Coefficient of local loss of mechanical energy of the flow for a mixture of charge materials

Abstract

Purpose. To determine the dependence of the coefficient of local losses of mechanical energy of flow of a two-component mixture of charge material on its depth, content of components, and average equivalent diameter of particles in the case of their free-dispersed motion. Methodology. The value of the coefficient of local losses of mechanical energy was determined by the value of the hydraulic resistance of the fluid during its movement in open channels and pipes. In this paper, methods were used of comparative analysis, mathematical modeling and forecasting of dynamic processes in the flow of granular material. Findings. Based on the results of theoretical studies, a mathematical model was obtained, the use of which allows calculating the coefficient of local losses of mechanical energy for the flow of a two-component mixture of charge materials with agglomerate particle sizes from 15 to 50 mm, pellets from 6 to 12 mm, coke from 10 to 60 mm. The developed model with satisfactory accuracy makes it possible to evaluate the movement of the charge from the indicated materials along the paths of the charging devices of blast furnaces at a speed in the range from 1.5 to 20 m/s and to determine the trajectories of the mixture of charge materials on the top with an accuracy of 0.2 m. It is noted that the calculation of the above coefficient by the known techniques is not accurate enough, which is associated with the uncertainty in the choice of a single average equivalent diameter of the particles of the twocomponent charge. Comparative analysis of the developed model with the known models and experimental data indicates that the accuracy of calculating the dynamic parameters of a two-component flow of charge materials using the developed model increases by 5–10 % in comparison with calculations using the previously known models. Originality. For the first time, regularities of changes in the coefficient of internal mechanical losses of a two-component flow of charge materials from its depth, content of components, average equivalent particle diameters when moving along the paths of charging devices of blast furnaces have been established. Practical value. Mathematical dependencies have been developed and can be used to determine the technological parameters of the charge of a modern blast furnace with different characteristics of the granulometry of the charge and the ratios of its components. This will increase the accuracy of predicting the course of the process under consideration, the degree of automation of the control systems for the technological process of the charge supply of blast furnaces, will make it possible to use expensive charge materials more efficiently, reduce energy consumption and reduce the harmful impact on the environment. Мета. Встановити залежність коефіцієнта місцевих втрат механічної енергії потоку двокомпонентної суміші шихтового матеріалу від його глибини, вмісту компонентів, середнього еквівалентного діаметра частинок у разі їх вільно-дисперсного руху. Методика. Величину коефіцієнта місцевих втрат механічної енергії визначали за величиною гідравлічного опору рідини при її русі у відкритих каналах і трубах. У роботі використовували методи порівняльного аналізу, математичного моделювання та прогнозування динамічних процесів у потоці гранульованого матеріалу. Результати. За результатами теоретичних досліджень отримана математична модель, використання якої дозволяє обчислювати коефіцієнт місцевих втрат механічної енергії для потоку двокомпонентної суміші шихтових матеріалів із розмірами частинок агломерату від 15 до 50 мм, окатишів від 6 до 12 мм, коксу від 10 до 60 мм. Розроблена модель із задовільною точністю дозволяє оцінити рух шихти із зазначених матеріалів по трактах завантажувальних пристроїв доменних печей зі швидкістю в межах від 1,5 до 20 м/с і визначати траєкторії потоку суміші шихтових матеріалів на колошнику з точністю до 0,2 м. Відзначено, що розрахунок зазначеного вище коефіцієнта за відомими методиками недостатньо точний, що пов’язано з невизначеністю вибору єдиного середнього еквівалентного діаметра частинок двокомпонентної шихти. Порівняльний аналіз розробленої моделі з відомими моделями та експериментальними даними свідчить про те, що точність обчислень динамічних параметрів двокомпонентного потоку шихтових матеріалів по розробленій моделі в порівнянні з розрахунками за раніше відомими моделями збільшується на 5–10 % . Наукова новизна. Уперше встановлені закономірності зміни коефіцієнта внутрішніх механічних втрат двокомпонентного потоку шихтових матеріалів від його глибини, змісту компонентів, середніх еквівалентних діаметрів частинок при русі по трактах завантажувальних пристроїв доменних печей. Практична значимість. Розроблені математичні залежності, що можуть бути використані для визначення технологічних параметрів завантаження сучасної доменної печі за різних характеристик гранулометрії шихти та співвідношеннях її компонентів. Це дозволить збільшити точність прогнозування ходу розглянутого процесу, ступінь автоматизації систем управління технологічним процесом шихтоподачи доменних печей, надасть можливість більш ефективно використовувати дорогі шихтові матеріали, знизити споживання енергоресурсів і шкідливий вплив на навколишнє середовище.