книги из ГПНТБ / Повх, И. Л. Магнитная гидродинамика в металлургии

до 99% установившейся скорости остается 'неизменным. При Re-C l период неустановившегося движения части­

цы очень мал, поэтому его роль в процессе всплывания весьма незначительна, тем более что время всплывания (осаждения) частиц в металлургических расплавах ис­ числяется по крайней мере десятками и сотнями секунд.

В случае Re^>.1 скорость и путь растут по закону

квадратичной параболы, а ускорение увеличивается по линейному закону.

Время разгона частицы до установившейся скорости при этом режиме движения особенно интенсивно умень­

шается до значений у = 1 0 (здесь у = У-^ зм— отношение

У

суммарного удельного веса жидкости к обычному) и не­

значительно уменьшается с дальнейшим увеличением у- ■При оседании жидких проводящих сферических час­ тиц в случае линейного закона сопротивления выраже­

ние для скорости частицы .примет вид

где ре — поверхностная плотность заряда двойного слоя, Кл/м2;

индекс 1 относится к основной среде, индекс 2,— к жидкой частице.

Наличие электрического поля вызовет, кроме того, движение жидкой частицы в направлении поля под дей­ ствием злектрокапиллярной силы со скоростью

Для оценки влияния электромагнитной и электрокапиллярной сил на движение жидких проводящих частиц рассчитывали скорости их движения для частиц раз­ личных размеров. При расчете использовали следующие

121

лярное движение, в то время как капли больших раз­ меров двигаются под действием электромагнитной силы.

Вряде работ теоретически и экспериментально изу­ чали выталкивающую силу, действующую на взвешен­ ные в проводящей жидкости тела при наличии скрещен­ ных электрического и магнитного полей [57, с. -348; 72].

Водной из первых работ А. Колин исследовал вы­ талкивающую силу, действующую на стеклянные шары,

врастворе сульфата меди при .плотности тока в жидкос­ ти /==14,6 А/м2 и напряженности магнитного поля

л;16,4-104 А/м. Экспериментальные результаты хорошо совпали с вычислениями по формуле (22). Измеряли также силу, действующую на медные и цинковые шары. В этом случае сила была направлена вниз и падала до нуля при измерениях на медных шарах при плотности

по формуле (22). Указанные явления можно объяснить наличием течения жидкости вокруг сферы, протеканием на ее поверхности электрохимических процессов, пере­ распределением токов вследствие поляризации и т. д.

Теоретически выражение для. выталкивающей силы при учете течения жидкости вблизи тела (произвольной проводимости) получено С. И. Сыроватским и др.

в предельном случае {R— ИЗ). Ф(0) = 0,25. В связи с не­

линейностью задачи определение ее для произвольного режима обтекания сопряжено с большими трудностями.

Измерение величины .выталкивающей силы для твер­

122

дых частиц различной формы и проводимости выполне­ но в работе [‘57, с. 348]. При исследовании выталкива­ ющей силы для латунной сферы диаметром 2,25 см обна­ ружено, что до определенных значений плотности тока она совпадает по направлению с аналогичной силой для непроводящих и слабопроводящих тел. При последую­ щем увеличении плотности тока сила принимает проти­ воположное направление. Возрастание выталкивающей силы до определенного значения и последующее резкое изменение направления силы может 'быть объяснено про'боем двойного электрического слоя на границе час­ тица — жидкость [34].

В рассмотренных выше работах изучали поведение одиночной частицы, в то время как в реальных услови­ ях частицы взаимодействуют друг с другом и со стенка­ ми сепаратора. Поэтому представляет несомненный ин­ терес изучение величины выталкивающей силы, дейст­ вующей на частицу в стесненных условиях [166].

Последовали стеснение непроводящих сфер диа­ метрами 2,23; 3,9; 5,47 см по направлениям электромаг­ нитной силы, плотности тока и магнитной индукции. В качестве величины, характеризующей стеснение, прини­ мали отношение диаметра сферы к переменному линей­ ному размеру (d/l).

Характер зависимости выталкивающей силы от па­ раметра R, т. е. N=($(R), изучали путем измерения

плотности тока для одиночных сфер указанных разме­ ров и ряда тел. Установлено, что электромагнитная си­ ла при любых условиях стеснения не зависит от течений жидкости вблизи поверхности изучаемых тел.

Исследование зависимости Ы=Ф{й/1) показало, что

стеснение сферических частиц указанных диаметров в ■направлении плотности тока и электромагнитной силы приводит к росту выталкивающей силы, а в направле­ нии вектора магнитной индукции — к' уменьшению ее.

Увеличение концентрации твердой фазы от 0,196 до 0,368 в жидкости приводит к незначительному росту вы­ талкивающей силы ( ~ на 2,5 %).

3. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ МГД-СЕПАРАТОРОВ

Все существующие конструкции МГД-сепараторов можно разделить на группы в зависимости от назначе­ ния, вида электромагнитного воздействия и типа исполь­ зуемого канала.

123

Один из возможных вариантов классификации МГДсепараторов приведен на рис. 51.

Из приведенных в классификации устройств наибо­ лее распространенными и изученными являются МГДсепараторы кондукционного типа с горизонтальным ка­ налом. МГД-сепараторы этого типа, используемые для

Рис. 51. Классификация МГД-сепараторов

обогащения полезных ископаемых, состоят из электро­ магнита постоянного тока, электролитного контура, ис­

люсных наконечников электромагнита должна несколь­ ко превышать длину рабочей зоны канала. Полюсные наконечники сердечника имеют прямоугольную форму

1 Основы теории и расчета мощных электромагнитов рассмотре­ ны в монографиях [77, 78].

124

или скошены по высоте для создания градиента удель­ ного веса в рабочей зоне [79]. Обмотки возбуждения, как правило, изготавливают из медной шины типа ПСД. Электромагнит является наиболее дорогим и сложным

узлом МГД-сепаратора, его масса составляет ~80% от общей массы МГД-сепаратора и 90% от общей стои­ мости установки.

Электролитный контур (рис. 53) состоит из рабочего канала 3, лабиринтного удлинителя 1, роторных раз­

грузчиков 4, загрузочного устройства 2. Контур изго­

тавливают из диэлектрического материала — органиче­ ского стекла, винипласта, текстолита и т. п. В начале и конце рабочей зоны канала устанавливаются электроды 5 для .ввода электрического тока в электролит. Встроен­ ная в начале рабочей зоны перегородка 6 служит для

125

Рассмотренные типы МГД-сепараторов, кроме обо­ гащения полезных ископаемых, могут быть использова­

менного тока [73, 75] или находящейся в зазоре элект­

ем к. п. д. магнитной системы. Конструкции МГД-сепара­ торов для расплавленных металлов и шлаков отлича­ ются от вышеописанных наличием контура для высоко­ температурного расплава и усиленной тепловой защи­ той катушек возбуждения как от излучения, так и от ■возможных попаданий расплава при разливке.

На рис. 55 представлена схема МГД-сепаратора для расплавленных солевых шлаков алюминиевой плавки,

127

■спроектированного институтами «ДонНИИчермет» и «Гипроцветметобработка».

Рабочий канал в сепараторе представляет собой же­ лоб 1 прямоугольного сечения, выполненный из листо­

вой немагнитной стали. Желоб зафутерован огнеупор-

Рис. 55. Схема МГД-сепаратора для расплавленных солевых шлаков

ным кирпичом 2 с последующей набивкой огнеупорной

массой. В начале и конце рабочей . зоны помещены электроды 3 для ввода тока в расплав. Для уловленно­

128

В передней краевой зоне магнитного поля размещен скимер 1 из огнеупорного кирпича, который задержива­

ет металл, обогащенный всплывшими частицами шлака. В этой части канала на поверхности металла может быть наведен шлак соответствующего состава, предназ­ наченный для ассимиляции всплывающих неметалличе­

щенный металл циркуляционными потоками, возникаю­ щими в краевой зоне.

Канал устройства заканчивается чайниковы-м носи­ ком 2. Электрический ток в каналы с высокотемператур­

промежуточный жидкий металл 4, температура плавле­

ния которого ниже, а температура кипения выше соот­ ветствующих температур расплава металла 2. Кроме то­

го, промежуточный металл имеет более высокую плот­ ность и оба металла обладают весьма ограниченной рас­ творимостью либо полной нерастворимостью друг в дру­ ге в жидком состоянии и не образуют никаких химичес­ ких соединений во всем диапазоне температур.

Для обеспечения надежного ввода .электрического тока в расплав решающую роль в каждом конкретном случае играет подбор материала жидко-металлического электрода, удовлетворяющего всем указанным выше требованиям. Для железа, чугуна и стали всем этим требованиям удовлетворяют свинец, серебро и висмут.

^Указанный способ ввода был испытан в фасонно-ли­ тейном цехе Енакиевского металлургического завода при опробовании электромагнитной установки для очис­ тки чугуна от шлака.