Основные характеристики ПМ и расчетные зависимости

Определяемый параметр	Расчетная формула	Условные обозначения
Эквивалент­ный диаметр частиц по­рошков		хi — относительное содержание i -й фракции в смеси; di- — сред­негеометрический размер ча­стицы
Сыпучесть (текучесть) порошков: время, не­обходимое для ссыпа-ния 1 кг продукта, мин		μ — коэффициент трения покоя; α — угол раствора конуса; d — средний диаметр частиц, мм
коэффици­ент сыпу­чести		τ0 — напряжение сцепления; σ п — нормальное напряжение; f 1 — коэффициент внутреннего трения
сыпучесть, г/(см2*с)		Gm — количество порошка, про­сыпающегося за определенное время через установленный за­зор, г; Sз — площадь сечения зазора, см2
коэффици­ент текуче­сти поро­шка		τ — время вытекания порошка из воронки, с; r — радиус во­ронки, см; G — навеска по­рошка, г; п = 2,58 — коэффи­циент

Продолжение табл. 4.4

Определяемый параметр	Расчетная формула	Условные обозначения
Адгезионные свойства по­рошков: адгезион­ное напря­жение, кПа сила адге­зии	A=Fo/(0.785 dn2)   Fад=3(1-Dч)	Fo — усилие отрыва пуансона от уплотненого материала, Н; dn — диаметр пуансона, м Dч — диаметр частиц, мм
Слежалость (слеживае-мость) поро­шка, %		m а — агломерированная мас­са, кг; т0 — общая масса мате­риала, кг
Пластиче­ская проч­ность поро­шка, кПа		K —константа конуса; Рт — сила сопротивления образца, Н; h 1 — глубина погружения ко­нуса, м
Смачивае­мость поро­шков		υ1, υ2 — скорости впитывания, г/мин; η1, η2 — вязкости, Па*с; σ1, σ 2 — поверхностное натяже­ние воды и бензола, Н/см
Способность порошков к грануляции: коэффици­ент К1 коэффици­ент K2 Показатель формуемости		γ, γo — текущая и начальная плотности материала, т/м3; Рпл — давление уплотнения, со-ответствующее началу упруго-пластических деформаций, Па; σ — прочность гранул на раз­давливание, Па; σсж - предел прочности при сжатии, Па; Рпр — давление прессования необходимое для получения изопористого ПМ, Па
Водопогло-щение поро­шка		т, mi — массы сухого и насыщенного водой порошка, г
Показатель истирания порошка, г/см2		т, m1 — массы образца до и после истирания, г; S — площадь истирания, см2
Насыпная плотность, г/см3		а, в — насыпные плотности свободно насыпанного по­рошка и нижнего (сдавлен­ного) слоя; F, f — площади нижнего и верхнего основа­ний пирамиды

В промышленных процессах механической, термической и хи­мической переработки сырья и полуфабрикатов образуются отхо­дящие (отбросные) газы, в которых содержатся взвешенные части­цы. Они обладают всем комплексом свойств ПМ, а газы (в том числе и воздух), содержащие взвешенные частицы, относятся к системам Г—Т (см. табл. 4.2). Промышленные газы — обычно слож­ные аэродисперсные системы, в которых дисперсная среда явля­ется смесью разных газов, взвешенные частицы полидисперсны и находятся в разных агрегатных состояниях.

Пыль в газах, отходящих от сырьевых и цементных сушилок, мельниц, грануляторов, смесителей, печей обжига колчедана, в аспирационном воздухе транспортных устройств и т.п., является следствием несовершенства оборудования и технологических процессов. В дымовых, генераторных, доменных, коксовых и дру­гих подобных газах содержится пыль, образующаяся в процессе горения топлива. Как продукт неполного сгорания органиче­ских веществ (топлива) при недостатке воздуха образуется и уносится сажа. Если в газах содержатся какие-либо вещества в парообразном состоянии, то при охлаждении до определенной температуры пары конденсируются и переходят в жидкое или твердое состояние. Примерами взвесей, образовавшихся в ре­зультате конденсации, могут служить: туман серной кислоты в отходящих газах выпарных аппаратов, туман смол в генераторных и коксовых газах, пыль цветных металлов (цинка, олова, свинца, сурьмы и др.) с низкой температурой испарения в газах. Пыли, образующиеся в результате конденсации паров, называются воз гонами.

Некоторые характеристики наиболее распространенных промышленных пылей приведены в табл. 4.5.

Несмотря на внешнее разнообразие исходного сырья, используемого в порошковых технологиях, ингредиенты того или иного ПМ (как было показано ранее) не только подчиняются одним и тем же теоретическим законам инженерной реологии, но и на практике обладают сходными технологическими свойствами, условиями их предварительной подготовки и последующей переработки. Например, химическая промышленность выпускает широкий ассортимент материалов и изделий в порошкообразном со стоянии: минеральные удобрения, соду, фото- и химические реактивы и многие другие. Эти материалы представляют однотипные кристаллические системы, для которых процессы измельчения, смешения, дозирования, уплотнения, сушки, взвешивания, хранения и пылеулавливания, переработки отходов и другие протекают, как правило, по одному механизму и подчиняются общим закономерностям.

Правомерность применения той или иной расчетной схемы (физическая и математическая модель процесса) определяется, в конечном счете, совокупностью структурно-механических и физико-химических характеристик конкретных ПМ. Экспериментами установлено, что определяющими при решении практических задач создания высокоэффективных, малоотходных, энергосберегающих и экологически безопасных технологий являются пара метры, характеризующие способность к изменению объема ПМ под действием внешних нагрузок и механохимическую активность порошков или их ингредиентов.

Классическим примером порошков МППМ является стекольная шихта, используемая как основное сырье в производстве стекла и стеклянного волокна. Основываясь на данные [1] и результаты исследований [3, 4] доказано, что диаграмма «напряжение — упругая деформация» для шихты имеет характерный вид (рис. 4.7).

Следовательно, в качестве физической модели уплотнения шихт можно использовать (с учетом характерных особенностей стекольных шихт) обобщенную модель уплотнения порошковых материалов, разработанную проф. М. Б. Генераловым. Согласно такой модели для сжимаемых сред с зернистопористой структурой относительное изменение объема опре­деляется средним нормальным напряжением

ε_V = f(σ_c) (4.5)

Вид функции f (σ_с) для каждого материала зависит от структурно-механических и физико-химических свойств порошка и дру­гих параметров, но не зависит от того, при каких условиях — простом или сложном напряженном состоянии — σ_с достигает данного значения.

Все основные свойства продукта, технологии и виды оборудо­вания для решения вопросов ресурсосбережения и экологической безопасности рассмотрим во взаимосвязи (на примере производ­ства стекольных шихт разных составов и назначений).

Химический состав, кг/100 кг стекла, борсодержащей шихты для стекла Е (В₂О₃ = 10 %):

Шихта	№ 1	№2	№ 3	№4
Кварцевый песок Мел Доломит Глинозем Плавиковый шпат Нитрат кальция Мышьяковистый ангидрид Борная кислота Борат кальция Борный ангидрид Борный концентрат	52,52 17,83 21,11 14,70 1,08 1,43 0,29 19,68 - - -	52,52 1,20 21,11 14,70 1,08 1,43 0,29 - 23,39 - -	52,52 17,83 21,1 14,70 1,08 1,43 0,29 - 25,82 - -	50,35 1,10 3,17 14,70 1,08 1,43 0,29 - - - 32,60

Химический состав, кг/ 100 кг стекла, борсодержащей шихты для хрустального стекла (содержание РbО = 24 %):

Шихта	№ 1	№ 2	№ 3	№4
Кварцевый песок Силикат свинца Нитрат свинца Сурик.. Глет Поташ* Селитра калиевая Горная кислота Оксид цинка Оксид мышьяка	52,13 35,7 - - - 14,1/осн. 13,3 2,0 1,0 0,5	58,3 - 37,4 - - 24,2/осн. - 2,0 1,0 0,5	58,3 - - 25,7 - 16,7/осн. 11,1 2,0 1,0 0,5	58,3 - - - 25,4 15,1/осн. 13,3 2,0 1,0 0,5

* Основность < 1 мм — 78,13; остальное — Н₂О.