомендации по рациональным режимам работы и конструкции ИВР.

Методом решения поставленных задач явилось математическое моделирование с численной реализацией моделей на персональном компьютере при помощи ПВК. При разработке моделей использовались последние достижения в области теории турбулентности, диффузионного горения и радиационного теплообмена. Использовались детерминированные математические модели в виде систем дифференциальных уравнений в частных производных. Проверка адекватности численных моделей осуществлялась путем сопоставления результатов расчета с опубликованными данными натурных экспериментов.

Научная новизна результатов исследования состоит в том, что:

1. Впервые получены достоверные расчетные данные по полям скорости, давления, концентраций топлива, окислителя и продуктов сгорания, характеристик турбулентности, температуры, энтальпии, плотности газа и др. в печи с установленным в ней ИВР и в камере ИВР, а также по эжекционной способности радиационного вихревого инжектора и создаваемого им плоского настильного факела.

2. Установлено, что увеличение диаметра ИВР приводит к повышению эжекционной способности ИВР, тогда как увеличение расхода эжектирую-щей среды (окислителя) ведет к снижению этого показателя.

3. Расчетным путем установлен факт наличия весьма высоких значений кинетической энергии турбулентности и уровня пульсаций скорости в камере ИВР. Этим, в основном, и объясняется эффективность ИВР как реактора, осуществляющего высокоинтенсивный процесс дожигания.

4. Впервые реализована математическая модель сложного сопряженного теплообмена в камере печи периодического действия с учетом основных происходящих в агрегате процессов: турбулентного движения газов, радиационного, конвективного и кондуктивного теплообмена. При этом постановка задачи включает в себя систему осредненных уравнений Навье-Стокса, неразрывности, кинетической энергии турбулентности, энергии.

5. Разработана математическая модель процесса дожигания с использованием кольцевого ИВР в дуговой сталеплавильной печи постоянного тока. С помощью этой математической модели выработаны рекомендации по рациональным режимам работы кольцевого ИВР.

Достоверность полученных выводов и обоснованность рекомендаций обусловлена использованием современных методов и средств математического моделирования, основанных на фундаментальных уравнениях сохранения и переноса физических свойств и субстанций, использованием последних достижений вычислительной теплофизики, а также удовлетворительным согласованием расчетных результатов с экспериментальными данными.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют обоснованно определять конструктивные и режимные параметры дожигательных аппаратов типа ИВР при проектировании, а разработанный комплекс математических моделей дает возможность проводить качественную и количественную оценку влияния различных параметров на работу печей, оборудованных подобными устройствами, обоснованно разрабатывать системы автоматизированного управления процессом дожигания.

По результатам работы выданы рекомендации, касающиеся технологии дожигания применительно к дуговым сталеплавильным печам постоянного тока. Указанные рекомендации использованы при проектировании дуговой печи постоянного тока для выплавки стали ДПС-12 ОАО «ВКМ-Сталь» (г. Саранск).

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на международных научно-практических конференциях «Рациональное использование природного газа в металлургии» (Москва, МИСиС, 2003), «Металлургическая теплотехника. История. Современное состояние. Будущее» (Москва, МИСиС, 2006), заседаниях кафедры «Теплофизика и экология металлургического производства» МИСиС.

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ в центральных научных журналах и сборниках.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений, изложена на 170 стр. машинописного текста, содержит рисунки и таблицы. Библиографический список использованной литературы содержит 190 наименований.

Выводы по главе 4

1. Разработана математическая модель конвективного тепло- и массо-переноса в дуговой сталеплавильной печи постоянного тока.

2. С помощью разработанной модели проведено комплексное исследование влияния различных факторов на характеристики работы печи. Выяснено, что:

- во всех рассмотренных случаях из ИВР истекает раскрывающийся настильный факел;

- через зазор 35 мм в печь подсасывается воздух из атмосферы, что приводит к чрезмерному захолаживанию и повышенному содержанию кислорода в рабочем пространстве;

- установка сводового кольца снижает подсос холодного воздуха, причем зависимость пососанного воздуха линейно зависит от величины зазора между электродом и внутренней частью кольца;

- сводовое кольцо конструкции, изображенной на рис. 4.7в, за счет создания большего гидравлического сопротивления, дополнительно снижает подсос холодного воздуха через зазор;

- значение разрежения на выходе в дымоотводящий тракт не оказывает сколь-нибудь заметного влияния на распределение полей давлений, температур, скоростей, концентраций и интегральные характеристики работы печи;

- уменьшение расхода окислителя, принудительно подаваемого в ИВР, в значительной мере изменяет количественную картину тепломассообмена и движения газов в рабочем пространстве дуговой сталеплавильной печи.

3. На основании проведенного исследования сформулированы следующие рекомендации:

- рационально на печи установить сводовое кольцо конструкции, показанной на рис. 4.7в, с минимальным зазором между ним и электродом;

- в рабочем пространстве печи при любой конфигурации и диаметре сводового кольца за счет работы ИВР создается разрежение, поэтому при монтаже необходимо уделить особое внимание герметизации печи;

- в период плавления через зазор в сводовом кольце подавать природный газ;

- в систему автоматического управления добавить контур регулирования расхода природного газа по составу отходящих продуктов сгорания, т.е. по датчику наличия в них кислорода.

4. Разработанная математическая модель может быть использована для дальнейшего исследования процессов дожигания, газодинамики и теплообмена в рабочем пространстве дуговой сталеплавильной печи ДПС-12.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам работы можно сделать следующие выводы.

1. Проведен анализ методов дожигания горючих компонентов в плавильных и нагревательных печных агрегатах, который показал, что: а) на данный момент существует две принципиально отличающиеся технологии дожигания горючих компонентов, содержащихся в атмосфере печных агрегатов: с помощью струйной подачи окислителя и путем подачи окислителя в виде сильно закрученного потока с образованием разомкнутого факела; б) разработка эффективной технологии дожигания горючих компонентов в рабочем пространстве промышленных печей требует учета теплообмена, особенностей процесса горения и характера движения газовых потоков, что возможно только методами математического моделирования.

2. Для разработки математической модели весьма сложной газодинамической структуры, характерной для радиационного вихревого инжектора, и не менее сложных процессов горения и теплообмена, протекающих при использовании этого устройства для дожигания горючих компонентов атмосферы в камере печи, рационально использовать программно-вычислительные комплексы (ПВК).

3. Сопоставление результатов математического моделирования с опубликованными экспериментальными данными позволило сделать вывод о возможности использования ПВК РНОЕМСЗ для математического моделирования сложных процессов, происходящих в рабочем пространстве промышленных печей.

4. Разработана и реализована модель рабочего процесса вихревого радиационного инжектора (ИВР), установленного на плоском своде печи непрерывного действия, с учетом процессов движения газов, структуры турбулентности, сложного теплообмена и горения топлива. Сравнение результатов математической модели и опубликованных экспериментальных данных по течению закрученного потока в цилиндрической трубе показывает их удовлетворительное совпадение.

5. Проведенное с помощью модели рабочего процесса ИВР исследование позволило: а) детально исследовать процесс смешения топлива и окислителя; получить поля скоростей, температуры, концентраций топлива, окислителя, продуктов сгорания, характеристик турбулентности, оценить эжекционную способность ИВР и настильного факела; решить внешнюю задачу теплообмена в печи с плоским сводом, с установленным на нем ИВР; б) определить, что в камере инжектора генерируется турбулентность, характеризующаяся чрезвычайно высокими значениями кинетической энергии и уровня пульсаций; в) оценить концентрации оксидов азота в расчетной области; г) определить диаметр зоны дожигания и минимальное расстояние между осями ИВР (при установке в печи нескольких устройств); д) исследовать влияние диаметра цилиндрической части ИВР на его эжекционную способность.

6. Разработана математическая модель процесса дожигания с использованием ИВР в дуговой сталеплавильной печи постоянного тока ДПС-12, проектируемой для ОАО «ВКМ-Сталь» (г. Саранск).

7. Путем вариантных расчетов с помощью вышеуказанной модели исследовано влияние различных параметров на качество сгорания, температуру и состав атмосферы печи, которое показало, что: а) во всех рассмотренных случаях из ИВР истекает раскрывающийся настильный факел; б) через зазор 35 мм в печь подсасывается воздух из атмосферы, что приводит к чрезмерному захолаживанию и повышенному содержанию кислорода в рабочем пространстве; в) установка сводового кольца снижает подсос холодного воздуха, причем количество пососанного воздуха линейно зависит от величины зазора между электродом и внутренней частью кольца; г) сводовое кольцо в виде водохлаждаемого бетонного блока за счет создания большего гидравлического сопротивления, дополнительно снижает подсос холодного воздуха через зазор; д) величина разрежения на выходе в дымоотводящий тракт не оказывает сколь-нибудь заметного влияния на распределение полей давлений, температур, скоростей, концентраций и на интегральные характеристики работы печи; е) изменение расхода окислителя, принудительно подаваемого в ИВР, в значительной мере изменяет количественную картину тепломассообмена и движения газов в рабочем пространстве дуговой сталеплавильной печи.

8. На основании проведенного численного исследования печи ДПС-12 сформулированы следующие рекомендации: а) с целью снижения подсоса холодного воздуха рекомендуется установить на печи сводовое кольцо в виде водохлаждаемого бетонного блока высотой 500 мм с минимальным зазором между ним и электродом; б) в рабочем пространстве печи при любой конфигурации и диаметре сводового кольца за счет работы ИВР создается разрежение, поэтому при монтаже необходимо уделить особое внимание герметизации печи; в) в период плавления через зазор в сводовом кольце рационально подавать природный газ; г) в систему автоматического управления необходимо добавить контур регулирования расхода природного газа по составу отходящих продуктов сгорания, т.е. по наличию в них кислорода.

1. Арутюнов В.А., Егоров A.B., Стомахин А.Я. Дожигание горючих компонентов атмосферы в рабочих камерах промышленных печей // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2003. - №3. - С. 46.

2. Меркер Э.Э. Газодинамическая защита зоны продувки в сталеплавильных агрегатах. М.: Металлургия, 1994. - 176 с.

3. Дожигание отходящих газов и донная продувка кислородом в период расплавления в 100-т дуговой печи / А.Я. Стомахин, О.П. Лопатин, В.А. Арутюнов и др. // Сталь. 1999. - № 2. - С. 27.

4. Арутюнов В.А., Стомахин А.Я., Егоров A.B. О температурных условиях дожигания горючих составляющих атмосферы в металлургических агрегатах // Изв. Вузов. Черная металлургия. 1999. - № 9. - С. 3.

5. Об одной области применения принципа вихревой камеры в металлургии / В.А. Арутюнов, И.А. Левицкий, C.B. Лешинин, Т.Б. Ибадуллаев // Изв. Вузов. Цветная металлургия. 2005. - №5. - С. 70.

6. О применении принципа вихревой камеры в металлургии / В.А. Арутюнов, И.А. Левицкий, C.B. Лешинин, Т.Б. Ибадуллаев // Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со Дня

7. Рождения М. А. Глинкова. 3-я международная научно-практическая конференция. М.: МИСиС, 2006. - С. 131-136.

8. Патент 2130082 РФ. Фурма для дожигания горючих газов в полости металлургических агрегатов / В.А. Арутюнов, А.Я. Стомахин, A.B. Егоров и др.//БИ.№ 13.10.05.99.

9. Патент 2084541 РФ. Фурма для дожигания горючих газов в полости сталеплавильных агрегатов / В.А. Арутюнов, А.Я. Стомахин, A.B. Егоров и др. // БИ. № 20.20.07.97.

10. Патент 2084542 РФ. Дуговая сталеплавильная печь / В.А. Арутюнов, А.Я. Стомахин, A.B. Егоров и др. // БИ № 20. 20.07.97.

11. Патент 2081180 РФ. Способ дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов и устройство для его осуществления / В.А. Арутюнов, А.Я. Стомахин, A.B. Егоров // БИ. № 16.10.06.97.

12. Простяков A.A. Индукционные нагревательные установки, 1970.120 с.

13. Скворцов A.A., Акименко А.Д., Кузелев М.Я. Безокислительный и малоокислительный нагрев стали под обработку давлением. М: Машиностроение, 1968.- 270 с.

14. Окисление и обезуглероживание стали / А.И. Ващенко, А.Г. Зень-ковский, А.Е. Лифшиц, Л.А. Шульц. М.: Металлургия, 1972. - 336 с.

15. Бербенев В.И. Сжигание газа в печах безокислительного и малоокислительного нагрева. Л.: Недра, 1988. - 173 с.

16. Леонидова М.Н., Шварцман Л.А., Шульц Л.А. Физико-химические основы взаимодействия металлов с контролируемыми атмосферами. М.: Металлургия, 1980. - 264 с.

17. Шульц JI.А. Теория и практика работы печей с постадийным использованием природного газа для безокислительного нагрева: Дис. . докт. техн. наук. М., 1982. - 419 с.

18. Шульц JI.A. Повышение эффективности использования природного газа в методических печах // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2002. - №7. -С. 64.

19. Шульц JI.A. По следам разработки и внедрения печей со стадийным сжиганием топлива и перспективы их развития в металлургии // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2005. - №10. - С. 62.

20. А. с. 141881 СССР. Методическая печь большой производительности для прямого безокислительного нагрева металла / Б.Б. Струченевский, М.М. Коротаев, Л.Г. Аксельруд и др. // БИ. №20, 1961.

21. Патент 2.785.668 Франция. Procede de chauffage d'un four a chargement continu notamment pour produits sidérurgiques, et four de chauffage a chargement continu / Le gouefflec gerard // publ. 05.12.00.

22. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости М.: Энергоатомиздат, 1984. - 152 с.

23. Мотулевич В.П., Жубрин C.B. Численные методы расчета тепло-обменного оборудования. М.: Моск. энерг. ин-т, 1989. - 78 с.

24. Launder В.Е., Spalding D.B. The numerical computation of turbulent flow // Comp. Math. In Appl. Mech. & Eng. -1974. v. 3. - p.269.

25. Malin M.R., Parry J.D. Turbulent heat and momentum transfer in rough tubes // PHOENICS Journal. 1988. - v.l. - №1. - p81.

26. Kader В. Temperature and Concentration profiles in fully turbulent boundary layers // Int. J. Heat Mass Transfer. 1993. - v. 24. - № 9. - p. 1541.

27. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. M: Наука, 1974. - 711 с.

28. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1989. - 608с.

29. Самарский A.A. Введение в теорию разностных схем. -М.: Наука, 1971.-552 с.

30. Самарский A.A., Попов Ю.П. Разностные методы решения задач газовой динамики. -М.: Наука, 1980. 352 с.

31. Калиткин H.H. Численные методы М.: Наука, 1978. - 512 с.

32. Численные методы исследования течений вязкой жидкости / А. Д. Госмен, В. М. Пан, А. К. Ранчел, Д. Б. Сполдинг, М. Вольфштейн: Пер. с англ. М.: Мир, 1972. 323с.

33. Роуч. П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. - 616 с.

34. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. В 2-х томах. М.: Мир, 1990. - 728 с.

35. Бабенко К.И. Основы численного анализа. М.: Наука, 1986. - 744 с.

36. Безуглый В.Ю., Беляев Н.М. Численные методы теории конвективного тепломассообмена. Киев-Донецк: Вища школа, 1984. 176 с.

37. Бенсон С. Основы химической кинетики. М.: Мир, 1964. - 603 с.

38. Брюханов И.Н., Мастрюков Б.С. Аэродинамика, горение и теплообмен при сжигании топлив. СПб.: Недра, 1994. - 317 с.

39. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973.774с.

40. Численное решение многомерных задач газовой динамики. / С.К. Годунов, A.B. Забродин, В.Я. Иванов и др. М.: Наука, 1976. - 400 с.

41. Оран Э., Борис Дж. Численное моделирование реагирующих потоков. М.: Мир, 1990. - 661 с.

42. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов JI.A. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Наука, 1984. - 288с.

43. Пейре Р., Тейлор Т.Д. Вычислительные методы в задачах механики жидкости. JL: Гидрометеоиздат, 1986. - 352 с.

44. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Численные методы газовой динамики. М.: Высшая школа, 1987. - 232 с.

45. Математическое моделирование конвективного тепломассообмена на основе уравнений Навье-Стокса / В.И. Полежаев, A.B. Бунэ, H.A. Веразуб и др. М.: Наука, 1987. - 272 с.

46. Себичи Т., Бредшоу Д. Конвективный теплообмен. Физические основы и вычислительные методы. М.: Мир, 1987. - 592 с.

47. Саульев В.К. Интегрирование уравнений параболического типа методом сеток. М.: Физматгиз, 1960. - 324 с.

48. Темам Р. Уравнения Навье-Стокса. Теория и численный анализ. -М.: Мир, 1981.-408 с.

49. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкости. В 2 -х томах. М.: Мир, 1991. Т. 1. - 501 с. Т. 2. - 552 с.

50. Форсайт Дж., Моллер К. Численное решение систем линейных алгебраических уравнений. М.: Мир, 1969. - 166с.

51. Численное решение задач гидромеханики / Под ред. Р.Д. Рихтмайе-ра. М.: Мир, 1977. 267 с.

52. Численные методы в аэродинамике / Под ред. В.М. Пасконова., Г.С. Рослякова. М.: Мир, 1980. 95 с.

53. Численные методы в динамике жидкостей / Г.Вирц, Ж.Смолдерн. Перевод под ред. О.М.Белоцерковского. М.: Мир, 1981. - 407с.

54. Численные методы в механике жидкостей / Под ред. О.М. Белоцер-ковского. М.: Мир, 1973. 304 с.

55. Шевелев Ю.Д. Пространственные задачи вычислительной аэродинамики. М.: Наука. 1986. 367 с.

56. Яненко H.H. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. -Новосибирск: Наука, 1967. 197с.

57. Кудинов П.И. Численное моделирование гидродинамики и теплообмена в задачах с конвективной неустойчивостью и неединственным решением: Дис. канд. ф.-м. наук. Днепропетровск, 1999. - 229 с.

58. Иванов A.B. Разработка методических основ оценки последствий химических промышленных аварий (на примере металлургического комбината): Дис. канд. техн. наук. М., 1999. - 283 с.

59. Турбулентность. Принципы и применения / Под ред. У. Фроста, Т. Моулдена М.: Мир, 1980. - 535 с.

60. Турбулентность / Под ред. П. Бредшоу. М.: Мир, 1980. - 343с.

61. Турбулентные сдвиговые течения. Т. 1 / Пер. с англ. Под ред. A.C. Гиневского. М.: Машиностроение, 1982. - 432с.

62. Методы расчета турбулентных течений: Пер. с англ.; под ред. В. Кольмана. М.: Мир, 1984. - 464 с.

63. Фрик П.Г. Турбулентность: подходы и модели. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 292 с.

64. Белоцерковский О.М., Опарин A.M., Чечеткин В.М. Турбулентность: новые подходы. М.: Наука, 2002. - 286 с.

65. Роуд Д.Л., Стоуэрс С.Т. Сравнение возможностей расчета течений в камерах сгорания по нескольким моделям турбулентности // АКТ. 1990. -№2. - С.10-17.

66. Булеев Н.И. Пространственная модель турбулентного обмена. М.: Наука, 1989. -344 с.

67. Колмогоров А.Н. Уравнения турбулентного движения несжимаемой жидкости // Изв. АН СССР. Сер. Физика. 1942. - N 1-2. - С. 56.

68. Gibson М.М., Launder В.Е. Ground effects on pressure fluctuations in the atmospheric boundary layer // J. Fluid Mech. 1978. - V. 86. - P. 491.

69. Launder В. E., Spalding D. B. Lectures in Mathematical Models of Turbulence. London, Academic Press, 1972.

70. Launder B.E., Priddin C.H., Sharma B.R. The calculation of turbulent boundary layers on spining and curved surfaces // ASME J Fluids Engng. 1977. -V. 99.-P. 321.

71. Rodi W. Examples of calculation methods for flow and mixing in stratified fluids // J.Geo.Res. 1987. - V. 92. - № C5. - P. 5305.

72. Launder В. E., Reece G. J., Rodi W. Progress in the Development of a Reynolds-Stress Turbulence Closure // J. Fluid Mech. 1975. - V. 68 - № 3. - P. 537.

73. Hinze J.O. Turbulence. McGraw Hill Book Company, 1959.

74. Smith L.M., Reynolds W.C. On the Yakhot-Orszag Renormalization group method for deriving turbulence statistics and models // Phys. Fluids A. -1992.-V. 4.-№2.-P. 364.

75. Yakhot V., Orszag S.A. Renormalization group analysis of turbulence // J.Sci.Comput. 1986. - V. 1. - P. 3.

76. Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique / V. Yakhot, S.A. Orszag, S. Thangam, T.B. Gatski, C.G.Speziale // Phys.Fluids A. 1992. - V.4. - №7.

77. Yakhot V., Smith L.M. The Renormalization group, the eps- expansion and derivation of turbulence models // J.Sci.Comput. 1992. - V. 7. - № 1.

78. Durbin P.A. Separated Flow Computations with the k-e-v2 model // AIAA J. 1995. - V. 33. - № 4. - P. 659.

79. Davidson L. Calculation of the turbulent buoyancy-driven flow in a rectangular cavity using an efficient solver and two different low Reynolds number k-e turbulence models // Num. Heat Transfer. 1990. - part A. - V. 18. - P. 129.

80. A near-wall k-e formulation for high Prandtl number heat transfer / J.Herrero, F.X.Grau, J.Grifoll and F.Girault // Int. J. Heat Transfer. -1991. V. 34. -№ 3. - P. 711.

81. Lam C.K., Bremhorst K. A modified form of the k-e model for predicting wall turbulence // ASME J. Fluids Engng. -1981. V. 103. - P. 456.

82. Mansole D.M., Lage J.L. Nonuniform grid accuracy test applied to natural-convection flow within a porous medium cavity // Numerical Heat Transfer. 1993. - part В. - V. 23. - P. 351.

83. Patel V.C., Rodi W., Scheurer G. Turbulence models for near-wall and low-Reynolds-number flows: A review // AIAA J. 1984. - V. 23. - № 9. - P. 1308.

84. Renormalization Group Formulation of Large-Eddy Simulation / A. Yakhot, S. A. Orszag, V. Yakhot, M. Israeli. // J.Sci.Comput. 1989. - V. 4. - P. 139.

85. Saffmann P.G. A model for inhomogeneous turbulent flow // Proc. Roy Soc London. 1970. - V. A317. - P. 417-433.

86. Лущик В.Г., Павельев A.A., Якубенко A.E. Уравнения переноса для характеристик турбулентности: модели и результаты расчетов // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Механика жидкости и газа. 1988. - Т. 22. - С. 3 -61.

87. Wilcox D.C. Turbulence-model transition predictions // AIAA J. 1975. -v. 13.-P. 241.

88. Wilcox D.C. Reassessment of the scale determining equation for advanced turbulence models // AIAA J. 1988. - V. 26. - P. 1299.

89. Wilcox D.C., Traci R.M. A complete model of turbulence // AIAA Paper 1976.-N357.

90. Wilcox D.C. Dilatation-dissipation corrections for advanced turbulence models // AIAA J. -1992. V. 30. - P. 2639.

91. Wilcox D.C. Progress in hypersonic turbulence modeling // AIAA Paper. -1991.-№91-1785.

92. Menter F. R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J. 1994. - V. 32. - № 8. - P. 1598.

93. Chen C.P. Multiple-scale turbulence model in confined swirling- jet predictions // AIAA J. 1986. - V. 24. - P. 1717.

94. Kim S.W., Chen C.P. A multi-time-scale turbulence model based on variable partitioning of the turbulent kinetic energy spectrum // Numerical Heat Transfer. 1989. - Part B. - V. 16. - P. 193.

95. Kim S.W. Near-wall turbulence model and its application to fully-developed turbulent channel and pipe flows // Numerical Heat Transfer. 1990. -PartB. - V. 17.-P. 101.

96. Kim S.W. Numerical investigation of separated transonic turbulent flows with a multiple-time-scale turbulence model // Numerical Heat Transfer. -1990. Part A. - V. 18.-P. 149.

97. Kim S.W. Calculation of divergent channel flows with a multiple- time-scale turbulence model // AIAA J. 1991. - V.29. - P.547.

98. Schiestel R. Multiple-scale concept in turbulence modelling, II Reynolds stresses and turbulent heat fluxes of a passive scalar, algebraic modelling and simplified model using Boussinesq Hypothesis // J. Mech. Theor. Appl. -1983.-V. 2.-P. 601.

99. Schiestel R. Multiple-time-scale modelling of turbulent flows in one-point closure // Phys.Fluids. 1987. - V. 30. - P. 722.

100. Chien K.Y. Predictions and channel and boundary-layer flows with a low-Reynolds-number turbulence model // AIAA Journal. 1982. - V. 20. - P. 33.

101. Launder B.E., Sharma B.I. Application of energy-dissipation model of turbulence to the calculation of flow near a spinning disc // Lett. Heat and Mass Transfer. -1974. V. 1. - P. 131.

102. Van Driest E.R. On turbulent flow near a wall // J.Aero.Sci. 1956. - V. 23-P. 1007.

103. McKeel S.A. Numerical simulation of the transition region in hypersonic flow: A dissertation submitted . for the degree of doctor of philosophy in Aerospace Engineering. Blacksburg, Virginia, 1996. - 136 p.

104. High performance computing for compressible turbulent flow / E. Juntasaro, P. Uthayopas, B. Sawatmongkhon, K. Boonmee // NECTEC Tech. J. -2002. -V. II.-№9. -P. 182.

105. Juntasaro V., Kanjanawongsamas A. Evaluation of the compressible q-Ç turbulence model with pressure dilatation term // Science Asia. 2003. - № 29. -P. 163.

106. Головин A.M. Феноменологическая теория турбулентности. В кн.: Турбулентные течения. - М., 1977. - С.239-243.

107. Nee V., Kovasznay L. Simple phenomenological theory of turbulent shear flow // Phys. Fluids. 1969. - V. 12. - P. 473.

108. Malin M.R., Younis B.A. Calculation of turbulent buoyant plumes with a Reynolds stress and heat flux transport closure // Int. J. Heat Mass Transfer. -1990.-v. 33. -№10. -p.2247.

109. Fersiger J.H. Large eddy numerical simulation of turbulent flows // AIAA J. 1977. - V. 15. - №9. - P. 1261.

110. Smagorinsky J., Manabe S., Holloway J. Numerical results from a ninelevel general circulation model of the atmosphere // Month. Weather Rev. -1965.-V. 93.-P. 727.

111. Demiraydin L. Numerical investigation of turbulent non-premixed methane-air flames: A dissertation submitted . for the degree of Doctor of Technical Sciences. Zurich, 2002. - 120 p.

112. Peters N. Four lectures on turbulent combustion. ERCOFTAC Summer School, 1997.

113. Peters N. Turbulent combustion. Cambridge university press, 2000.

114. Кузнецов B.P., Сабельников B.A. Турбулентность и горение. М.: Наука, 1986. - 287 с.

115. Spalding D.B. Mixing and chemical reaction in steady confined turbulent flames // Proceeding of the 13-th Symp. (Int.) on Combustion. The Combustion Institute, U.S.A. -1971. - P. 649-657.

116. Numerical simulation of utility boilers with advanced combustion technologies / H.C. Magel, R. Schneider, B. Risio, U. Schnell // 8th International Symposium on Transport Phenomena in Combustion. San Francisco, 1995. - P. 1-12.

117. Pitsch, Н., Extended flamelet model for LES of non-premixed combustion // Annual Research Briefs. Center for Turbulent Research. - 2000. -P. 149-158.

118. Cha C.M. Transported PDF modeling of turbulent nonpremixed combustion // Center for Turbulence Research. Annual Research Briefs. 2001. -P. 79-86.

119. Чандрасекер С. Перенос лучистой энергии. М.: ИЛ, 1953. - 431 с.

120. Спэрроу Э.М., Сесс Р.Д. Теплообмен излучением. Л.: Энергия, 1971.-294 с.

121. Адрианов В.Н. Основы радиационного и сложного теплообмена. -М.: Энергия, 1972. 464 с.

122. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. М.: Мир, 1975.651 с.

123. М.Н. Оцисик Сложный теплообмен. М.: Мир, 1976. - 615 с.

124. Четверушкин Б.Н. Математическое моделирование задач динамики излучающего газа. М.: Наука, 1985. - 304 с.

125. Арутюнов В.А., Бухмиров В.В., Крупенников С.А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей. М.: Металлургия, 1990. - 240 с.

126. Юферев B.C., Васильев М.Г., Проэк Л.Б. Новый метод решения задач переноса излучения в излучающих, поглощающих и рассеивающих средах // Журнал технической физики. 1997. - Т. 67,- № 9. - С. 1

127. Raithby G.D., Chui Е.Н. A finite volume method for precicting a radiant heat transfer in enclosures with participating media // J. of Heat Transfer. -1990.-V. 112.-P. 415.

128. Chui E. H., Raithby G.D. Computation of radiant heat transfer on a non-orthogonal mesh using the finite-volume method // Numerical Heat Transfer. -1993.-PartB.-V. 23.-P. 269.

129. Chai J.C., Lee H.S., Patankar S.V. Improved treatment of scattering using the discrete ordinates method // ASME J. Heat Transfer. 1994. - V. 116. -Jfel.-P. 260.

130. Chai J.S., Patankar S.V. Finite volume method for radiation heat transfer // Advances in Numerical Heat Transfer. 2000. - V.2. - P. 109.

131. Carvalho M.G., Farias Т., Fontes P. Predicting radiative heat transfer in absorbing, emitting, and scattering media using the discrete transfer method. In W.A. Fiveland et al., editor // Fundamentals of Radiation Heat Transfer. 1991. -V. 160.-P. 17.

132. Cheng P. Two-dimensional radiating gas flow by a moment method // AIAA Journal. 1964. - V. 2. - P. 1662.

133. Abbas A.S., Lockwood F.C., Salooja A.P. The prediction of the combustion and heat transfer performance of a refinery heater // Combustion & Flame. 1984. - V. 58.-P. 91.

134. Hsu P.-f., Tan Z., Howell J. R. Radiative transfer by the YIX method in no homogeneous, scattering and non-gray medium // AIAA J. Thermophysics and Heat Transfer. 1993. - V. 7. - № 3. - P. 487.

135. Файвленд О решениях уравнения переноса излучения в прямоугольных полостях методом дискретных координат // Труды амер. общ. инж.-мех. Сер.С. Теплопередача. 1984. - Т. 106. - № 4. - С. 16-24.

136. Hoffmann N., Markatos N.C. Thermal radiation on fires in enclosures // Appl. Math. Modelling. 1988. - V. 12. - P. 129.

137. Howell J.R. Thermal radiation in participating media: the past, the present, and some possible futures // ASME J. Heat Transfer. 1988. - v. 110. - P. 1220.

138. Линь Ц.Д. Радиационный перенос в произвольном объёме изотропно рассеивающей среды, окружённой диффузно излучающими и отражающими поверхностями // Аэрокосмическая техника. 1988. - № 11. - С. 71.

139. Khalil Е.Е., Spalding D.B., Whitelaw J.H. The calculation of local flow properties in two-dimensional furnaces // Int. J. Heat Mass Transfer. 1975. - V. 18.-P. 775.

140. Разак M.M., Клейн Д.Ф., Хауэлл Й.Р. Метод конечных элементов для решения задачи радиационного переноса тепла в двумерной прямоугольной полости с серой реагирующей средой // Теплопередача. 1983. - № 4. - С. 250.

141. Разак М.М., Хауэлл Й.Р., Клейн Д.Ф. Расчёт методом конечных элементов совместного теплообмена излучением и теплопроводностью в двумерной прямоугольной полости, заполненной серой средой // Теплопередача.-1984.-№ 3. С. 113.

142. Taylor P.B., Foster P.J. The total emissivities of luminous and non-luminous flames // Int. J. Heat Mass Transfer. 1974. - V. 17. - P. 1591.

143. Viskanta R. Radiation transfer and interaction of convection with radiation heat transfer // Advances in Heat Transfer. 1966. - V. 3. - P. 175.

144. Viskanta R., Menguc M.P. Radiation heat transfer in combustion systems // Prog. Energy Combust. Sci. 1987. - V. 13. - P. 97.

145. Вехник В.А. Применения квадратур Гаусса для решения задач радиационного теплообмена // Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. Днепропетровск: НМетАУ, 2000. - С. 199-206.

146. Бухмиров В.В., Крупенников С.А. Упрощённый зональный метод расчёта радиационного теплообмена в поглощающей и излучающей среде // Изв. вузов. Чёрная металлургия. 1999. - № 1. - С. 68.

147. De Marco A.G., Loockwood F.C. A new flux model for the calculation of radiation in furnaces // La rivista die combastibili. 1975. - V. 29. - № 5-6. - P. 184.

148. Арутюнов В.А. Бухмиров В.В. Крупенников С.А. Металлургическая теплотехника: развитие теоретического раздела // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2005. - №10. - С. 58.

149. The modeling of the gas flow and its influence on the scale accumulation in the steel slab pusher-type reheating furnace / Y. Tang, J. Laine, T. Fabritius, J. Harkki // ISIJ International. 2003. - V. 43. - № 9. - P. 1333.

150. Maki A.M., Osterman P.J., Luomala M.J. Numerical study of the pusher-type slab reheating furnace // Scandinavian Journal of Metallurgy. 2002. -V. 31. - P. 81.

151. Numerical simulation of fluid flow in a reheating furnace with multi-swirling-burners / B. Li, Z. Zhao, Y. Li, W. Wu, D. Cang // Journal of University of Science and Technology Beijing. 2003. - V. 10. - № 5. - P. 20.

152. Analysis of gas flow and mixing in a rotary kiln waste incinerator / Y. Yang, J. Rakhortst, M.A. Reuter, H.L. Voncken // 2nd Int. conf. on CFD in the Minerals and Process Ind. 1999. - P. 443-448.

153. Yang Y., Pijnenborg Marc J.A., Reuter M.A. Modelling of the fuel stream and combustion in a rotary-kiln hazardous waste incinerator // 3nd Int. conf. on CFD in the Minerals and Process Ind. 2003. - P. 25-34.

154. Nitrogen oxides (NOx) formation and control in an electric arc furnace (EAF): analysis with measurements and computational fluid dynamics (CFD) modeling / E. Chan, M. Riley, M.J. Thomson, E.J. Evenson // ISIJ International. -2004.-V. 44.-№2.-P.429.

155. Spalding D.B. What's new in PHOENICS 3.6.1. CHAM TR006. London: CHAM Ltd., 2005.

156. Асцатуров B.H. Интенсификация тепловой работы нагревательных печей / Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии. 2-я международная научно-практическая конференция.- М.: МИСиС, 2002. С. 36-40.

157. Прибытков А.И., Кобахидзе В.В., Кривандин В.А. О задаче внешнего теплообмена при радиационно-струйном нагреве металла // Изв. Вузов. Черная металлургия. 1998. - №7. - С. 62.

158. Polis info system. London: CHAM Ltd., 2004.

159. Носова C.B. Совершенствование тепловой работы нагревательных и термических печей на основе математического моделирования: Дис. . канд. техн. наук. Иваново, 2004. - 176 с.

160. Бухмиров В.В., Крупенников С.А., Носова, С.В. Расчет показаний контролирующей термопары в топливной печи // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2004. - №8. - С. 64.

161. Мороз В.И., Егорова В.М., Гусев С.В. Газовая печь с импульсной подачей теплоносителя для объемной прецизионной термической обработки роликов MHJI3 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001.- №6. С. 25.

162. Мороз В.И., Егорова В .M., Гусев C.B. Автоматическая универсальная газовая печь периодического действия // Кузнечно-штамповочное производство. -1998. №9. - С. 33.

163. Гусовский В. Л., Лифшиц А.Е., Тымчак В.М. Сожигательные устройства нагревательных и термических печей. Справочник. М.: Металлургия, 1981.-272 с.

164. Расчет нагревательных и термических печей. Справочник. Под ред. В.М. Тымчака, В.Л. Гусовского М.: Металлургия, 1983. - 480 с.

165. Мастрюков B.C. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей, т.2. М.: Металлургия, 1986. - 376 с.

166. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В. Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. -640 с.

167. Арутюнов В.А., Левицкий И.А., Лешинин C.B. Расчет веерной настильной струи // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2002. - №5. - С. 45.

168. Гупта А.К., Лили Д.Дж., Сайред Н. Закрученные потоки. М.: Мир, 1987. - 588 с.

169. Трусов Б.Г. Термодинамический метод анализа высокотемпературных состояний и процессов и его практическая реализация: Дисс. докт. техн. наук. М., 1984. - 292 с.

170. Fenimore С. P. Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames // Proceeding of the 13-th Symp. (Int.) on Combustion The Combustion Institute, U.S.A. -1971. - P. 373.

171. Hanson R.K., Salimian S. Survey of rate constants in H/N/O systems // Combustion Chemistry. 1984. - P. 361.

172. Blauvens J., Smets В., Peters J. // Proceeding of the 16-th Symp. (Int.) on Combustion The Combustion Institute, U.S.A. - 1977.

173. Flower W.L., Hanson R. K., Kruger C.H. // Proceeding of the 15-th Symp. (Int.) on Combustion The Combustion Institute, U.S.A. - 1975. - P. 823.

174. Monat J.P., Hanson R.K., Kruger C.H. // Proceeding of the 17th Symp. (Int.) on Combustion The Combustion Institute. - 1979. - P. 543.

175. Westbrook C., Dryer F. Chemical kinetic modelling of hydrocarbon combustion // Prog. Energy Comb. Sci. 1984. - P. 1.

176. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и установки специального нагрева / А.Д. Свенчанский, И.Т. Жердеев, A.M. Кручинин и др.; Под ред. А.Д. Свенчанского. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981.-296 с.

177. Kee R.J., Rupley F.M., Miller J.A. CHEMKIN-III: A Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas-Phase Chemical and Plasma Kinetics. -Sandia National Laboratories, Livermore: SAND96-8216, UC-405,1996. 164 p.

178. Волчков Э.П., Спотарь С.Ю., Терехов В.И. Закрученная пристенная струя в цилиндрическом канале. Новосибирск, 1982. - 42 с. (Препр. / АН СССР СО; Ин-т теплофизики; № 84-82).