Моделирование движения твердых материалов в барабанной печи

                                                               

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Отчёт по лабораторной работе.

По дисциплине:               Пирометаллургическое оборудование.                                                                                 

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема:               Моделирование движения твердых материалов в барабанной печи.

Выполнил: студент  гр. АПМ-03     ______________    /Никифоров М.Н./

                                                                                                     ^{(подпись)                                  (Ф.И.О.)}  

ПРОВЕРИЛ:

Руководитель:                                     ____________         /Горленков Д.В./

                                                                                                      ^{(подпись)                                   (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург                                 

2006 год.

Цель работы: экспериментально исследовать влияние некоторых факторов на движение твердых материалов в холодной модели барабанной печи.

Теоретические сведения:

Движение твердых материалов в металлургических печах оказывает существенное влияние на показатели работы и конструкцию печей. Это влияние особо ощутимо, если от него зависит время пребывания материала в печи, величина активной поверхности перерабатывающего материала, его пылеунос, теплообмен и т. д.

  Из всего многообразия процессов движения твёрдых материалов в печах можно выделить:

1.Перегребание и пересыпание материалов;

2.Увлечение газовыми потоками мелких материалов;

3. Прохождение газов через слой материалов;

4. Выплавление и газификация слоёв материала.

Барабанные печи предназначены для сушки и обжига материалов и широко используются в цветной металлургии.

Движение твердых кусковых материалов происходит за счет силы тяжести, которая появляется при вращении барабана за счет его наклона. Материал, загруженный в верхнюю часть барабана, постепенно сползает в нижнюю часть. Кроме внешней загрузочной головки печи, через которую производят загрузку материала и отвод отходящих газов, есть и нижняя – разгрузочная головка печи и топливная головка печи. В ней устанавливают горелки или форсунки, предназначенные для сжигания топлива во внутреннем пространстве печи. Движущийся материал под воздействием тепла от сжигания топлива подсушивается и обжигается. На количество материала, проходящего через печь, оказывает влияние целый ряд факторов. Среди них такие, как угол уклона печи, число оборотов барабана, диаметр барабана и т. д.

Механизм перемещения материалов в барабанных вращающихся печах довольно сложен. При вращении барабана, сечение которого заполнено только на 10 – 20 %, шихта располагается в виде сегмента.

Угол наклона хорды близок к углу естественного откоса перерабатываемых материалов и в среднем составляет 27 - 35º. При этом длина хорды равна 0,7 – 0,8 диаметра барабана.

Частицы шихты в барабанных печах движутся по траектории, слагающейся из перемещений в плоскости вращения барабана и из перемещений вдоль оси барабана.

Для практики наибольший интерес при исследовании механического процесса в барабанных печах представляют два показателя: производительность печи и линейная скорость движения материала в печи.

Производительность печи выражается формулой:

                                                   ,                                                    (1)

где М – массовый расход данного участка печи или печи в целом, кг/ч;  φ – коэффициент заполнения поперечного сечения печи материалом, доли; D – внутренний диаметр печи, м;W_м – средняя по слою линейная скорость движения шихты вдоль слоя, м/ч; ρ_м – насыпная масса шихты в печи, кг/м³.

Линейная скорость движения материалов определяется по формуле:

                                                     ,                                                          (2)

где C – численный коэффициент; D – диаметр печи; α – угол наклона печи, градус; n – частота вращения барабана, об/мин.

Ход работы:

В ходе работы были измерены следующие параметры барабанной печи:

Длина печи   L = 44  см.

Внутренний диаметр печи D = 34 мм.

Высота конуса    h =  3 см.

Время одного оборота барабана  τ_б = 78 с.

Масса шихты  m = 39,25  г.

Высота мерного цилиндра  h_ц  =4,5   см.

Диаметр мерного цилиндра  d_ц =2,8  см.

Длина участка печи  l_уч = 6 см.

Время прохождения участка шихтой  τ₁ = 12,6  мин.

Время разгрузки шихты  τ₂ = 10  мин.

Масса разгруженного материала  m_разгр = 2,75  г.

1)  Определение угла наклона барабанной вращающейся печи.

Для создания угла под один из концов печи устанавливаем специальный конус. Другой конец печи шарнирно соединен с основанием модели.

.

2)  Определение частоты вращения барабана печи.

τ_б = 78 с = 78/60  =  1,3 мин.

Составим пропорцию        .

Откуда .

3)  Определение плотности насыпанной массы шихты.

Объем цилиндра: .

Плотность насыпанной массы шихты равна:  .

4) 

Определение коэффициента заполнения поперечного сечения печи материалом:

Площадь сечения барабана равна: .

Для нахождения площади сечения сегмента составим пропорцию , откуда  .

Площадь сечения сегмента равна: .

Площадь треугольника равна: .

Тогда площадь барабана, занятая материалом будет  равна .

Значит, коэффициент заполнения поперечного сечения печи материалом можно рассчитать следующим образом:  

5)  Определение линейной скорости движения материала.

Линейная скорость движения материала рассчитывается по формуле:

6)  Нахождение массового расхода.

Практический массовый расход материала определим по формуле:  

Теоретический массовый расход материала определим по формуле (1):

Относительная погрешность расчета равна

.

7)  Определение коэффициента С.

Из (2) следует .

8)  Выводы.

В ходе работе были определены параметры модели барабанной печи. Удобно представить их в виде таблицы:

Число оборотов, об/мин	Угол наклона, град	Коэф- фициент заполнения	Скорость движения материала в печи, м/час	Коэф- фициент С	Массовый расход (теор) , кг/час	Массовый расход (практ), кг/час	Относи- тельная погреш- ность
0,77	3,9	4,3	0,268	0,38	0,0148	0,0165	11,5