CC BY
43
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
2006 р
Вип. № 16
ТЕХН1ЧН1 НАУКИ
МЕТАЛУРГ1Я
УДК 669.18.054.83
Безверхий И.В.1, Томаш А.А.2, Борисов В.Ф.3
ИЗМЕНЕНИЕ ИОРОЗНОСТИ И ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ С РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНЬЮ СЕГРЕГАЦИИ ГРАНУЛ ПО КРУПНОСТИ
Экспериментально установлено влияние степени сегрегации агломерационной шихты на её порозность и газопроницаемость. Показано, что за счёт разделения гранул разной крупности по высоте спекаемого слоя возможно повышение газопроницаемости шихты в 2 - 3 раза. Получены уравнения, позволяющие количественно учесть влияние сегрегации аглошихты на порозность слоя и перепад статического давления газа.
Сегрегацию агломерационной шихты по высоте спекаемого слоя оценивают положительно [1] прежде всего как фактор, способствующий повышению порозности и газопроницаемости слоя за счёт разделения частиц разного диаметра. При этом большинство исследователей просто констатируют факт снижения сопротивления слоя проходу газов с увеличением сегрегации зернистых материалов по крупности [2 - 4]. В расчётах влияние этого фактора обычно не учитывают из-за отсутствия количественной оценки перераспределения по высоте слоя мелких и крупных гранул. Разработанный авторами статистический показатель степени сегрегации шихты по крупности [5], он представляет собой отношение среднеквадратичных отклонений от среднего диаметра гранул всей шихты средних диаметров частиц на каждом горизонте отбора проб стф и расчётных диаметров частиц в соответствии со статистическим распределением Вейбула Стид т.е.
С = Стф / СТид , (1)
Величина С изменяется по мере увеличения сегрегации от 0 до 1, может быть использован в качестве количественно выраженного аргумента зависимости газодинамических характеристик зернистого слоя от его структуры.
Целью работы явилась количественная оценка влияния сегрегации агломерационной шихты по высоте слоя на его порозность и газопроницаемость.
Исследования проводились с шихтовой смесью, включающей 42,11 % концентрата, 10,53 % аглоруды, 10,53 % известняка, 5,26 % твёрдого топлива, 31,58 % возврата. Состав смеси материалов близок к составу шихты аглофабрики МК «Азовсталь». После ручного смешивания, шихтовые материалы увлажняли и окомковывали в лабораторном окомкователе. Порциями по 7,125 кг гранулированную шихту загружали в мерный цилиндрический сосуд диаметром 0,2 м разными способами, обеспечивающими степень сегрегации С = 0,08; 0,59; 0,82 [5]. После измерения высоты слоя оком-кованной шихты в мерном цилиндре рассчитывали её объём и насыпную плотность у, уменьшавшуюся с увеличением сегрегации с 886 до 797 кг/м3 (рис. 1). Это свидетельствовало об увеличении объёма межкусковых пустот в слое. Шихтовые материалы из сосуда рассеивали по фракциям. Кроме того, слой шихты с наименьшей сегрегацией, С = 0,08, дополнительно делили на пять горизонтов. Материал из каждого горизонта также рассеивали. Гранулометрический состав окомкованной агломерационной шихты приведен в табл.
1 ПГТУ, аспирант
2 ПГТУ, д-р техн. наук, проф.
3 ПГТУ, учебный мастер
0,45 0,44
1 0,43
0,42
со S
Л н о о
х 0,41
м
о
Q.
|2 0,4 0,39 0,38
— ► / 8
1 г
Y
i
1 г
0,2 0,4 0,6 0,8
Степень сегрегации
900 880 860 840 820 800 780 760
о
и Ы
i н и о я h о Ч ЕЗ
К ев Я Я
ш
J) а es
И
Рис. 1 - Влияние сегрегации гранул по крупности на порозность (в) и насыпную плотность (у) окомкованной агломерационной шихты
Таблица - Гранулометрический состав и порозность несегрегированной шихты
Степень сегрегации Горизонт Содержание фракций, % Порозность, м3/м3
0-1 мм 1-3 мм 3-5 мм 5-7 мм 7 -10 мм >10 мм
0,08 1 0,02 41,19 34,86 20,27 2,90 0,75 0,386
2 0,01 47,64 37,07 13,71 1,57 0 0,391
3 0,03 49,27 31,94 16,12 2,26 0,38 0,386
4 0,01 45,92 33,68 17,13 2,80 0,47 0,386
5 0 42,11 36,98 18,56 2,35 0 0,390
весь слой 0,02 45,67 34,57 17,04 2,37 0,34 0,387
0,59 весь слой 0,21 50,17 32,82 13,14 3,30 0,37 0,386
0,82 весь слой 0,19 52,42 28,31 13,89 4,54 0,65 0,381
Порозность полидисперсного слоя рассчитывали по методике [6], преобразованной для условий агломерационной шихты. Расчёт включал определение доминирующей фракции, относительное содержание fj которой максимально
i = gi / (d, max - di min), (2)
где gi - содержание i-й фракции, %;
di max и di mi„ - максимальный и минимальный диаметр частиц i-й фракции, мм. В интервале значений di тах ^ di min определяли диаметр доминирующих частиц, формирующих слой. Для этого сравнивали относительное содержание фракций предыдущей и последующей по отношению к доминирующей, f;_i и fi+1
Г f-f Л J i J1-1 J
(3)
do d i max (d i max d i min V .. ..
\J i J i+l
Максимальный диаметр мелкой фракции, частицы которой могут разместиться в пустотах между доминирующими частицами, составит
dM=scoOC2/3do/(l-seo), (4)
где Seo и Фс2/з - начальная порозность и фактор формы доминирующей фракции, Seo = 0,4 м /м , Ф°2/з = 2/3.
Крупную фракцию составляют частицы, в межкусковых пустотах которых могут размещаться гранулы доминирующей фракции. Их минимальный диаметр равен
dKmm=do(l-SK)/SK®K2/3, (5)
где 8к и ФК2/з - порозность и фактор формы крупной фракции, вк = 0,4 м3/м3, Фк2/3 = 2/3.
Общее содержание крупных частиц ^ ^ определяется сложением содержания всех фракций круп-
нее с1к тт • Содержание мелкой фракции рассчитывали с учётом вероятности р; размещения мелочи в межкусковых пустотах доминирующей фракции
1§м= Е^р^Еаа-й/си. (6)
В расчётах учитывали разрыхляющее влияние крупных гранул на порозность доминирующей фракции
есо + (1-£со)(С/Ф*з)(4, МкШк Iёс)
£г- =■
1 + (1-еС0)(С/Ф«3)(с!0/^)(^к/ёс)
(7)
где gc - содержание доминирующей фракции gc = 1 - - , д ед. Окончательно порозность окомкованной шихты рассчитывали по одному из уравнений
е =-
(8)
Рассчитанная по уравнениям (2 - 8) порозность агломерационной шихты, приведенная в табл., соответствует несегрегированному слою с равномерным смешиванием частиц разной крупности. Порозность слоя со степенью сегрегации С = 0,08 определяли как среднее значение объёмов пустот на пяти горизонтах. Значение е0>08 составило 0,388 м /м и лишь незначительно превысило порозность несегрегированного слоя е0 = 0,387 м3/м3. Порозность агломерационной шихты при С = 0,59 и 0,82 определяли по изменению объёма слоя и его насыпной плотности
1 — £0,08 _ £0,59 _ £0,82
У 0,08 То, 59 У 0,82
Увеличение порозности при сегрегации агломерационной шихты по крупности с е0,08 = 0,388 м3/м3 до е0,59 = 0,421 и е0,82 = 0,449 м3/м3 (рис. 1) с высокой точностью (корреляционное отношение г| « 1,0) описывается уравнением
ес =£0ехр(0,25С2). (10)
6000 5000
п с
| 4000 х б)
£ 3000 ч:
н
5 2000
ч: я
£■ юоо
ь/ о
0,0 •У V
• от ■
•С 0,82
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Приведенная скорость воздуха, м/с
Рис. 2 - Потери напора воздуха в слое агломерационной шихты при разной степени сегрегации (числа у кривых)
Следствием увеличения порозности сегрегированной агломерационной шихты является снижение сопротивления проходу газов через слой материала. Влияние сегрегации по крупности на газопроницаемость аглошихты исследовали в газодинамическом цилиндре диаметром 0,22 м. Перепад давления воздуха в слое измеряли U-образными манометрами. Для предотвращения забивания сетки, служащей днищем цилиндра, была предусмотрена постель высотой 38 мм из стеклянных шаров диаметром 1 мм. Они были завернуты в газопроницаемую ткань во избежание псевдоожижения. Степень сегрегации и порядок укладки шихты, использованный при исследовании изменения порозности, сохранились. Перепад статического давления воздуха в слое агломерационной шихты с увеличением степени сегрегации с 0,08 до 0,82 уменьшается в 2 - 3 раза (рис. 2). С удовлетворительной точностью (г| = 0,974) зависимость перепада давления воздуха в слое аглошихты высотой H от приведенной к пустому сечению скорости Uo и степени сегрегации С описывается уравнением, которое получили путём уточнения формулы Рамзина [7]
АР = (11588 -9744 С)Ни^753с2+0Дб1С+1'473 . (1 1)
Снижение сопротивления проходу газов через зернистый слой с повышенной степенью сегрегации свидетельствует о значительных резервах повышения скорости спекания и производительности агломерационных машин. Она может быть получена за счёт управляемой сегрегации аглошихты по крупности при её загрузке на аглоленту, можно рассматривать это мероприятие в качестве эффективного метода интенсификации агломерационного процесса.
Выводы
1. Увеличение степени сегрегации окомкованной агломерационной шихты по крупности обеспечивает повышение её порозности и снижение насыпной плотности на 16 % за счёт расположения мелких и крупных частиц на разных горизонтах слоя и отсутствия их смешивания.
2. Следствием увеличения порозности агломерационной шихты при сегрегации по крупности является снижение сопротивления проходу газов через слой материала. Перепад статического давления воздуха в слое агломерационной шихты с увеличением степени сегрегации с 0,08 до 0,82 уменьшается в 2 - 3 раза.
3. Получены уравнения, позволяющие с достаточной точностью рассчитать порозность агломерационной шихты и перепад давления воздуха, проходящего через слой, при различной степени сегрегации материала по крупности.
Перечень ссылок
1. Коротич В.И. Теоретические основы окомкования железорудных материалов / В.И. Коротич. -М.: Металлургия, 1966. - 152 с.
2. Вегман Е.Ф. Теория и технология агломерации /Е.Ф. Вегман. - М.: Металлургия, 1974. - 228 с.
3. Повышение качества агломерата за счёт улучшения условий загрузки / Ю. С. Кравец, Ю.П. Иса-енко, A.A. Воек и др. // Металлургия и коксохимия. - Вып. 53. - К.: Техника, 1977. - С. 14 - 19.
4. Подлубный В. Ф Снижение переуплотнения шихты в прочесе загрузки - резерв повышения производительности агломерационных машин / В.Ф. Подлубный., В. Г. Котов //Интенсификация процессов окускования рудных материалов. Сб. науч. тр. - К.: Наук, думка, 1987. - С. 29-36.
5. Применение статистического критерия сегрегации для оценки перераспределения шихты по крупности при загрузке на агломерационную машину / A.A. Томаш, И.В. Безверхий, В.А. Белоног, C.B. Кривенко // BicHHK приазов. держ. техн. ун-ту: зб. науч. пр. - Мар1уполь,2005. - Вип. 15. - С. 13 - 16.
6. Тарасов В.П. Механика жидкости и газа в доменной плавке / В.П. Тарасов, A.A. Томаш II Познание процессов доменной плавки. - Днепропетровск: Пороги, 2006. - С. 110 - 132.
7. Рамзин Л.К. Газовое сопротивление слоёв сыпучих материалов / Л.К. Рамзин II Известия Всесоюзного теплотехнического института. - 1926. - № 7. - С. 3- 6.
Статья поступила 13.03.2006
