مطابق آمارهاي ارائه شده به وسيلة مؤسسات معتبر بين المللي، قريب به ۳۵ درصد از توليد۱۲۲۰ ميليون تني توليد فولاد دنيا در سال ۲۰۰۹ ميلادي با استفادهWorld Steel Association ) ) از این فناوري صورت گرفته كه دليل اساسي، امكان استفاده از قراضه به عنوان خوراك كوره است، كه به فراواني در دسترس است. نكته نگران كننده اين كه، در اين واحدهاي صنعتي دما و غلظت آلاينده هاي زيست محيطيِ گازهاي خروجي از كوره بسيار بالا بوده كه با ورود به محيط، افزون بر هدررفت مقادير عظيم انرژي، منشا ء جدي آلودگي هاي زيست محيطي است . به اين منظور وجود سيستمي براي كاهش دما و غلظت آلاينده ها در اين واحدهاي صنعتي بسیار مهم وحياتي بوده و توجه فراواني را در پي داشته است. با توجه به چنين ملاحظاتي استفاده از سيستم هاي جذب و كاهش دماي گاز و غلظت آلاينده ها در كوره هاي قوس الكتريكي صِنايع فولاد مورد توجه قرار گرفته است. در طراحي هاي فعلي كه به وسيلة شركت هاي صاحب نام در توسعه يافته، WTI و Tenova Ledoux  فناوري فولاد از قبيل گازهاي آلاينده و ذرات معلق خروجي از كوره با واكنش هاي احتراقي و همچنين سيستم ته نشيني از جريان حذف مي شو د. گازهاي خروجي  از كوره قوس الكتريكي داراي دماي تقريبي ۱۷۰۰ درجه سانتيگراد بوده و شامل هيدروژن، مون واكسيدكربن، دي اكسيد كربن، بخار آب، نيتروژن، آرگون و هم چنين ذرات معلق از تركيبات در (Steelmaking Handbook), اكسيدهاي فلزي است.

سيستم هاي حذف دوده و غبار اين گازها در طول كانال خنك شده با آب، حركت كرده وارد كانال زانويي شكل مي شود. هواي مورد نياز براي انجام واكنش هاي احتراقي، از طر يق فضاي خالي موجود بين زانويي و لغزنده و در اثر فشار نسبي منفي گازها به داخل سيستم مكيده مي شود. در ادامه، جريان دو فازي گاز -جامد وارد محفظه ته نشين كننده/احتراق مي شود. در محفظ ياد شده با تغيير ناگهاني سطح مقطع، سرعت جريان به صورت ناگهاني كاهش يافته، با افت سرعت ذرات معلق به زير سرعت حدي، اين ذرات در اثر نيروهاي گرانشي از بالك جدا شده و در كف محفظه ته نشين مي شوند. پس از اين مرحله گاز وارد كانال ديگري شده (اين كانال نيز با آب خنك مي شود) و در پايان با كاهش دماي گاز، آن را به نصف دماي اوليه تقليل مي دهد. در نتيجه جريان گاز وارد مبدل خنك شونده با هوا  شده و با انتقال حرارت جابه جايي آزاد گاز خنك شده و دماي آن را به حد قابل قبولي كاهش مي يابد. با اندكي تأمل آشكار مي شود كه مشخصه هاي مؤثر بر عملكرد چنين سيستمي بس يار گسترده و وسيع هستند. به طور نمونه تركيب اجزاي غلظت آلاينده ها و غلظت ذرات معلق در گاز خروجي از كوره بشدت بر ماهيت جريان واكنشي وعملكرد سيستم اثرگذار است.

همچنين عواملي مانند دبي آب خنك كن، دماي آب خنك كن، هندسه و مقاطع استفاده شده براي لوله ها، جنس و ميزان زبري لوله ها، افزون بر تأثير روي ميزان اختلاط و احتراق جريان سوخت و اكسيدايزر با تغيير ميزان آشفتگي جريان، فيزيك جريان را تحت تأثير قرار داده، موجب تغيير ميزان ته نشيني ذرات معلق، دماي ميانگين جريان و تركيب شيميايي سيال مي شود. بنابراين، به منظور دستيابي به عملكرد مناسب، بررسي رفتار سيستم تحت اثر تك تك اين مشخصه ها ضروري به نظر مي رسد . از سوي ديگر، امكان مطالعه چنين مشخصه هايي به صورت تجربي در سيستمي صنعتي بسيار دشوار، پرهزينه و حتي غيرممكن است. با توجه به چنين مسئله اي، استفاده از امكان شبيه سازي سيستم به كمك ابزار ديناميك سيالات محاسباتي راه حلي بسيار مناسب بوده و با توجه به پيچيدگي مسئله و دشواري دسترسي به شرايط و اطلاعاتي از قبيل دما، فشار و تركيب شيميايي تمام نقاط در داخل سيستم، همواره از ارزش بالايي برخوردار بوده و به وسيله گروههاي تحقيقاتي در دانشگاهها و مراكز صنعتي مورد اقبال روزافزون قرار گرفته است.

نویسنده مقاله: محمد مهدي اسماعيلي، مصطفي اسماعيلي، هادي اميرشقاقي