К теории окомкования влажных дисперсных материалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

8в ЯоЗоЦьшкин® Основы теории обучающихся систем, М., Наука, 1970.

9. Сб.„Прием сигналов при наличии шума" М., Изд. ИЛ, 1960« 10« А.А.Кашшн, АвН.Покровская, Б „А .Куб рак, М.В.Крашенинников. Химия и химическая технология. Томск, Изд. ТГУ, 1973.

К ТЕОРИИ ОКОШЮВАНИЯ ВЛАЖНЫ! ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В.М.Витюгин

Широкое внедрение гранулированных дисперсных материалов в металлургию и химическую технологию настоятельно требует создания прочной теоретической базы для направленного совершенствования этого процесса. Возможность применения и эффективность процесса гранулирования в первую очередь опреде -ляется склонностью каждого конкретного дисперсного материала к окомкованию, т»е. его комкуемостыо. Комкуемость, в конеч -ном счете, определяет и два основных технико-экономических показателя процесса: удельную производительность оборудова -ния и качество гранулята. Таким образом, выяснение причин, обуславливающих комкуемость дисперсиях материалов, и разработка научно обоснованной методики оценки комкуемости являются первоочередными задачами теории гранулирования.

Критерии для оценки комкуемости должны учитывать как свойства дисперсного материала, так и специфику процесса оком-кования в механических грануляторах барабанного и тарельчатого типов. В этом смысле наибольшее значение приобретают соответственно водно-физические характеристики дисперсного материала и структурно-механические свойства комкуемой сис- -темы. Водно-физические свойства, выражаемые через характеристические влагоемкости, предопределяют прочность сырого гра-нулята / I /• Пластичность комкуемого материала, в свою очередь, оказывает решающее влияние на скорость окатывания, так как основная особенность этого процесса заключается в большой свободе развития объемных деформаций формирующихся гранул; устойчивый процесс будет эффективным лишь в случае преимущественного развития пластических деформаций / 2 /.

Естественно, что водно-физические и структурно-механи-

ческие свойства комкуемых материалов тесно связанней повышение комкуемости одновременно приводе как к улучшению качества сырого гранулята, так и к увеличению удельной производительности грануляторов. Однако, как ив любом другом процессе, эти конечные технико-экономические показатели относительно друг друга имеют противоречивый характер. При постоянстве свойств комкуемой системы повышение качества гранулята ограничивается снижением удельной производительности грануляторов,и наоборот. Это предопределяет экстремальный характер влияния комкуемости на эффективность процесса гранулирования в целом. Таким образом, оптимальное значение показателя комкуемости будет определяться строгим соотношением водно-физических и структурно-механических свойств комкуемой системы.

Для установления численных значений показателя комкуемос-. ти необходимо выразить комплекс водно-физических и структурно-механических свойств комкуеьзого материала через одинаковые показатели. Очевидно, такими показателями могут служить оптимальные значения рабочей влажности сырья, установленные, с одной стороны, по водно-физическим, а с другой - по структурно-меха-ническим свойствам.

Многочисленными исследованиями и практикой окомкования различных дисперсных материалов установлено, что влажность ком-куемого материала должна строго соответствовать его влагоем-кости. Так, для хорошо комкующихся цементно-сырьевых смесей оптимум рабочей влажности совпадает со значением наименьшей капиллярной влагоемкости (НКВ).

Однако с ухудшением комкуемости оптимум рабочей влажности существенно превышает значение НКВ, а агрегация грубо-дисперсных, практически некомкующихся материалов, возможна лишь при влажноетях, близких к максимальной капиллярной влагоемкости (МКВ). Рабочее значение влажности комкуемой шихты по водно-физическим свойствам ( Цз^) может быть определено по разности -

цГ* = МКВ-НКВ (I)

Эта влажность будет нижним пределом оптимального значения, обуславливающим возможный максимум прочности гранулята.

Вторым фактором, определяющим значение оптимума рабочей влажности, как указывалось выше, является пластичность комку-

емого материала. Грубозернистая часть реальных дисперсных материалов самостоятельно неспособна к коагуляционному струк-турообразованию и не обладает пластичностью. Только гидрофильные коллоидные и полуколлоидные частицы образуют коагу-ляционные структуры в водной среде. Эти активные фракции коя-центрируются в поровом пространстве формирующихся гранул, обеспечивая пластические деформации в комкуемой системе. С этих позиций целесообразно подразделение дисперсного материала на грубодисперсную непластичную каркасную часть и на активную пластичную поровую суспензию-пасту. Как известно,пластичность коагуляционных структур ( V ) можно выразить через ртношение предельного напряжения сдвига (В) к пластической ВЯЗКОСТИ д

(2)

Как показали исследования / 3,4 /, пластичность находится в экстремальной зависимости от концентрации твердой фазы в суспензии« Положение максимума пластичности на кривой зависимости ее от концентрации твердой фазы суспензии или, соответственно, от влажности суспензии,определяется коллоидно-хи-мическими свойствами тонкодисперсной части комкуемого материала и природой жидкой фазы.

В формировании поровой суспензии участвует вся вода комкуемой системы ( \л/р), за исключением прочно-связанной ( МГК ) гигроскопической воды каркаса гранул. Таким образом, влажность поровой суспензии может быть вычислена по разности

-х- > ч3)

где х - доля твердой фазы, содержащейся в поровой суспензии гранулята. Рабочая влажность комкуемой среды, соответствующая максимуму пластичности поровой суспензии ( ), в этом случае рассчитывается по уравнению

V«л =МГХ (/-*)+\л/яс;Х , (4)

где 1л/д.с.- влажность поровой суспензии при концентрации твердой фазы, соответствующей максимальной пластичности. Очевидно, является верхним пределом оптимума влажности комкуемых материалов. Численное значение Vк.с. определяется из опытной экстремальной зависимости пластичности поровой

суспеызии от концентрации в ней твердой фазы. Экспериментальное изучение этой зависимости осуществляется на ротационном вискозиметре РВ-8.

По отношению показателей рабочей влажности комкуемой системы можно оценивать склонность этой системы к окомкованию. Показатель комкуемости (К) выражается соотношением

у _ W/y (5)

Л-Tjp- • Wпл.

Численное значение этого показателя может изменяться в преде-

р р

лах от 0 до I. Чем ближе значения Wß ер и V/пл.ч тем ближе к единице величина показателя комкуемости и тем лучше комкует-ся материал. р

Знание параметров К, W^h позволяет рассчитывать без проведения сложных и длительных прямых опытов окомкова-ния оптимальную величину влажности комкуемой шихты Vfonm. по уравнению

= . (б)

Более того, изучение факторов, определяющих величину показателей VJ/гл. »являющихся критериями водно-физических и структурно-механических свойств комкуемых дисперсий, открывает практические пути повышения комкуемости, а следовательно, и эффективность процесса мокрого гранулирования.

Литература

I. В.М.Витюгин, А.С.Богма. Известия вузов. Черная металлургия,

* 4, с. 18-22, 1У69. 2• В.И.Коротич. Теоретические основы окомкования тонкозернистых железорудных концентратов. М., Металлургиздат, 1966.

3. А.А.Багров. Коллоидный журнал, Ä 4, с.486, 1968.

4. В.М.Витюгин, И.Н.Ланцман, П.Н.Докучаев. Бюллетень ОДИН черной металлургии, М.г 22, с.32, 1971.

ИЗУЧЕНИЕ СКОРОСТИ ТЕЙАИЧЕСКОГО УПЛОТНЕНИЯ КОРУНДОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

П.Г.Усов, А.Т.Добролюбов

В настоящее время наряду с статическими методами иссле-