ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ БРИКЕТОВ

Полезная модель относится к области измерений, а именно к измерению прочности твердого топлива и металлургических брикетов, и может использоваться при лабораторных исследованиях, непосредственно имитирующих процесс горения в шахтных печах.
Известна, лабораторная установка [1] для определения прочности твердого топлива в процессе горения, состоящая из нагревательного устройства с устройством для измерения температуры и времени, приемного устройства, весов и вентилятора, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена устройством для нагружения слоя топлива в процессе горения, устройством регулирования процесса горения, например, в виде заслонки и вентилятора, при этом барабан установлен вертикально и ось барабана является осью устройства для нагружения слоя топлива, выполненного, например, в виде плоских дисков, крепящихся на этой оси барабана.
Известна установка [2] для определения прочности твердого топлива, принятая за прототип, состоящая из нагревательного устройства с устройством для измерения температуры и времени, приемного устройства, барабана, весов для измерения массы топлива в процессе горения, вентилятора, устройства для регулирования температурного режима, например, заслонки, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена установленной вертикально параллельно оси установки линейкой для измерения оседания топлива в процессе горения и нагружающим устройством, выполненным, например, в виде дисков, для нагружения слоя топлива в процессе горения, устанавливаемых на оси барабана, при этом барабан установлен вертикально.
Недостатком прототипа является невозможность моделирования одновременного горения разных видов твердого топлива и восстановительных процессов в металлургических брикетах.
Задачей полезной модели является обеспечение возможности моделирования процесса горения твердого топлива в шахтной печи, включающего в свой состав металлургические брикеты.
Для этого в установке для определения прочности твердого топлива, состоящей из нагревательного устройства с устройством для измерения температуры и времени, приемного устройства, вертикально установленного барабана, весов для измерения массы топлива в процессе горения, вентилятора, устройства для регулирования температурного режима, например, заслонки, линейки для измерения оседания топлива в процессе горения, установленной вертикально параллельно оси установки и с устройством для нагружения слоя топлива в процессе горения, выполненным в виде дисков, устанавливаемых на оси барабана, отличающейся тем, что на барабан с использованием закрепленных на нем направляющих штырей установлена дополнительная цилиндрическая верхняя съемная секция, заполняемая засыпкой из металлургических брикетов с возможностью отделения от барабана плавающей шайбой с отверстиями.
Причем барабан служит для загрузки твердого топлива (уголь, кокс, топливные брикеты), а верхняя съемная секция служит для загрузки металлургических брикетов, барабан от верхней съемной секции отделен плавающей шайбой с отверстиями. Тем самым достигается возможность совместных испытаний твердого топлива и металлургических брикетов.
Полезная модель лабораторной установки для определения прочности твердого топлива и металлургических брикетов поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена установка для определения прочности твердого топлива и металлургических брикетов. На фиг.2 представлен ее разрез по линии А-А.
На чертежах показаны: 1 - барабан; 2 - верхняя съемная секция; 3 - направляющие штыри; 4 - устройство для нагружения топлива; 5 - сварные швы; 6 - плавающая шайба; 7 - трубопровод подачи воздуха от вентилятора; 8 - решетка; 9 - верхняя шайба с отверстиями.
0
Установка работает следующим образом. В барабан 1 засыпается твердое топливо. На барабан 1 устанавливается плавающая шайба с отверстиями 6, затем с использованием закрепленных на барабане 1 с помощью сварки 5 направляющих штырей 3 устанавливается верхняя съемная секция 2, которая заполняется металлургическими брикетам, состоящими из тонко измельченного углеродсодержащего материала, оксидов железа или марганца и связующего. Начальная масса брикетов взвешивается и равна М.
Наверх брикетов устанавливается верхняя шайба с отверстиями 9, на штангу которой нанизываются грузы в виде блинов 4. Топливо в барабане 1 поджигается и затем горит за счет подачи дутья по трубе 7 от вентилятора. Горячие газы проходят через плавающую шайбу с отверстиями 6 в верхнюю съемную секцию 2, нагревая брикеты до температур, которые характерны для шахтных печей в зоне подогрева материалов.
1
1
Одновременно слой брикетов под действием грузов 4 опускается в барабан 1 по мере выгорания топлива. Брикеты испытывают тепловые и силовые нагрузки аналогичные тем, которым они подвергаются в шахтных печах в период плавки. Они разрушаются, дробятся с образованием более мелких фрагментов по отношению к базовому размеру брикетов. После полного выгорания топлива плавающая шайба 6 ложится на решетку 8, замеряется оставшаяся высота столба брикетов h и его масса М, часть мелочи при дроблении брикетов уносится газовым потоком через верхнюю шайбу 9, часть мелочи заполняет пустоты между крупными кусками брикетов, тем самым увеличивая насыпную массу слоя.
Относительная прочность брикетов при разрушении под нагрузкой определяется критерием:
0
где h - начальная высота слоя брикетов в верхней съемной секции 2, равная высоте этой секции
Относительная прочность брикетов за счет разрушения под нагрузкой и уноса части мелочи газовым потоком определяется критерием
0
Начальная М и конечная масса засыпки брикетов в установку выражается формулами:
0
0
0
0
М=ρhS;
0
1
3
где ρ, ρ - насыпная плотность слоя брикетов до и после опыта, кг/м;
0
2
S - площадь сечения установки, м.
0
0
0
0
P=M/(hS);
1
0
Засыпка слоя брикетов в период эксперимента уплотняется, насыпная масса ρ после опыта больше ρ до опыта, то есть
где Δρ - прирост плотности засыпки.
m
h
Подставляя (5) в (3), затем (3) в (2) и используя (1), получаем требуемое соотношение между ε и ε. Оно равно
1
2
m
h
1
2
1
2
m
h
Данное соотношение позволяет определить прочность металлургических брикетов, засыпаемых в устройство для определения прочности, моделирующее работу шахтной печи. Для совершенно прочных брикетов ρ=ρ и из (6) следует ε=ε. Для брикетов имеющих недостаточную прочность ρ>ρ, ρ/ρ>1, и из (6) следует ε<ε.
1
0
m
h
Для примера ρ=1,5ρ и ε=0,5ε.
m
h
m
h
m
h
Таким образом, для реальных прочных брикетов это соотношение будет равно ε=0,85-0,95ε, для брикетов средней прочности ε=0,7-0,85ε, для мало прочных брикетов ε<0,7ε.
Полезная модель позволяет одновременно моделировать процесс горение разных видов твердого топлива и восстановительные процессы в металлургических брикетах, тем самым достигается возможность совместных испытаний твердого топлива и металлургических брикетов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Патент РФ №96963 Лабораторная установка для исследования прочности твердого топлива. / Селянин И.Ф., Феоктистов А.В., Куценко А.И. МПК G01N 1/18. Заявл. 2010.22.03. Опубл. 2010.20.08. Бюл. №23.
2. Патент РФ №99616. Лабораторная установка для исследования прочности твердого топлива. / Селянин И.Ф., Феоктистов А.В., Куценко А.И. МПК G01N 33/22. Заявл. 2010.22.03. Опубл. 2010.20.11. Бюл. №32.