Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и перспективы развития пирометаллургии меди 10
1.1 Особенности технологий переработки медьсодержащего сырья 10
1.2 Современное состояние техники и технологии шахтной плавки 17
1.3 Способы повышения эффективности шахтной плавки 28
1.4 Цели и задачи исследования 35
2. Исследование существующего состояния тепловой и газодинамической работы шахтных печей 35
2.1 Объекты и методы исследования 36
2.2 Экспериментальное исследование температурных и скоростных полей 42
2.3 Выводы 53
3. Выбор и обоснование рациональных параметров работы шахтных печей 55
3.1 Оптимизация конструктивных параметров шахтных печей 55
3.2 Рационализация процессов теплогенерации с использованием твердого и газообразного видов топлива 63
3.3 Оптимизация технологии брикетирования мелкодисперсных материалов 74
3.4 Выводы 84
4. Интенсификация тепломасообменных процессов с использованием энергии акустического поля 85
4.1. Описание лабораторной установки и метода исследования свойств «озвученного» слоя 88
4.2. Поглощения звуковых колебаний слоем кусковых материалов 91
4.3 Влияния звуковых колебаний на изменение гидравлического сопротивления слоя 107
4.4 Влияния звуковых колебаний на изменение поверхностного коэффициента теплоотдачи 113
4.5 Выводы 119
5. Использование энергии акустического поля для повышения эффективности шахтной плавки 121
5.1 Оценка эффективности использования энергии акустического поля для интенсификации шахтной плавки 121
5.2 Исследование состояния тепловой и газодинамической работы шахтной печи при использовании энергии акустического поля 131
5.3 Выводы 137
Заключение 138
Список использованных источников
- Современное состояние техники и технологии шахтной плавки
- Экспериментальное исследование температурных и скоростных полей
- Оптимизация технологии брикетирования мелкодисперсных материалов
- Влияния звуковых колебаний на изменение гидравлического сопротивления слоя
Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности
пирометаллургического производства меди и объемов выпускаемой продукции наряду с внедрением новых плавильных агрегатов возможно и за счет оптимизации работы существующей шахтной плавки.
Несмотря на многообразие способов совершенствования технологии шахтной плавки и высокий уровень их теоретической проработки, показатели работы печей остаются низкими, в том числе и из-за отсутствия практических рекомендаций по оптимизации тепловых и газодинамических режимов плавки, конструкций печей.
В этой связи, рассмотренные в представленной работе вопросы выбора рациональных параметров реализации шахтной плавки и разработка эффективного способа интенсификации тепломассообменных процессов в условиях реального производства, способствующие повышению технико- экономических показателей шахтной печи, являются актуальными.
Целью исследований является совершенствование тепловой и газодинамической работы шахтных печей за счет оптимизации их конструктивных и режимных параметров, выбора и реализации эффективных способов интенсификации процесса на основании данных экспериментальных и расчетно-теоретических исследований.
Задачами исследований являются:
экспериментальное исследование неравномерномерности распределения температурных полей в шахтных медеплавильных печах;
совершенствование конструктивных параметров работы шахтных печей;
аналитическое исследование процесса теплогенерации с использованием твердого и газообразного видов топлива;
создание рациональных условий развития тепловых процессов в плотном слое за счет улучшения подготовки сырья методом брикетирования, выбор вяжущих компонентов, обеспечивающих максимальную упрочняющую способность;
использование энергии акустического поля для интенсификации тепло- и массообменных процессов в плотном слое, установление оптимальных параметров работы излучателей для его формирования непосредственно в рабочем пространстве шахтных печей;
оценка эффективности предлагаемых мероприятий по совершенствованию показателей тепловой и газодинамической работы шахтных медеплавильных печей.
Научная новизна.
установлены закономерности формирования температурных и концентрационных полей газа в шахтных печах;
уточнены особенности процесса теплогенерации в шахтных медеплавильных печах при сжигании твердого и газообразного видов топлива непосредственно в плотном слое шихты;
обоснована эффективность воздействия акустического поля на слой кусковых материалов, установлены условия его озвучивания с максимальным увеличением амплитуды колебаний частиц, сформулированы требования к конструкции акустических излучателей, определены виды и степень изменения газодинамического сопротивления слоя, коэффициента теплоотдачи между газом и материалами в различных условиях.
Практическая значимость. Предложена методика формирования с последующей корректировки высоты коксовой насадки. Разработаны мероприятия по совершенствованию конструктивных элементов системы воздухоподачи, выбор ее оптимальных параметров.
Разработан альтернативный вид связующего взамен технических лигносульфонатов при брикетировании тонкодисперсных материалов.
Оценена эффективность использования энергии внешних периодических колебаний для интенсификации тепломассообменных процессов непосредственно в рабочем пространстве шахтных медеплавильных печей, с снижением неравномерности газораспределения по сечению агрегата, удельного расхода кокса и величины химического недожога топлива, общего уровня перепада давлений (уменьшению величины гидравлического сопротивления слоя), увеличением производительности (за счет более глубокого разделения продуктов плавки), а также разрушением настылей и сокращением эксплуатационных затрат.
Реализация работы.
определены рациональные конструктивные параметры системы воздухоподачи в шахтных печах. Внедрение их в условиях ООО «Медногорский медно-серный комбинат» (ММСК) показали возможность существенного снижения неравномерности распределения газов в объеме рабочего пространства, увеличения производительности шахтной печи на 1012%, уменьшения удельного расхода кокса на 10-11%, уменьшения выноса пыли до 40%;
обоснованы экспериментально изменения высоты нижней коксовой насадки для обеспечения наилучших условий тепловыделений в слое при различных размерах кусков кокса в условиях фильтрации газовой среды;
рекомендована добавка жидкой связки «Термопласт ТЗ» и «3СВ» в количестве 6-8%, позволяющая улучшить металлургические свойства используемых окускованных компонентов;
показана возможность, в условиях филиала «ППМ» ОАО «Уралэлектромедь», за счет использования энергии акустического поля, улучшить газораспределение в рабочем пространстве шахтных печей, что привело к увеличению производительности плавильного агрегата на 2-3%, снижению расхода кокса на 5-6%, пылевыноса из печи на 20-30% и уменьшению эксплуатационных затрат по разрушению настылей в рабочем пространстве (без остановки агрегата).
Методы исследований. В основу решения поставленных задач положены теории и методы: системного анализа, математического планирования эксперимента (композиционные и ротатабельные планы), теории подобия, оптимизации и управления, идентификации, принятия технических решений, теплообмена и аэродинамики.
Для анализа химического состава отходящих газов использовали газоанализатор типа ГХП-3, температуру материалов - оптическим пирометром «Термоскоп-100НТ». Коэффициент теплоотдачи в слое определяли термоанемометром специальной конструкции, в основе метода использовались закономерности охлаждения за фиксированное время предварительно перегретого спая термопары импульсом тока. Исследования изменения сопротивления слоя сводились к определению зависимости потерь напора от скорости газа. Использовали измеритель шума и вибрации ВШВ- 003, цифровой манометр типа ДМЦ-001 и др.
На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований температурных полей на действующих шахтных печах медной плавки;
рекомендации по снижению неравномерности газораспределения по сечению печей, применение конструкционных способов интенсификации процесса и результаты испытаний;
результаты исследований по выбору и улучшению условий производства брикетов;
условия повышения протяженности окислительной зоны и теплогенерации в пределах области горения твердого топлива, а также эффективность применения дополнительного источника тепла при слоевом способе сжигания газообразной горючей смеси;
результаты лабораторных и промышленных испытаний по интенсификации тепломассоообменных процессов в плотном слое кусковых материалов с использованием энергии акустического поля.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: III-ей Молодёжной научно-практической конференции «Инновационный потенциал молодежи - вклад в развитие ОАО «Уралэлектромедь» - Верхняя Пышма, 2010; международных конференциях: «Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения» - Москва: МИСиС, 2010; «Актуальные вопросы металлургии цветных металлов» - Красноярск: СФУ, 2011; «Система управления экологической безопасностью» - Екатеринбург: УрФУ, 2011; научно-технической конференции, посвященной 310-летию уральской металлургии и созданию технико-внедренческого центра металлургии и тяжелого машиностроения «Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР» - Екатеринбург: УРО РАН, 2011; «Теплотехника и энергетика в металлургии» - Днепропетровск: НМетАУ, 2011; «Повышение качества образования и научных исследований» в рамках X Сатпаевских чтений: г. Экибастуз: Екибастузский инженерно-технический институт им.
академика К.И. Сатпаева, 2011; «Перспективы и пути создания эффективного производства УГМК» - Екатеринбург, 2011, 2012.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 16 работах, включая 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 заявку на изобретение с положительным решением о выдаче патента.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 51 рисунок, 35 таблиц и 6 приложений; список использованной литературы включает 145 наименований.
Современное состояние техники и технологии шахтной плавки
По данным независимого источника глобальной индустрии металлов WBMS [1] объемы мирового производство меди во второй половине 2011 года повысились на 1,4% до 9,64 млн. тонн по сравнению с аналогичным периодом времени прошлого года. Потребление меди при этом в мире достигло 9,531 млн. тонн в основном за счет повышенного спроса в странах со стремительно развивающейся экономикой. По разведанным запасам меди Россия занимает третье место в мире, уступая Чили и США [2, 3]. Запасы меди сосредоточены в 127 месторождениях России с приблизительной оценкой на уровне 62 млн. т. По данным исследований рынка цветных металлов [4], в настоящее время в России разрабатываются 36 промышленных месторождений. Запасы меди в них составляют около 40 млн. т, т.е. 64,5% от суммарных балансовых запасов РФ.
Определяющим условием использования современных плавильных агрегатов является обеспечение устойчивого соответствия между приходом тепла в их рабочее пространство с возникающими при этом тепловыми потерями [5, 6]. Для повышения эффективности металлургического производства, целесообразно снижать величину тепловых потерь с отходящими газами при обогащении воздушного дутья и уменьшении доли азота, с расплавленными продуктами за счет сокращения количества пустой породы в исходных материалах, величины эндотермических процессов в шихте (предварительное удаление физической и химически связанной влаги, уменьшение количества карбонатов), улучшения теплоизоляции рабочего пространства при максимальном использовании тепла окисления сульфидов. Возникающий при этом дефицит тепла в агрегате компенсируется за счет внешних источников (подогрева шихты, топлива и воздушного дутья), сжигания дополнительного количества органического топлива при реализации эффективных способов его окисления и теплообмена между газами и материалами [7].
Независимо от технологии ведения процесса плавки, основными задачами медеплавильного производства, наряду с достижением высокой производительности и необходимого качества получаемой продукции, является обеспечение минимального энергопотребления и создание возможностей соблюдения постоянно возрастающих требований к охране окружающей среды. Тенденции развития мирового производства меди по данным аналитических исследований [8] свидетельствуют о переходе промышленности на технологии плавки в автогенном режиме и отказе от традиционных способов получения меди (отражательная плавка, шахтная плавка и т.п.). Такое техническое перевооружение в медной промышленности связано с некоторыми преимуществами перед традиционными видами плавки: кроме низкого расхода органического топлива, отсутствует необходимость в окусковании материалов, а также получение богатых по диоксиду серы газов. В то же время, автогенные процессы требуют большого удельного расхода кислорода и/или подогрева дутья. Автогенные технологии характеризуются высокой температурой отходящих газов (она достигает более 1200-1250 С), превышающих температуру плавления шлаков, в результате чего, такие процессы сопровождается значительным дефицитом тепла и его большими потерями с отходящими газами.
По объему переработки сульфидных руд и концентратов основные технологии в мире располагаются в следующем порядке [9]: 1. Outokumpu - 51%; 2. Noranda + Teniente - 17%; 3. Mitsubishi-8%; 4. Шахтная плавка - 4%; 5. Прочие технологии (Ausmelt, ПЖВ и др.) - 20%. Из вышеперечисленных технологий более современным и аппаратурно-отработанным автогенным процессом, пришедшим на смену традиционному способу переработки сульфидных медьсодержащих концентратов в отражательных печах, является плавка во взвешенном состоянии (ПВП). Способ был разработана финской компанией «Outokumpu» (Outotec) на заводе «Harjavalta Оу».
В России ПВП применяется на Надеждинском металлургическом заводе ОАО ГМК «Норильский Никель» - крупнейшего производителя меди, на долю которого приходится около 55% общероссийского выпуска. На предприятии эксплуатируются два комплекса взвешенной плавки медных и никелевых сульфидных концентратов [10] с удельной производительностью печей 10-12 т/м2 в сутки. Содержание кислорода в дутье при этом составляет около 36%. Технологию плавки во взвешенном состоянии по данным [11] начиная с 2004г. используют многие зарубежные компании: «National Iranian Copper Industries Co.» (Иран), «Yanggu Xiangguang Copper» и «Jiangxi Copper Corporation» (Китай); с 2008г. - «Konkola Copper Mines» (Замбия), «KGHM Polska Miedz S.A» на заводе «Glogow II» (Польша) и др.
Процессы непрерывной плавки совмещенной с конвертированием «Noranda» и ее разновидности «El Teniente», осуществляются в цилиндрических печах типа конвертера. Агрегаты имеют достаточно высокую производительность, достигающую 500 т/сут штейна на предприятии в «Port Kembla» (Австралия), перешедшего с технологии шахтной плавки на совмещенную плавку-конвертирование в 1990г. Аналогичные показатели по производительности (700 т/сут штейна) достигали на заводе «Caletones» чилийской государственной медной компании «Codelco» [12, 13]. Одновременно с отечественным аналогом - печью СПК [14], высокие показатели работы таких агрегатов не обеспечивают высокую степень извлечения меди в основной продукт, поскольку такие процессы непрерывной плавки отличаются от конвертирования (кроме конструктивных особенностей), в основном, большей производительностью по холодным материалам. Отводимые шлаки при этом содержат до 7-10% меди.
Экспериментальное исследование температурных и скоростных полей
Этой же протяженности печи, в центральной ее части и наиболее удаленной справа по ходу движения дутья, соответствует слабопродуваемая зона с ярко выраженным ограничением по движению газов, вследствие неравномерного распределения по сечению агрегата шихтовых материалов, имеющих низкую газопроницаемость, а также неудачной конструкции воздухоподводящего тракта. Наличие слабопродуваемой зоны такой протяженности приводит к повышенному расходу твердого топлива в целом и замедлению всех физико-химических преобразования в данной области, чему способствует интенсификация энергоемких процессов газификации твердого топлива и общее замедление реакций полного горения кокса.
Кроме того, наблюдается явная неравномерность распределения газового потока по ширине печи. При этом справа по направлению подачи воздушного дутья температура слоя и скорость движения газов ниже чем слева.
Анализ данных распределения температур по сечению шахтной печи на уровне засыпи материалов и скорости движения газов в слое показал, что их максимальные значения достигаются именно при высоких величинах удельного расхода воздуха, которым соответствует протяженность первых двух исследуемых технологических зон. Неудовлетворительное снабжение воздухом наиболее удаленной от ввода воздушного дутья зоны приводит к общему снижению средних значений температуры на уровне засыпи, что является следствием падения скорости по всему сечению этой области (рис. 2.3). При этом в наиболее удаленной зоне образуется наибольшая неравномерность распределения газов по ее периметру. Анализируемая величина увеличивается практически линейно по мере удаления от места ввода воздушного дутья. 480 440 400 360 320 280 240 2 3 2 j Л п 3 4 Длина печи, м
Максимальное значение неравномерности распределения температур к центру печи наблюдается во второй зоне, вследствие периферийного хода газов из-за наличия слабопродуваемой области по центру печи на протяжении последних двух зон и воздействия зоны сбора и выпуска расплава. Ближе к летке образуется область рабочего пространства с повышенной газопроницаемостью слоя вследствие разрыхляющего эффекта опускающимся из верхних горизонтов к выпускному отверстию расплава. Наличие разрыхленного конуса шихты с невысоким аэродинамическим сопротивлением приводит к созданию условий для фонтанирования мелкодисперсных твердых компонентов в этой области. Точки 6 и 7 (табл. 2.8) на схеме расположения замеров по сечению имеют максимальные значения из всего массива данных, что соответствует высоким скоростям газовых потоков и нецелевым потерям дутья, что также подтверждают визуальные наблюдения. В наиболее удаленной области от ввода дутья происходит снижение значений неравномерности распределения газов к центру, которые, по отношению к первой зоне, также остаются низкими.
Наличие слабопродуваемой зоны (см. рис. 2.2) подтверждает установленную ранее неравномерность распределения воздушного дутья как по периметру, так и в глубь рабочего пространства вследствие неправильно выбранного размера распределительного коллектора. Нормальная работа шахтных печей противоточного типа, с теплоемкостью потока газа - Wr и шихты - Wm, обеспечивается при условии: Wr = Vr-cr Wm= Ош-сш (2.1) где Vr и Gm - соответственно, характеризуют расходы газа и шихты, м /с, кг/с; сг - теплоемкость газа, Дж/м3-К; а сш - кажущуюся теплоемкость шихты с учетом тепловых эффектов физико-химических процессов, Дж/кг-К.
Сопоставление средних температур позволило установить, что в первой зоне согласуются условия тепловой работы со средними условиями плавки материалов по сечению шахтной печи, что проявляется в равенстве теплоємкостей потоков газа и шихты рассматриваемой зоны и печи в целом. Для второй зоны (область повышенной активности газов) высокий уровень температурного поля объясняется повышенным значением соотношения теплоємкостей потоков, которое превышает среднее в 1,34 раза и обусловлено присутствием разрыхляющей области сбора расплава. Это превышение компенсируется снижением величины Wr/Wm по отношению к средней до 0,66 в третьей зоне (слабопродуваемой).
Одновременно с изменением температурных полей меняется и состав отходящих газов (табл. 2.9). С учетом общей тенденции снижения температурного уровня слоя по высоте выше температурного максимума (в фокусе печи), можно судить о степени развития окислительной и восстановительной зон холостой колоши, поскольку изменение состава отходящих газов по мере удаления от области наибольших температур практически не происходит. Концентрация диоксида углерода в пробах дает представление о развитии окислительных процессов, а монооксида углерода -восстановительных.
При существующих размерах фурм (диаметр 130 мм) с максимально возможным для реальных условий расходе воздуха 60-65 м /(м мин) воздушная струя имеет среднюю скорость на входе в слой 5-10 м/с и обладает кинетической энергией мощностью не выше 120-150 Вт. Это обеспечивает глубину проникновения воздушной струи в слой в горизонтальном направлении не более 2-5 диаметров кусков шихты от периферии рабочего пространства. Этой же протяженностью в направлении движения воздушной струи от точки ее ввода в рабочее пространство шахтного агрегата ограничивается протяженность окислительной зоны, которая характеризуется высокой интенсивностью горения твердого топлива с выделением наибольшего количества тепла. Был произведен расчет горения топлива, позволяющий установить значение теоретической температуры горения кокса. С учетом пирометрического коэффициента г]=0,8 действительная температура горения: td=nm, (2.1)
Данные этого расчета сведены в табл. 2.9. Общий интервал изменения дествительнои температуры согласуется с закономерностями изменения содержания диоксида углерода.
Анализ распределения избыточного кислорода в отходящих из слоя газах (рис. 2.4) полностью подтверждает отмеченные выше особенности горения кокса в шахтном агрегате.
Изменение концентрации газов на уровне засыпи (цифры у кривых, %): верхний - СОг, средний - 02, нижний - СО Наличие включений остаточного кислорода в первой трети печи и последней зоне по ходу подачи воздуха обусловлен, по-видимому, подсосами воздуха, которые не оказывают практического влияния на особенности слоевого сжигания кокса, а расходуются на дожигание образующегося моноксида углерода, формируя внешний факел над слоем. Концентрация углекислого газа в направлении движения воздушного дутья также снижается. В соответствие с полученными данными, наибольшая концентрация монооксида углерода наблюдается в слабопродуваемой области печи, расположенной в наиболее удаленной от ввода дутья в печь. Наличие избыточной концентрации СО в первой трети длины агрегата связано, с неравномерным распределением воздушного дутья (продувы) или топлива.
В области печи, расположенной вблизи подачи воздушного дутья в коллектор наибольшее развитие получают окислительные процессы с преимущественным образованием диоксида углерода (рис. 2.5). І #
Оптимизация технологии брикетирования мелкодисперсных материалов
Оценка влияния импульсно-энергетических воздействий на развитие тепломассообменных процессов в плотном дисперсном слое требует проведения экспериментальных исследований. При этом, необходимо учитывать изменение нескольких важных характеристик слоя. Несмотря на то, что часть звуковой энергии при акустическом воздействии на дисперсный слой поглощается этой звукопроводящей средой (переходит в другие виды энергии, например в тепловую), часть спектра частот излучения может совпадать с собственной частотой колебания частиц слоя. В этом случае, значительную вибрацию поверхности частиц (явление резонанса) удобно оценивать по изменению коэффициента поглощения звука. Результатом такого энергетического воздействия на слой является возрастание уровня звукового поля. В то же время, слой кусковых материалов представляет собой вид гидравлического сопротивления. Анализ зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от характеристик излучателя, среднего диаметра куска и скорости движения газов позволяет установить величину его изменения в зависимости от значений варьируемых факторов (диаметр кусков и скорость движения газовых потоков, зависимости диаметра сопла и расстояния от его среза до дна резонатора и т.п.). Еще одна измеряемая характеристика соответствует изменению интенсивности теплообмена в слое различной крупности (коэффициент теплоотдачи).
Проведение экспериментальных исследований значительно упрощается с использованием методики ротатабельного планирования эксперимента. Число повторений опытов в центральной точке плана задается строго определенно, а дисперсия постоянна на эквидистантных расстояниях от его центра. Эта особенность и называется ротатабельностью (инвариантность к вращению координат). Равенство дисперсий коэффициентов регрессионных уравнений очень важно при определении степени влияния исходных параметров ни искомую величину.
Взаимодействия внешнего акустического поля с плотным слоем исследовались на лабораторной установке, имитирующей шахтный агрегат (рис. 4.1), рабочее пространство которой представляет собой вертикальную шахту (1) диаметром 300мм.
В ее нижней части размещался акустический газоструйный излучатель типа свистка Гартмана, состоящий из цилиндрического сопла (2), резонатора (3) и фокусирующей плоскости (4). Питание излучателя осуществляется компрессорным воздухом, расход которого регулируется пробковым краном (6). Давление газа перед соплом контролировали стационарным манометром (5). В шахте предусмотрены технологические отверстия (7) для отбора импульсов давления, установки термопар и зонда термоанемометра на расстоянии 50, 150 и 250 мм от колосниковой решетки (9). О 300
В качестве испытуемых кусковых материалов использовали промытый дробленый известняк различных классов, высота слоя соответствовала 250мм. По центру шахты над слоем известняка монтировалась установка измерителя шума и вибрации ВТ ИВ - 003 (8).
Использование метода многофакторного планированного эксперимента с применением ротатабельного плана второго порядка позволило составить уравнения регрессии для различных параметров излучения, имеющее общий вид (4.7). Формирование параметров акустического поля производили изменением расстояния от среза сопла до среза резонатора (х\) от 4 до 30мм, расстояния от среза сопла до дна резонатора (х2) от 6 до 86мм, диаметра сопла от 2 до 10мм (х3) и давления компрессорного воздуха (х4) подаваемого в сопло в пределах от 0,1 до 0,5 МПа. (табл. 4.1). Конструктивные и технологические возможности акустического излучателя определяли выбор пределов варьирования этих параметров в реальных условиях слоевого технологического процесса.
Согласно начальным условиям эксперимента, при варьировании четырех независимых переменных, входящих в число факторов, строго задается определенное количество опытов в центральной точке плана. Дисперсия коэффициентов данного уравнения регрессии находятся на эквидистантных расстояниях от цента плана.
Взаимодействие акустического поля с плотным дисперсным слоем сопровождается повышением внутреннего энергетического состояния обрабатываемых материалов. Эффективность такого взаимодействия оценивалась по поглощению его энергии. При этом, сила звука, распространяющаяся в плотном слое, описывается выражением (4.8): J. = е-гш , (4.8) где J0 - сила звука на входе в дисперсную систему, дБ; а - коэффициент поглощения звуковой энергии; х - толщина слоя, м.
Исследование особенностей энергетического взаимодействия внешнего поля акустических колебаний с элементами слоя осуществлялись при рассмотрении закономерностей изменения коэффициента поглощения звука при низких (16Гц), средних (125Гц) и высоких (2000Гц) частотах. При измерении уровня звукового давления, предельное отклонение от частотной характеристики для инфразвуковых частот составляло ±2 дБ, для слышимого и ультразвукового диапазона частот это значение ±0,7 дБ.
Результаты опытных исследований особенностей изменения уровня звука по высоте слоя и коэффициента поглощения обрабатываемой дисперсной системы ос = —— сведены в табл. 4.2. 2х
После обработки полученных данных были установлены уравнения регрессии, со степенью вероятности 99% адекватно описывающие изменение коэффициента поглощения звука в плотном слое кусковых материалов (класс 25 - 40 мм, средний диаметр 32,5мм).
Влияния звуковых колебаний на изменение гидравлического сопротивления слоя
Их анализ показал, что использование энергии акустического поля способствует последовательному снижению исследуемых показателей. При этом, благодаря влиянию периодических колебаний на процесс разделения продуктов плавки удельный расход кокса на тонну меди снижается более интенсивно и составляет в среднем 14,75 кг/т меди на каждую дополнительную единицу (0,1 МПа) давления.
Исследования работы шахтных печей с акустической интенсификацией процесса в течение длительного времени (более 5 месяцев) показали существенное увеличение стабильности их работы (Приложение П.6). При этом, анализ данных взрывных работ за 2008-2010 гг. свидетельствует о существенном сокращении мероприятий по удалению образующихся нагаров и настылей. Среднее количество взрывных работ за месяц сокращается с 15,51 шт. без использования газоструйных излучателей до 9,75 шт. с их применением (снижение количества взрывных работ на 37,14 %). В тоже время, среднемесячное количество, производимых для заклада взрывчатки, шпуров снижается на 61,38 % (или на 39,08 % за сутки).
Таким образом, в качестве определяющего давления компрессорного воздуха было установлено его значение 0,3 МПа. При этом, была реализована оценка влияния количества газоструйных излучателей на показали работы плавильных агрегатов.
Ее анализ показал, что максимальный выход получаемого расплава следует ожидать при количестве включенных излучателей, равных 3-4. Такое изменение условий плавки обусловлено особенностями формирования потока черной меди и шлака. Удельный расход кокса на тонну расплава будет иметь минимальное значение при использовании трех излучателей и составит около 79 кг/т расплава. Анализируемая величина на тонну меди (рис. 5.9) составит примерно 630 кг/т меди. Количество требуемых излучателей при этом не меняется. Общее снижение составит 11,5 кг/т расплава (12,43 %) или 120 кг/т меди (16 %).
На рис. 5.7 представлена статистическая зависимость изменения выхода черной меди, которая позволяет установить его максимальное значение равное 29,2% при использовании 3-4 акустических излучателей.
При этом содержание меди в черной меди с увеличение количества используемых излучателей последовательно возрастает за счет создания улучшенных условий разделения шлака и металла в акустическом поле.
Исследование особенностей выхода пыли (рис. 5.8) показывают также, что с увеличением количества излучателей значение исследуемой величины снижается. При этом наиболее заметное его изменение будет наблюдаться при использовании излучателей в количестве 3-4.
Представленные статистические данные свидетельствуют об изменении выхода шлака. При этом, с увеличение количества используемых акустических излучателей выход шлака постепенно возрастает, что полностью совпадает с данными об изменении выхода общего расплава.
Таким образом, проведенные исследования показателей работы шахтной печи №3 позволили установить, что рациональным количеством излучателей с точки зрения снижения значений удельного расхода топлива является 3-4 шт. С повышением количества излучателей удается увеличить выход металла, регулировать газодинамическую работу агрегата, а также корректировать образование настылей и гарнисажа в рабочем пространстве.
Исследование состояния тепловой и газодинамической работы шахтной печи при использовании энергии акустического поля Исследование существующего состояния тепловой и газодинамической работы шахтной печи осуществляли 26.04.10 в течение 8 часов. Основные параметры печи в этот период представлены в табл. 5.4. Таблица 5.4. Основные показатели работы шахтной печи № Время, час-мин. Расходвоздуха,м3/ч Давление воздуха передпечью дозагрузки/после,кПа Температура подогрева воздуха, С Температураотходящихгазов, С Давление воздухаперед блоком/после,кПа
В соответствие с производственной программой подачу воздушного дутья производили от отдельной воздуходувки через воздухоподогреватель расходом 32000 нм /ч со средней температурой 325 С, давлением перед загрузкой 17,6 кПа и 16,9 кПа после нее. Средняя температура отходящих газов перед загрузкой составила 563 С и 414 С после нее. Результаты экспериментальных измерений температуры слоя на уровне засыпи сразу после загрузки шихты представлены в табл. 5.5.
Исследования представленной зависимости показал, что характер распределения газов в слое шахтной печи при использовании энергии акустического поля существенно изменился. При этом если без акустической интенсификации слабопродуваемая зона составляла около 2/3 общей площади поперечного сечения, то при использовании энергии акустического поля эта доля сократилась до половины. Область слабопродуваемой зоны существенно уменьшилась и сосредоточилась только в центральной части печи ближе к подаче воздуха. Анализ представленной зависимости также показал, что в агрегате неудовлетворительно распределяется дутье по длине печи, что снижает его технико-экономические показатели. Наличие значительной неравномерности температурного поля по длине печи (рис. 5.11) указывает на необходимость реконструкции распределительного коллектора [145].
![Совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения эффективности процесса нагрева дутья [Электронный ресурс]](/i/i/4263/169004.png "Совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения эффективности процесса нагрева дутья [Электронный ресурс] Рябчиков Михаил Юрьевич")
