4.1. Особенности методики расчета параметров цилиндрических окомкователей агломерационной шихты

В настоящее время наиболее распространенными в агломерационном производстве для окомкования шихты являются барабанные окомкователи, у которых рабочий орган выполнен в виде цилиндра, установленного на опор­ные ролики горизонтально. Расчет механики движения шихтовых материалов в таких грануляторах достаточно глубоко разработал В. И. Коротич [5]. Одна­ко некоторые аспекты его методик требуют существенных уточнений и до­полнений. И это связано в первую очередь с необходимостью учета техноло­гических требований в расчетах параметров и режима движения барабанного окомкователя.

При расчете окомкователей агломерационной шихты барабанного типа различают конструктивные параметры и технологические. К конструктив­ным параметрам относятся диаметр, длина, частота вращения барабана. К технологическим параметрам относятся степень заполнения барабана, интен­сивность увлажнения шихты, длина зоны увлажнения, длина зоны стабили­зации гранулометрического состава шихты, расход электроэнергии на оком - кование единицы массы аглосмеси и т. д. В связи с этим для определения конструктивных параметров необходимо использовать модель барабанного окомкователя, а для определения технологических параметров необходима модель процесса окомкования аглосмеси. Это связано с тем, что многие тех­нологические параметры окомкователей барабанного типа различной произ­водительности одинаковы и обеспечивают рациональный режим пересыпа­ния (движения) шихты. Для конструктивных параметров окомкователей нет необходимости в создании физической модели гранулятора. Для этого в ка­честве модели можно использовать параметры типовых промышленных гра­нуляторов, детально изученных и описанных в работах [5, 13, 29, 33, 40, 43, 6918].

Исходными параметрами для расчета окомкователей барабанного типа являются исходный состав шихты, влажность, заданная производительность, угол трения аглосмеси, степень заполнения барабана.

Общая длина барабанного окомкователя равна сумме длин зоны увлаж­нения и агрегации частиц ВУ, зоны ВС - массообмена, стабилизации грану­лометрического состава и укатывания гранул до приобретения ними опреде­ленной механической прочности. Со стороны загрузочного окна барабана имеется конструктивная зона В, в которой аглосмесь не окомковывается. Длину этой зоны принимают равной 0,5 - 2 м. Общая длина барабана равна [104]:

Lб = Ву + Вс + Вк С4-1)

Для определения слагаемых уравнения (4.1) воспользуемся методикой расчета производительности гранулятора проф. В. И. Коротича [5], которую для удобства вычислений несколько упростим. Зададимся диаметром бара­банного окомкователя. Критическое значение частоты вращения барабана равно

где R - радиус барабана, м;

X - угол охвата барабана шихтой, град.;

О - угол ссыпания шихты, град.

Производительность вращающегося цилиндрического окомкователя равна произведению площади поперечного сечения потока на скорость дви­жения потока вдоль горизонтальной оси

аш = F • V, (4.3)

Зная степень заполнения барабана ^, представим площадь поперечного

сечения в виде

„ ж-D2

F = —^ - V (4.4)

Центральный угол охвата и степень заполнения барабана связаны между собой зависимостью [5]

Скорость перемещения потока вдоль горизонтальной оси барабана равна

где і - перемещение потока шихты за один цикл вращения в поперечном сечении барабана, м; тц - время цикла, мин.

Цикл движения тела в поперечном сечении барабана состоит из двух фаз подъема и скатывания. Время подъема тела равно

2ж Я

тп =----------

п о 360

Представим время скатывания тела пропорциональным времени подъ­ема с коэффициентом пропорциональности к. Тогда время скатывания равно

тск = k-тп >

а время цикла

тц =тп •(! + k) (4.7)

При этом расчетное значение производительности будет несколько за­ниженным, что обеспечит запас расхода шихты, необходимой при увеличе­нии производительности агломашин.

Определим перемещение потока шихты вдоль горизонтальной оси бара­бана за один цикл вращения частиц в поперечном сечении окомкователя. Проекция AC наибольшей линии скатывания на прямую, перпендикулярную оси вращения потока (рис. 4.1) равна

AB = D • sin(A/2) (4.8)

Перемещение потока шихты определим из прямоугольного треугольни­ка ABC

BC = I = D • sin(l / 2) • tgy, (4.9)

где у - наибольший угол скатывания шихты, град.

Подставляя выражения (4.7), (4.9) в (4.5) и далее полученное выражение и выражение (4.4) в (4.3) после несложных преобразований имеем

1

•^•(1 +

Методом приближения определим частоту вращения и диаметр бараба­на, обеспечивающие заданную производительность окомкователя.

Длина зоны увлажнения и агрегации частиц Ву в барабанном окомкова - теле находится из условия равенства интенсивности увлажнения шихтовых материалов в технологической модели и в рассчитываемом окомкователе. Интенсивность увлажнения I, [кг/(м2 • мин)] равна [102]:

1 = PB/(S-тц)= QB/{By - L) (4.11)

где Рв - количество воды, добавленное в шихту, кг;

QB - расход воды на окомкование, кг/мин;

S - площадь поверхности потока шихты, м2;

Ву - длина зоны увлажнения, м;

L - длина криволинейной траектории, описываемой телом в поперечном сечении барабана за 1 цикл, м.

Расход воды на окомкование шихты из уравнения (4.11) равен

Qb = 1 - By-L (4.12)

Выразим расход воды в шихту на окомкование через начальную влаж­ность WH, конечную влажность Wr и расход шихты Q^

Приравняем правые части уравнений (4.12) и (4.13) и определим длину зоны увлажнения

d _ (wk wh )- Qm

У (1 - Wk)- 1 - L

Окомкование железорудных материалов связано с затратами энергии. Причем после определенной работы, выполненной при грануляции единицы массы шихты, гранулы достигают такой прочности, что с увеличением дли­тельности окатывания шихты в грануляторе начальная газопроницаемость слоя при спекании не изменяется. То есть для каждого состава аглосмеси имеется оптимальное значение расхода энергии на окомкование единицы массы шихты в зоне стабилизации гранулометрического состава, располо­женной за зоной увлажнения.

Длина зоны стабилизации гранулометрического состава шихты опреде­ляется из условия равенства затрат энергии на окомкование шихты в рассчи­
тываемом окомкователе на единицу массы материала и оптимальных энерге­тических затрат, определенных на модели процесса грануляции [104].

Энергия, затраченная на окомкование шихты на погонный метр длины рассчитываемого барабана, равна

E = Ы-т-т, (4.15)

где Ы - момент сопротивления, создаваемый пересыпающимся потоком шихты, Нм;

ю - частота вращения барабана, мин_1;

т - время, за которое шихта проходит путь в 1 м, определяемое уравне­нием

где b - длина пути, равная 1 м.

Подставим в уравнение (4.16) выражение (4.4), получим

т = л-D2 vb/(4-Qш) (4.17)

Момент сопротивления, создаваемый пересыпающимся потоком шихты, равен произведению удельной нагрузки барабана на расстояние от центра вращения до центра тяжести пересыпающегося потока шихты (рис. 4.2).

пающимся потоком шихты

M = q - H (4.18)

где q - нагрузка барабана на 1 погонный метр длины, кг/м;

H - длина перпендикуляра от центра вращения барабана к линии дей­ствия силы тяжести потока шихты, м.

Подставим (4.17) и (4.18) в уравнение (4.15)

где

Длина зоны стабилизации гранулометрического состава шихты равна

где к' - коэффициент, зависящий от соотношения диаметров рассчитывае­мого барабана и диаметра гранулятора, принятого за модель; e - удельные затраты энергии на окомкование 1 кг шихты, кВт мин/кг. Подставляя уравнения (4.13) и (4.20) в (4.1), имеем полное уравнение расчета длины окомкователя барабанного типа

Согласно полученному уравнению имеется возможность производить расчет длины окомкователей барабанного типа с учетом кинетических и ди­намических условий грануляции.