Физический смысл газопроницаемости - это объем газа (м3), который просасывается в единицу времени (с), через площадь (м2) и выражается как м3/м2с. То есть это скорость фильтрации газа (м/с). Количество газа (воздуха) просасываемого через слой шихты, можно увеличить за счет повышения вакуума под колосниковой решеткой и увеличения эквивалентного диаметра каналов путем предварительного окомкования агломерационной шихты, а также повышением давления воздуха над слоем.

Зависимость количества воздуха, просасываемого через слой, от разрежения под колосниковой решеткой описывается уравнением Л. К. Рам - зина:

W = ^^h шн AP = A h W" > (З-1)

где W - количество воздуха (м3/м2с);

Ар- разрежение, мм. вд. ст.;

И - высота слоя шихты, мм;

А и п - коэффициенты, величина которых зависит от размера и формы частиц шихты.

Фракция, мм	3-5	1-3	0,5-1	0,3-0,5	0,1-0,3
Коэффициент А	0,30	0,66	1,43	3,40	6,50
Коэффициент п	1,77	1,51	1,39	1,3	1,16

Из этих данных видно, что величина коэффициента А обратно­пропорциональна размеру частиц A = k/d(k= 1,2-1,3; d-размер частиц).

Значение коэффициента п растет с увеличением размеров зерна шихты, оставаясь всегда меньше 2.

Приведенная зависимость не дает возможности выявить влияние каждой из зон в спекаемом слое на общую газопроницаемость слоя.

Для условий протекания газа по каналам т. е. в системе параллельных цилиндров для расчета газодинамического сопротивления или потери напора используется уравнение:

где X - коэффициент гидравлического сопротивления; d - диаметр канала; h - высота слоя.

Для слоя сыпучего материала определяющий размер - диаметр канала - d3KB - выражают через средний размер зерна:

^зкв dj T—, (3.3)

~Є

где HP - коэффициент формы зерен (для сферы Т7 = 2/3);

є - порозность слоя;

d3 - средний размер зерна.

При этом d3 приводится к среднему значению:

(3.4)

где т, и di - соответственно содержание (%) и размер зерен данной фракции сыпучего материала

С учетом выражения (3.3) для расчета газодинамического сопротивления получается уравнение:

h рсо2

dже ^ є

Наибольшую сложность для практического использования этого уравнения представляет определение коэффициента гидравлического сопротивления (А*), который зависит от многих факторов - свойств слоя, газа и его режима движения. Наиболее полно эта связь выражается зависимостью X от числа Рейнольдса.

А= /(Re); Re= Ы d,“ , (3.6)

V

где v - кинематическая вязкость газа, м2/с.

Типичный характер зависимости A - /(Re) при движении газа в

пористом слое приведен на рисунке 3.1. Как видно, в широком диапазоне чисел Re можно выделить три зоны.

В первой, при малых числах Рейнольдса Re = 10-150, соответствующих ламинарному режиму движения газа:

А

Re

где А - эмпирический коэффициент.

При больших значениях Re = 800-1000 - X не зависит от Re и остаётся постоянным, т. к. движение газа переходит в турбулентный режим.

Наиболее сложная зависимость я =/(Re)для переходного режима (II) (Re = 150-800), что соответствует режиму движения газа в агломерационном процессе и в слое обжигаемых окатышей.

Для переходного режима используется следующее выражение:

А = ^-+В
Re

где А2 и В - эмпирические коэффициенты.

Это выражение более точно описывает криволинейную зависимость. Для газодинамической характеристики пористого слоя принимается уравнение:

Др = асо + Ьса2, (3.9)

которое было выведено проф. В. И. Коротичем и В. П. Пузановым на основе уравнения Дарси-Вейсбаха. Коэффициент гидравлического сопро­тивления равен:

и после подстановки в (3.5) получаем:

Важнейшим преимуществом этого выражения является четкое разграничение влияния параметров, зависящих от режима движения газа и структуры слоя шихты, на потерю напора при движении газа через пористый слой.

Свойства газа определяются его химическим составом и температурой и влияют на газодинамику слоя через плотность и вязкость.

Свойства пористого слоя влияют через порозность слоя, эквивалентный диаметр зерен, их коэффициент формы и постоянные А2 и В.

Учитывая необходимость экспериментального определения большого количества указанных выше факторов (коэффициентов) для слоя, В. И. Коротич и В. П. Пузанов представили их в виде обобщающих эмпирических коэффициентов:

А2( 1-е)2 В(~е)

Kl~j2...... о '2 Г-ТТГ’ (J'12)

После подстановки в уравнение (3.11) получили выражение:

Ар = h - p-со ■ v + K2 со), (3.13)

Численное значение коэффициентов Ki и К2 для конкретного слоя можно определить при условии, если известны, полученные экспери­ментальным путем, две скорости фильтрации газового потока и соот­ветствующие им потери напора.

Аналитически К и К2 находятся после решения системы двух уравнений:

г _ Др, й)2-Др2 ю2і 1 Л • р • v • со, - тг - (тг - со,) ’	(3.14)
к _ Ьрі-тг-Ьр2-тх 2 h • р • v • • со2 • (со1 - со2) ’	(3.15)

Наиболее простым типом пористого слоя является однородный, физическая структура которого в пространстве и во времени остается неизменной. Однородный слой во всем объеме характеризируется постоянным коэффициентами газодинамического сопротивления ki и к2.

Для определения потерь напора при прохождении нагретого газа через изотермический слой пористых материалов необходимо параметры газового потока: объем (скорость), плотность и вязкость подставить в уравнение (3.11).

Для условий агломерации и обжига окатышей при температуре Т:

Ар = h-p0 - со(] (К] -vT + К2 сот), (3.16)

Т Т

где рт = р0 • — сот = coQ • —, где Т0 - нормальная температура,

* О 'о

выражение приобретает вид:

Т

Ар = И ри-ш0 vT K, + hpu ш„2 •(—), (3.17)

*0

Для условий агломерации в неизотермическом слое характерно неравномерное распределение температуры в слое по направлению движения газового потока.

Расчет газодинамического сопротивления такого слоя может быть выполнен по двум вариантам:

а) с помощью уравнения (3.17), в котором используется усредненная температура Тср

б) решением дифференциального уравнения:

7 Т

dAp = ра о)й ■ ут ■ К, - dh + pa ■со(11 •(—)-dh, (3.18)

Л)

в котором вязкость представлена как функция температуры, температура - как функция высоты слоя (3.2).

На потери напора газа в слое, кроме температуры и состава влияет и давление газа. Этот фактор в уравнении 3.13 учитывается через изменение параметров газа:

(3.19)

После соответствующих подстановок получается:

где Р0 и Р - давление газа соответственно нормальное (101,3 кПа) и фактическое.

В обычных условиях агломерации железорудных материалов среднее давление газа в слое (около 96 кПа) мало отличается от нормального и в инженерных расчетах разницей можно пренебречь. Однако при спекании под давлением или при высоком вакууме влияние давления газа на потери напора нужно учитывать.