05.03.2019 г. на заседании Президиума Комитета РосСНИО по проблемам сушки и термовлажностной обработки материалов был заслушан доклад Владимира Ивановича Бобкова

09-Апреля-2019 08:33
Сушка окатышей в аппарате с движущемся плотным слоем
Бобков Владимир Иванович
Филиал ФГБОУ ВО Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске
214013 г.Смоленск, Энергетический проезд 1

На современном этапе научно-технического прогресса в металлургической, химической, фосфорной промышленности пришли к убеждению, что преимущество производства окатышей заключается не только в том, что в отвалах месторождений скопилось огромное количество рудной мелочи, но и в возможности их транспортировки практически на любое расстояние с минимальными потерями. Осмысление сильных и слабых сторон производства окатышей, проходит при проводящихся широким фронтом теоретико-экспериментальных исследований и опытно-конструкторских разработок, совершенствовании основного оборудования. В производстве окатышей накоплен богатый опыт, получены основные направления инновационного совершенствования технологического инжиниринга производства, заявлены новые принципиальные идеи, которые оказали, а также окажут в дальнейшем, определяющее влияние на развитие химико-энерготехнологических процессов окускования руд.
Xимико-энерготехнологических процесс (ХЭТП) сушки окатышей, сопровождается нарушением связи влаги со “скелетом” материала, на что затрачивается тепловая энергия. Физико-механическая связанная влага находится в крупных капиллярах и на наружной поверхности материала (влага смачивания) и удерживается капиллярным давлением. Физико-химическая связанная влага удерживается на внутренней поверхности пор материала адсорбционными силами. Химически связанная влага удерживается наиболее прочно и не удаляется из влажных тел при нагревании до 100-120 градусов.
Основная масса влаги не связана с телом физико-химическими силами, поэтому удаление ее в процессе термической сушки требует затрат энергии, приблизительно равных теплоте парообразования.
При конвективной сушке влажный окатыш получает теплоту из внешней среды – газа-теплоносителя (воздух и продукты сгорания топлива). Сушильный агент – газ-теплоноситель принимает в себя удаляемую из сырых окатышей влагу и за счет этого увеличивает свое влагосодержание.
Кинетика внешнего влагообмена в процессе сушки окатышей определяется изменением концентрации паров влаги поперек пограничного слоя и изменением температуры сушильного агента вблизи поверхности влажного материала окатыша. Разность концентраций создает поток пара от поверхности, а разность температур между основной массой сушильного агента и поверхностью окатыша обеспечивает подвод теплоты к влажному телу.
Непосредственные измерения показывают, что около влажной поверхности окатыша формируются различные пограничные слои: гидродинамический, тепловой и концентрационный. Опытные данные по интенсивности тепломассообмена поверхности влажного окатыша с потоком сушильного агента обычно представляются в виде связи между критериями подобия.
Конкретный вид связи между критериями подобия зависит от условий взаимодействия потока газа-теплоносителя и поверхности окатыша. Для интенсивности испарения воды с поверхности неподвижного плотного слоя сферических частиц (окатышей) в фильтрующийся через слой сушильный агент предлагается зависимость Nu m=2.2Re^0.5Pr m^0.33, где определяющим размером служит диаметр окатыша, а скорость газа-теплоносителя отнесена к полному сечению аппарата – конвейерно-обжиговой машины.
Влажный окатыш представляет собой капиллярно-пористое тело. А процесс переноса влаги и теплоты внутри капиллярно-пористых материалов сложной структуры может происходить за счет различных и, одновременно действующих физических эффектов (механизмов переноса). Системный анализ процессов транспорта влаги и теплоты внутри реальных капиллярно-пористых материалов, основанный на попытке учета многочисленных элементарных видов переноса для реальных ХЭТП сушки окатышей не представляется возможным. Эксперименты показали, что практически все кинетические коэффициенты, если их рассматривать в достаточно широком диапазоне изменения влагосодержания и температуры, варьируются, причем часто весьма существенно.
При интенсивном нагреве влажного капиллярно-пористого тела окатыша внутри его пористой структуры происходит процесс парообразования. Возникающее при этом избыточное давление не успевает мгновенно релаксироваться через пористую структуру материала, и появляющийся градиент давления внутри капиллярно-пористого материала вызывает перемещение влаги.
Сушка окатышей на конвейерной обжиговой машине из-за низкой их термической прочности требует в начальный период термообработки особого внимания, так как необратимы разрушения вследствие “термического удара”. В реальных условиях сушка окатышей протекает в неизотермических условиях при наличии непостоянного градиента температур и давления. Величина переувлажнения окатышей прямо пропорциональна разности между исходной температурой и равновесной температурой сушки, определяемой параметрами газа-теплоносителя. В связи с этим повышенная температура газа-теплоносителя, подаваемого в зону сушки обжиговоконвейерной машины, приводит к существенному (до 25%) переувлажнению окатышей в средних и особенно верхних горизонтах многослойной массы окатышей и, как следствие, потере ими механической прочности и ухудшению структуры плотного слоя.
Таким образом, модель сушки окатышей требует учета изменения влагосодержания по радиусу окатыша, а также градиентов температур и потока влаги через поверхность фронта испарения.