О движении брикетируемой массы в экструдере. Точные решения. Сообщение 1

Возросший в последние годы интерес к безобжиговому окускованию в значительной мере обусловлен успешным опытом эксплуатации брикетных линий, основанных на жесткой вакуумной экструзии (ЖВЭ). Высокая производительность экструдеров ЖВЭ и удовлетворительные металлургические свойства получаемых таким способом брикетов экструзии (брэксов) позволяют рассматривать эту технологию безобжигового окускования в качестве перспективной. Экструдеры ЖВЭ позволяют эффективно брикетировать материалы со значениями влажности в диапазоне 12 – 16 % и давлением прессования 3,5 – 4,5 МПа, что приводит к возможности достижения высоких значений величин механической прочности сырых брикетов и исключает необходимость сушки брикетируемой шихты и тепло- вой обработки получаемых брикетов. Растущие масштабы практического использования экструдеров в черной металлургии обусловили необходимость разработки простых и эффективных методик определения их рабочих параметров. Брикетируемая масса представляет собой увлажненную пластическую массу, приводимую в движение лопастями вращающегося шнека и выдавливаемую далее через отверстия в фильере экструдера в виде продолговатых, повторяющих в сечении форму отверстия в фильере брикетов. В приложении к задачам оптимизации брикетной технологии, основанной на жесткой экструзии, приводится точное решение уравнений Навье–Стокса для вязкой несжимаемой среды, сдвигаемой между коаксиальными цилиндрами вдоль общей оси симметрии и закручиваемой вокруг нее соответственно продольным смещением и осевым вращением внутреннего цилиндра при условиях прилипания и заданном продольном падении давления. В частности установлено, что скорость транспортировки перемешиваемой массы не может превосходить скорости, доставляемой подаваемым давлением. При этом формула последней переносится на сжимаемую среду в виде специального интеграла вязкости для вязкопластической среды, где она служит обобщением известных точных решений. Решается задача поиска аналогичного решения для сжимаемой среды. Полученные аналитические зависимости могут использоваться для расчета параметров промышленных брикетных экструдеров, работающих как в режиме жесткой экструзии, так и в режиме полужесткой и мягкой экструзии, отличающихся величинами влажности брикетируемой массы и прикладываемого давления.

1. Kurunov I., Bizhanov A. Stiff Extrusion Briquetting in Metallurgy. Springer, 2017. – 169 p.

2. Fernandez M.O., Iglesias J., Gonzales D.F. etс. Cold agglomeration of ultrafine oxidized dust (UOD) from ferromanganese and silicomanganese industrial process. Cold // Metals. 2016. Vol. 6. No. 9. Article 203.

3. Mohanty M.K., Mishra S., Mishra B. etc. A novel technique for making cold briquettes for charging in blast furnace: 5th National Conference on Processing and Characterization of Materials IOP Publishing // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 115. No. 1. Article 012020.

4. Kenichi Higuchi, Hirokazu Yokoyama, Hiroyuki Sato etc. Development of rapid curing process of reactive coke agglomerate // ISIJ Int. 2017. Vol. 57. No. 1. P. 55 – 61.

5. Rama Murthy Y., Kapure G.U., Tripathy S.K., Sahu G.P. Recycling of ferromanganese gas cleaning plant (GCP) sludge by novel agglomeration // Waste Management. October, 2018. P. 457 – 465.

6. Mombeli D., Cecca C.D., Mapelli C. etc. Experimental analysis on the use of BF-sludge for the reduction of BOF-powders to direct reduced iron (DRI) production // Process Safety and Environmental Protection. 2016. P. 410 – 420.

7. Kowitwarangkul P. Behavior of Self-Reducing Pellets (SRP) for Use in a Low Height Blast Furnace. Diss. RWTH, Aachen University, 2014. – 176 p.

8. Xu Q., Li Z., Liu Z., Wang J., Wang H. The effect of pressurized decarbonization of CO on inhibiting the adhesion of fine iron ore particles // Metals. 2018. Vol. 8. No. 7. P. 525.

9. Курунов И.Ф., Чижикова В.М., Бижанов А.М. Наилучшие доступные технологии в производстве окускованного сырья для доменных печей // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2018. № 4. С. 62 – 66.

10. Extrusion in Ceramics. Frank Händleed. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 2007. – 470 p.

11. Batchelor G.K. An introduction to fluid dynamics. – Cambridge: Univ. Press, 1967. – 615 p.

12. Лойцянский Л.Г. Механика жидкостей и газов. – М.: Наука, 1987. – 840 с.

13. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. Ч. 1. – М.: Нау- ка, 1991. – 600 с.

14. Bingham E.C. Fluidity and Plasticity. – New York, London: McCraw-Hill Book Company, Inc., 1922. – 439 p.

15. Ишлинский А.Ю., Ивлев Д.Д. Математическая теория пластичности. – М.: Физматлит, 2001. – 704 с.

16. Laenger K.-F., Laenger F., Geiger K. Wall slip of ceramic extrusion bodies. Part 2 // Process Engineering. 2016. Vol. 93. No. 4 – 5. P. 1 – 6.

17. Джозеф Д. Устойчивость движений жидкости. – М.: Мир, 1981. – 638 с.

18. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика Т. 7. Теория упругости. – М.: Наука, 1987. – 248 с.

19. Белоцерковский О.М., Бетелин В.Б., Борисевич В.Д. и др. К теории противотока во вращающемся вязком теплопроводном газе // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2011. Т. 51. № 2. С. 222 – 236.

20. Händle F., Laenger F., Laenger J. Determining the forming pressures in the extrusion of ceramic bodies with the help of the Benbow- Bridgwater equation using the capillar check // Process Engineering. 2015. Vol. 92. No. 10 – 11. P. 1 – 7.

21. Трошкин О.В. Элементы математической гидродинамики и гидродинамической устойчивости. Lambert Academic Publishing, 2016. – 205 с.