Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 249
Скачиваний: 0
*0
|
tW(x)dx |
ItW(l)dl |
|
|
|
|
|
t c p |
0______ |
0 |
^лл (^n |
h) |
6ep (6+6р+ЗРД+Р3) |
J’ |
|
x0 |
1 |
2P[2ep - (2 + 2 P + P 2)] |
|||||
|
|
|
|||||
|
j* W{x)dx |
\W(l)dl |
|
|
(3.124) |
||
|
b |
о |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
тогда безразмерная средняя температура то может быть представле на в виде
, - J g = * L g l _ V - 1 6 + 6 Р + ЗР2+ Р З)
*пл-*о 2Р[2ер —(2 + 2 Р + Р 2)]
С другой стороны, средняя температура шлаковой пленки может быть выражена через поток ее массы и теплосодержания. Для неболь шого интервала интересующих нас температур теплоемкость распла ва (Ср) может быть без большой погрешности принята независящей от температуры:
* с р = ■ Q z c p • |
( 3 . 1 2 6 ) |
Именно средняя температура (fcp) определяет картину течения пленки расплава, так как она выше среднеарифметической темпера туры пленки расплава и ближе к поверхности, обращенной во внутрь камеры. Это обусловлено тем, что здесь расплав более перегрет, а сле довательно, менее вязкий и максимум скорости его стекания прихо дится на внешнюю поверхность пленки.
Благодаря малому перепаду температур по высоте камеры сред нюю вязкость расплава можно принять равной вязкости расплава, вытекающего из циклонной камеры. Величина вязкости может быть определена из выражения
Г |
6 ер —{ 6 + 6 Р + З Р - + Р 3) 1 |
(3.127) |
|1ср = |10е -рт“ = [А0е_р L |
2Р[2ер-(2+2р+р=)] Г |
Приведенный метод расчета позволяет выразить основные зави симости, характеризующие стекающий по стенке циклона расплав через известные величины и параметр Р. Однако для нахождения последнего необходимо составить еще одно уравнение, характеризую щее величину теплового потока, проходящего через пленку расплава.
В установившемся режиме количество тепла, проходящего через
231
гарниссажное покрытие, включая пленку расплава и количество теп ла, уносимое водой, охлаждающей кессоны, равны между собой и легко определяются по данным теплового баланса.
Воспользовавшись уравнением (3.115), перепад температур па толщине пленки расплава можно определить из уравнения
*пл-*о= - f . (3.128)
Когда изменение вязкости задано дискретными значениями (до пустим, известная вязкость ро при критической температуре to и вяз кость рі, соответствующая какой-либо температуре t), на основании соотношения (3.115) получим
^пл t0— Р(і1 - to) |
(3.129) |
In-Üü. !Ч
Используя выражения (3.125), (3.128) и (3.129), а также уравне ние теплового потока, проходящего через гарниссажное покрытие* запишем
. Х(*пл-*о> |
3 |
____ |
1 |
|
|
q |
X0 |
1 |
|
||
|
|
a y |
G tjpoZ |
|
|
|
|
|
F t |
‘3 |
|
|
|
|
|
/2 е р - ( 2 + 2 Р + Р 3) |
|
= |
________ |
|
М«і-*о)__________ |
(3.130) |
|
|
ln JMl-i V 'öeW |
1 |
|||
|
|
||||
|
Щ V |
F t |
---------------- |
|
|
|
|
|
У 2ep - ( 2 + 2 P + P 2) |
|
|
Из соотношения (3.130) получим уравнение для параметра Р;
3 |
3 ____ |
аіпУо \ f Gzr„x0z |
g0 - V 2ep—(24-2P+2P2) - |
Vf yf ° z - |
= |
|
T ~ |
|
3 |
________ |
|
gin |
G z W qZ |
(3.131) |
_______ P-i |
F t |
^■(fi—to)
Найденное значение параметра P позволяет по формуле (3.123) вычислить толщину стекающей пленки расплава, а по (3.120) — найти среднюю скорость стекающего слоя.
Температура поверхности расплава (гпл), обращенной к рабочему пространству плавильной камеры, находится по уравнениям (3.128)
/
232
или (3.129). Такая методика расчета позволяет также решить обрат ную задачу, т. е. определить величину теплового потока, если извест ны средняя температура расплава (/ср ) и средняя вязкость расплава
( р -cp
), соответствующая этой температуре.
С помощью (3.127) параметр Р можно найти из уравнения
6ер- (6 + 6 Р + З Р 2+РЗ)
Р^о=-Р
2Р[2ер-(2 + 2 Р + Р + ]
|
=1п-Ц2-=Ѳ . |
(3.132) |
|
|
|||
|
P e p |
|
|
|
|
|
|
Приведенные |
на |
рисун |
|
|
|||
ке 109 значения зависимо |
|
|
|||||
сти |
Ѳ = Ѳ(Р) позволяют |
из |
|
|
|||
уравнения (3.132) |
найти |
Р, |
|
|
|||
затем по формуле (3.123) вы |
|
|
|||||
числить толщину пленки рас |
|
|
|||||
плава (*о) и из соотношения |
|
|
|||||
(3.128) определить |
темпера |
|
|
||||
туру |
ее внешней поверхности |
|
|
||||
(+ л )• |
Таким образом |
опреде |
|
|
|||
ляются все значения, необхо |
|
|
|||||
димые для расчета теплового |
|
|
|||||
потока. |
|
|
|
Рис. 109. |
Зависимость величины і0; т'0; |
||
Проведенные нами [154] |
|||||||
|
д0; Ѳ от параметра Р. |
||||||
оценки показали, что в боль шинстве случаев для расплавов и шлаков, получаемых при переработ
ке различного сырья цветной металлургии, а также для большинства
угольных шлаков значения Р не выходят за пределы 1 |
6. |
С учетом этого величины Іо и то могут быть аппроксимированы |
|
линейными зависимостями |
|
/0= 1,453 + 0,134 Р, |
(3.133) |
то = 0,618+0,026 Р. |
(3.134) |
В том случае, когда известна величина теплового потока к рас плаву, параметр Р определяется из соотношения (3.131). С учетом за висимости (3.132) формулы (3.129) и (3.133) могут быть представле ны в виде
W = _____________ |
(3.135) |
(Х0(1,453+0,134Р)3
233
и |
|
*о = ]/^ ^ ^ (1 Д 53 -0,134 Р ). |
(3.136) |
Использование выражений (3.133)—(3.136) |
упрощает расчеты |
и практически не отражается на их точности, так как средняя квад
ратичная погрешность (3.131) |
в интервале |
1 < Р < 5 |
составляет |
а = 0,0012, а в интервале 1 < Р < 6 — 0,0026. |
|
приведенной |
|
Сравнение результатов, полученных расчетом по |
|||
схеме с экспериментальными |
материалами по |
энергетической цик |
|
лонной топке [157], а также с данными, полученными на полупро мышленной плавильной циклонной установке, показало хорошую схо димость [154].
Скорость движения пленки зависит от вязкостных характери стик расплава и находится в пределах 0,4—2,0 м/сек. При анализе сил, влияющих на движение пленки, не учитывалось взаимодействие газового вихря с поверхностью расплава. Влияние аксиального и тан генциального напряжений, обусловленных воздействием газового вихря на поверхность пленки, учтено в работе [152].
Расчеты показали, что средняя тангенциальная скорость шлако вой пленки в конце предтопки ВТИ, приобретаемая под влиянием
вращающегося |
газового вихря, составляет всего |
лишь 0,006 |
м/сек, |
а аксиальная |
составляющая скорости движения |
шлаковой |
пленки |
возрастает всего лишь на 8 % при аксиальной скорости газов у стенки
Ѵог =30 м/сек.
Таким образом, воздействие газового потока на скорость движе ния шлаковой пленки незначительно, соизмеримо с точностью реше ний и может не учитываться.
ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ КЕССОНИРОВАННЫХ И ОШИПОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Интенсификация пирометаллургических процессов неизбежно связана с некоторым повышением температуры в рабочем простран стве агрегата, что сопровождается сокращением срока службы огне упоров. Поэтому в последнее время наметилась тенденция ограждать наиболее теплонапряженные участки плавильных печей кессонированными поверхностями, охлаждаемыми водой или иными теплоно сителями.
Ограждающие поверхности плавильных циклонов подвергаются не только термическому воздействию горящего факела, но и интен сивно обрабатываются весьма агрессивными жидкими расплавами, состав которых определяется перерабатываемым сырьем.
234
Исследования показали, что практически бесплодны попытки изыскания огнеупоров, стойких против разъедания и вымывания об муровки циклонных камер, так как многие из них в этих условиях не обеспечивают длительности работы камеры более 100—120 час [13]. Поэтому циклоны должны выполняться водоохлаждаемыми. Образующийся на таких поверхностях огарниссаж не только пред охраняет металлические поверхности от непосредственного воздейст вия на них факела и расплава, но и существенно снижает тепловые потери с охлаждающей водой, а также способствует устойчивому го рению факела. С другой стороны, устойчивая пленка стекающего по стенкам расплава предопределяет улавливание перерабатываемого сырья и обеспечивает малый пылевынос из циклона.
Гарниссаж, покрывающий охлаждаемые стенки камеры, как уже отмечалось, состоит из твердого слоя, непосредственно примы кающего к металлической стенке, пластического и жидкого слоев. На границе между жидким и пластическим слоем возможно возник новение конвективных токов, так как стекающий расплав обладает свойствами истинной жидкости. Толщина гарниссажного покрытия изменяется в зависимости от температуры, развиваемой в рабочем пространстве камеры, и физико-химических свойств расплава.
В топках с жидким шлакоудалением на водоохлаждаемые экран ные ограждающие поверхности привариваются шипы, служащие ар матурой, которая обеспечивает надежное сцепление первоначальной набивки и замещающего ее в процессе работы гарниссажа с ме таллической поверхностью охлаждаемых элементов, а также пред отвращают в какой-то мере разрушение гарниссажа от термиче ских напряжений, возникающих при изменениях режима работы камеры.
Ошипованные водоохлаждаемые трубчатые и плоские панели в различных конструктивных модификациях используются в послед нее время в наиболее теплонапряженных участках современных до менных, мартеновских и конвертерных агрегатов. Это дает возмож ность повысить температурный уровень процесса и способствует уве личению срока межремонтной кампании агрегатов. На рисунке 110 показана конструкция ошипованного трубчатого экрана. Таким же образом может выполняться ошиповка плоского кессона. Для лучшего охлаждения огнеупорной обмазки используется шахматное располо жение шипов с определенным продольным и поперечным шагом их
приварки [Si и S2].
Согласно [152], охлаждение футеровки шипами определяется отношением общей площади сечения приваренных к трубе шипов к площади проекции, которая характеризуется плотностью шипования и находится по зависимости
235
