Непрерывное уплотнение порошков прессованием на валко­вых прессах сопровождается активной фильтрацией воздуха, вы­давливаемого в зоне деформации, через слой поступающего в эту

РИС. 5-47. Зависимость сыпучести Q и коэффициента внутреннего трения ft

зону порошка. Известные работы по аэродинамике зернистых слоев в аппарате переменного по высо­те сечения [197, 217, 235, 236] от­носятся к небольшому классу ап­паратов конической или пирами­дальной формы. Анализ особенно­стей фильтрации газа в слое зернистого материала в этих аппа­ратах показал, что ни одна из предложенных моделей не может быть принята для характеристики особенностей фильтрации в канале, образованном цилиндрическими поверхностями, что обус­ловлено различием законов изменения сечений по высоте аппа­рата. Естественно ожидать, что и аэродинамические характери­стики порошков удобрений в этих условиях будут иметь свои особенности.

Предложена [237] методика исследования фильтрации выпрессовываемого воздуха через слой порошка в канале, образованном цилиндрическими поверх­ностями, основанная на гипотезе [233] о том, что воздух выдавливается из порошка вблизи зоны деформации в виде струй, а это приводит к изменению плотности прессуемого порошка и нарушению процесса прессования. Анало­гичные предположения приведены также в работе [238]. Поэтому фильтрацию воздуха через слой порошкообразного материала в процессе его непрерывно­го прессования можно оценить как модель, аналогичную модели фильтрации воздуха через слой порошка в канале, образованном цилиндрическими поверх­ностями и газораспределительной решеткой. Место расположения решетки и ее свободное сечение при этом будут имитировать величину зазора между валками и пористость материала в зоне начала деформации, т. е. в сечении, соответствующем углу уплотнения для данных условий прокатки.

Визуальное наблюдение за стадиями фильтрации воздуха через слой порошка подтвердило предположение исследователей [233, 238] о нарушении плотности в нижней части слоя при определенных скоростях фильтрации. При фильтрации воздуха в слое более крупных частиц d3=0,706 мм (Аг> > 1 • 104) и определенной скорости газа вблизи газораспределительной решетки наблюдается расслоение материала. Ниже границы расслоения плотность слоя меньше плотности вышележащих слоев. По мере увеличения расхода воздуха в этой зоне образуется свод, ниже которого наблюдается замкнутый в не­подвижном объеме псевдоожиженный слой. Начальная высота этого слоя не превышает 10—15% первоначальной высоты засыпанного слоя. Образованию замкнутого псевдоожиженного слоя соответствует первый пик перепада дав-, лений (рис. 5-48), после которого наблюдается резкое его уменьшение.

Образование границы расслоения в нижней части слоя и последующее образование псевдоожиженного слоя под сводом неподвижного материала объясняются динамическим воздействием ожижающего агента, скорость которого вблизи решетки превышает скорость начала псевдоожижения дан­ного материала в аппарате постоянного по высоте сечения. При дальнейшем увеличении расхода воздуха наблюдается увеличение размеров свода, что приводит к уменьшению перепада давлений в слое.

Моменту перехода всего слоя в псевдоожиженное состояние соответст­вует характерный второй пик перепада давлений. Свод обрушивается, при

этом перепад давлений увеличивается, а затем уменьшается, что обусловлено образованием характерного ядра кипения. Наблюдаются две зоны кипения — центральное ядро, в котором материал движется снизу вверх, и пристеноч­ная зона, в которой материал опускается сверху вниз. Аналогичный характер поведения слоя после его полного псевдоожижения был отмечен [197, 236] при исследовании псевдоожижения в конических расширяющихся кверху аппаратах.

Анализ кривых псевдоожижения показывает, что критический перепад давлений в слое, соответствующий началу полного псевдоожижения, намного меньше первого пика давления, характеризующего начало сводообразо­вания.

При фильтрации воздуха через слой более мелких частиц (Аг<Ы04) наблюдается иной характер поведения материала. Увеличение расхода воз­духа сопровождается расширением всего слоя и нарушением профиля его верхней границы. При определенной скорости воздуха слой полностью пере­ходит в псевдоожиженное состояние, что сопровождается характерным пиком перепада давлений и образованием двух зон кипения: центрального ядра и пристеночной зоны (рис. 5-48, виг).

Аэродинамической характеристикой псевдоожиженного слоя данной гео­метрической конфигурации является скорость начала полного псевдоожиже­ния. Обработка экспериментальных данных показала, что для расчета скоро­сти начала полного псевдоожижения не могут быть использованы известные зависимости, предложенные [217, 218] для конически-цилиндрических и конических аппаратов. Эта скорость для слоя в канале, образованном ци­линдрическими поверхностями, отнесенная к его нижнему основанию, может быть рассчитана по скорости в аппарате постоянного по высоте сечения из уравнения

пд/£»ло=(Я/Я,)».«, (5.48)

где Я — ширина верхнего уровня слоя; Я, — ширина нижнего уровня слоя (ширина газораспределительной решетки; применительно к прессованию — ширина слоя в сечении, соответствующем углу уплотнения).

В процессе непрерывного прессования слой порошкообразного материала, как правило, не доводится до состояния полного псевдоожижения, так как непрерывность и устойчивость процесса нарушаются уже при появлении признаков сводообразования, т. е. при повышении порозности вблизи зоны деформации. Поэтому описанные результаты могут быть использованы для расчета максимальной скорости прокатки.

Ее следует определять, исходя из скорости фильтрации, соответствую­щей началу нарушения плотности нижней части слоя, т. е. первой критиче­ской скорости фильтрации, по уравнению

Reitp= (Аг°*68/600) (Я/Я,). (5.49)

Количество воздуха, выдавливаемого при непрерывном прессовании (с учетом фильтрации по кромкам плитки), равно

Q=(z—)BhVuaKc, (5.50)

где z — степень уплотнения материала; 2=рп/рНас; В, h — ширина и толщи­на плитки после пресса; оМакс — максимальная скорость вращения валков (скорость прокатки).

С учетом уравнения (5.50)

Омакс= (Аг°.«/600) (Я/Я,) [11(2- 1)] (V/&), (5.51)

где v — кинематическая вязкость газа.

Анализ расчетной зависимости (5.51) показывает, что с изме­нением одного из параметров процесса прессования (давления, зазора между валками, диаметра частиц уплотняемого слоя и т. п.) изменяется и максимальная скорость прокатки. Для ее увеличения, т. е. для увеличения производительности валкового пресса, целесообразны следующие меры: заполнение межчастич­ного пространства слоя газом, вязкость которого меньше вязко­сти воздуха, или вакуумирование слоя; предварительное уплотне­ние (подпрессовывание) порошкообразного материала в шахте пресса. В этом случае материал будет поступать в зону уплотне­ния с плотностью, превышающей его насыпную плотность.

По уравнению (5.51) рассчитаны максимальные скорости про­катки для различных материалов, которые ниже сопоставлены с полученными экспериментально:

Материал........................................ Хлорид калия Аммофос РК-смесь

Скорость прокатки, м/с:

расчетная................................ 0,89 0,75 0,80

экспериментальная . . . 0,84 0,80 0,80