1、资源加工学烧结和球团的传热分为三个部分一个热气体以质量流速稳定地通过一个冷料层，产生一个明显的温度前锋11.1 固结过程的传热规律11 粉体固结资源加工学一个热的气体脉冲以比加热整个料层短得多的时间通过料层，然后其温度降到原始固体温度，质量速度保持常数，出现一个温度波考虑料层中的放热以及在（ 1）和（ 2）中发生的气 固相热交换过程。资源加工学对于气相的基本传热方程：对于固相的基本传热方程：资源加工学11.1.1 传热前沿对于充填床的一微小料层面积，可以看作是处于静止状态的 非稳态传热 来分析 （即 Vs=0） 。假设料层仅仅发生固相热交换，没有发生任何化学反应（即 QR=0 ），料层内部不发
2、生导热 （Keff=0） ，料层的传热系数足够大，使料层内任何时刻任何点处固体和气体都具有相同的 温度（即Ts=Tg）。这样，传热方程变为：资源加工学对于 气体 ：对于 固体 ： 两式相加，求解得： 当 t=0时，温度场是沿料层距离 Z的函数；当 t=t时，与距离 Z有关的温度场增加 。资源加工学如果进气温度为常数，则原始温度场将以 经料层稳定传播。这个速度称为 温度前沿速度 或 传热前沿速度 ，即： 结论：传热前沿速度既不决定于气 固相的原始温差，也不决定于传热系数，而是决定于气体质量流速、比热以及固体的比热、堆积密度和料层空隙率。另外，上述速度方程同样适用于冷气体对热料层的冷却过程。资源加
3、工学11.1.2 燃烧前沿料层单元烧结与传热试验时的温度变化曲线a 硅铝砖 b 石英（箭头表示废气最高温度）资源加工学料层中未加燃料而外加热源的传热试验的温度变化曲线（实线）称为温度波（或称 热波 ）料层中配加燃料的烧结试验的温度变化曲线（虚线）称为燃烧波（ 火焰波 ）。结论火焰波移动较温度波移动得快，即料层中有燃料时，火焰波的传播速度加快。资源加工学v烧结过程的传热规律 -高温带的移动速度 高温带的移动速度 一般是指燃烧带中温度最高点移动速度，即垂直烧结速度。与抽入空气的速度、烧结料的性质有以及燃料燃烧速度和气 固热交换的传热速度有关。资源加工学燃烧速度 在烧结过程中是指单位时间内燃料与氧反
4、应所消耗燃料的重量。在烧结温度下 燃烧速度 处于扩散控制，一切能够影响扩散速度的因素都影响燃烧速度。传热速度在烧结过程中是指气 固相的热交换速度。烧结过程中希望燃烧、传热两速度能够很好配合，即能 “ 同步 ” 进行。资源加工学“传热前沿 ” 在没有内部热源时，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 等温线为基准。资源加工学v热波曲线和燃烧波曲线的特点热波曲线的特点整个料层比热相同，空气流速相同，热波曲线是以最高温度为中心，两边对称的曲线。热波曲线随着热波向下前
5、进，最高温度逐步下降，而且热波曲线不断加宽。资源加工学燃烧波曲线的特点燃烧波曲线随着火焰波（或燃烧带）向下移动，最高点的温度升高。燃烧波曲线由于配有燃料，所以曲线两边不对称，是不等温曲线。资源加工学v燃烧前沿速度的影响因素 空气中含氧量越大，燃烧前沿速度越大固体燃料的可燃性越好、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资源加工学11.2 固结过程传质规律传质 在两种以上组分的物系中，当某组分存在浓度差时，该组分即由高浓度区向低浓度区转移，直至浓度差消失为止，这种物质分子定向迁移的过程称为 “ 物质传递 ” ，简称 “ 传质 ” 。资源加工
6、学传导传质 分子扩散 以分子热运动的形式实现的迁移，它与传热中的传导传热机构类似。紊流传质 呈紊流运动的流体内，分子的迁移可以直接借助于流体微团的混合而实现，它与紊流传热机构类似。资源加工学11.2.1 燃料的燃烧在烧结过程中，固体燃料呈分散状分布在料层中，其 燃烧规律性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 。由下列五个步骤组成：氧由气流本体通过界面层扩散到固体碳的表面氧在碳粒表面上吸附吸附的氧与碳发生化学反应反应产物的解吸反应产物由碳粒表面通过界面层向气相扩散资源加工学v碳粒燃烧速率方程假设固体炭燃烧的五个步骤中氧向碳粒表面的扩散和相界面上的化学反应两步的速率最小。氧
7、气向固体炭表面扩散迁移的速率方程 式中： Co2 气流本体中氧的浓度；Cso2 炭粒表面上氧的浓度；KD 界面层内传质系数， KD =D/;D扩散系数 ; 附面层厚度，取决于流速。资源加工学相界面上的化学反应速率方程式中： KR 化学反应速率常数；n 反应级数，为讨论方便，设 n 1。当扩散速率与化学反应速率同步，整个反应稳定进行。即 :则 :资源加工学碳粒燃烧的总速度为：其中： 燃烧反应的总阻力（ 1/k）为扩散和化学反应阻力之和。资源加工学分析 ：在低温下， ，过程的总速度取决于化学反应速度 ，称燃烧处于 “动力学燃烧区 ”。特点： 燃烧速度受温度的影响较大，随温度升高而增加，而不受气流速
8、度、压力和固体燃料粒度的影响。在高温下， ，过程的总速度取决于氧的扩散速度 ，称燃烧处于 “扩散燃烧区 ”。特点： 燃烧速度取决于气体的扩散速度，而温度的改变影响不大。资源加工学说明 ：不同的反应由动力学区进入扩散区的温度不同如：碳和氧气的反应于 800 左右开始转入，而 C和CO2的反应则在 1200 时才转入。烧结过程在点火后不到一分钟，料层温度升高到12001350 ，故其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，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）和气流中的氧含量等，都能提高燃烧反应速度，强化烧结过程。资源加工学11.2.2 分解反应1)结晶
9、水的分解烧结混合料中的矿石和添加剂中往往含有一定结晶水，它们在预热带及燃烧带进行分解。在 700 的温度下，烧结料中的水合物都会在干燥和预热带强烈分解。由于混合料处于预热带的时间短（ 1 2分钟），如果矿石粒度过粗和导热性差，就可能有部分结晶水进入烧结带。烧结条件下，约 80 90结晶水可在燃烧带下的混合料中脱除掉，其余水则在最高温度下脱除。资源加工学2)碳酸盐的分解碳酸盐的分解为多相反应，由相界面上的结晶化学反应和 CO2在产物层 MeO中的扩散环节组成。当分解过程由界面上结晶化学反应控制时，由于天然碳酸盐结构都很致密，球形或立方体颗粒分解反应符合 收缩未反应核模型 ，其动力学方程为：资源加
10、工学分解产物虽是多孔性的，但随着反应向颗粒内部推移， CO2离开反应界面向外扩散的阻力将增大，当粒度较大时尤甚。 CO2的 扩散成为过程的控制环节 ，反应的动力学方程为：资源加工学分析：如果界面反应是限制环节，由实验测得 对反应时间 t的关系是直线关系，表明矿块完全分解的时间与其半径的一次方成正比。如 CO2的扩散是限制环节，那么 对 t不是直线关系，表明矿块完全分解的时间与其半径的二次方成正比。资源加工学在混合限制范围内， 对 t的关系是曲率较小的 “S”形曲线。在一般条件下石灰石的分解是位于过渡范围内的，即界面反应和 CO2的扩散在不同程度上限制了石灰石的分解速度。资源加工学3)氧化物的分
11、解氧化物如 MO2的分解可表示为：MO2（ s） =M（ s） +O2在烧结条件下，进入烧结矿冷却带气体中氧的分压为 0.18 0.19atm，经过燃烧带进入预热带的气相氧的分压一般为 0.07 0. 09atm。在 1350 1450 烧结温度下， Fe 2O3将发生分解， Fe3O4和 FeO由于分解压极小（ 1500 以下为10 7.5和 10 8.3atm），将不发生分解。MnO2和 Mn2O3有很大的分解压，故在烧结条件下都将剧烈分解。资源加工学11.2.3 氧化反应在铁矿粉造块工艺中，低价铁氧化物的氧化程度，决定了造块产品中铁的存在形态和固结方式，产品的矿相结构与产品性能。资源加工学1)烧结过程中的氧化反应烧结过程料层的温度和气氛由上而下出现不同的变化，导致烧结料层氧化度也不同。烧结料层中 FeO变化趋势与温度分布的波形变化基本同步。在同一料层中在靠近碳粒处发生局部还原，靠近气孔处则发生氧化。对同一原料而言，尽力提高烧结矿氧化度，降低结合态 FeO生成是提高烧结矿质量的重要途径。
