Понятие сыпучего тела

Сыпучее тело − совокупность мелких, твердых частиц лишенных или имеющих бесконечно малое сцепление между собой и бесконечно малых по сравнению со всем объемом тела.

По некоторым свойствам сыпучее тело аналогично жидкости: по характеру сопротивления сжатию и растяжению, по возможности истечения в сторону наименьшего давления, по заполнению внутреннего объема сосудов. Принципиальное отличие сыпучего тела от жидкости заключается в значительном трении сыпучего тела о стенки сосуда и одних частиц о другие. И как следствие этого сыпучее тело обладает малой подвижностью. Его поверхность в нормальных условиях наклонена к горизонту под некоторым углом − углом естественного откоса.

Для сыпучего тела, лишенного сцепления, обычно принимают угол естественного откоса a, равным углу внутреннего трения j:

(2.5‑1)

Важнейшими параметрами сыпучего тела являются его структура, характеризующая прежде всего плотность упаковки частиц (k), порозность (e), насыпную массу (g_нас,кг/м³), коэффициент внутреннего трения (j).

Эти характеристики связаны между собой следующими соотношениями:

(2.5‑2)

где g_каж - кажущаяся плотность, равная плотности данного материала, без учета пор, кг/м³.

Порозность − одна из важнейших характеристик сыпучего тела. Величина порозности слоя, составленного из шаров равного диаметра, зависит от их взаимного расположения. Расположение шаров в слое колеблется между двумя крайними положениями, из которых одно соответствует теснейшему расположению шаров (ромбическая укладка), а второе наиболее свободному расположению шаров при условии их касания (кубическая укладка).

Порозность слоя в данном случае определяется по формуле Слихтера:

(2.5‑3)

при кубической укладке Q = 90% e = 0,476

при ромбической укладке Q = 60% e = 0,259.

Таким образом, исходя из теоретических предпосылок, порозность слоя, составленного из шаров равного диаметра, колеблется в пределах 0,256¼0,476. Из уравнения следует также, что порозность слоя не зависит от диаметра шаров, а определяется только их расположением.

Если слой состоит из шаров различного диаметра, то порозность зависит как от расположения шаров, так и от диаметров различных фракций, а также от соотношения количеств шаров различных фракций.

В этом случае порозность слоя может быть меньше минимальной за счет заполнения межкусковых пространств более мелкими шарами.

Порозность слоя определяется гранулометрическим составом шихты. На рис. 2.4-3 представлена схема, которая поясняет влияние соотношения диаметров мелких и крупных частиц на порозность слоя.

Рис. 2.4-3. К расчету оценки влияния соотношения мелких и крупных частиц на порозность слоя.

Изменение порозности слоя демонстрируется рисунком.

Чем существеннее разница диаметров кусков, тем существеннее влияние мелочи (угол наклона кривых).

Загружаемые в доменную печь, материалы, с точки зрения влияния их на движение газа в печи, можно разделить на две группы: рудные материалы (руды, агломерат, известняк, добавки) и топливо (кокс).

Рудные материалы в отличие от топлива, имеют меньший размер кусков и содержат мелочь. В литературе приводятся зависимости, определяющие порозность слоя как функцию следующих величин:

(2.5‑4)

где k - самая крупная фракция.