Некоторые технологические аспекты в цветной металлургии - страница 2

Результаты записей осциллограмм виброкипящих слоёв полидисперсных материалов и прохождения пузырей газа в слоях при атмосферном давлении воздуха и в низком вакууме при положительном и отрицательном статических перепадах давления газа (воздуха) на слое приведены на рисунках 1.10 – 1.12.

1.1.3 Виброкипящий слой. Собственные колебания свободно насыпанного слоя

При изучении гидродинамики вибрируемого слоя концентрата экспериментально обнаружено неизвестное ранее явление возникновения упругих свойств у свободно насыпанного слоя мелкодисперсного материала. Обусловленные этими свойствами собственные колебания слоя возникают при кратковременном вертикальном динамическом воздействии на слой и характеризуются частотой f_>c и декрементом затухания ϑ_>c.

Для их определения разработана методика, заключающаяся в получении и обработке осциллограмм скорости собственных колебаний слоя.

Установка для получения осциллограмм включала прозрачный цилиндр (что позволяло определять высоту слоя между ударами), датчик – шарик на штоке и преобразователь колебаний датчика, который изготовлен на основе сейсмоприемника, расположенного вне слоя. Электрический сигнал подавали на прибор Н-327/1. Цилиндр герметизировали и, соединив с вакуумным насосом, создавали в слое контролируемую по составу и давлению газовую среду. Схема установки приведена на рисунке 1.9. Разработаны и другие способы измерения собственных колебаний слоя, [10].

Примеры собственных колебаний свободно насыпанных слоёв полидисперсных материалов приведены и на рисунках 1.13 и 1.14.

Обработка большого числа экспериментальных данных, приведенных на рисунке 1.15, показала, что для слоев полидисперсного кварца, метацинабарита, флотоконцентрата и его огарка в воздухе, водороде и пропан – бутановой смеси частота собственных колебаний f_>c в зависимости от порозности слоя ε равна:

f_>c = 1/4H_>0 (1 – ε )/(1 – ε_>0) √γP/ρ_>0 , Гц, (1)

(1 –ε )/(1 – ε_>0) = a – blgP,

где Н_>0 – начальная, до ударов, высота свободно насыпанного слоя; у нас

Н_>0 = (0,03 – 0,14 ) м;

ε_{>0> –} порозность свободно насыпанного слоя, до удара;

ε – порозность слоя текущая, перед очередным ударом;

Р – давление газовой среды; измерения проводили при Р = (3,3 – 95) кПа;

ρ_>0 – плотность свободно насыпанного слоя дисперсного материала; у нас

ρ_>0 = (800 – 2600) кг/м^>3;

γ – коэффициент политропы сжатия газа; γ = 1,2 – 1,4;

а = 2,57, b = 0,284.

Декремент затухания колебаний ϑ_>c в незначительной степени зависит от высоты слоя, материала частиц и рода газа и увеличивается при уменьшении давления:

ϑ_>c = d – с lgP, (1а)

где d = 0,93, с = 4,68.

Для слоёв с порозностью, меньшей 0,48, собственные колебания не зафиксированы.

Несоответствие расчёта с экспериментом не более +-10%, рисунок 1.16.

Анализ экспериментальных данных показал, что нами обнаружено неизвестное ранее свойство упругости у слоя дисперсного материала, которое заключается в том, что свободно насыпанный слой мелкодисперсного, преимущественно полидисперсного, материала повышенной порозности ε_>0 (0,48 < ε_>0 < 0,80), сформированный стенками, например, цилиндрического сосуда, проявляет упругость, причём модуль упругости слоя Е_>сл больше модуля упругости газа Е, насыщающего слой, асимптотически приближается к нему и становится равным при увеличении порозности слоя до величины ε ≈ 0,80:

Е_>сл= [(1 – ε_>0)/(1 – ε)]*Е.

Вследствие этого при вертикальном ударе слоя о неподвижную твёрдую поверхность в cлое возникают собственные затухающие колебания. Это приводит к появлению непрерывного ряда основных частот собственных колебаний слоя. Наибольшая из этого ряда частот при постоянных, кроме порозности, параметрах слоя ( Н