ОСНОВЫ АГЛОМЕРАЦИИ. ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Влияние поверхности зерен и их крупности. на порозность [4] шихты

Газопроницаемость шихты или любого другого сыпучего материала у стенок сосуда всегда больше, чем вдали от стенок. Это наглядно показано на рис. 20.

При такой укладке между шарами образуется объем мень­ше того, который образован двумя шарами и плоскостью АБ. Отсюда ясно, что у поверхности стенок сосуда объем пустот, а следовательно, и газопроницаемость больше, чем вдали от сте - нок. Казалось бы, что добавка к мелкому материалу с плохой

Рис. 20. Влияние разделяющей
плоскости на порозность при
укладке шаров

газопроницаемостью крупных зерен могла бы существенно по­высить газопроницаемость загрузки, так как поверхность круп­ных зерен должна действовать на пористость смеси так же, как и поверхность стенок сосуда, но это не всегда так.

Предположим некоторый объем, заполненный шарами ради­уса г, и среди них 1 кг шаров уд. веса d и радиуса R, значи­тельно большего по сравнению с радиусом г.

Поверхность шаров радиуса R будет влиять на плотность укладки шаров радиуса г, как поверхность стенок сосуда.

В этом случае, при значительной разнице радиусов увели­чение элементарного объема, образованного двумя шарами ра­диуса г при соприкосновении с поверхностью шара радиуса R, может быть принято равным кГг, где kx — коэффициент про­порциональности.

В 1 кг шаров радиуса R удельного веса d будет содержать­ся шаров, поверхность которых в свою очередь бу-

d */з пЦ3

дет равна

----- - ----- 4-Я2.

4anR*d

Если каждый шар радиуса г при соприкосновении с поверх ностью шара радиуса R занимает площадь k2r2, то число шаров радиуса г, укладывающихся у поверхности шаров радиуса R. будет равно

Число промежутков между шарами радиуса г, находящихся у поверхности шаров радиуса R, будет равно

где k3 — коэффициент пропорциональности.

Полное увеличение свободного объема от добавления 1 кг шаров радиуса R при увеличении объема одной поры на ktr3 будет равно

где К — общий коэффициент пропорциональности.

Из этого выражения вытекает важное следствие, что чем ближе радиус R добавленных крупных зерен к радиусу зерен тонкой фракции, тем большее влияние оказывают они на уве­личение пористости смеси, и наоборот, если добавляются зерна сильно разнящиеся по своим размерам, то увеличение объема пор будет незначительным.

Исходя из закона влияния поверхности можно аналитически определить условия наиболее плотной укладки зерен двух и более фракций. Этому вопросу посвящена работа Л. А. Шме­лева [26], из которой заимствован приведенный ниже расчет.

Постепенно возрастающее количество зерен большего раз­мера, введенное в однородную смесь, сопровождается вначале уменьшением порозности смеси, поскольку самое крупное зерно более плотно, нежели мелочь с присущими ей пустотами. Сле­довательно, уменьшение пористости смеси продолжается до тех пор, пока крупные зерна не войдут в соприкосновение друг с другом, образуя свою «упаковочную конфигурацию», как бы скелет смеси, свободные пространства которой заполнены зер­нами тонкой фракции. Это положение отвечает наименьшей по­розности смеси.

Дальнейшее увеличение зерен крупной фракции будет со­провождаться возрастанием порозности, так как зерен мелкой

фракции будет уже недостаточно для сплошного заполнения промежутков между крупными зернами.

Графически это можно представить в виде кривой (рис. 21), абсциссой которой является соотношение в смеси грубых и тон­ких зерен, а ординатой — порозность смеси.

Рис. 21. Изменение порозности в слое материалов
в зависимости от соотношений грубой и тонкой
фракции

Очевидно, минимальная порозность отвечает моменту стыка крупных зерен между собой, наибольшая — объему, заполнен­ному крупными зернами. Пусть имеем смесь, в которой

А — % (вес.) грубой фракции с радиусом зерен R и уд. вес dy,

Ь — % (вес.) тонкой фракции с радиусом зерен г и уд. вес d

S, см3 — объем твердого вещества грубой фракции;

W, см3 — свободный объем в единице объема, занятого грубы­ми зернами.

Примем, что тонкая фракция заполняет все пространство между зернами грубой фракции.

В этом случае объем, занимаемый тонкой фракцией, вклю­чая свободный объем этой фракции, будет равен

Ъ

Пористость, обусловленная тонкой фракцией, не составляет всей пористости смеси; в суммарную пористость надо еще до­бавить пористость, обусловленную влиянием поверхности.

Выше было показано, что при добавке в смесь 1 кг зерен грубой фракции пористость под влиянием поверхности увели­чивается на

При введении в смесь А кг поверхность и ее влияние увели­чится в А раз, т. е. для рассматриваемого случая объем пустот под влиянием поверхности увеличится на

а общий суммарный объем пустот из двух фракций будет ра­вен

Габаритный объем смеси равен объему всех объем, занимаемый зернами обоих фракций:

— • — + К— ■ —А +— + — S d di R d bi

и, следовательно, объем пустот, заключающийся в единице объ­ема смеси, равен

— • A-HC-L -

■S d d, - R_____________________

Z_.A+/C_L. Л4+Л + Л’

S d di R d di

Это уравнение справедливо только для левой ветви кривой. Для правой ветви оно неприменимо, поскольку в суммарный объем пустот правее минимума входит и та часть свободного объема крупной фракции, которая не заполнена мелочью.

Пористость смесей, состоящая из трех и большего числа фракций, может быть вычислена тем же методом, что и для смеси двух фракций, с соблюдением обязательного условия: с прибавлением каждой новой более тонкой фракции должно быть максимальное заполнение пор этой фракцией промежут­ков между зернами предыдущих смесей, а габариты смеси оставались бы постоянного объема.

Если к зернам тонкой фракции радиусом г и удельным весом d добавить некоторое количество грубых фракций с радиусами

зерен Rі, R2,R3.... R„ и удельными весами du d2, d3.... dn соответ­ственно, а соотношение между фракциями обозначить через

Ль А2, А3....... АП, то при сплошном заполнении тонкой фракцией

пространства между зернами грубой фракции и таком же рас­пределении в смеси объем пустот между зернами тонкой фрак­ции должен быть равен: — —, где W и 5 —объемы пусгот

S d

твердого вещества в единице габаритного объема фракции (Ь).

Суммарный объем пустот обусловливается также влиянием поверхности зерен грубых фракций, вводимых в смесь зерен тонкой фракции. Для каждой фракции, более грубой, чем фрак­ция Ь, это влияние равно К — ■ —, где m — порядок функ-

Rm

ции. Суммарно под влиянием поверхности всех грубых фрак­ций свободный объем увеличивается на величину

и, таким образом, общая порозность смеси будет равна

m=n

— - — + У к~ •

S d —1 Rm dm

Ш=— 1

Обозначим объем, занимаемый зернами грубых фракций че-

m=n

—, тогда габаритный объем смеси будет равен dm

tn= 1

m=n m—n

W b і Vі v r Am і ^ і Vі Am

T'T + 1^ '^r+T+

m= 1 m=1

Отсюда порозность в единице габаритного объема смеси Wg равна

m—n

w_ _ _ь_ , у у т Ат

S d ^ Rm dm

m—n m=n

W b V W Г Am і b і V Am

т-т+ІА:-^'^: + т+ І17

m=I m=l

Вычисление Порозности требует определения величины К. характеризующей влияние поверхности, что представляет зна­чительную трудность, так как влияние поверхности зависит от
способа укладки частиц, что определить практически невоз­можно.

Однако из приведенных расчетов видно, что добавка к тон­ким смесям грубозернистых фракций начинает оказывать влия­ние на свободный объем смеси с того момента, когда пороз - ность вводимых крупных зерен приближается к суммарному объему тонкого материала.

Обогащение тонковкрапленных железных руд и связанное с этим получение тонкоизмельченных концентратов внесло неко-

Рис 22. Влияние добавок аглоруды на удельную про
изводительность агломерационной машины

торые трудности в общепринятую схему подготовки шихты к спеканию. Так, для самой мощной фабрики в Советском Союзе, перерабатывающей тонкие концентраты Криворожского горно - обогатительного комбината (КЮГОК), запроектирована подача в шихту грубозернистой аглоруды[5] в количестве 10% от кон­центрата. Такой добавкой предполагалось улучшить газопро­ницаемость шихты и поднять удельную производительность агломерационных машин, хотя предварительные лабораторные опыты показали, что заметное улучшение газопроницаемости шихт из тонких концентратов и рост удельной производительно­сти начинаются с добавки грубых фракций, начиная с 25% (рис. 22)

После пуска агломерационной фабрики Криворожского гор­нообогатительного комбината было доказано, что добавка гру­бозернистой руды в шихту из тонких концентратов до 10% ма­ло отражается на газопроницаемости шихты, но улучшает ее сыпучесть и транспортабельность и тем самым содействует соблюдению постоянства заданного состава шихты и режима питания спекательных машин [27].

Изменение же удельной производительности агломерацион­ных машин наблюдается лишь при добавке к шихте 20—30% аглоруды. Влияние добавки аглоруды к концентрату на произ­водительность агломашин приводится ниже:

Содержание аглоруды в шихте, % 0 10 20 30 40

Уд. льнсія производительность ма­шин, m/м2 час 0,95 0,97 1,С9 1,12 1,12

Увгличение удельной производи­тельности, % 100[6] 102 115 118 118

Приведенные данные подтвердили результаты лабораторных опытов, показавших, что заметное увеличение удельной произ­водительности машин наблюдается при добавке 20% и более грубозернистой руды к тонким концентратам.