DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-022

Л. П. Грес¹, д.т.н., проф., ORCID 0000-0002-5343-3438
О. В. Гупало^1,*, к.т.н., доцент, ORCID 0000-0003-3145-9220
О. О. Єрьомін¹, д.т.н., проф., ORCID 0000-0001-8306-578X
Є. О. Каракаш¹, к.т.н., доцент, ORCID 0000-0003-3833-2396
С. Є. Суліменко¹, к.т.н., доцент, ORCID 0000-0001-5755-3093
Є. В. Перетятько¹, магістр, ORCID 0009-0009-2026-2239

¹Український державний університет науки і технологій
^*Автор для листування: o.v.gupalo@ust.edu.ua

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗМІНИ ТЕМПЕРАТУРИ ГАРЯЧОГО ДУТТЯ, ТЕПЛООБМІННИХ, ГАЗОДИНАМІЧНИХ ТА КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ ДОМЕННИХ ПОВІТРОНАГРІВАЧІВ ПРИ ВИКОРИСТАННІ ВИСОКОЕФЕКТИВНИХ ФОРМ НАСАДОК

Анотація. Підвищення енергетичної ефективності доменного виробництва залишається одним із найбільш актуальних завдань, оскільки значною мірою впливає на конкурентоспроможність металургійної продукції на світових ринках, а також дозволяє суттєво зменшити шкідливі викиди та мінімізувати антропогенний вплив на довкілля. Одним з відомих і дієвих способів зменшення енерговитрат на виробництво чавуну є підвищення температури доменного дуття, підігрів якого здійснюється в доменних повітронагрівачах. Удосконалення конструкцій повітронагрівачів шляхом застосування високоефективних форм насадок є перспективним напрямом підвищення температури дуття і економії питомих витрат коксу в доменному процесі. Метою роботи є комплексне дослідження зміни теплообмінних, газодинамічних та конструктивних параметрів доменних повітронагрівачів при заміні традиційних насадок на високоефективні аналоги. Розглядаються два основні варіанти: перший передбачає заміну насадки під час капітального ремонту без зміни об’єму камери та конструктивних параметрів повітронагрівача; другий варіант стосується реконструкції повітронагрівача, коли конструктивні розміри насадок та самих повітронагрівачів змінюються залежно від заданої температури гарячого дуття. Зміст досліджень базується на виконанні чисельних розрахунків параметрів теплообміну в насадці, розподілу температур димових газів і дуття по висоті насадки, а також визначенні необхідної поверхні нагрівання та зміни втрат тиску потоків теплоносіїв. Результати дослідження свідчать, що заміна насадки зі зменшенням діаметра каналів забезпечує суттєве збільшення питомої об’ємної поверхні нагрівання. Показано, що для першого варіанта заміна насадки з каналами Ø41 мм на Ø30 мм дозволяє підвищити температуру гарячого дуття на 78 °С, що сприяє зниженню питомих витрат коксу на 9,0–9,5 кг/т при незмінних габаритах повітронагрівачів. Однак при цьому спостерігається необхідність збільшення витрат доменного газу на опалення повітронагрівачів на 4 %. Другий варіант демонструє, що при зменшенні діаметру каналів з 41 до 30 мм загальна поверхня нагрівання зростає на 12,3 %, а висота насадки при цьому зменшується на 8,36 м, що дозволяє оптимізувати габаритні розміри конструкції. Встановлено, що зменшення діаметра каналів при збільшенні їх кількості сприяє зростанню поверхні нагрівання, проте призводить до зменшення маси вогнетривів на 22,3 %, що може посилювати коливання температури дуття та скорочувати міжремонтний термін служби насадки через можливе засмічення або зміщення рядів. Аналіз газодинамічних характеристик показав, що, незважаючи на зміну швидкостей теплоносіїв, загальні втрати тиску в системі залишаються майже незмінними завдяки відповідному зменшенню висоти насадки, що дозволяє уникнути заміни нагнітального обладнання.

Ключові слова: повітронагрівач, насадка повітронагрівача, температура гарячого дуття, теплообмін, енергоефективність, питома витрата коксу.

Посилання для цитування: Дослідження зміни температури гарячого дуття, теплообмінних, газодинамічних та конструктивних параметрів доменних повітронагрівачів при використанні високоефективних форм насадок / Л. П. Грес, О. В. Гупало, О. О. Єрьомін, Є. О. Каракаш, С. Є. Суліменко, Є. В. Перетятько // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026. Вип. 40. С. 349-363. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-022

Перелік посилань

Карп И. Н., Сухин Е. И. Количественная оценка влияния внедрения энергосберегающих технологий на экономию природного газа в промышленности и энергетике. Экотехнологии и ресурсосбережение. 2007. № 4. С. 24-44.
Мендрес С., Сперроу Е. М. Турбулентный теплообмен и его интенсификация, потери давления и картины течения жидкости в трубах с периодическим сужением и расширением проходного сечения. Теплопередача. М.: Мир, 1984. № 1. С. 57-66.
Онищенко В. Н., Халатов А. А. Обобщение опытных данных по теплообмену и гидравлическому сопротивлению в плоских каналах со сферическими углублениями в поверхности. Промышленная теплотехника. 2007. Т. 29, № 4. С. 5-13
Повышение температуры дутья в доменном производстве. Бюллетень Черметинформации. 1987. Вип. 3.- 28 с.
Теплотехнические расчеты металлургических печей / Китаев Б. И., Зобнин Б. Ф., Ратников В. Ф. и др. М. : Металлургия, 1970. – 530 с.
Соломенцев С. Л. Рациональные типы насадок доменных воздухонагревателей. Липецк: ЛГТУ, 2001.- 432 с.
Вилмот А., Бёрнс А. Рекуперативная аналогия расчета нестационарных режимов тепловых регенераторов. Тепломассоперенос. 1979. Т. 22. № 7. С. 1107-1115.
Грес Л. П., Самойленко Т. В., Флейшман Ю. М., Малый В. В., Гусаров А. С., Жариков А. Н. Современный подход к проектному расчету доменных воздухонагревателей. Металлургическая теплотехника. 2001. Том 4. С. 130-134.
Грес Л. П. Уточнение граничных условий по высоте насадки доменных воздухонагревателей // Системные технологии. 2001. Выпуск 3 (1 ч.). С. 47-52.
Металлургические печи. Теория и расчеты. Т. 2 / Под общ. ред. В. И. Тимошпольского, В. И. Губинского. Минск: Белорус. наука, 2007. 832 с.
Грес Л. П. Исследование стойкости огнеупоров в доменных воздухо-нагревателях / Л. П. Грес, В. В. Малый, Ю. М. Флейшман // Теория и практика металлургии, 1999. № 1. С. 35-37.
Хитаваси Токаски. Теплопередача в воздухонагревателях и экономия энергии // Кобэ сэйко гихо. 1984. Т. 34. № 4. С. 54-58.
Нормы технологического проектирования доменных цехов: ОНТПУ 1-1-94. Днепропетровск: Укргипромез, 1994. 45 с.
Теплообменники доменных печей / Под общей ред. Л. П. Греса. Д. : Пороги, 2012. 491 с.
Грес Л. П. Выбор поверхности нагрева и массы насадки доменных воздухонагревателей. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2001. № 6. С. 100-102.
Сана Д. Конструкция и размеры воздухонагревателей //Черные металлы. 1975. № 15. С. 28-30.
Пальц Г. С. Критерии конструирования системы горячего дутья для надежной работы доменной печи. MPT. Metallurgical plant and technology. 1992. № 2. С. 34-37.

Рукопис надійшов до редакції / Received 23.02.2026
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026