МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 63

Таким образом, только в первый момент добавления как более мелкого, так и более крупного материала к слою ухудшается его структура, снижается порозность и растет сопротивление газовому потоку.

Порозность слоя значительно зависит от соотношения Размеров кусков (см. рис. 36). Уже при небольших долях мелких частиц потеря напора Lp заметно увеличивается. При содержании 10% мелких частиц, по расчету Ешара, наблю­дается 3—5-кратное увеличение потери напора при том же количестве газа. В действительности же при загрузке в Восстановительный агрегат мелкие частицы никогда не расп­ределяются равномерно; они скапливаются в определенных Участках и снижают газопроницаемость иногда в десятки Раз. Другие участки, более или менее свободные от мелочи \Каналы), имеют более высокую газопроницаемость. Это вы­зывает большую неравномерность распределения газа.

Приведенные рассуждения объясняют требования по воз­можности более полно освобождать шихту в шахтных печах ot мелочи.

(191)

По Ешару, для многокомпонентного слоя выражение (186) превращается в

Ф = (160Re-1 + 3,lRe"0,1)(eM/есм)0,75,

Где ем— порозность фракции с минимальным размером кус­ков; есм— порозность смеси.

Все приведенные рассуждения относятся, как правило, к слоям из шаров двух размеров. На практике часто исполь­зуют смесь кусков неправильной формы. Полагают, что при этом можно использовать выражения (186) и (187), если вместо диаметра шара представить гидравлический диаметр d = 6/F, где F – средняя удельная поверхность частиц слоя, см2/см3.

Практика работы восстановительных агрегатов с шихтой, частицы которой резко отличаются по размеру (например, доменная печь), показала, что действительная зависимость порозности слоя намного сложнее и отличается от приведен­ной на рис. 36. Так, для кокса и агломерата увеличение размера кусков вызывает рост порозности слоя. Можно пред­положить, что в большей мере сказывается неправильная форма кусков шихты. Эта неправильная форма присуща агло­мерату, порозность которого в насыпном слое с увеличением размера куска растет быстрее, чем порозность кокса.

(192)

(193)

Объем межкусковых промежутков кокса (Vk, м3/т кокса) является функцией размера кусков этого материала (d, см):

Vk = 0,008d2 + 0,9.

Для агломерата выражение приобретает несколько иной вид:

Va = 0,003d2 + 0.006Л + 0,31.

^9. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

Общие вопросы теплообмена в слое

Распределение температур в слое материалов, подвер­гающихся восстановлению, является важнейшим фактором, определяющим развитие и скорость процессов восстановле­ния. В свою очередь температурное поле в неподвижном или движущемся слое материалов зависит от теплообмена между газом-теплоносителем и шихтовыми материалами. Несмотря на то, что в восстановительных агрегатах можно использовать различные виды топлива (твердое, жидкое, газообразное), носителем тепла является образующийся при сжигании топли­ва газ, а поглотителем тепла — твердые или жидкие мате риалы. Теплоноситель подается, как правило, в выходную зону восстановительного агрегата, но тепло не может быть использовано полностью только материалами, находящимися в этой последней стадии обработки. Значительная часть тепла переносится в зоны, соответствующие протеканию начальных стадий процесса, что приводит к росту степени использо­вания тепла в агрегате.

Теплопередача в слое кусковых материалов— сложное явление. Нагрев твердых тел осуществляется, главным обра­зом, конвекцией и теплопроводностью. При получении твер­дых продуктов восстановления излучение, видимо, не играет какой-либо заметной роли. Основным типом теплопередачи от газа к материалам является конвекция. Теплопроводностью передается тепло при прогреве кусков от поверхности к Центру, поэтому чем меньше размер куска шихты, тем мень­шее значение имеет теплопроводность в процессе теплообме­на, и наоборот.

Теплопередача в слое кусковых материалов характери­зуется следующими тремя особенностями:

Температура на поверхности кускового материала, сос­тавляющего слой, определяется не только передачей тепла от газа к слою (внешний теплообмен), но и отводом тепла внутрь куска (внутренний теплообмен);

Внешняя передача тепла при температурах шахтных печей осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излуче – l0leM; внутренняя передача тепла зависит от размера куска, ег° теплопроводности и формы; формы кусков реальных мате-

139

Риалов и характер каналов для прохода газов различны, что невозможно описать уравнениями.

Не все из перечисленных факторов одинаково воздейст­вуют на теплообмен. В некоторых случаях можно исключить один или несколько факторов, что значительно облегчает решение задачи.

Для слоя, состоящего из кусков, имеющих правильную форму шара, можно пренебрегать теплообменом теплопровод­ностью между отдельными кусками. Такой слой можно назвать идеальным. В практике он не встречается. В реальном слое некоторые куски касаются друг друга, и теплообмен проис­ходит способом теплопроводности. Однако количество тепла, передаваемого слою теплопроводностью, в общем тепловом балансе составляет незначительную долю, которой можно пренебречь.