I. Nazariy qism

1.4.Plazmadan foydalanishda shaxta pechlaridagi issiqlik almashinuvining o‘ziga xos xususiyatlari
Shaxta pechlarida temirni bevosita olish jarayonlarining texnik-iqtisodiy ko‘rsatkichlariga gaz va rudali materiallar o‘rtasidagi issiqlik va massa almashinuvining takomillashishida erishiladi. Issiqlik va massa almashinuvi harorat ortishi bilan yaxshilanadi. Lekin, shaxta pechlarida temirni bevosita olishda gazni materiallar ustuni orqali filtrlash lozimligi rudali materialni eritish paytigacha ularning sochiluvchanligini va bo‘laklanganligini saqlash talab qilinadi.
Yoqilg‘ini yoqishning odatdagi usullarida shaxta pechining pastki qismidagi gaz va shixta o‘rtasidagi issiqlik almashinuvi gaz haroratining yetarlicha jadal pasayishini ta'minlamaydi, natijada pech balandligi bo‘ylab katta uchastkada harorat shundayki, bunda yumshagan materiallar zonasi katta balandlikka tarqaladi.
Plazmali generatorda tiklovchi gazni qizdirishda issiqlik almashinuvi jadalligi ancha ortadi. Shaxtaning pastki qismida o‘rnatilgan plazmali generatorda qizdirilgan gazning yuqori kinetik energiyasi plazmatron soplosidan gaz oqib chiqishining tovushdan kuchli tezligini ta'minlaydi va qattiq materialga issiqlik uzatish jadalligi kislorodli alangalanishni qo‘llagandagiga qaraganda , o‘n martaga yuqori bo‘ladi. Bunda shaxta pechi balandligi bo‘ylab harorat pasayadi va materiallar yumshashi zonasi ancha kamayadi, bu gazning materiallar ustuni orqali filtrlanishini ta'minlaydi.
Plazmali generatorda gazni qizdirish plazmatron soplosi sohasidagi hajmda temir rudali materiallarning jadal erishini ta'minlovchi yuqori solishtirma issiqlik oqimlarini olish imkonini yaratadi. Temir rudali material eritishning bunday xususiyati shaxta pechining pastki qismida yuza bilan chegaralangan eritish yuzasining va hajmning (bo‘shliqning) hosil bo‘lishiga olib keladi. Bo‘shliqning yetarlicha katta o‘lchamlarida uning gumbazi beqaror bo‘ladi, yemiriladi va materiallarning navbatdagi porsiyasi eritish zonasiga tushadi.
Agar bo‘shliq o‘lchamlari kichik bo‘lsa, unda temir rudali material bo‘laklaridan iborat bo‘lgan gumbaz dinamik barqaror bo‘ladi va materailning pastga tushishi to‘xtaydi va bu uning asta-sekin qizishiga, shunga ko‘ra, yumshashi va yopishishiga olib keladi, bu esa gazlar filtrlanishini qiyinlashtiradi va shixta ustuni harakati to‘xtaydi.
Erigan bo‘shliq o‘lchamlari plazmali generator quvvati, gaz sarfi, uning soplodan oqib chiqish tezligi va material bo‘lagi o‘lchami bilan belgilanadi.
Gazning oqib chiqish tezligi oshishi bilan gazdan oqim harakatlanishi yo‘nalishi bo‘yicha materialga issiqlik uzatilish jadalligi oshib boradi, bu eritish tezligining va erigan bo‘shliqning uzunligi oshishiga olib keladi. Bo‘shliq uzunligi ortib borishiga ko‘ra, uning tarqalish tezligi kamayadi. Bo‘shliq kengligi faqat belgilangan kattalikkacha ortadi.
Shaxta pechida temir rudali materiallarning harakatlanishini sochiluvchan muhitning teshik orqali to‘kilishi kabi tasavvur qilish mumkin, ularning o‘lchami erigan bo‘shliq o‘lchamlariga mos keladi. Sochiluvchan muhitlar mexanikasidan ma'lumki, bo‘laklangan materiallarning bemalol o‘tishi uchun teshik o‘lchamlari (dtarm) va bo‘laklarning eng katta o‘lchamlari (dK) o‘rtasida belgilangan nisbat talab qilinadi. Bu nisbat buzilganda chiqarish teshigi ustida dinamik barqaror gumbaz hosil bo‘ladi. Bu nisbatning kattaligi sochiluvchan materiallar xususiyatiga (ichki ishqalanish koeffitsientiga, bo‘laklar yirikligiga, ularning shakliga va b.) bog‘liq.
Temir rudali okatishlar uchun dumaloq teshikda n= dtarm/dK) =6/5 miqdorda barqaror gumbaz hosil bo‘lishi sodir bo‘lmaydi. Bo‘laklari noto‘g‘ri geometrik shaklga va ancha katta g‘adir-budir yuzaga ega bo‘lgan aglomerat uchun ushbu nisbatning kritik miqdori 9,5 teng. Teshikning ellipsli shaklida, plazmali generatorning soploli sohasi uchun bu muhim ahamiyatli bo‘lgani kabi, barqaror gumbaz hosil bo‘lishi ehtimoli okatishlarni eritishda istisnodir, agar nisbat kattaligi a/dk >6,0 va b/dk >3,0 bo‘lsa (a va b – ellipsning katta va kichik o‘qi).
Shunday qilib, plazmali generatorning gazoelektrik o‘lchamlariga bog‘liq bo‘lgan belgilangan vaqt oralig‘idan so‘ng erigan bo‘shliq o‘lchami chegaraviy kattalikka yetadi. Bunda, agar material bo‘lagining eng katta o‘lchami (a/dk) kr va (b/dk ) kr nisbatlarning kritik miqdoriga oshmasa, unda gumbaz yemirilishi sodir bo‘ladi va materialning navbatdagi porsiyasi erigan bo‘shliqni to‘ldiradi.
Temir rudali materialning berilgan o‘lchamida plazmali generatorning zaruriy gazoelektrik o‘lchamlarini tanlash mumkin, ular materialning berilgan tezlik bilan tushishini ta'minlovchi erigan bo‘shliqning kritik o‘lchamlarini ta'minlashi mumkin. O‘lchamlar nisbatining kritik miqdoriga rioya qilinmaganda, erigan bo‘shliq bilan barqaror gumbaz hosil bo‘ladi va materiallarning tushishi sodir bo‘lmaydi.
Materiallarning keyinchalik qizdirilishi qatlam balandligi bo‘ylab issiqlik tarqalishi tezligini oshiradi, bu uning yumshashiga olib keladi.
Plazmali generator quvvatini hisoblash asosiga shaxta pechining issiqlik balansi yotadi. Berilgan yiriklikdagi temir rudali materialni tushirish mumkin bo‘lgan plazmatron soplosida eritilgan kritik hajm bo‘shlig‘i uchun eritish zonasiga vaqt birligida Q=Q′+Qpot issiqlik miqdorini berish lozim, bunda Q′– materialni qizdirish uchun boshlang‘ich haroratdan eritish haroratigacha, eritmani eritishga va qizdirishga zarur bo‘lgan issiqlik miqdori, J/s; Qpot – olovbardosh taxlama orqali sovitish suvi bilan pechdan chiqadigan gaz bilan issiqlik talafoti, J/s. Quyidagini yozish mumkin: