1.3. Анализ современных подходов к моделированию частиц в суспензиях

В современной металлургической науке, никогда ранее не имевшей дело с технологиями жидкофазного восстановления, практически Hei исследований, посвященных проблематике моделирования частиц в шлакоугольных суспензиях.

Исследования гидродинамических параметров пневматически перемешиваемых суспензий в последние десятилетия были связаны с задачами химической, горной, пищевой промышленности, биотехнологий и др. Накоплен значительный материал. касающийся в основном характеристик развития межфазной поверхности «газ- жидкость». массо- и теплообмена в суспензиях.

Так. в работах [53-59) были получены корреляционные выражения для оценки объемного коэффициента массопереноса в жидкости и характерного размера пузыря при барботаже суспензий, показано влияние насыщенности суспензии и физических свойств жидкости на газосодержание в суспензии. В работах [60, 61J получили корреляционные выражения для коэффициента массопереноса между жидкостью и твердыми частицами (К,), определили зависимость К, от газовой нагрузки, размера пузырей и вязкости жидкости. В работе [54] получили эмпирическую зависимость для оценки объемного коэффициента массопереноса в газовой фазе. При барботаже суспензий для оценки коэффициента теплонереноса в жидкой фазе можно использовать зависимости, полученные в [62].

В работе [63] изучали влияние концентрации мелких легких твердых частиц на гидродинамику слоя при концентрации твердых частиц до 36% (об.). Систему условно разделили на "разреженную" и "плотную" фазы. Разреженная фаза состояла из быстро проходящих барботируемый слой крупных пузырей и их конгломератов. Плотную фазу идентифицировали как жидкость с твердыми частицами и взвесью мелких пузырьков. Определяли вклады в общее газосодержание разреженной и плотной фаз. Показано, что увеличение насыщенности суспензии значительно снижает величину общего газосодержания. При этом содержание разреженной фазы меняется слабо.

Специфика рассмотренных выше исследований определялась нуждами соответствующих промышленных технологий. Все экспериментальные работы по гидродинамике суспензий проводились на холодных моделях с использованием твердых частиц микроскопических размеров: от 1 до 10 мкм, редко - при 100 мкм (что намного меньше характерных размеров частиц угля в печи Ромелт). Размерный фактор при выборе фракции модельных частиц во внимание не принимали.

(24)

где c/v - диаметр частицы, Ао - внутренний масштаб турбулентности, к и П -

безразмерные константы, которые зависят от того больше или меньше размер частицы внутреннего масштаба турбулентности в системе. Однако, как будет показано в п:. 2. «константы» в (24) на самом деле зависят от соотношения плотностей несущей и дисперсной фазы и должны быть существенно уточнены.

Исследования суспензий, содержащих более крупные тзердые частицы, проводились преимущественно применительно к флотации. По и здесь специфика тех-нологического процесса определила направление работ: исследования посвящены повышению эффективности работы флотомашин путем у величения минерализации пузырей и седиментации осадков.

В литерату ре имеются (см.. например, [64]) критериальные зависимости, описывающие взаимодействие микрочастиц с турбулентными пульсациями. Они имеют вид

Проведенный анализ литературных источников покатал, что при физическом моделировании частиц шлакоугольной суспензии процесса Ромелт практически не-возможно использовать резулыагы но исследованию гидродинамики суспензий, по-лученные для других технологических процессов. Необходима разработка методик моделирования угольных частиц (как мелких, взвешенных в несущей жидкости, так и крупных, неравномерно распределенных в обьеме ванны), адекватных условиям поставленной задачи.

Угольные частицы, образующие в перемешиваемом струями кислородовоз- душного дутья шлаке суспензию, вносят основной вклад в интегральную скорость восстановления железа в процессе Ромелт. В настоящее время нем единой точки зрения на схему восстановления железа в шлакоугольной суспензии процесса Ро- ме.п, а. следовательно, на потенциальные возможности интенсификации технологии. Поэтому, помимо исследований гидродинамики шлакоугольной суспензии необходимо изучение возможных схем и особенностей кинетики восстановления желе ja в шлакоугольной суспензии.