1. 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 , равным углу внутреннего трения:

(2.5‑10)

Важнейшими параметрами сыпучего тела являются его структура, характеризующая прежде всего плотность упаковки частиц (k), порозность (), насыпную массу (_нас,кг/м³), коэффициент внутреннего трения ().

Эти характеристики связаны между собой следующими соотношениями:

(2.5‑11)

где _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:

(2.5‑12)

при кубической укладке = 90%= 0,476

при ромбической укладке = 60%= 0,259.

Таким образом, исходя из теоретических предпосылок, порозность слоя, составленного из шаров равного диаметра, колеблется в пределах 0,2560,476. 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:

(2.5‑13)

где k- самая крупная фракция.