Отчет по научно-исследовательской практике в МГТУ им. Г.И. Носова г.Магниторогорск

Удаление из шихтовых материалов мелочи увеличивает не только порозность слоя, но и приведенный диаметр  кусков. Поэтому отсев мелочи (фракция 0-5 мм) является основным средством повышения газопроницаемости загружаемых в печь материалов. Теоретически вопрос об изменении газопроницаемости при загрузке материалов в доменную печь исследован, в частности, проф. Стефановичем М.А. [10].

 

ЗАВИСИМОСТЬ РОВНОСТИ ХОДА В КАМЕРЕ ТУШЕНИЯ УСТК ОТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ СТОЛБА ШИХТЫ

Кокс вместе с измельченным известняком под действием собственной силы тяжести опускаются в нижнюю часть печи, где освобождается объем в результате: горения кокса, выделения СО₂, газификации кусков кокса, частичного измельчения кусков кокса и расположения измельченного известняка в пустотах между кусками крупного кокса.

Опусканию кокса препятствуют подъемная сила газового потока и силы трения материалов о стены.

Вес кокса Р_к, находящейся над единицей сечения, пропорционален расстоянию от уровня засыпи. Подъемная сила газового потока F_г рассредоточена по объему материалов, поэтому вниз и на стены передается часть их веса, неуравновешенная газом:

Если обозначить силу трения материалов о стенки через F_тр, то давление кокса, передаваемое вниз и условно называемое вертикальным давлением или активным весом, определяется по формуле [11]

        (1)

В среднем по сечению на горизонте фурм вертикальное давление шихты получается равным 5-15% от ее веса Р_к . Под действием вертикального давления столб кокса в камере тушения погружается на сетки и идет на рассев. Непосредственно в воронках схода (над сетками) давление значительно ниже в связи с образованием динамически разгружающих сводов.

Ровный сход материалов возможен, если силы, препятствующие ему, не превышают веса кокса Q_в > 0.

Подъемная сила газового потока при прохождении его через  слой сыпучей среды равна произведению перепада давления на поперечное сечение  слоя

   (2)

При одном и том же расходе  газа перепад давления будет тем  выше, чем хуже газопроницаемость  кокса [12].

Отношение подъемной силы газового потока к весу кокса - величину, показывающую, какая часть веса шихты уравновешивается потоком, условно называют степенью уравновешивания

    (3)

Выразив вес шихты как  произведение объема на насыпной вес Р_к = V·γ , а объем как произведение площади слоя на его высоту V = Н∙S, получим

    (4)

где Р₁ и Р₂ - давление газа под и над слоем шихты, Па (1 мм. вод. ст. = 9,81 Па);

Н- высота столба кокса, м;

γ - насыпной вес кокса, Н/м³.

Максимальную степень  уравновешивания, при которой еще  возможен сход кокса, назовем допустимой. Величина ее зависит от характера изменения давления газа по высоте столба материалов.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ТРЕБОВАНИЕ К НЕМУ

Отчет по работе оформляется  в строгом соответствии с указаниями по составлению и оформлению отчетов по лабораторным работам.

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.
2. Зависимость ровности хода доменной печи от вертикального давления столба шихты.
3. Методика выполнения работы, схема установки.
4. Результаты эксперимента.
5. Выводы (заключение).

 

Схема Лабораторной установки представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Схема лабораторной установки (пояснения в тексте)

 

Воздуходувка 1 подает воздух по трубе 2 под сетку цилиндра 3, в который  загружается исследуемый материал 4. Расход воздуха, подаваемого снизу  в цилиндр 3, регулируется изменением оборотов электродвигателя воздуходувки при вращении рукоятки лабораторного  автотрансформатора (ЛАТР) 5. Дифференциальный манометр 6 замеряет перепад давления ∆Р на измерительной шайбе (диафрагме) 7 трубы 2. По показанию манометра 6 и градуировочному графику определяется (или рассчитывается по формуле) расход воздуха в единицу времени. Потери напора h в слое материала замеряются манометром 8. Для приведения слоя в движение имеется герметичная емкость 9, выдача материалов в которую регулируется дроссельной заслонкой 10 с помощью привода 11 поворота заслонки. Снизу ёмкость закрыта пробкой 12.

Перед выполнением работы ознакомиться с установкой (см. рисунок). Убедиться, что заслонка 10 и пробка 12 закрыты. Перед проведением очередного опыта нужно полностью удалить  материал из модели (линейкой и кисточкой), не допуская смешивания сыпучих материалов разной крупности. Вычертить форму таблицы для записи данных опытов.

ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Установка подключается к  электрической сети напряжением 220 В. Необходимо соблюдать элементарные правила обращения с электрическими приборами. Подключение трансформатора к сети производить в присутствии преподавателя или лаборанта. При работе с сыпучими материалами не допускать обильного выделения пыли или попадания ее в глаза и органы дыхания.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ГАЗА

Засыпать в цилиндр 3 материал крупностью f = 3,2 – 5 мм (материал и высота слоя указываются преподавателем). Высота слоя измеряется от нижней отборной трубки давления 13 до поверхности материала (см. рисунок). Включить воздуходувку. Вращая рукоятку ЛАТР’а 5, установить на манометре 6 значение ∆Р на измерительной шайбе, равное 1. Записать в таблицу 1 (графа 5) значение потерь напора h на манометре 8. Повышая постепенно расход воздуха, фиксировать и записывать в таблицу потери напора в слое при увеличении ∆Р (через 1 мм вод. ст. по манометру 6). При образовании канала в слое («кипении» материала) выполнить еще два измерения и выключить воздуходувку. Повторить данный опыт, увеличив при этом высоту слоя засыпки. Полученные значения зафиксировать в таблице 1 (графа 5). Открыв заслонку 10 поворотом рычага 11 и убрав пробку 12, выпустить материал из цилиндра. Линейкой и кисточкой очистить сетку от материала. Закрыть цилиндр пробкой.

2. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КРУПНОСТИ МАТЕРИАЛА

Опыты выполняются поочередно с тремя материалами различной крупности, прилагаемыми к лабораторной установке.

Засыпать в цилиндр  материал крупностью 1-2 мм до высоты на 1 см выше отборной трубки 14. Высота слоя материала, в котором измеряются потери напора, окажется равной 0,1 м.

Включить воздуходувку и, увеличивая расход воздуха и, соответственно ∆Р на измерительной шайбе через 1 мм вод. столба, фиксировать потери напора в слое по манометру 8, занося результаты замеров (8 измерений) в таблицу.

 

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

Определить по графику, прилагаемому к установке, или вычислить по формуле

  расход воздуха Q, м³/с.

Вычислить скорость движения газа по формуле ω = Q/S , м/с, где S - сечение цилиндра, равное 0,016 м².

Вычислить по формуле (9) (графа 5 таблицы) значения показателя степени «m» для всех смежных значений (попарно) скорости. По формуле (4) вычислить степень уравновешивания N при максимальном значении скорости (перепада давления) - (насыпная масса материала γ =1270 кг/м³).

1. По опытным данным построить графики зависимости:

• потерь напора от скорости движения газа (графы 3, 5);

• потерь напора от скорости движения газа (графы 3, 5 - три кривых на одном графике);
• крупности материала от скорости движения газа (графы 2, 5 - три кривых на одном графике).

2. Сформулировать выводы по каждому графику.

 

ВЫПОЛНЕННАЯ РАБОТА

 

1. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ГАЗА

Зависимость потерь напора в слое материала от скорости движения газа

 

Перепад давления на шайбе ΔР, мм вод.ст.	Расход воздуха Q, м3/с	Скорость движения воздуха ω, м/с	Показание степени "m" в формуле (8)	Потери напора h в слое кокса и извести, мм вод.ст.
				Высота слоя Н1=140 мм	Высота слоя Н2=180 мм
1	2	3	4	5
1	0,00080	0,0050	4,000	1	1
2	0,00113	0,0071		4	4,2
3	0,00139	0,0087	1,268	7,5	7,4
4	0,00160	0,0100		9	9,5
5	0,00179	0,0112	1,402	11	12
6	0,00196	0,0122		12,5	14
7	0,00212	0,0132	2,768	13,3	14,8
8	0,00226	0,0141		16	17
9	0,00240	0,0150	2,678	16,5	18
10	0,00253	0,0158		19	19,6
11	0,00265	0,0166	1,822	19,4	20,6
12	0,00277	0,0173		21	22
13	0,00288	0,0180	0,379	21,2	22
14	0,00299	0,0187		21,5	22,6
15	0,00310	0,0194		22	23,3

 

 

По формуле (4) вычислим степень уравновешивания N при максимальном значении скорости (перепада давления) - (насыпная масса материала γ =1270 кг/м³).

    (4)

где Р₁ и Р₂ - давление газа под и над слоем шихты, Па (1 мм. вод. ст. = 9,81 Па);

Н- высота столба кокса, м;

γ - насыпной вес кокса, Н/м³.

1. При высоте слоя Н₁=140 мм N = 82,8 %;
2. При высоте слоя Н₂=180 мм N = 64,4 %.

 

Вывод: С увеличением высоты слоя засыпки материала газопроницаемость слоя ухудшается. Из этого следует то, что нужно будет выбрать оптимальную высоту слоя засыпки материала (кокс и известь), чтобы камера тушения при этом была оптимально загружена и газопроницаемость слоя была хорошей.

Чем меньше высота слоя засыпки  материала, тем показатель степени  уравновешивания N выше.

2. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КРУПНОСТИ МАТЕРИАЛА

Зависимость потерь напора в слое материала 

от крупности и формы частиц

 

 

Перепад давления на шайбе ΔР, мм вод.ст.	Расход воздуха Q, м3/с	Скорость движения воздуха ω, м/с	Показание степени "m" в формуле (8)	Потери напора h в слое кокса и  извести 0,1 м разной крупности, мм вод.ст. неправильная форма частиц
				1 - 2 мм	2,0 - 3,2 мм	3,2 - 5,0 мм
1	2	3	4	5
1	0,00080	0,0050	1,432	7	2	1,5
2	0,00113	0,0071		11,5	4	2,5
3	0,00139	0,0087	1,415	15,5	6	3,2
4	0,00160	0,0100		19	8	4,2
5	0,00179	0,0112	1,654	21,5	10	5,2
6	0,00196	0,0122		25	12	6,3
7	0,00212	0,0132	1,499	28,5	14	7,2
8	0,00226	0,0141		31,5	16	8