- •1. Состояние вопроса и задачи исследований
- •1.1 Развитие конструкций загрузочных устройств
- •1.1.1 Развитие конусных загрузочных устройств (кзу)
- •1.2 Современные конструкции: узтм, бзу
- •1.2.1 Особенности газодинамики в шахте при загрузке шихты
- •1.2.2 Перевеивание мелких частичек шихты при загрузке печей бзу и тзу.
- •1.4 Лепестковый распределитель шихты (лрш).
- •1.4.1 Распределение материалов на малом конусе
- •1.4.2 Некоторые закономерности истечения сыпучего тела
- •1.4.3 Механизм выравнивания окружного
- •1.4.4 Результаты работы доменной печи на новом распределителе
- •2.1.3 Методика исследований
- •2.1.4 Результаты исследований.
- •2.2 Исследование механизма выравнивания окружной неравномерности.
- •2.2.1 Описание лабораторной установки для изучения влияния угла
- •2.2.2 Программа исследований.
- •2.2.3. Результаты исследований.
- •3 Экономическая часть
- •4 Охрана труда
- •4.1 Характеристика площадки цеха.
- •4.3 Мероприятия по снижению вредных и опасных факторов.
- •4.3 Средства защиты
- •4.5 Пожарная безопасность
- •5. Охрана окружающей среды
1.4.2 Некоторые закономерности истечения сыпучего тела
Под сыпучим телом подразумевается совокупность мелких твердых частиц, объем которых мал по сравнению с объемом сыпучего тела [20]. Частицы сыпучего тела могут совсем не иметь сцепления между собой, такая среда называется идеально сыпучей, либо и меть небольшое сцепление. Существенно, что сыпучие тела первого вида, к которым, с известным приближенным, можно отнести шихтовые материалы и топливо доменной плавки, не воспринимают растягивающих усилий. Вместе с тем между частицами с сыпучей среды имеет место трение, из-за чего они, в некоторых пределах, сохраняют равновесие. В данном случае имеются ввиду откосы, образующиеся при засыпании сыпучего тела в кучу. Откос тем круче, чем больше трение между частицами. Испытание механических свойств различных насыпных грузов доказали, что для сухих и легкосыпучих материалов равновесие сыпучей среды подчиняется, так называемому, закону пропорциональности [21]:
τ = σ • tgφ (1.8)
Здесь φ - угол внутреннего трения в сыпучей среде.
Отношение предельного касательного напряжения τ к нормальному напряжению σ называется коэффициентом внутреннего трения.
f = tgφ = τ / σ (1.9)
Для идеально сыпучей среды коэффициент внутреннего трения равен коэффициенту сопротивления сдвигу и определяется графиком предельных касательных напряжений. Угол естественного откоса для этих условий равен углу внутреннего трения [21].
Равновесие сыпучего тела на наклонной плоскости определяется соотношением нормальных (σп) и касательных (τп) напряжений, воздействующих на него и, в свою очередь, зависящих от удельного веса (γ) материала, высоты слоя (h) и угла наклона плоскости (α)
σn = γ • h • cos α; (1.10)
τn = γ • h • sin α. (1.11)
Коэффициент трения между сыпучим телом и опорной плоскостью равен:
f1 = tgα = τn / σn (1.12)
Превышение предельного значения угла наклона плоскости приводит к нарушению равновесия сыпучего тела на ней. При этом материал начинает скользить по наклонной поверхности. Коэффициент скользящего трения по стали составляет для железорудных материалов - 0,615, для кокса - 0,43; Это дает предельное, исходя из условий сохранения равновесия слоя сыпучих доменных материалов на наклонной поверхности, значение угла ее наклона 25 - 30°.
1.4.3 Механизм выравнивания окружного
распределения при ожижении слоя
Обозначенное выше выравнивание окружного распределения материалов уже в приемной воронке, при прохождении порции через лепестки ЛРШ, может быть связано с псевдоожижением сыпучего тела, обусловленным нижеследующими двумя причинами [16]:
1. При переходе сыпучего тела в движение происходит его разуплотнение, возрастает удельный объем и уменьшается угол внутреннего трения (угол естественного откоса). Равновесие слоя при этом нарушается. Величина касательных напряжений (τφ), направленных от «гребня» к «впадине» вдоль всей наклонной поверхности слоя, превышает сопротивление перемещению частиц, из-за чего они начинают проскальзывать друг относительно друга перемещаясь не только в вертикальном, но и в поперечном направлении. Движущей силой здесь, как представляется, служит сила тяжести частиц. Процесс начинается у выпускного отверстия, распространяется снизу вверх до свободной поверхности слоя и протекает до установления равновесия частиц в слое под иным (меньшим) углом внутреннего трения.
2. При движении сыпучего слоя в сужающейся воронке с крутыми стенками прилегающая к стенкам часть слоя скользит по ним. По ходу движения поперечные размеры слоя уменьшаются. Из-за этого прилегающие к стенкам частицы вклиниваются между соседними; те в свою очередь, раздвигают смежные частицы, в результате в относительное движение приходят все частицы, заполняющие движущийся объем. Основной движущей силой в данном случае, по всей видимости, является вертикальное давление в слое, порождающее нормальные (σα) и касательные (τα) напряжения. Величина данных напряжений, как следует из уравнений (1.11) и (1.12), зависит, в частности, от высоты слоя. Отсюда следует, что касательные напряжения, образующиеся в слое со стороны «гребня» (τ״α), превосходят по величине направленные навстречу напряжения в слое образующиеся со стороны «впадины» (τ׳α ) (рис. 1.21).
τ״α > τ׳α . (1.13)
Помимо этого здесь важным является также то обстоятельство, что в районе «гребня» касательные напряжения τφ, связанные с изменением угла внутреннего трения, имеют одинаковое направление и поэтому суммируются с касательными напряжениями τα, порожденными скольжением сыпучего тела по наклонной поверхности воронки.
τгрΣ = τ״α + τ״φ (1.14)
В районе впадины эти напряжения направлены навстречу друг другу и, поэтому в какой-то мере, гасят друг друга
τвпΣ = τ׳α + τ׳φ (1.15)
Рис. 1.21 Схема касательных напряжений при переходе в движение сыпучего тела в сосуде с наклонными стенками.
В результате интегральная сила, воздействующая в поперечном направлении на частицы слоя в районе «гребня» превышает противоположно направленную ей аналогичную силу в районе «впадины». Поэтому объем, высвобождающийся при выпуске материала, большей частью, заполняется частицами, поступающими из района гребня; скорость опускания поверхности засыпи здесь выше, что в конечном итоге и приводит к выравниванию распределения.
Следует полагать, что обозначенное поперечное перемещение частиц сыпучего тела в процессе выпуска его в накопительный бункер и далее вызывает перемешивание слоя и, следовательно, в определенной степени способствует уменьшению не только объемной, но и весовой и фракционной неравномерностей распределения материалов.
К. сожалению, данные закономерности не входили в круг вопросов, изучаемых специалистами по сыпучей среде [20, 21] ранее и поэтому требуют дополнительных специальных исследований [16]. Вместе с тем, косвенные свидетельства о правомочности приведенных соображений в литературе по сыпучей среде имеются.
Так, при выпуске сыпучего груза из сосудов (бункер, воронка и др.) характер истечения может быть различным. Возможные схемы истечения сыпучих материалов из сосудов приведены на рис.1.22.
Рис. 1.22 Схемы истечения сыпучих материалов
Позиция (а) рисунка отображает так называемое «нормальное» истечение. В этом случае при открывании выпускного отверстия, расположенного посередине сосуда, в движение приходит вертикальный цилиндрический столб груза, расположенный над отверстием. На поверхности груза образуется воронка, по склонам которой скатываются, грузовые частицы, пополняя убыль материала в зоне центрального движущегося вниз столба. Частицы сыпучей среды в нижней части сосуда при этом остаются неподвижными до момента, когда образовавшаяся воронка, постепенно опускаясь, не достигнет нижней части сосуда. При «ассиметричном» истечении, позиция (б), выпускное отверстие расположено близко к одной из вертикальных стенок, поэтому прилегающие частицы скользят по ней вниз. Картина истечения в этой зоне напоминает истечение жидкости. Характерной особенностью здесь является выравнивание наружной поверхности сыпучего груза в направлении перпендикулярном силе тяжести, как показано на рисунке. При весьма крутых стенках сосуда истечение всего слоя приближается к истечению жидкости, поэтому называется «гидравлическим» (рис. 3 в). По Р. Л. Зенкову угол наклона стенок сосуда для этих случаев определяется из условия
α = 45º + φ / 2,
где φ – угол внутреннего трения сыпучего тела.