资源描述
Wuhan Institute of Technology,Sintering and pelletizing,烧结,在混合料中的燃料燃烧产生高温和一系列的,物理化学变化,的作用下，部分混合料颗粒表明发生,软化和熔化,，产生一定,液相,，并润湿其它未被熔化的矿石颗粒，冷却后，液相将矿粉颗粒,粘结成块,的过程。,4.,铁矿烧结基础理论,4.1,烧结过程燃料燃烧与传热规律,4.2,烧结过程物理化学原理,4.3,烧结料层的气体力学,4.1,烧结过程燃料燃烧与传热规律,4.1.1,燃料燃烧基本原理,4.1.2,燃烧带的特性分析,4.1.3,固体燃料特性及用量对烧结过程的影响,4.1.4,烧结料层中的温度分布及蓄热,4.1.5,烧结过程传热规律及应用,4.1.1,烧结料层燃料燃烧基本原理,烧结过程中，混合料中固体燃料燃烧所提供的热量占烧结总需热量的,90%,左右。,固体炭在温度达,700,以上即着火燃烧，发生如下反应：,碳的不完全燃烧反应：,2C,O,2,2CO G,0,223426,175,.,31T J,碳的完全燃烧反应：,C,O,2,CO,2,G,0,394133,0,.,84T J,CO,的燃烧反应：,2CO,O,2,2CO,2,G,0,564840,173,.,64T J,布都尔反应（歧化反应、碳素沉积反应）：,CO,2,C,2CO G,0,170707,174,.,47T J,4.1.1.1,固体燃料燃烧热力学,燃料所处状态：,燃料群,燃烧前沿有,C ,生成,CO,单颗粒,燃烧前沿有,O,2,生成,CO,2,在烧结料层中可能进行的反应,:,高温,CO,2,稳定；,CO,稳定，,低温,氧过剩生成,碳过剩生成,CO,2,CO,；,对于烧结料层，碳完全燃烧的可能性大，但在高温燃烧带，或者当燃料太多时，也可能生成,CO,。,烧结料层中，,总体是氧化气氛，局部存在还原气氛,。,4.1.1.2,固体燃料燃烧动力学,在烧结过程中，固体燃料呈分散状分布在料层中，燃烧,规律介于单体焦粒燃烧与焦粒层燃烧之间，固体碳的燃烧,属,非均相反应,。,由五个步骤组成,：,限制性环节,（,1,、,3,两步的速率最小）：,氧向含碳表面的扩散；,相界面上的化学反应。,(1),氧由气流本体通过界面层,扩散,到固体碳的表面,；,(2),氧在碳粒表面上,吸附,；,(3),吸附的氧与碳发生化学,反应,；,(4),反应产物的,解吸,；,(5),反应产物由碳粒表面通过界面层向气相,扩散,。,碳粒燃烧速度,:,当扩散速度与化学反应速度同步，,D,=,R,，,整个反应稳定进行,:,D,氧气向固体炭表面扩散迁移速率；,R,相界面化学反应速率；,C,O2,气流本体中氧的浓度；,C,O2,S,碳粒表面上氧的浓度；,D,界面层内传质系数；,R,化学反应速率常数；,n,反应级数。,碳粒燃烧的总速度,在低温下，化学反应速度很慢，,过程的总速度取决于,化学反应速度,，称为“,动力学燃烧区,”。燃烧速度主要受温度的影响，次之为氧气的浓度。,氧气浓度 气流速度 燃料粒度 燃烧温度,在高温下，化学反应速度很快，氧的扩散速度相对很慢，,过程的总速度取决于氧的,扩散速度,，称为“,扩散燃烧区,”。,燃烧速度主要受气流速度，燃料的粒度等因素。,氧气浓度 气流速度 燃料粒度 燃烧温度,在“动力学燃烧区”与“扩散燃烧区”存在一个,过渡燃烧区,。,不同反应由,动力学区,进入,扩散区,的温度不同：,C,和,O,2,的反应于,800,左右开始转入；,C,和,CO,2,的反应则在,1200,时才转入。,在点火后不到,1min,，料层温度升高到,1200,1350,烧结过程影响燃烧速度的因素：,烧结过程燃烧反应基本上是在,扩散区,内进行。,一切能够增加,扩散速度,的因素，都能提高燃烧反应速度，强化烧结过程：,减小燃料粒度；,增加气流速度（改善料层透气性、增大风机风量等）；,气流中的氧含量,；,烧结过程固体碳燃烧的特点,:,1,、料层中碳含量少，粒度细，分布稀疏，需较大的空气过剩系数。,2,、燃烧速度快，燃烧层薄，在,15,50mm,之间。,3,、料层中既有氧化气氛，也有还原气氛，总的是氧化气氛。,4,、燃烧反应处于扩散速度范围。,4.1.2,烧结料层中,燃烧带,烧结过程中燃烧带的特性分析,;,燃烧带特性与燃烧废气组成,;,研究烧结过程中碳粒燃烧速度的目的,:,研究,燃烧带的厚度和燃烧带的移动速度,。,4.1.2.1,烧结过程中燃烧带的特性分析,假定烧结料是由惰性物料与燃料组成，并不发生任何化学反应，同时燃料的燃烧反应以扩散为主。,在推算中考虑到燃料颗粒相对表面积的作用及影响燃烧速度的化学反应速度的因素。,u,燃烧带的移动速度,;,t,0,碳粒完全燃烧时间,.,燃烧带的宽度,I,0,由燃料颗粒的直径,d,，空气流速,w,，原始气体中的氧的浓度,C,H,，,料层的透气性质,m,及,n,以及系数,b,来决定。,系数,b,取决于燃料比表面积,a,T,、其他混合料比表面积,a,m,、以及混合料中燃料体积,V,。,4.1.2.2,燃烧带特性与燃烧废气组成,燃料分散于烧结料中,碳含量少、粒度细而分散，燃料只占总料重的,3,5%,，按体积计不到总料体积的,10,；,烧结过程中的燃烧是介于单颗粒与燃料群的典型的固定床燃烧。,烧结料层中的热交换十分有利，固体碳颗粒燃烧迅速，在一个厚度不大,(,一般为,3040mm),的高温区内进行。燃烧在“扩散燃烧区”进行。,空气过剩系数较高,(,常为,1.41.5),，故废气中均含一定数量的氧。烧结过程,整体是氧过剩，局部碳过剩。,燃烧带特性,计算氧平衡时，考虑,碳酸盐的分解,、,铁氧化物的氧化,或,还原,，废气中（,CO,2,+1/2CO+O,2,）与空气和单一碳的燃烧反应的平衡组成不同。,空气供给氧、某些氧化物供给氧,;,通过废气中,O,2,、,CO,、,CO,2,中的总氧来佐证：某些氧化物供给氧,无,MeCO,3,分解、无氧化物还原、无漏风时：废气中,CO,2,+ 0.5CO + O,2,接近,21%;,烧结赤铁矿时：废气中,CO,2,+ 0.5CO + O,2,为,2223%;,烧结软锰矿时：废气中,CO,2,+ 0.5CO + O,2,达到,23.5%;,烧结磁铁矿时：废气中,CO,2,+ 0.5CO + O,2,降到,18.520%,燃烧废气组成,燃烧带的特征是一种“嵌晶”结构,碳粒燃烧是在周围,没有含碳的惰性物料包围下进行的。,特 点,在靠近燃料颗粒附近，高温度和还原性气氛占优势，氧气,不足。特别是在烧结块形成时，燃料被熔融物包裹时氧更,显得不足。,空气抽过邻近不含碳的区域，温度低得多，明显的氧化气氛,特 点,烧结料层中燃料燃烧除空气供给氧外，混合料中某些氧化物,所含的氧，也往往是燃料活泼的氧化剂。,燃烧产物除中除,O,2,外，还包括,CO,、,CO,2,的,O,2,。,理想状态：,CO,2,+0.5CO+O,2,接近,21%,；,赤铁矿：,22-23%,，软锰矿：,23.5%;,磁铁矿：,18.5-20%,。,燃烧比,:CO,(CO,十,CO,2,),衡量烧结过程中碳的化学能的利用程度。,a,）燃烧比大则碳素利用差，气氛还原性较强；,b,）反之碳素利用好，氧化气氛较强。,影响燃烧比的因素,:,c,）烧结负压,增大，燃烧比增大（燃烧产生的,CO,来不及燃烧）,a,）燃料粒度,变细，燃烧比增大（,CO,2,+C=2CO,）,b,）混合料中燃料含量,增加，燃烧比增大（,CO,2,+C=,2,CO,）,e,）返矿量,减少,燃烧比增大（燃料分布密度增大、烧结时间延长和烧结温度提高）,d,）料层高度提高,燃烧比增大（烧结时间延长和烧结温度提高）,4.1.3,固体燃料特性及用量对烧结过程的影响,固体燃料的粒度,固体燃料的种类,固体燃料的用量,4.1.3.1,固体燃料的粒度,燃料的粒度过大,:,a.,燃烧带变宽，烧结料层透气性变坏；,b.,燃料在料层中分布不均匀，在大颗粒燃料的周围熔化得厉害，离燃料颗粒较远的地方的物料不能很好地烧结；,c.,粗粒燃料周围，还原性气氛较强，没有燃料地方空气得不到利用；,d.,布料时，易产生燃料偏析现象，大颗粒燃料集中在料层的下部，加上烧结料层下部的蓄热作用，使烧结料层的温度差异更大，造成上层烧结矿的强度差，下层过熔,FeO,含量偏高。,燃料的粒度过小：,b.,小的燃料颗粒（小于,0.5,毫米）使烧结料层的透气性变坏，,并有可能被气流带走。,a.,烧结速度快，燃烧所产生的热量难以使烧结料,达到所需的高温，从而使烧结矿的强度下降,燃料最适宜的粒度为,0.5,3,毫米，日本规定燃料粒度,下限为,0.25,毫米，,我国一般烧结厂只要求控制在,3,0,毫米范围内。,固体燃料的粒度，与混合料中各组分的特性有关,:,烧结粒度为,-8mm,的铁矿粉时，粒度为,12mm,的焦粉最适宜，这样的粒度有能力在周围建立,1820mm,烧结矿块。,当烧结,8,0,毫米粉矿时，燃料粒度稍大时对烧结过程影响不大，而当减少燃料粒度时，烧结质量则明显地下降。,铁精矿由于粒度细，当燃料粒度减少时对烧结过程影响不大，,而当其粒度稍有增大时，成品烧结矿的产率和强度显著下降,在烧结精矿时,(-lmm,，其中,-0.074mm,占,30,),，焦粉粒度,0.53mm,最好；,4.1.3.2,固体燃料的种类,碎焦粉粉末和无烟煤；,焦碳是炼焦煤在隔绝空气高温加热后的固体产物,;,碎焦粉末是高炉用的焦碳的筛下物，粒度一般小于,25,毫米,.,衡量焦碳的质量,化学成分、物理机械性能、物理化学性质。,化学成分工业分析（固定炭、灰分、挥发分和含硫量）,物理机械性能机械强度,（如耐磨性和抗冲击强度、抗压强度）及筛分粒度组成,物理化学性质燃烧性和反应性。,燃烧反应速度越快，燃烧反应性越高，,反应性好的焦碳燃烧性也好。,焦 粉,随着煤炭化的程度不同，煤中的挥发物含量的差别是很大的。,炭化程度越高，它的挥发分含量也就越少。,无烟煤是各种煤中炭化最好的烧结燃料,。,要求无烟煤的发热量大于,6000,千卡,/,公斤，挥发分小于,10%,，,灰分小于,15%,，硫小于,2.5%,，进厂的粒度小于,40,毫米。,无烟煤,无烟煤孔隙率小，,反应性较差,，导致垂直烧结速度下降和,烧结矿质量恶化。,无烟煤的着火温度为,750-770 ,，挥发物的分解挥发,温度为,380,400,无烟煤,挥发物不可能燃烧而进入废气，与废气起进入抽风除尘,系统，而在管道壁、排灰阀、除尘器，以及抽风机的内壁,和转子的叶片上沉积下来，危及和妨害整个抽风系统的正,常工作。,燃料选择原则,:,1,）尽量使用焦粉,;,2,）当焦粉供不应求时，可考虑使用无烟煤,;,3,）,不能使用高发挥份的烟煤,。,焦粉和无烟煤中的挥发分含量，不应超过,5,。,燃料的灰分尽可能低些,。,燃料中灰分含量增多必然引起烧结,料含铁量降低和酸性氧化物增多（灰分中,SiO,2,的数量高达,50%,以上）因而必然相应需要增加熔剂的消耗量 。,4.1.3.3,固体燃料的用量,燃料用量高时：,1,）烧结温度高，有利烧结液相的发展，烧结矿强度高；,2,）还原性气氛强，不利于铁酸钙体系的发展，烧结矿,FeO,含,量高，强度低，还原性差。,最适宜的燃料用量应保证所获得的烧结矿具有足够的强度和,良好的还原性。（由试验确定）,1,）磁铁矿烧结过程中，由于,Fe,3,O,4,氧化放热，燃料用量小；,2,）赤铁矿缺乏磁铁矿氧化的热收入，燃料用量高；,3,）菱铁矿和褐铁矿则因为碳酸盐和氢氧化物的分解需要消,耗热量，般则要求更高的燃料用量。,目前一般烧结的燃料用量为,5,6,%,不同铁矿石类型原料用量,4.1.4,烧结料层中的温度分布及蓄热,4.1.4.1,烧结料层中的温度分布特点,当热风达到某一料层时，假定料层为室温的含水料层，料温逐渐上升至,露点,温度，水分蒸发，温度不变；,由于料温与热风温度差的减少，渣化反应、熔化的吸热，温度上升速度降低，料温缓慢升高达到,最高温度,。,水分蒸发完后，料温继续上升，由于烧结料的热容量较小，温度上升很快，到,700,左右，燃料着火，料温迅速升高。,燃烧结束，料层温度开始,降低,，冷却之初，温差较大，降温较快，随着温差的减小，降温速度慢慢降低。,实验室烧结过程,废气,温度的变化,烧结料层温度分布特点,（,1,）燃烧层向下移动，温度越来越高 （自动蓄热）；,（,2,）不是等温变化；,烧结过程示意图,烧结料层中的区域分布,（,1,）烧结矿（即成矿层）,：液相凝固、矿物析晶，预热空气。,表层受冷空气剧冷作用，温度低，矿物来不及析晶，故表层,强度较差,。气孔度高，气孔率大，阻力损失最小,.,（,2,）燃烧层：,主要反应是燃料燃烧，温度可达,11001500,，混合料在固相反应条件下形成低熔点矿物在高温下软化，进一步发展为液相。阻力损失较大。,它对烧结矿的产量、质量影响很大，过厚影响料层透气性导致产量降低，过薄烧结温度低液相数量不足，烧结矿固结不好。,烧结料层中的区域分布,（,3,）预热层：,混合料被燃烧层的热废气干燥和预热，特点是热交换迅速剧烈,废气温度很快从,11001500,降低至,6070,。,此层主要反应是水分蒸发、结晶水及碳酸盐分解，矿石的氧化还原和固相反应。,（,4,）干燥层：,同,预热层交界处温度约,120150,，烧结料中的游离水在此大量蒸发，使料干燥。同时料中热稳定性差的一些球形颗粒可能破裂，使料层透气性变坏。,由于温度太快，干燥层和预热层很难分开，有时统称干燥预热层，厚度,20-40mm,（,5,）过湿层（冷料层）,：上层废气中带入较多的水分，进入本层时，温度降低到,露点,以下而冷凝析出，形成料层过湿。,过湿的最大值一般出现在点火后,2min,，其数量高出原始水分,1520%,，一直持续到干燥层移到炉箅上才结束。,危害,：过湿出现的重力水破坏已造好的混合料小球，降低料层透气性 ，使料层阻力增加，甚至使下层料变为稀泥状而恶化烧结条件。,表示湿度的方法：绝对湿度、相对湿度、露点。,露点温度：湿空气在水蒸气压力,Ps,不变时，冷却至饱和时的温度。露点即相应于水蒸气分压力,Ps,的饱和温度。,点火刚刚结束,:,点火后,1,2,分钟,1,、燃烧带；,2,、预热干燥带；,3,、水分冷凝带；,4,铺底料；,5,、烧结矿带,烧结,8,l0,分钟后,烧结结束前,沿料层高度的温度分布,最高温度在燃烧带。,干燥、预热带温度的迅速降低，即干燥、预热带的热交换迅速，它的高度般小于,50mm,，气体可以自,1400,1500,迅速冷却到,50,60,。,燃烧带下移时，最高温度的升高，高温保持时间延长，这是由于料层的自动蓄热作用的结果。,高温区对烧结过程的影响,:,（,1,）高温区的移动速度（垂直烧结速度）,高温区的移动速度是指燃烧层中温度最高点的移动速度，一般称为,垂直烧结速度,。,垂直烧结速度是决定烧结矿产量的重要因素，产量与其基本成正比例关系。,一定条件下提高垂直烧结速度，烧结产量增加；,垂直烧结速度过高，将导致烧结矿强度和成品率下降，抵消了产量增长的因素，使烧结矿质量变坏。,（,2,）高温区温度,高温区的温度对烧结矿的强度影响很大。,高温区温度高，生成液相多，可以提高烧结矿的强度，但温度过高又会出现过熔现象，恶化了烧结料层的透气性，气流阻力大，影响产量，烧结矿的还原性变差。,（,3,）高温区厚度,高温区的厚度过大会增加气流阻力，也易造成烧结矿过熔。但厚度过小则不能保证各种高温反应所必须的时间，也会影响烧结矿的质量。,因此，获得适合的高温区，是改善烧结生产的重要问题。如何控制呢？,影响高温区的因素：,（,1,）影响高温区移动速度的因素,高温区移动速度和风速成,0.77,1.05,次方关系。因此，凡能增加风速的因素都可以增加高温移动速度。,（,2,）影响高温区温度和厚度的因素,高温区的温度和厚度，取决于高温区的热平衡，具体是燃料用量、燃料粒度、熔剂用量、返矿用量等。,高温区的热平衡为：,Q,Q,T,Q,1,Q,2,Q,3,Q,而,Q,2,mCt,高,所以,由公式知：凡增加料层中的放热反应，及减少吸热反应的一切措施，均有利于提高高温区的温度水平。,式中,:,Q,外部总的供热量；,Q,1,滞留在上部热交换区的热量；,Q,2,用于加热高温区的热量；,Q,3,用于高温区下层的热量；,Q,T,上部所含固体燃料燃烧的总热量,烧结料层热平衡,烧结热平衡：,料层的热收入包括：点火供热、燃料燃烧发热、铁氧化物氧化放热和矿物生成热等；,热支出有石灰石分解、水的蒸发、废气和烧结矿带走热、外部热损失等。,将烧结料层沿高度方向分成若干层，,第一层的热收入,是,点火供热,、混合料中燃料的,燃烧,、氧化反应,放热,、混合料带入的,物理热,和,矿物生成热,；,热支出,为加热该料层所需要的热、废气带走的热、石灰石分解和水分蒸发耗热及热损失。,第一层以下各层,的热收入应增加上层热矿冷却过程送下来的热（经上层烧结矿加热空气的热量）以及上层烧结而进入该层废气的热（废气带入的热）。,式中，,m,高温区物料质量；,c,烧结矿比热；,T,max,高温区达到的最高温度。,式中，,n,从上至下划分的高温区层数；,q,在各层中燃料燃烧的供热量,。,料层中的最高温度为：,推论,：,1.,在烧结料层中没有固体燃料时，,Q,T,0,，越往下层，滞留在上部热交换区的热量不断积累，,Q,Q,T,愈来愈小，,T,max,逐渐降低。,2.,当在烧结料层中有固体燃料时，燃料燃烧放出的燃料使,T,max,升高，,尤其当燃料燃烧放出的热量可以补偿滞留在上部热交换区的热量,时，即,Q,nq,Q,1,值不断增加，,T,max,随料层至上而下不断升高。,T,max,的提高程度取决于添加燃料的数量、粒度及其反应性等。,1,）燃料用量,增加燃料用量，使高温区内部热源增加，提高高温区温度。,由于烧结料层热平衡关系和自动蓄热作用的影响，燃料量变化对沿料层高度方向温度水平的影响变得较为复杂了。随着烧结过程的进行，,Q,T,(,包括燃料燃烧在内的各种放热和吸热反应的总热效应,),不断增加，,Q,1,也在增加。前者使高温区温度水平升高，后者使温度水平降低。因此，高温区的温度水平就决定于这两种因素的总和。,A,、当燃料用量正常或较高时，,Q,T,值较大，此时,Q,T,大于,Q,1,，由于上部烧结矿层的自动蓄热作用，越往下,Q,T,值越大，故烧结过程愈往下进行，高温区温度水平越高；,影响高温区温度和厚度的因素,:,B,、若燃料配比减少，可能出现,Q,T,小于,Q,1,的情况，这样，由于供热不足，越往下温度水平越低。,实际生产中，多属于前一种情况，若再加上燃料粒度较粗，产生分布上的偏析，下层温度就会更高，以至造成过熔。上下料层的温差是引起烧结矿品质不均的直接原因。要得到,Q,T,Q,1,的情况，使上下层温度稳定在一个水平上，普通烧结工艺很难保证。,采用新工艺，使烧结矿上下质量均匀,如采用热风烧结，使外部热源,Q,(,包括点火热量和热风带入的热量,),增加，,Q,1,也随之增加，,Q,T,相应减小,(,燃料配比减小所致,),。因,Q,主要对提高上部温度起较大作用，而,Q,T,还对下部温度起作用，使上下部热量趋于均衡，既可提高表层烧结矿的强度，又不致引起下层烧结矿过熔，烧结矿质量得到改善。,热风温度不能过高，否则因,Q,增加过多而,Q,T,减少过多，导致下部温度降低，使烧结过程恶化，对产品质量不利。,增加燃料用量，也增加了高温区的厚度。这是由于燃料用量增加后，通过高温区的气流中含氧量相对降低，使燃烧速度降低，高温区厚度随之增加。,其他条件相同时，愈向下，高温区愈厚，温度愈高，结果烧结矿质量不均的现象更严重，上层强度差下层还原性不好。,2,）燃料粒度,燃料粒度对高温区温度也有较大影响。,燃料粒度小，比表面积大，与空气接触条件好，燃烧速度快，因此，高温区温度水平高、厚度小；但是，燃料粒度过小，使燃烧过快，既达不到应有的高温，又达不到必要的高温保持时间；,当燃料粒度过大时，一方面使燃烧表面积减小，燃烧速度降低，产量降低；另一方面，料层透气性改善，风速增大，热量很快被带走，使高温区温度降低。,适宜的燃料粒度,0.5,3mm,。小于,0.5,毫米的焦粉，会降低料层的透气性，易被气流吹动而产生偏析，同时燃烧难于达到需要的高温和足够的高温保持时间。,焦粉粒度大于,3,毫米时，易造成布料偏析，将使燃烧层变厚及烧结矿强度下降等不良后果。生产中，筛去小于,0.5mm,的很困难，实际使用粒度为,0,3mm,。,3,）返矿用量,是筛分后筛下的小颗粒的烧结矿和一部分未烧透的夹生料组成，目前烧结厂都配加一部分返矿，目的是：,利用热返矿预热混合料；,改善混合料粒度组成，提高混合料透气性；,有利于烧结过程中掖相生成；（返矿中已含有生成的液相）,较大颗粒的返矿，在布料过程中形成铺底料。,当增加返矿用量时，由于它能减少吸热反应，有助于提高高温区的温度。当返矿用量过高，会降低强度,.,4,）熔剂用量,:,当增加溶剂用量（石灰石或白云石）时，由于吸热反应的发展，使,Q,T,减少，使燃烧层温度降低。,生产高碱度烧结矿时，应适当增加燃料用量。,5,）燃料的燃烧性能,固体燃料的燃烧性能，会影响高温区的温度和厚度。无烟煤与焦粉相比，孔隙度小得多，反应能力和可燃性差，故用大量无烟煤代替焦粉时，会使高温区温度下降，高温区厚度增加，垂直烧结速度下降。,如某厂使用无烟煤粉代替焦粉，成品烧结矿产出量从,53.5,下降到,4l.0,。但无烟煤来源充足，价格便宜，实验证明用无烟煤粉代替,20,25,焦粉时，对烧结矿的产量、品质没有影响。当使用无烟煤粉作燃料时，必须注意改善料层的透气性，把燃料粒度降低一些，同时还要适当增加固体燃料的总用量。,6,）,燃烧速度,与,传热速度,间的配合,烧结过程中燃烧速度与传热速度间的配合情况，对高温区温度水平和厚度影响也很大。,燃烧速度与传热速度同步,，上层烧结矿积蓄的热量被用来提高燃烧层燃料燃烧的温度，使物理热与化学热叠加在一起，达到最高的燃烧层温度；,燃烧速度小于传热速度,，燃烧反应放出的热量是在该层通过大量空气带来的物理热之后，高温区温度则下降，高温区厚度增加；,燃烧速度大于传热速度,，上部的物理热不能大量地用于提高下部燃料的燃烧温度，燃烧层温度也降低，厚度也增加。实际生产中多属于两种速度同步的情况，这样，燃料消耗少，料层温度高，燃烧层厚度也薄,.,4.1.4.2,燃料用量对料层温度分布规律的影响,不加燃料时，料层温度由上至下逐渐降低,维持最高温度的燃料用量时， 最高温度不变,高燃料时，由上至下最高温度不断升高，同时也可以看到高温区的加宽,燃料用量与料层最高温度的关系,沿料层高度，最高温度呈极小值特征,图中曲线,15,分别为碳量,0.0,，,0.5,，,1.1,，,1.5,和,2.5,随着燃料用量的增加，料层温度提高，由上至下温度降低的幅度减小；到含碳量为,2.5%,时，料层温度趋于稳定，到下层，还有温度上升趋势。,燃料低，沿料层由上至下温度降低,正常烧结操作，料层温度在,1300,以上，因此，由上至下温度升高是,必然的。就是“料层自动蓄热” 结果。,烧结料粒度表现为受热,比,表面积,的大小,。,曲线,1,，,2,，,3,分别为,58,，,35,，,0.841.68mm,粒级的烧结料,4.1.4.3,物料粒度对料层最高温度的影响,烧结料粒度：大，热波迁,移速度快，料层最高温度,低。,燃料粒度表现为燃烧表面积,的大小,曲线,101mm,；曲线,236mm,燃料粒度：小，燃烧速度,快，燃烧带厚度小，热能集,中，高温区相对窄，最高温,度高。,4.1.4.4,烧结过程的蓄热计算,对于燃烧带，上层物料对气流的,预热，使进入燃烧带的物理热增,加，燃烧带的燃烧温度提高。,对燃烧带而言，上层相当于高炉,的热风炉。,料层越高，下部蓄热量越多，高,料层操作可充分利用烧结过程的,“自动蓄热”。,定义：,烧结矿层相当于一个加热空气的蓄热器。热的烧结矿将热量传递给气体，使气体温度很快升高，这炽热气体可提供燃烧层需要的全部热量的,3840%,。,蓄热的来源,：上层废气及烧结矿加热冷风带入的热量。,自动蓄热作用使烧结料层中各层最高温度值逐步上升。,厚料层烧结：降低燃料消耗。,提高烧结矿强度。,“,自动蓄热”,图 烧结料层最高温度变化示意图,料层中固体燃料用量不变，均匀分布时，由于烧结料层中的自动蓄热作用，随着燃烧带从上下移，最高温度水平逐渐升高，如图,ABC,线。,在料层上部开始烧结阶段，没有热交换或热交换微弱，燃烧带的温度为,900,1200,，快到烧结终了时，温度升高到,1500,1600,，而工艺要求保持在,1300,1350,的均一最佳水平（线,EDB,）是最理想的。,事实上，在烧结料层上部，热量很不足，存在低温区（,ABE,），而烧结需要的化合物的熔化过程,以及混合料中部分矿物在熔融物中的熔解过程没有充分进行，在这个区域结块物较少，含混合料矿物包裹体较多，部分物料经破碎和筛分后转入返矿中。在下部热量大量过剩，温度超过最佳水平很多（,DC,），导致烧结矿过熔，成品还原性下降。,由此，用普通烧结工艺很难获得质量均一的烧结产品。,目前使上下烧结料层的热量能够得到合理分配的比较有效措施是采用双层布料和燃料分加烧结和烧结过程的补充加热等,4.1.5,烧结传热规律及应用,4.1.5.1,烧结过程传热现象,1951,1952,年英国,E.W.,沃伊斯（,Voice,）在试验时发现，不论原料品种如何，配碳量多少，烧结废气率（,m/t,混合料）都是差不多的。是否空气除供燃料烧外，还要满足传热的需要？,因此他设计了两组试验，用惰性物料如石英、硅铝砖、三氧化二铝代替矿粉，避免放热或吸热熔融造渣。,考虑到热的来源，一组试验配加燃料，另一组试验用外部加热，即将载体加热到,1300,，放在料面上加热，然后进行同样操作条件下的两组试验。,前者称为烧结试验，后者称为传热试验，,燃烧波,(,烧结,),比温度波,(,热波,),的传播最高点的移动时间短促，表示燃烧波移动较温度波移动得快,（,1,）不论烧结试验与传热试验，料层各水平温度变,化曲线的形状有些差别，但,高温带穿过料层的速率,对每种物料是很接近的；,（,2,）不论烧结试验与传热试验，,热波通过料层达到废,气最高温度的传热时间也很接近,；,（,3,）烧结试验与传热试验的废气率很接近。,废气率决定于热传导过程而不是决定于燃料燃烧过程,4.1.5.2,烧结过程传热规律,传热前沿：没有内部热源时，规定当料层温度开始均匀上升时,传热前沿即已到达，一般以,100 ,等温线为准。,燃烧前沿：当配有燃料时，规定当料层温度迅速上升时表明燃,烧前沿到达，一般以,600 ,或,1000 ,等温线为准。,燃烧波曲线的特点：,由于配有燃料，所以曲线,两边不对称,是不等温曲线；,随着火焰波（或燃烧带）向下移动，最高点的温度升高。,热波曲线的特点：,以最高温度为中心，,两边对称,的曲线。,因为整个料层比热相同，空气流速相同；,随着热波向下前进，最高温度逐渐下降，而且热波曲线不断加宽,烧结速度：,指燃烧带中温度最高点移动速度,前沿速度：,各带的推进速度，,E,w,沃依斯,(Voice),定名为前沿速度。,燃烧速度：,单位时间内碳与氧反应所消耗碳的重量,传热速度：,指气一固相的热交换速度,在烧结过程中要求传热和烧结两种速度能够很好配合，,即能“同步”进行”,燃烧速度相对地慢于传热速度,时，高温带的最高温度也,不够高，高温带的移动速度则决定于燃烧速度。,在,传热速度相对慢于燃烧速度时,，料层上部的大量热量,不能完全用于下部燃料的燃烧，也不能有效地传给下部,的混合料，因此,高温带温度降低,。这时高温区的移动速,度决定于传热速度。,影响因素,燃料用量与燃料粒度：用量少，粒度细，燃烧性好，燃烧速度快,料层气流速度的影响：,传热速度与气流速度的,0.81.0,次方成正比,燃烧速度与气流速度的,0.5,次方成正比,当通过料层的气流速度增加到极限时，就可能出现燃烧速度落后于传热速度的现象，即火焰前沿的移动速度落后于热波前沿移动速度的现象。,前沿速度,烧结过程不仅要求燃烧速度和传热速度同步，而且烧结,料层各带的推进速度也要求协调一致，同步前进。如果,某一反应层的推进受到阻碍，烧结过程就可能遭到破坏。,前沿速度,传热前沿代表温度：,100,预热前沿,100700,之间代表温度：,500,干燥前沿代表温度：,100 ,燃烧前沿代表温度：,1000,熔化前沿,12001300,之间,(,升温,),代表温度：,1300,冷却前沿代表温度：,800C,冷凝前沿,3001200,之间（降温,),代表温度：,l300,干燥前沿速度和燃烧前沿速度、传热前沿速度都是关键性环节。,影响传热前沿速度的因素,气体速度较大，传热前沿速度较大；,气体比热较大，传热前沿速度较大；,气体密度较大，传热前沿速度较大；,固体料堆密度大、比热容较大，传热前沿速度较小；,固体料层水分较多、碳酸盐较多、料层孔隙率较小，,则传热前沿速度较小。,影响燃烧前沿速度因素,空气中含氧量越大，燃烧前沿速度越大；,固体燃料可燃性越好、粒度越小，燃烧前沿速度越大；,固体燃料用量与燃烧前沿速度间的关系有极大值；,增加风量会使燃烧前沿速度加快。,4.1.5.3,传热规律在烧结过程中的应用,在配碳正常或稍高的情况下，炭的燃烧速度决定了烧结过程的总速度，“燃烧前沿”的移动速度往往落后于“传热前沿”的移动速度,;,此烧结制度由于供氧不足，即使焦粒已经加热到燃点也不会燃烧。,应采用富氧加速燃烧，或用压力燃烧使燃烧前沿速度加快，从而使整个烧结加快。,若配碳较低，剩余氧很大，加热到燃点的焦粉剧烈燃烧,燃烧前沿移动速度大，因此烧结过程的总速度决定于,传热前沿,速度,。,烧结含硫矿石时，传热前沿移动速度慢于燃烧前沿速度，,因此可提高气体热容量，改善透气性，增加气流速度，,从而加快烧结过程。,传热前沿和燃烧前沿速度,当“燃烧前沿”的移动速度落后于“传热前沿”的移动速度，这是由于氧供应不足，炭的燃烧速度决定了烧结过程的总速度。,富氧或高压操作，,调整燃料粒度以提高燃烧速度。,燃烧前沿移动速度大时，烧结过程的总速度决定于传热前沿速度。,改善透气性，增加气流速度，可加速烧结过程。,压料：降低传热前沿速度,使用焦粉或无烟煤作燃料，并且使用空气进行烧结生产时，料层中的传热和燃烧前沿速度大体上是协调的。但对不同的原料和操作条件还需要作具体的研究，并通过调整，使两种速度尽可能同步，从而得到最优操作参数。,小 结,燃烧速度热力学,烧结过程在点火后不到,1min,，料层温度升高到,1200-1350,，故其燃烧反应基本上是在扩散区内进行，因此，一切能够增加扩散速度的因素,如减小燃料粒度、增加气流速度（改善料层透气性、增大风机风量等）和气流中的氧含量，都能提高燃烧反应速度，强化烧结过程,。,燃烧动力学,固体燃料的粒度和用量,燃料粒度对烧结各项指标的影响表明,3-0mm,时，各项指标最好,燃料用量原则：,尽量使用焦粉；当焦粉供不应求时，可考虑使用无烟煤；不能使用高发挥份的烟煤。焦粉和无烟煤中的挥发分含量，不应超过,5,。,最适宜的燃料用量应保证所获得的烧结矿具有足够的强度和良好的还原性。最适宜的燃料用量需由试验确定。,烧结过程的蓄热作用,蓄热机理：,对于燃烧带，上层物料对气流的预热，使进入燃烧带的物理热增加，燃烧带的燃烧温度提高。,对燃烧带而言，上层相当于高炉的热风炉。,料层越高，下部蓄热量越多，高料层操作可充分利用烧结过程的“自动蓄热”。,烧结过程传热规律：,在烧结过程中,要求传热,速度和燃烧速度能够很好配合，即能“,同步,”进行”,在,传热速度相对慢于燃烧速度时,，料层上部的大量热量不能完全用于下部燃料的燃烧，也不能有效地传给下部的混合料，因此,高温带温度降低,。这时高温区的移动速度决定于传热速度。,燃烧速度相对地慢于传热速度,时，高温带的最高温度也不够高，高温带的移动速度则决定于燃烧速度。,作 业,1,、概念：燃烧性、反应性、传热前沿、燃烧前沿、烧结速度、燃烧速度、前沿速度、传热速度。,2,、烧结过程的五个带；,3,、固体燃料燃烧的热力学原理和动力学原理；,4,、固体燃料的种类、用量、粒度对烧结过程的影响；,5,、烧结过程的蓄热原理及作用,
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