Расчет тепломассообмена в зоне сушки обжиговой машины

Полученные сырые окатыши подвергаются классификации на роликовых грохотах. Из чашевых  окомкователей сырые окатыши выгружаются на реверсивные  конвейера ОК-17, ОК-18, затем передаются на  конвейера ГС-1, ГС-4, и далее на трехпродуктовые роликовые грохота РГ-1, 2. На роликовых грохотах окатыши подвергаются разделению на три класса крупности: некондиционные окатыши (класс -5мм  и +16 мм) и кондиционные (класс +5-16 мм). Некондиционные окатыши (возврат) с роликовых грохотов поступают на конвейера ГС-3, ГС-6, ГС-7, ОК-22, КД-1, КД-3 и далее на конвейер ОК-1 как циркуляционная нагрузка на повторное окомкование.  Кондиционные окатыши  с роликовых грохотов конвейерами  ГС-2, ГС-5  транспортируются на конвейер ОБ-7,  маятниковый укладчик и роликовый питатель.

2.    Получение сырых окатышей для обжиговой машины № 2

 

Обжиговая машина № 2 значительную долю времени производит железорудные офлюсованные окатыши для ЦГБЖ. Во время длительных простоев ЦГБЖ на капитальных ремонтах обжиговая машина может быть переведена на выпуск железорудных неофлюсованных окатышей. При производстве железорудных офлюсованных окатышей трехкомпонентная шихта, состоящая из концентрата с массовой долей железа более 69,5 %, связующих и флюсоупрочняющей добавок, поступающих из цеха шихтоподготовки по конвейеру ОК-2 передается в цех обжига № 1, перегружается на реверсивный передвижной конвейер ОК-4 и загружается в бункера шихты (емкость одного бункера 200 т). Из бункеров шихта подается дисковыми питателями ДТ-31 на питающие конвейера ОК-11¸16 чашевых окомкователей № 7¸12. В чашевых окомкователях по вышеуказанной технологии  происходит получение сырых окатышей.

Полученные сырые окатыши подвергаются классификации на роликовых грохотах. Из чашевых окомкователей сырые окатыши выгружаются на реверсивные конвейера ОК-19, ОК-20, затем передаются  на конвейера ГС-8, ГС-11, и далее на трехпродуктовые роликовые грохота РГ-3 и 4. На роликовых грохотах окатыши подвергаются разделению на три класса крупности: некондиционные окатыши (класс -5мм  и +16 мм) и кондиционные (класс +5-16 мм). Некондиционные окатыши (возврат) с роликовых грохотов  поступают на конвейера ГС-10, ГС-13, ОК-22А, КД-2, КД-4 и далее на конвейер ОК-2 как циркуляционная нагрузка на повторное окомкование. Кондиционные окатыши  с роликовых грохотов конвейерами ГС-9, ГС-12  транспортируются  на конвейер ОБ-8, маятниковый укладчик и роликовый питатель. При производстве железорудных неофлюсованных окатышей двухкомпонентная шихта, состоящая из концентрата с массовой долей железа менее 69,5 % и связующей добавки вышеуказанными конвейерными трактами подается на окомкование. Полученные сырые окатыши не подвергаются классификации на роликовых грохотах. Реверсивными конвейерами ОК-19, ОК-20, минуя роликовые грохота, окатыши транспортируются непосредственно на конвейер ОБ-8, маятниковый укладчик и роликовый питатель.

 

3. Получение сырых окатышей для обжиговых машин 3 и 4

 

Шихта с конвейеров ОК-1А, 2А перегружается на конвейера ОК-3А, 4А затем реверсивными конвейерами ОК-5А, 6А загружается в расходные бункера шихты (по 5 бункеров на обжиговую машину, вместимость бункера 80 т).                                                                

Из бункеров шихта выдается дисковыми питателями ДТ-25 на питающие конвейера   ОК-7А¸16А чашевых окомкователей  № 1¸10 (по 5 чаш на машину).

Сырые окатыши из чашевых  окомкователей выгружаются на конвейера  ОК-17А, 18А, 19А, 20А, 21А, 22А, 25А, 26А, 27А, 28А.

Сырые окатыши для обжиговой машины № 3 подаются через конвейер ОБ-7А на трехпродуктовый роликовый грохот и через конвейера ОБ-7Б, ОБ-7В, маятниковый и роликовый укладчики окатыши загружаются равномерным слоем на обжиговые тележки обжиговой машины.                                                  

Сырые окатыши обжиговой машины № 4 по конвейерам ОБ-8А, ОБ-12А, ОБ-18А, маятниковым и роликовым укладчиками передаются на термообработку. Кроме того, по обжиговой машине № 4 имеется нестационарный роликовый грохот, который при необходимости устанавливается («закатывается») в технологическую цепочку и окатыши подвергаются классификации. С конвейера ОБ-8А окатыши загружаются на роликовый грохот. При этом некондиционные окатыши (возврат) конвейерами ОБ-17А, ОК-24А, КД-2А¸4А возвращаются в бункера шихты и используются как циркуляционная нагрузка для повторного окомкования, а кондиционные окатыши конвейерами ОБ-12А, ОБ-18А через маятниковый и роликовый укладчики  подаются на термообработку [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технология работы в зоне сушки

  Сушка окатышей производится  комбинированным способом. При комбинированном  способе в первой части зоны (3-х камер) теплоноситель с температурой 200-350°С подаваемый дымососом из коллектора зоны обжига, продувается через слой окатышей снизу вверх, во второй сушке теплоноситель с температурой 250-300°С просасывается через слой сверху вниз. В третью зону сушки теплоноситель с температурой 900-1100°С подаваемый из зоны охлаждения №1 через переточный коллектор и разбавленный до 500°С воздухом поступающий на горение просасывается через слой сверху вниз. Продув теплоносителя в сушке 1 предохраняет окатыши низа слоя от переувлажнения и, следовательно, от деформации и растрескивания. Это, в свою очередь, улучшает газопроницаемость слоя и позволяет в последующих зонах машины интенсифицировать тепловую обработку окатышей. В сушке 2 переувлажненные окатыши верха слоя для предохранения их от разрушения требуют низкотемпературной «мягкой» сушки. Температура теплоносителя не должна быть выше 300 °С. Вследствие увеличением температуры и скорости фильтрации газа-теплоносителя в сушке 3 процесс сушки интенсифицируется. При увеличении производительности удельный расход тепла на 1 тонну сырых окатышей должен оставаться неизменным. Только при этом условии достигается постоянство скорости сушки. Температура теплоносителя не должна быть выше 550 °С, для предотвращения разрушения окатышей (температура шока).

Эффективность работы зоны сушки зависит от газопроницаемости слоя, на которую влияет влажность и ситовой состав сырых окатышей и постели, количество, температура и равномерность распределения газа-теплоносителя по площади зоны. Хорошо организованная работа зону сушки обеспечивает высокое качество продукции и производительность обжиговой машины.

Работа зоны сушки контролируется по температуре отходящих газов в вакуум-камерах (при удовлетворительной работе температура в вакуум-камере № 9 составляет не менее 80-90°С) [4].

В зонах сушки идут процессы удаления влаги:

жид. пар.

4 Расчет температурных полей в зоне сушки 

Исходные данные      

 

Выход годн. продукц.Кг	Порозность, f	Нач. температ. окатыш. tм‘оС	Интервал обжига, оС	Высота слоя, h мм	Скорость прососа,Wго ,м/с	Диаметр окатышей, dм
0,88	0,38	14	1175 - 1215	310	0,58	0,017

 

Расчет тепломассоомена

 

А) Найдём  объемный коэффициент теплопередачи (kv). При средней температуре газов  tг=610 (табл.1) их теплофизические свойства характеризуются средними величинами.

 

λг= 7,42 10-2 Вт/(м К) и vt = 93,61 10-6 м2/с.

 

 

 

Таблица 1.

Физические параметры дымовых газов

Температура, оС	ρ, кг/м3	λ·102, Вт/(м·К)	Сг, кДж/(м3·К)	v·106, м2/с
0	1,295	2,28	1,04	12,2
100	0,95	3,02	1,068	21,54
200	0,75	4,02	1,096	32,8
300	0,62	4,85	1,121	45,8
400	0,52	5,71	1,15	60,38
500	0,457	6,56	1,18	76,3
600	0,405	7,42	1,21	93,61
700	0,363	8,29	1,24	112,1
800	0,33	9,16	1,26	131,8

 

 

Т.к окатыши представляют собой тела правильной сферической формы(dм), полагаем, что они являются термически тонкими телами (Bi<1), поэтому можно воспользоваться формулами В.Н. Тимофеева:

Nu = 0,61 Re0,67 (Для Re >200);

Nu = 0,106 Re (Для Re ≤ 200).

Находим число Рейнольдса:

Re = Wго dм/ vt = 0,58 0,017/93,61 10-6=105,330,

а затем число Нуссельта по формуле:

Nu = 0,106 Re =0,106 105,330 = 11,165.

Отсюда определяем коэффициент теплопередачи:

αF = Nu λг/dм = 11,165 7,42 10-2/0,017 = 48,732 Вт/(м2 К)

Для перехода к объемному значению коэффициента теплоотдачи используем формулу:

αv = αF 6(1-f)/ dм = 48,731 6(1-0,38)/0,017 = 10663,74 Вт/(м3 К);

Проверяем условие термической тонкости окатышей:

Bi = α dм/ λм = 48,731 0,017/1,393 = 0,594,

т.е. Bi<1.

Суммарный коэффициент теплопередачи Кv, учитывающий как внешнее, так и внутреннее тепловые сопротивления определяют по формуле:

Кv =

где А – числовой коэффициент, равный 60 для частиц сферической формы.

Согласно справочным данным кажущаяся теплоемкость железорудных окатышей с учетом затрат тепла на испарение влаги и разложение известняка равна 2637 кДж/(м3 К).

б) Данные о коэффициенте теплопередачи и кажущейся теплоемкости вместе с другими данными используются для расчета чисел подобия.

Относительная высота слоя

Y = Кv h/(1000 Сг Wго) = 10064,91 0,310/1000 1,121 0,58 = 4,44,

где Сг – теплоемкость газа, кДж/(м3 К),

Относительная температура слоя

Qм = (tм – tм‘)/(tг ‘- tм‘)=(1175 –14)/(1215-14)=0,966

где tм - максимальная температура окатышей;

tм‘- начальная температура окатышей;

tг ‘- начальная температура газа.

Используя рис.3, по значениям Y и Qм находим величину относительного времени Z=12.

Далее определяем время обжига окатышей τ:

Чтобы получить представление об изменении температуры газа во времени в месте выхода его из слоя, задаемся несколькими значениями промежутков времени прогрева слоя, взятых, например, через 5 мин и определяем соответствующие значения чисел Z (из формул τ).

τ	0,458	0,374	0,291	0,207	0,124
Z	10,15	8,30	6,45	4,60	2,75

 

 

Рис. 1. Температура материала слоя Qм в зависимости от Y и Z.

С помощью этих данных для Y = 4,44 и Z  по рис. 1ф находим значения Qг. Затем, зная температуру газа на входе в слой tг ‘= 1215оС и начальную температуру материала tм‘=14 оС, рассчитываем температуру газа на выходе из слоя (tг) в различные последовательные промежутки времени, используя формулу:

Qг =(tг – tм‘)/(tг ‘- tм‘), откуда

tг = Qг (tг ‘- tм‘).

 

Z	10,15	8,30	6,45	4,60	2,75
Т	1116,93	1020,85	840,7	588,49	300,25
Q	0,93	0,85	0,7	0,49	0,25

 

 

Аналогично, используя рис. 3, можно рассчитать изменение температуры материала Qм во времени или, задавшись величиной Z (например 6,5) и используя значения Y = 0,5; 1; 2; 3; 4, получить распределение температур по высоте слоя в данный момент времени:

Y	0,5	1	2	3	4
Qм	0,99	0,98	0,95	0,83	0,75
tм	1208	1196	1159	1013	915

 

 

      При известной  продолжительности обжига удельную  производительность обжиговой машины  ленточного типа определяют по  формуле:

Р = h ρн Кг/τ =0,31 1,9 0,91 /0,541 = 0,979 т/(м2 ч),

где h – высота слоя, м;

ρн – насыпная масса окатышей,т/м;

τ  - время обжига, ч;

Кг – выход годной продукции, 0,9.

 

 

Заключение

На процесс сушки влияют градиенты температуры и влажности. После короткого нагрева, когда температура поверхностного слоя выше температуры в центре окатыша, установится равновесная температура, типичная для первого периода сушки пористых материалов с высокой влажностью. В этой области температур нагрев в центре окатыша выше, чем в поверхностном слое, из которого вода уже испарилась. Средняя равновесная температура (приблизительно 56°С) намного ниже точки кипения воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Кривоносов В. А., Пирматов Д. С. Контроль температуры окатышей по зонам обжиговой машины. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. – №8. – С. 189-194.