К.т.н., доцент, Мных А.С.
Запорожская государственная инженерная академия, Украина
Структурные характеристики стационарного слоя сыпучего
материала
Слой шихтовых материалов, либо железорудных
окатышей, подготовленных к тепловой обработке, представляет собой систему со
сложными геометрическими характеристиками. Детальное описание последних,
предусматривает указание формы и общего количества элементов 
в единице
объема, размеров 
и взаимного
расположения частиц. Указанные характеристики определяют размер и характер
просветов между частицами, структуру поровых каналов, по которым движутся,
протекающие через слой, продукты горения.
Для практического применения, столь детальное
описание структуры слоя сыпучего материала крайне сложно и в нем нет
необходимости. В условиях реального технологического процесса, число частиц
слоя на паллете конвейерной машины весьма велико и вероятность их укладки в
каком-либо определенном порядке относительно направления движения, при загрузке
без предварительного рассеивания, крайне мала. Таким образом, зернистый слой
целесообразно рассматривать как однородную изотропную среду с некоторыми
усредненными обобщенными характеристиками.
Одной из них является порозность 
(м³/м³), которая определяет долю незанятого частицами
объема слоя. Экспериментальное определение данной характеристики требует
установления плотности 
частиц твердой
фазы и измерения насыпной плотности 
слоя в целом.
Таким образом, из равенства 
порозность слоя
найдем из выражения [1]:
(1)
Для технологического процесса обжига
железорудных окатышей, зернистый слой, при использовании роликового укладчика,
отсеивающего мелкие фракции окатышей, состоит из одинаковых или близких по
размерам частиц – монодисперсный слой. Геометрические характеристики подобных
слоев близки по характеристикам к слою, составленному из шаров одинакового
диаметра. Характер упаковки частиц зависит от свойств материала. Приняв окатыши
как трудносжимаемые частицы, будем считать, что возможные контакты между ними
будут точечными. Число контактов 
, зависит от укладки частиц, но не превышает 
при наиболее
плотной регулярной укладке.
При заполнении тележки конвейерной машины
монодисперсными частицами возможна их регулярная укладка или хаотичная засыпка
с возможной последующей утряской. Последнее определяет как средние значения
порозности слоя 
, так и число контактов частиц с соседями 
.
При формировании структуры слоя сыпучих материалов
возможны упорядоченные укладки со значениями 
. При беспорядочной загрузке частиц на паллеты
конвейерной машины, образуются, как правило, случайные группировки с различными
значениями 
, 
и со средней
порозностью 
. Укладка частиц с последующей вибрацией слоя,
обеспечивает более плотную упаковку с 
[1].
В условиях агломерационного передела, слой
сыпучего материала формируется из шарообразных частиц различного размера –
полидисперсный слой. Элементы последнего имеют довольно широкий интервал
линейных размеров 
. В результате чего, в полидисперсных слоях мелкие
зерна могут располагаться в промежутках между крупными и, таким образом,
снижать общую порозность слоя.
В реальных условиях загрузки вероятность того,
что слой с частицами различных размеров, при плавном изменении их диаметров,
будет иметь пониженную порозность крайне мала и значение 
у смеси со
значительным диапазоном фракционного состава частиц, как правило того же
порядка (
), что и у монодисперсных слоев [2].
В зависимости от типа регулярной укладки частиц,
будет изменяться просвет в плоскостях, рис. 1, перпендикулярных потоку
продуктов горения, что окажет влияние на газодинамику слоя сыпучего материала.
