Ключові слова
коефіцієнт опору
порозність
агломерація
зернистий шар
доменний процес
Як цитувати
Анотація
На енергоефективність газодинамічних процесів шарових систем істотно впливають напрямок руху газів та властивості зернистого шару, які мають бути враховані у формулі Дарсі-Вейсбаха. Складний вигляд закономірності коефіцієнта опору від частки дрібних фракцій у шарі обґрунтовується хвилеподібною формою каналів, у яких розміщуються дрібні фракції. Однак, дане явище також може бути обґрунтовано примусовою міграцією дрібних частинок усередині порожнин шару під впливом рухомих газів. Досліджено вплив рухливості частинок під час продування повітрям розділених та змішаних зернистих шарів на коефіцієнт газодинамічного опору. Для монофракційних шарів спостерігали плавне зниження величини коефіцієнта зі збільшенням витрати повітря до переходу шару в режим псевдозрідження. Для розділених шарів виявлено злами, зумовлені формуванням малопроникної ділянки за рахунок розміщення дрібних фракцій у вузьких місцях між великими. Наявність такого зламу залежить від співвідношення розмірів частинок та їхньої шорсткості. Збільшення тиску під шаром забезпечує поступове переміщення дрібних фракцій вгору порожнечами між великими фракціями. Зверху утворювався шар із дрібних кульок та втрати тиску в усьому шарі стали приблизно вдвічі вищими, ніж для розділеного шару. Це зумовлено тим, що дрібні кульки повністю заповнюють порожнечі між великими котунами та загальна висота стовпа кульок у каналах шару збільшилася приблизно вдвічі по відношенню до вихідної висоти засипки. Крім того, збільшується звивистість каналів між великими котунами, якими проходить повітря, що сприяє підвищенню газодинамічного опору шару. Для монофракційної шихти дрібних кульок при критичному перепаді тиску газу спостерігається різкий перехід у «киплячий» шар, відбуваються пульсації тиску ±100 Па та витрати ±0,365·10–3 м3/с. Після формування каналів-гейзерів відбувається мимовільне різке падіння перепаду. Жорстка структура шару, яка характерна для агломераційного процесу, забезпечує рівномірний рух газів в шарі, але клапанний ефект виникає при вмісті дрібних фракцій в шарі більше 3,1 % та підвищує енергозатрати на рух газів в шарі на 30 %. При цьому відбувається розміщення двох і більше частинок в таких порожнинах між великими та які утримуються в них за рахунок сил тертя. Усунення малопроникного бар’єру дозволить підвищити висоту спікного шару з 400 до
550–600 мм та знизити витрати твердого палива шихти на 10–15 % за рахунок його перерозподілу по висоті.
Посилання
Shinichi, Y., Toshihiko, U., Osamu, I. Simulation of Sintering Process – Effects of Air Flow, Liquid Film Cohesion Force and Fixation Process on Large Scale Crack. ISIJ International. 2021, Vol. 52, no. 10, pp. 1785–1793. doi: 10.2355/isijinternational.52.1785.
Nikitin L. D., Gorbachev V. P., Shariga A. D. i dr. Proizvodstvo i proplavka aglomerata s ponizhennym soderzhaniem zakisi zheleza [Production and smelting of sinter with reduced iron oxide content.]. Stal'. 1990, no. 6, pp. 5–8.
Listopadov V. S., Miroshnichenko O. N., Romanchuk A. V., Tarasov V. P., Tarasov A. V., Krivenko S. V. Rezul'taty raboty domennoy pechi № 7 PAO «Arselormittal Krivoy Rog» s kalibratorom Tarasova [Results of ArcelorMittal Kryvyi Rih blast furnace no. 7 with Tarasov calibrator.]. Stal'. 2015, no. 2, pp. 10–12.
Tarasov V. P., Tarasov P. V. Teoriya i tekhnologiya domennoy plavki [Theory and technology of blast furnace smelting]. Moscow, Intermet Inzhiniring Publ., 2007. 384 p.
Birchoff, G. Hydrodynamics. A Study in Logic. Fact and Similitude. Princeton, New Jersey, Princeton university press, 1960. 236 p.
Petrushov S. N. Sovremennyy aglomeratsionnyy protsess. Monografiya [The modern agglomeration process. Monograph]. Alchevsk, DonGTU Publ., 2006. 360 p.
Lyalyuk V. P., Kassim D. A., Onopa V. N., Donskov E. E. Teoreticheskie i eksperimental'nye issledovaniya domennoy plavki [Theoretical and experimental studies of blast furnace smelting]. Krivii Rih, Dionat Publ., 2016. 621 p.
Gosef T. L. Importance of Gas – Solid Contact in the Production of Pig Iron. Blast Furnace and Steel Plant. 1957, no. 5, pp. 489–493.
Tarasov, V. P., Krivenko S. V. Obosnovanie zakonomernosti koeffitsienta gazodinamicheskogo soprotivleniya pri dvizhenii gaza v sloe okomkovannoy shikhty [Rationale for the gas-dynamic drag coefficient for gas flow in a pelletised charge bed]. Visnyk Kryvoriz'koho natsional'noho universytetu: zb. naukovykh prats'. 2017, no. 44, pp. 171–177.
Gol'dshtik M. A. Protsessy perenosa v zernistom sloe [Grain layer transport processes]. Novosibirsk, Institut teplofiziki SO AN SSSR Publ., 1984. 164 p.
Tarasov V. P., Krivenko S. V. Gas Dynamics of a Granular Bed. Steel in Translation. 2014, vol. 44, iss. 5, pp. 359–362.
doi: 10.3103/S0967091214050143.
Davidson J. F., Harrison D. Fluodization. Cambridge, England, 1971. 728 p.
Tomash O. A. Struktura zernystoho sharu i rukh haziv u domennykh pechakh: dys. … d-ra tekhn. nauk: 05.16.02 [Grain bed structure and gas movement in blast furnaces. Dr. eng. sci. diss.]. Donets'k, 2004. 35 p.
Razumov I. M. Psevdoozhizhenie i pnevmotransport sypuchikh materialov [Fluidisation and pneumatic conveying of bulk materials]. Moscow, Izdatel'stvo «Khimiya» Publ., 1972. 240 p.
Fialkov B. S., Gruzinov V. K. Kontrol' dvizheniya shikhtovykh materialov nad zonami goreniya [Controlling the movement of charge materials over the combustion zones]. Izv. vuzov. Chernaya metallurgiya. 1961, no. 10, pp. 19–25.
Floarea, O., Smigelschi O. Calculate de Operatii si Utilaje din Industria Chimica. Editura tehnica. 1966, 224 p.
Korotich V. I., Frolov Yu. A., Bezdezhskiy G. N. Aglomeratsiya rudnykh materialov [Agglomeration of ore materials]. Ekaterinburg, GOU VPO «UGTU-UPI» Publ., 2003. 400 p.
Leybenzon L. S. Dvizhenie zhidkostey i gazov v poristoy srede [Movement of fluids and gases in porous media]. Moscow-Lenigrad, OGIZ Publ., 1947. 244 p.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2021 Сергій Вікторович Крівенко