4.4 Расчёт максимального размера частиц, выносимых газовым потоком из доменной печи

Для выноса частицы достаточно, чтобы скорость газа превысила скорость её витания [15].

Скоростью витания называется скорость, с которой частица равномерно опускается в неограниченном объёме неподвижного газа вследствие равенства действующих на неё внешних сил – тяжести и динамического сопротивления. Если под действием восходящего газового потока частица остаётся неподвижной относительно стенок печи (висит), то скорость витания равна скорости газа.

Условие равновесия сил, действующих на шарообразную частицу диаметром f c объёмной массой _м в газе с плотностью _о и вязкостью  записывается следующим образом [15]:

(4.7)

где С – коэффициент сопротивления, являющийся функцией критерия подобия, формы и положения частицы;

 - фактическая скорость движения газа, м/с.

Разделив обе части уравнения на f² и решив его относительно f , получим:

(4.8)

Если учесть влияние температуры, давления газа и пренебречь величиной _о в знаменателе, то получим формулу [16] для расчёта максимального размера частиц, выносимых газом:

(4.9)

где _о – скорость газа, приведенная к нормальным условиям;

P – фактическое давление газа, выраженное в тех же единицах, что и Р_о , равное 1 ата (760 мм рт. ст.);

t - фактическая температура газа, ^оС;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Ввиду отсутствия данных о величине коэффициента сопротивления С для частиц реальной формы, расчёт ведём для шарообразных частиц, для которых коэффициент сопротивления равен 0,4-0,6, или в среднем 0,5 при широком интервале значений числа Рейнольдса 50-200000 [16]. Объёмная масса агломерата _агл = 4 г/см³, кокса –1 г/см³. Плотность колошникового газа принята равной 1,274 кг/м³.

Из слоя шихты, в соответствии с данными [16], могут быть вынесены частицы кокса крупностью до 22 мм и частицы агломерата крупностью до 5,5 мм в связи с тем, что скорости движения газа в пустотах между кусками превышают в 6-10 раз скорости движения его над слоем. Однако, неравномерность распределения газового потока по соседним пустотам и возможность задержания крупных частиц кусками шихты способствуют уменьшению числа частиц, выносимых на поверхность засыпи.

Известно, что динамический напор газа является минимальным в распаре и возрастает до максимума вблизи колошника. Частицы, преодолевшие горизонт с отмеченным максимумом скоростного напора уже не могут быть вынесены газовым потоком ниже [17].

После выхода из слоя скорость газа резко снижается. Поэтому значительное количество вынесенных частиц оседает на поверхности засыпи и перемещается по откосу.[16].

Для нашего случая, приведенная к нормальным условиям скорость газа υ_о в цилиндрической части колошника, не занятой материалами, равна

192,18/ 50,24 = 3,825 м/с

Подставляя числовые значения в формулу (4.9)

(4.10)

получаем, что в период между опусканиями подач газом могут выноситься из печи частицы кокса менее 0,61 мм и частицы агломерата менее 0,61:4=0,1525 мм.

При опускании большого конуса газы вынуждены пронизывать шатёр из падающих материалов. Если принять, что при этом остаётся свободной для прохождения газа 1/3 площади кольца между колошниковой защитой и кромкой большого конуса (рис.5), то газ может увлечь собой в газоотводы, по данным расчёта, частицы кокса крупностью до 5,72 мм и агломерата – 1,43 мм (табл.3).

В результате снижения скорости газа в газоотводах крупные частицы возвращаются в печь.

Приняв суммарную площадь газоотводов в свету равной 0,3 площади сечения колошника, определили, что в газоотводах газ может нести частицы кокса и агломерата крупностью до 3,7 и 0,924 мм соответственно.

Рисунок 5-Максимальный размер (f, мм) выносимых газом частиц агломерата (а) и кокса (к): ш – при выходе из слоя шихты; ц – в цилиндрической части колошника, не занятой шихтой; с – при ссыпании материалов с большого конуса; г – в газоотводах

Исходные данные и результаты расчёта сведены в табл.3.

В действительности максимальный размер выносимых из печи частиц будет меньше, чем указано в последней строке табл.3, так как в газоотводах частицы будут ещё терять инерцию в результате соударений друг с другом и со стенками. Практически все частицы пыли из сухих пылеуловителей современных доменных печей проходят через сито с ячейками 2 мм. Содержание в пыли частиц крупностью менее 0,315 мм достигает 90% (см. табл.1).

Таблица 3 - Максимальный размер частиц материалов, выносимых газом

из доменной печи

Этапы движения газа	Исходные данные для расчёта*				Максимальный размер уносимых частиц, мм
	v, м/с	Р, ата	t,оС	кокса		агломерата
При выходе из слоя [16, с. 93]				22		5,5
В цилиндрической части колошника, не занятой шихтой	2,883	2,7	333	0,33		0,082
Между кромкой большого конуса и защитой, при опускании подачи	11,955	2,7	333	5,72		1,43
В газоотводах, начиная от купола печи	9,61	2,7	333	3,7		0,924

*Для упрощения расчёта температура и давление приняты неизменными.

Результаты расчёта показывают следующее.

Большая часть пыли выносится из печи во время опускания подач. По данным исследования, выполненного под руководством Н.Н.Бабарыкина, во время опускания в печь материалов с большого конуса выносится до 75% от всего количества удаляемой из печи газом пыли.

Вертикальные участки газоотводов способствуют значительному снижению выноса пыли.