4.4. Моделирование влияния вязкости шлака на структуру суспензии

В процессе Ромелт при работе на различном железосодержащем сырье, теоре-тически, могут образовывайся шлаки с вязкостью, изменяющейся в очень широком диапазоне- от 0,1 Па*с до 20 Па*с. На опытных плавках вязкость шлаков составляла 0.1-0,8 Па*с, поведение угля в шлаках с вязкостью вне границ этого диапазона не ис-следовано. В настоящем разделе приведены результаты физического моделирования изменения структуры суспензии, происходящего при значительном изменении вязкости жидкости, в более широком интервале, чем это было исследовано на опытных плавках.

В предыдущих сериях экспериментов (разделы 4.1.-4.3.), вязкость имитирующего шлак раствора составляла 0.0018 Па "с и соответствовала вязкости шлака -0.4 11а * с (пересчет с использованием (56)). В настоящем разделе исследовали струк- :уру суспензии при трех вязкостях модельной жидкости:

Низкой вязкости - 0,001 lla'c (вода, платность 1000 кг.'м'). которая соответствует вязкости шлака 0,23 Па*с;

Средней вязкости - 0.0018 Па*с (20%-ный водоглнцериновый раствор (см. раздел 3.1.)), которая соответствовала вязкости шлака -0,4 Па+с («базовая» модельная жидкость);

Высокой вязкости - 0,01554 Па*с: (65%-ный раствор глицерина в воде, плотность 1165 KI'/SI ), которая соответствует вязкости шлака 3 Па*с.

Исследование провели в условиях базового гидродинамическою режима: диаметр фурм быт равен 4,4 мм, расход дутья на 1 фурму - ^7,5 л/мин: уровень жидкости над фурмами - 40 мм. Пробы отбирали из поверхностного слоя ванны и с уровня фурм в центральной части ванны (поз. 1. рис. 15). Содержание частиц в ванне I.Cotui) варьировали от 1 до 9% от массы слоя барботируемой жидкости. Использовали модельные частицы 3-х фракций: 0.00-0,50; 0.50-1,25 и 1,25-2,00 мм. Полученные экспериментальные данные, представили в графическом виде. На рис. 30 и 31 показаны примеры зависимости содержания в поверхностном слое и на уровне фурм частиц трех применявшихся фракций от вязкости жидкости при общем содержании частиц в ванне С\Сч_ ~ 1%. 3% и 9% (от массы жидкости). Из этих рисунков следует, что при любых насыщениях суспензии при переходе от раствора со средней вязкостью («базового») к малопязкой модельной жидкости (вода) наблюдается заметное возрастание эффективности замешивания (независимо от размеров частиц).

При матых значениях С.'^,, (1% и 3%). характерных для опытных плавок на печи Ромелт, переход от базовой модельной жидкости к воде приводил к существенному снижению содержания твердых частиц в поверхностном слое, особенно для частиц средней фракции: в 1,9 раза (при С,1|1и ^ I %) и в 1,8 раза (при С^ц, =3%).

При этом содержания частиц на уровне фурм (рис. 31) существенно увеличивались. То есть существует критическое значение вязкости (~0,0015 Па*с, что отвечает вязкости шлака около 0,35 Па*с) ниже которого эффективное ть замешивания значительно возрастает. Это можно объяснить следующим.

Сила, увлекающая частицу втлубь ванны (сила сопротивления) зависит oi вязкости и скорости движения жидкости. Очевидно, чем больше вязкость, ICM больше сила сопротивления, действующая на частицу со стороны омывающего потока Действие этой силы должно приводить к более эффективному замешиванию частиц. С другой стороны, чем выше вжкоаь жидкости, тем интенсивнее в ней диссипация кинетической эперпш в тепловую. ;>го означает, что при неизменном расходе дутья на продувку, скорость циркуляции жидкости в системе при увеличении вязкости жидкости снижается В свою очередь, снижение скорости омывающего частицу потока уменьшает силу сопротивления, что приводит к снижению эффективности замешивания частиц в обьем ванны. По-видимому, наличие критического значения вязкости (-0,0015 Па*с) вызвано сменой преобладающего фактора, определяющего реальное распределение частиц по высоте ванны.

Данные, представленные на рис. 32 и 33 подтверждают, что при использовании наиболее вязкого раствора (при всех насыщениях суспензии и размерах частиц) эффективность замешивания частиц в объем ванны наименьшая.

Исходя из сказанного, можно рекомендовать вязкость шлака в печи Ромелт в диапазоне 0,2-0,4 Па*с; повышение вязкости шлака выше 3,0 Г1а*с нежелательно (расчет конкретного значения вязкости шлака для рекомендуемого в работе гидродинамического режима печи Ромелт дан в главе 6).

Из данных, представленных на рис. 34а видно, что при работе на самом вязком растворе при С,г,.,'-5% использование более крупных частиц приводит к увеличению

О 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0.014 0.016 0,018

02 0.004 0,006 0,008 0,01 0.012 0.014 0,016 0.018 Вязкость жидкости, Па*с

-0,00-0,50

-2,00-2,50

фракция частиц, мм -•-0.50-1.25 Рисунок 30. Влияние вязкое.и жидкое,и на содержание частиц в поверхностном слое, при : а) 1 %, б) 3 %, в) 9 %

О П0,002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 Вязкость жидкости. Па*с

фракция частиц, мм —¦-0.66-0,50 -В-0.50-1,25 -А-2,00-2.50

Рисунок 31. Влияние вязкости жидкости на содержание частиц на уровне фурм при С„(.л: а) 1 %. 6)3%. в) 9%

-¦— ц= 0.01554 11аЧ(65%-ый водоглицериновый р-р) -•-ц=0,0018 Па*с (20%-ый водоглицериновый р-р) -А-ц-0.001 Па*с (вола)

Рисунок 32. Влияние количества частиц в ванне (С,„-,ш) различных фракций на их содержание в поверхностном слое при изменении вязкости жидкости а) 0,00-0.50 мм; б) 0,50-1,25 мм; в) 1,25-2.00 мм

3 с.

>ч

v

к

2.

с.

с

1 2 3 4 5 6 7) Общее содержание частиц в ванне (Co&u.). % масс.

-¦— ц= 0.01554 Па*с (65%-ый водоглицсриновый р-р)

-¦—цг 0.0018 Па*с (20%-ый водоглицсриновый р-р)

-А—ц= 0.001 Па*с (вода) Рисунок 33. Влияние количества частиц в ванне (С..^,) различных фракций на их со держание на уровне фурм при изменении вязкости жидкости а) 0.00-0.50 мм; б) 0.50-1.25 мм; в) 1,25-2.00 мм фракция частиц, мм -¦-0.50-1.25

Общее содержание частиц в ванне

Рисунок 34. Зависимость содержания частиц различных фракций в поверхностном слое от их общего количества в ванне при различной вязкости жидкости

а) ц= 0.01554 Па*с (65%-ый водоглицериновый р-р);

б) ц= 0.0018 Па*с (20%-ый водоглицериновый р-р);

в)ц= 0,001 11а*с (вода)

0 1 ; 3 4 5 6 7 8 9 10
ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ ЧАСТИЦ В ВАННЕ (С^). % МАСС.
0,5 - фракция частиц, мм 0,00-0,50 -»-0,50-1.25 -А— 2.00-2.50

Рисунок 35. Зависимость содержания частиц различных фракций на уровне фурм от их общего количества в ванне при различной вязкости жидкости

а) р17 0,01554 Па*с (65%-ый водоглицернновый р-р);

б) 0,0018 Па*с (20%-ый водоглицернновый р-р);

в |.и=0,001 Па*с (вода)

насыщенности суспензии в поверхностном слое. При С,^„(>5% меньше всего этот слой насыщается при использовании частиц средней фракции. Та же закономерность в строении суспензии в поверхностном слое ванны проявляется при работе на менее вязких растворах (рис. 346. 34 в). но кршическая величина при этом увеличивается Для 20%-ното водоглицериновою раствора она составляем -6%, а для воды - С,.;,, >8%.

Обнаружили, что, независимо от вязкости жидкости, при использовании частиц самой мелкой фракции при максимальном C\,:i!„их содержание на уровне фурм было выше, чем при С„„и=1% (рис. 35а). Возрастание насыщенности суспензии приводит к уменьшению содержания частиц на уровне фурм только при использовании частиц крупной фракции (рис. 35в).

Из рис. 35а также следует, что при использовании наиболее вязкой жидкости (65%-ното водотлицериновога раствора) при С05,ц>5% эффективность замешивания частиц на уровень фурм возрастает с уменьшением используемой фракции модельных частиц. Та же закономерность в строении суспензии на уровне фурм проявляется при работе на менее вязких растворах, но критическая величина Cc0j при этом уменьшается. Для 20%-ного водоглицеринового раствора она составляет Ссс._,-3%, а для воды - С\т5ш "2% (Рнс- 356,35в).

Из рис. 34 и 35 следует, что при любой вязкости раствора при больших насыщениях суспензии эффективнее замешиваются в объем ванны частицы мелкой и средней фракций.

Полученные в данном разделе результаты позволяют сделать следующие основные выводы:

наилучшая эффективность замешивания частиц всех фракций в объем ванны достигается при вязкости жидкости 0.0010-0.0015 Па*с (что соответствует вязкости шлака менее 0,2-0,4 Па*с). При больших вязкостях жидкости эффективность замешивания снижается;

при любой вязкости жидкости эффективно замешиваются в объем ванны частицы мелкой и средней фракции.