Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

ходящемуся на стенке циклона. О смачивании жидким шлаком угле­ рода пока единого мнения нет.

Врезультате расчета [146], выполненного с некоторыми допуще­ ниями, показано, что в шлак вязкостью 100 пуаз, покрывающий стен­ ку циклонной камеры, частица углерода погружается всего лишь на половину всего диаметра и выталкивается из него за счет выделения окиси углерода, а также из-за отсутствия взаимодействия между шлаком и поверхностью углерода.

Вплавильных или энергетических циклонных камерах на стенку

отбрасываются частицы не беззольного углерода, а натурального уг­ ля, содержащего некоторое количество золы, которая, как указано выше, должна находиться в расплавленном или размягченном состоя­ нии, содействуя прилипанию частиц к расплаву.

Пленка расплава, стекающая по стенке камеры, в результате се­ парации на нее твердых и размягченных частиц представляет собой структурированную жидкость при любой температуре, развиваемой

врабочем пространстве циклона. Характерной для такого состояния жидкости является возможность деформации массы под влиянием собственного веса. Законы течения и деформации структурированной жидкости близки к закономерностям, характеризующим истинную жидкость, подчиняющуюся закону Ньютона. Влияние твердой фазы

врасплаве может быть учтено введением поправки, учитывающей изменение вязкости расплава в истинно-жидком состоянии от объем­ ной доли содержащихся в нем твердых частиц, как это сделано в ра­ боте [148].

Как известно, ньютоновская, или истинная жидкостьхаракте­

ризуется постоянной вязкостью при изменении скорости течения

dW

где — — градиент скорости;

S — деформирующее напряжение; Т] — вязкость.

В гетерогенных системах, где частицы твердой фазы отделены друг от друга жидкой пленкой соответствующей толщины, взаимо­ действие твердых частиц, по существу, исключено, и вязкость опреде­ ляется по уравнению (3.111).

Заметное влияние твердых частиц обнаруживается лишь при определенной концентрации твердой фазы, отвечающей критической [145]. Для технологических камер, как показывают ориентировоч­ ные расчеты, объемная концентрация твердых частиц, находящихся

226

на поверхности расплава, не превышает 2—3% и пренебрежимо мала по сравнению с критической. Поэтому для анализа условий образо­ вания и течения на стенках плавильного циклона пленки расплава принимаем, что последний подчиняется тем же закономерностям, что и ньютоновская вязкая жидкость.

Обстоятельно исследовалась сепарация жидкого шлака на стен­ ки циклонных камер [123,145, 152].

Первая попытка проанализировать условия образования и тече­ ния жидкой пленки шлака в энергетических камерах проведена в ра­ боте [150]. Здесь использовано известное решение Нуссельта для случая конденсации водяного пара на вертикальной охлаждаемой пластине. В результате для средней скорости движения пленки шла­ ка, омываемой вращающимся газовым вихрем, предложена зависи­ мость

вязкости шлака в зависимости от температуры, заметно снижает сте­ пень достоверности полученного выражения.

Условиям течения жидкой шлаковой пленки в циклоне посвя­ щен ряд работ [123, 148, 151, 152, 153], где комплексно рассмотрены закономерности течения пленки, теплового режима камеры и взаи­ модействия газового вихря, основанные на тепловом балансе, пере­ дачи тепла от горящего в объеме факела к шлаку и передачи тепла теплопроводностью через слой гарниссажа.

Как отмечалось, в циклонных камерах часть топлива и шихты сгорает и окисляется на пленке расплава, поэтому температура ло­ кальных участков расплава может оказаться выше, чем температура газовой среды в объеме камеры. Исходя из этого мы [154] попыта­ лись решить задачу движения шлаковой пленки без определения температуры шлака на поверхности расплава, обращенной к горяще­ му факелу, а с помощью теплового потока, проходящего через гарниссажную футеровку. Последний легко может быть определен экспе­ риментально или из теплового баланса.

227

Гарниссажное покрытие, как и в работах [123, 152], может быть представлено тремя слоями: первый, прилегающий к водоохлаждае­ мой поверхности — неподвижная шлаковая корка; второй — пленка пластического состояния расплава; третий — пленка подвижного рас­ плава, обращенного к рабочему пространству и отвечающего пара­ метрам Ньютоновской жидкости (рис 108).

Температура t0, возникающая на гра­ нице между жидким и пластическим сло­ ем, соответствует критической и является величиной постоянной для расплава опре­ деленного состава, характеризующей пере­ ход расплава из пластического состояния в жидкое. Величина to определяется эк­ спериментально как точка пересечения кривых зависимости вязкости от темпера­ туры при нагревании и охлаждении рас­ плава [155]. Из-за малой величины отно­ шения толщины стекающей пленки (хо) к

образующей циклонной камеры принимается симметричным относи­ тельно оси камеры.

Тепло через пленку передается теплопроводностью, а распреде­

В условиях установившегося режима обе граничные температу­ ры (to и tnjl ) можно считать постоянными. Температура поверхности пленки (tnJl ) определяется тепловым потоком, проходящим через нее, независимо от того, происходит ли на ней горение топлива и сульфи­ дов или она обогревается лишь за счет теплоотдачи факела.

Уравнение движения расплава по вертикальной стенке

Начальные условия:

228.

x = 0; W —0;

Изменение вязкости шлака в зависимости от температуры при­ мем согласно [123, 151], но используем иную форму записи:

Подставляя (3.117) в (3.118), после двукратного интегрирования при начальных условиях находим выражение для скорости стекаю­ щего слоя расплава в сечении я:

(3.119)

Средняя скорость движения пленки .■

*о I

W = . ^ \ m x ) d x = j Щ 0 ^ г = - ^ - [ 2 ^ - ( 2 + 2 Р + Р 2)] =

0 о

О

(3.120)

229

где

Р

(3.121)

V 2 lp -(2 + 2 Р + Р-)

Масса образующегося на стенках камеры расплава зависит от коэффициента улавливания циклона, его производительности по ших­ те за вычетом возогнанных летучих соединений, содержащихся в ней, и степени десульфуризации (при переработке сульфидных концентра­ тов). В случае отопления циклона твердым топливом необходимо учитывать также количество золы, улавливаемой пленкой расплава. Таким образом, суммарный вес расплава Gz , протекающего через сечение z и единицу периметра камеры, может быть определен по формуле

где G0 — часовое количество шихты, загруженное в циклон; b — доля возогнанных соединений;

d— доля выгоревшей серы;

В— часовой расход топлива;

Ар — доля золы, содержащейся в топливе;

г)г — коэффициент улавливания на участке о—z циклонной ка­ меры.

Из последнего выражения можно найти толщину пленки распла­ ва на расстоянии z от верха камеры при условии равномерного осаж­

V2 ep-(2 -\-2P+P-')

Средняя температура жидкой пленки расплава может быть най­ дена из уравнения

230