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.