<<
>>

3.1. Параметры фигичсской модели

Полученную в гл. 2 совокупность критериев подобия для холодного физического моделирования шлахоу юльных суспензии в печи Ромелт использовали при расчете параметров физической модели, на которой проводили эксперименты.

При моделировании были использованы следующие параметры опытно- промышленной печи и процесса Ромелт в режиме стабильной плавки с производительностью 8 т металла в час [1J (на основе данных, полученных при эксплуатации установки Ромелт на Новолипецком металлургическом комбинате (1985-1994 гг.)).

Геометрические параметры'

ширина ванны в фу рменной зоне - 2.5 м;

угол раскрытия ванны в верхней ее части - 20°:

межфурменное расстояние - 0.8 м;

число барботажных фурм - 16;

высота пояса фурм oi уровня подины - 1.5 м:

высота спокойною шлака над осью фурмы - 0.8 м.

толщина ванны металла на нодине - 0,5 м;

расстояние от крайней фурмы до торца печи - 1,2 м;

калибр сопел фурм - 0.03 м;

диаметр частиц угля, ограниченно замешивающихся в глубину ванны - 7- 14 мм (частицы меньших размеров образуют взвесь).

Физические параметры •

плотности:

газа на выходе из фурмы - 1,66 кг мл (использовали кислородовоздушное дутье (70 % 02), гидростатическое давление на уровне фурм -1,2 атм.);

шлака - 2650 кт 'м';

часптцококсованного у гольного остатка - 900 кг/м\

общее содержание частиц угля в ванне - 1 - 3"о от массы ванны; вязкость шлака при 7"*,=1450е С - 0,5 Па*с: Динамические параметры.

скорость газа на срсзс сопла фурмы - 205 м.с (расход дутья на 1 фурму - 625 нм'/час).

При моделировании поведения «крупных» частиц угля, сконцентрированных преимущественно в верхней части барботируемой шлаковой ванны, использовали следующую совокупность критериев подобия:

-V; Р,

{ Frn, Re. Gn. А>\,. И. у ~ .С) (57)

-' и / \

где Л"; - линейные параметры печи (кроме диаметра сопел фурм) и характерный размер частиц. Х() - базозый размер (за него взяли ширину ванны /„). Отдельно выделен h

симплекс Н=~г~ - относительная высота ванны над уровнем фурм.

Л?

Геометрический масштаб модели выбрали исходя из возможностей лаборатор-

1

ны.х компрессоров - 1:20 (^ - ^ ). Соответственно высота ванны над уровнем фурм

на модели составляла 0,8; 20=0,04 м (40 мм). Помимо этого «базового» варианта в опытах использовали еще два значения высоты ванны: 20 мм и 80 мм над уровнем фурм.

Диаметр фурмы на модели d^ , соответствующий условиям продувки в печи Ромелт (кислородовоздушное дутье. 10% О;), рассчитали по (34):

(

0,03 ^ 172.3 , 2650*1.29-10 '(Ю5 t 2650'9.S1 • O.St ..

«'Г =— l-^гг' —' 0 з -•!,.•«« (J')

20 :7' j (1.4.1 ¦ 0.7 i 1.2^ * 0.3J * 10*2 •(!()''+ 0.4 * 265В * У 81 *Г

(обоснование выбора плотности модельной жидкое!и дано ниже).

ОТ

: 62 s 1 Р23 "^г/ ¦, . "(V7T) = °'00056 (М-' с) (33,4 Л/мин) (58) эоОО 1,1 Из

Расход воздушного дутья на одну Фурму на модели, соответствующий условиям продувки в нечн Ромелт, определили по формуле (231 с учетом среднею гидро- ста т ического давления в барботажном с толбе Р.-1,1атм:

В качестве материала для модельных частиц использовали измельченную па-рафинированную пробку плотностью 320 кг/м '.

/),

Плотность модельной жидкости рассчитали из условия ~-idem.

На иро- А

мышлением образце имели 90()'265()~0,339 кг'м'. Близкое соотношение должно

Р и

бьиь на модели. При >том. как говорилось выше, вязкость модельной жидкое in

должна удовлетворять требованиям Ar-'idem и Re - — ~ 'idem. Оказалось, что

при равенстве геометрического масштаба для молельных частиц масштабу модели, ним условиям достаточно хорошо удовлетворяв! 20%-ный раствор глицерина в воде (V масс.) Отметим, что если в качестве модельной жидкости использовать воду, то из (56) следует масштаб геомемрического подобия для частиц 1:33. что практически

трудно обеспечить на модели. Равенство 6,г S позволяет использовать практически

удобное условие С=idem для определения необходимого при моделировании количества час шц в ванне. Модельная жидкость имеет следующие физические свойства: плотность 1052 кг.'мЗ. вязкость 0,0018 Па*с, поверхностное натяжение 0,068 Н.м [99). Действительно, расчет по формуле (56) (Ar,-idem) необходимой вязкости мо-

дельной жидкости при Р, =i0>J кт/м' дает

з 1

0.0023 (Па*с). (59)

„ - J 1 ЪГ (Ю52-320)* 1052

-OV — I — —

' (_20_ 1 (2650-900)* 2650

что близко к реальной вяшкти модельной жидкости.

Отношение на модели составляет 0.304, что также олизко к условиям на

Рх

промышленном образце (0,339).

Для окончательною утверждения выбранной модельной жидкости нсобходи-

d -i

мо проверить выполнение условия Ке - —^ - idem (формула (20)).

Рассчитаем число Рейнольдса для продувки п печи Ромелт при нормальном режиме се работы. Для расчета входящей в критерий Рейнольдса Re средней скорости жидкости в струе U ,, но формуле (201. необходимо оцени1ь характерный «радиус» R част ванны, приходящейся на 1 действующую фурму. Поскольку межфурменное расстояние равно 0.8 м. R приняли равным 0,4 м. Тогда из (18) для печи Ромелт иол\чим: 625 , 1 , 1723. * U ) ,..,„ ,,13600 1.1 4 273 L - л1

0,4

Отсюда: ¦0.8""

— = 5.0 м/с (60) Расчет для модели дает практически такое же значение числа Рейнольдса: (0.000561"31 *Г—

= 1.1

20

0.4] 0.8

м/с (62)

Re - '^-=2.640' (63

1052*1.1 -( 00018

Таким образом, использование на модели выбранного водог.шцеринового рас- шора обеспечивает удовлетворительное выполнение требуемых условий подобия (в практике физического моделирования птдродинамнки газожидкостных систем расхождение в значениях критерия Рейнольдса на модели и в образце в 20-50% считается приемлемым).

В отдельной серии опытов исследовали перестройку структуры суспензии при изменении вязкости жидкости. Выбор соответствующих модельных растворов обоснован в разделе 4.4.

Крупность модельных частиц выбрали из следующих соображений. В шлаковой ванне печи Ромелт в заметных количествах присутствуют угольные частицы с размерами от 0,1 до 14 мм [15]. Крупные фракции (размером более 7 мм) концен- трируются преимущественно в верхней част барботируемой ванны, мелкие фракции наблюдаются и в нижней части ванны. Таким образом, при соблюдении приня- юго геометрического масштаба, размеры "крупной" фракции модельных частиц должны находиться в диапазоне 0,35-0.7 мм. При исследовании гидродинамики суспензии на модели использовали измельченную парафинированную пробку трех фракций, охватывающих более широкий диапазон размеров частиц: 0-0,5 мм, 0,5- 1.25 мм и 2,0-2.5 мм. Частицы двух последних фракций моделировали суспензию из крупных частиц угля. Частицы первой фракции моделировали суспензию, содержащую взвесь и частицы переходных размеров (об этих опытах см. ниже).

Количество модельных части в ванне в опытах изменяли от 1.0 до 9.1% or массы барботнруемо1 о раствора (слой спокойной жидкости под фурмами не учитывали). Особое внимание уделили исследованию состояния суспензии при значительных содержаниях твердых частиц в ванне.

Параметры продувки модели в ее «базовом варианте» рассчитали исходя из следующих соображении. Структура шлакоугольной суспензии при гидродинамическом режиме ванпь:, соответствующем нормальному ходу процесса, была изучена в прямых экспериментах [15J. В этом режиме продувка расплава проходила в струйном режиме: величина критерия Gil составляла 3,3. Такое значение критерия Оп достаточно близко к критическому (Gn <3 [29, 30]). когда струйный режим истече- ния газа начинает случайным образом перемежаться с пузырьковым режимом, что значительно снижает интенсивность перемешивания ванны и технологически неприемлемо. От имитации на модели ранее изученного режима продувки с Gn _3,3 отказались Исследовали более устойчивый режим струйной продувки - при Gn 5.3. который приняли за базовый вариант. При этом расход дутья на 1 фурму на

модели составлял Qa - 37.5 л/мин, а диаметр фурмы -1.4 мм (при Gn =3,3, как было рассчитано выше, нужно, соответственно, 33.4 л'.мнн и 4,7 мм). Критерий Фруда (/'V,,. ), определяющий подобие в расходе жидкости, "прокачиваемой" через струю, при этом практически не изменялся (увеличился в 1.0*7 pasa). В двух сравнительных с базовым вариантах моделировали структуру суспензии при расходах дутья 48,75 л/мин и 26,25 л/мин (расход при базовом варианте - среднее арифметическое от этих двух расходов). В последнем варианте Яра высоте ванны 40 мм (как в базовом варианте) величина Gn составляла 2,6 (режиму неустойчивого струйного течения).

Диаметр фурм в разных сериях опытов составлял 4,4 (базовый вариант); 4,0,5,0 мм.

Диапазон изменения безразмерных параметров в опытах в сравнении с их значениями для характерного стабильного режима работы печи Ромелт представлен в табл. 1.

Таблица 1. Диапазон изменения критериев подобия Величины Знашввя Печь Ромелт СНЛМЮ Модель К 3,1 1 1 2,2-5,7 Re 21000 24400-29900 Gn з,4 :. 2,6-8,9 Re4 ^«Лд) 0,0-0,66 „ 0,0-0,83 Re4 (d4»A{j 0,97-16 1,13-18,70 H 0,8-1,2 0,5-1,5 Ar,, 0.0028-499 36,43-26558 С 0,003-0,090 0,010-0,090 EL. 0,339 0,304 Рк При моделировании поведения мелких частиц угля, взвешенных в объеме бар- ботируемой шлаковой ванны, использовали следующую совокупность критериев подобия:

{Fr^Re,Gn,H,Re4,^~, "Т",Q (64)

Л0 У»

Критерий Вебера не учитывали, так как его влияние при моделировании гидродинамики угольной взвеси в процессе Ромелт несущественно (гл. 2).

На модели использовали тот же водоглицериновый раствор. При этом с высокой точностью выполнялось условие Re idem. Действительно, при принятых параметрах гидродинамического режима печи Ромелт и модели мощность перемеши- вания расплава составляет соответственно ?псчь" '17 кВт/м' и — 1.8 KBI/M' (расчет

по формуле Кочо-Варенцова [100]). Таким значениям мощности перемешивания в образце и в модели cooiBeiciBVK)T следующие значения внутреннего масштаба турбулентности в системе (Лу): 0,85 мм (нечь) и 0.04 мм (модель). Тогда для частиц

взвеси с размерами печи и геометрически им подобных частиц на модели

из (41), соответственно, получим:

<1

1,07*10 v;

(65)

Re„„ _ 2650-900 2650

0.00085 (66)

Re.'

= 1.35*10' *d]

1052-320 1052

(- )*Ч 20

0,00004

Для частиц взвеси с размерами d^'^Ao в печи и геометрически им подобных частиц на модели числа Res (расчет по (45)), соответственно, составят: (67)

_ ,v„ (2650-900)1 Re, = — — ——

•Л ID' *2(>50J

1' - 0,12 +1

0.00085

0.00004

(68)

- 0.14МО5 V;

_ (1052-320)2 ^ 320'"Ч0525

(1 уч Г

'20 '

Видно, чго использование водоглицеринового раствора обеспечивает удовле-творительное выполнение условий подобия для модельной суспензии из взвешенных в перемешиваемой ванне часгиц.

Таким образом, на основе проведенных в данной главе расчетов, получили следующие значения параметров физической модели (1:20) ванны печи Ромелт. соответствующих базовому варианту гидродинамического режима и его вариациям в экспериментах (даны в скобках)' - расход дутья на фурму - 37,5 л/мин (26.25. 48.75 л'мнн); диаметр фурмы - 4.4 мм (4.0 и 5.0 мм);

высота ванны над боковыми фурмами - 40 мм (20 и 80 мм);

модельные частицы - измельченная парафинированная пробка плотностью 320 кг.;м\

общее количество частиц в ванне (C,,>L) - 1-3% <1. . 9% от массы ванны)

фракция «взвеси» 0-0.35 мм, фракция «крупных» модельных частиц 0,35-0.7 мм (з опытах исполыонаш ipn фракции, перекрывающие весь диапазон размеров час- 1иц: 0,0-0,5 мм, 0,5-1,25 мм и 2.0-2,5 мм|;

модельная жидкость: 20°о-ный водотлицериновмй раствор с />=1052 к::'м' И //-0,0018 11а*с (вода с /.г 1000 кгм'. дг(),0()1 Па*с и 65%-ный водоглицериновый раствор с /7=1165 кг/м"' и //-0.01554 Па+с).

<< | >>
Источник: КОЛЕСНИКОВ ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ШЛАКОУГОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ И ОСОБЕННОСТЕЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ В НИХ ЖЕЛЕЗА С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ. 2006

Еще по теме 3.1. Параметры фигичсской модели:

  1. 7.1. Современное состояние психологическойслужбы и концептуальные основы ее функционирования
  2. 2.4. Разработка инструментария для управления изменениями управляющих параметров факторов самоорганизации комплекса предприятий автомобилестроения
  3. Выводы по главе
  4. 2.2. Разработка общей модели функционирования распределительной сети «Нефтебаза - АЗС»
  5. 3.5.4 Численное моделирование при совместных ошибках модели поля Земли и ошибках баллистического коэффициента
  6. ГЛАВА 3. ПАРАМЕТРЫ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВАННЫ 11ЕЧИ РОМЕЛТ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
  7. 3.1. Параметры фигичсской модели
  8. 2.2. ТРЕНДОВЫЕ МОДЕЛИ
  9. 2.4 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ ОПТИМИЗАЦИОННОЙ МОДЕЛИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
  10.   3.1. Модели взаимодействия популяций с учётом технологических воздействий 
  11. Глава 11. Параметры физической модели ванны реактора и методика экспериментов
  12. //./. Параметры физической модели
  13. Модель рынка фальсификата: "VIP & Misery"
  14. Модели "чёрного" рынка и рынка наркоторговли
  15. 4. Основні проекти і моделі глобального розвитку