球團(tuán)理論與工藝-3生球干燥

1、3 生球干燥(gnzo)生球干燥是在預(yù)熱、焙燒階段(jidun)之前的一道中間作業(yè)。 指借助傳導(dǎo)、對流、輻射等熱傳遞方式在干燥設(shè)備內(nèi)加熱生球，使生球中所含的水分汽化而除去的過程。生球中的水分導(dǎo)致生球塑性變形使生球在預(yù)熱階段產(chǎn)生裂紋或“爆裂” 爆裂溫度：生球在升溫過程中球團(tuán)結(jié)構(gòu)遭到破壞的溫度。一部分球團(tuán)粉化，惡化料層透氣性，焙燒時間延長，球團(tuán)質(zhì)量下降，廢品率增加。目的：使經(jīng)干燥的球團(tuán)能夠安全承受預(yù)熱階段的溫度應(yīng)力。共四十二頁3 生球干燥(gnzo) （1）生球若不干燥，帶著大量水分進(jìn)入預(yù)熱區(qū)（9001100），球內(nèi)水分激烈蒸發(fā)(zhngf)，將使生球裂開，甚至發(fā)生爆裂。生球?yàn)槭裁匆M(jìn)行干燥？ （

2、2）未經(jīng)過充分干燥的生球，直接進(jìn)入高溫區(qū)焙燒，即使不發(fā)生爆裂，但由于球內(nèi)含水甚高，水的蒸發(fā)要吸收大量熱能，球團(tuán)礦不能很快地上升到焙燒指定的溫度，勢必延長焙燒時間，降低生產(chǎn)率，燃料消耗上升。共四十二頁3 生球干燥(gnzo)生球?yàn)槭裁匆M(jìn)行(jnxng)干燥？ （3）以磁鐵礦精礦或含硫高的礦粉生產(chǎn)球團(tuán)礦，充分干燥尤為必要。 未經(jīng)充分干燥的生球，帶著大量水分進(jìn)入高溫焙燒區(qū)，水分蒸發(fā)，影響Fe3O4的氧化和S的氧化。低價(jià)的氧化鐵，在高溫下與脈石作用，形成低熔點(diǎn)的熔體，阻止Fe2+進(jìn)一步氧化成Fe3+，防礙脫硫，使球團(tuán)礦中FeO含量升高，脫硫率降低，甚至產(chǎn)生過多的熔融液相，結(jié)成大塊。共四十二頁3 生球

3、干燥(gnzo)3.1生球干燥(gnzo)機(jī)理平衡濕度是指生球的濕度等于干燥介質(zhì)的濕度。 干燥的原動力是濕度差。 干燥是借熱能使物料中水分(或溶劑)氣化，并由生成蒸氣離開物料的過程。 生球干燥是一個緩慢的汽化脫水過程，水分自生球的內(nèi)部向外擴(kuò)散并從表面汽化脫去。共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.1生球干燥(gnzo)機(jī)理 生球與干燥介質(zhì)熱氣流相遇，生球表面水蒸汽壓力大于干燥介質(zhì)中水蒸汽的分壓，水在生球的表面蒸發(fā)，通過邊界層，為干燥介質(zhì)帶走。 隨著表面水分蒸發(fā)，沿生球的半徑，出現(xiàn)內(nèi)外濕度差，球內(nèi)的水向表層擴(kuò)散，然后在表面上蒸發(fā)，直至達(dá)到濕度平衡。 由此可見，生球的干燥過程由表面氣化和內(nèi)部擴(kuò)散兩

4、部分構(gòu)成。蒸發(fā)擴(kuò)散共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.1.1 表面(biomin)氣化控制 在干燥過程中，生球表面的濕度大于干燥介質(zhì)的濕度，表面水分蒸發(fā)的同時，生球內(nèi)部的水分能不斷地由內(nèi)擴(kuò)散到表面而氣化，使表面保持潮濕，此時水分的內(nèi)部擴(kuò)散速度大于表面汽化速度，這叫“表面氣化控制”。 水分的去除，決定于物體表面上水分的氣化速度。共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.1.1 表面氣化(q hu)控制 干燥介質(zhì)與生球表面間的溫度差為一定值，其蒸發(fā)速度與一般水面氣化相同。 此類干燥作用的進(jìn)行，完全由干燥介質(zhì)的狀態(tài)決定，與物料的性質(zhì)無關(guān)。特點(diǎn)：U內(nèi)擴(kuò)U氣化 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.1.2

5、 內(nèi)部(nib)擴(kuò)散控制 隨著干燥不斷的推移，生球表面的濕度小于干燥介質(zhì)的濕度，表面水分蒸發(fā)后，生球內(nèi)部的水分不能及時地?cái)U(kuò)散到表面，表面出現(xiàn)干殼，蒸發(fā)面向內(nèi)部移動此時，水分的內(nèi)部擴(kuò)散速度小于表面氣化速度， 這叫“內(nèi)部擴(kuò)散控制” 。此時，干燥介質(zhì)已不是干燥過程的決定因素。共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.1.2 內(nèi)部(nib)擴(kuò)散控制當(dāng)生球的干燥過程為內(nèi)部擴(kuò)散控制時，必須設(shè)法增加內(nèi)部的擴(kuò)散速度，或降低表面的氣化速度。否則，將導(dǎo)致生球表面干燥而內(nèi)部潮濕，最終使表面干燥收縮并產(chǎn)生裂紋。 特點(diǎn)：U內(nèi)擴(kuò)U氣化 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.1.3 干燥(gnzo)速度 生球干燥過程不可能單一

6、由表面氣化控制決定，也要受到內(nèi)部擴(kuò)散控制的影響。 由于兩者速度不同，干燥速度也不斷變化。干燥過程可分為4個階段：（1）對流干燥階段 （2）熱傳導(dǎo)干燥階段 （4）降速干燥階段 （3）等速干燥階段 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)（1）對流干燥(gnzo)階段 生球與干燥介質(zhì)接觸，球團(tuán)表面溫度逐漸增加。干燥速度：從零開始隨時間按比例遞增。此階段末期，球團(tuán)表面溫度達(dá)到“濕球溫度”。對流干燥階段球團(tuán)水分的減少值：共四十二頁3 生球干燥(gnzo)（2）熱傳導(dǎo)干燥(gnzo)階段 球團(tuán)表面的溫度保持不變，球團(tuán)整個體積靠熱傳導(dǎo)傳熱。此階段末期，球團(tuán)整個體積溫度達(dá)到“濕球溫度”。熱傳導(dǎo)干燥階段球團(tuán)水分的減

7、少值：球團(tuán)全部加熱透期間水分的減少量：共四十二頁3 生球干燥(gnzo)（3）等速干燥(gnzo)階段 球團(tuán)被加熱透，布滿尺寸不同的毛細(xì)管。球團(tuán)內(nèi)水分通過毛細(xì)管到達(dá)表面而氣化。 受表面氣化控制。 此階段末期，毛細(xì)管表面開始出現(xiàn)凹月面。等速干燥的條件：共四十二頁3 生球干燥(gnzo)（4）降速干燥(gnzo)階段 球團(tuán)溫度增加的同時，干燥速度下降。 球團(tuán)失去表面水分后形成干燥外皮，使潮濕表面減少，水分須由球團(tuán)內(nèi)層蒸發(fā)擴(kuò)散到表面后除去。 干燥速率為內(nèi)部擴(kuò)散所控制。 此階段末期，球團(tuán)全部被干燥。 干燥過程中生球強(qiáng)度又會發(fā)生什么樣的變化？共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.2 干燥過程生球強(qiáng)度(q

8、ingd)的變化 但不均勻收縮使得表面收縮大于平均收縮，中心收縮小于平均收縮，造成生球破裂，強(qiáng)度下降。 生球在干燥過程中，隨著水分的蒸發(fā)將發(fā)生體積收縮，其收縮程度對干燥速度和干燥后生球質(zhì)量都有影響。 收縮不超過一定限度（尚未引起開裂），形成圓錐形毛細(xì)管，使水分由中心加速遷移到表面，從而加快干燥速度。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.2 干燥過程生球強(qiáng)度(qingd)的變化 生球主要靠毛細(xì)力的作用，使粒子彼此粘在一起而具有一定的強(qiáng)度。 隨著干燥過程的進(jìn)行，毛細(xì)水減少，毛細(xì)管收縮，毛細(xì)力增加，粒子間粘結(jié)力加強(qiáng)。球團(tuán)的強(qiáng)度逐漸提高。共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.2 干燥過程生球強(qiáng)度(q

9、ingd)的變化 當(dāng)大部分毛細(xì)水排除后，在顆粒觸點(diǎn)處剩下單獨(dú)彼此銜接的水環(huán)，即觸點(diǎn)毛細(xì)水，此時的粘結(jié)力最大， 球團(tuán)出現(xiàn)最大強(qiáng)度。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.2 干燥過程(guchng)生球強(qiáng)度的變化 水分進(jìn)一步減少時，毛細(xì)水消失，因而失去了毛細(xì)粘結(jié)力。 球團(tuán)的強(qiáng)度下降。共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.2 干燥過程(guchng)生球強(qiáng)度的變化 在失去弱結(jié)合水的瞬間，顆?？繑n，由于分子力的作用，增加了顆粒間的粘結(jié)力，球團(tuán)的強(qiáng)度又提高。 添加粘結(jié)劑，干燥中生球體積收縮，顆粒間接觸緊密，內(nèi)摩擦力增加，使球團(tuán)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。 生球的強(qiáng)度應(yīng)該達(dá)到多少？共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.3

10、 影響生球干燥(gnzo)的因素 生球干燥必須以不發(fā)生破裂為前提。其干燥速度和干燥所需的時間，取決于下列因素： 干燥介質(zhì)的溫度； 干燥介質(zhì)的流速； 生球的初始濕度； 球?qū)拥母叨龋?生球尺寸等。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.3 影響生球干燥(gnzo)的因素3.3.1干燥介質(zhì)的溫度干燥介質(zhì)溫度愈高，干燥時間則愈短。 為了加速生球的干燥，總是希望在較高的溫度介質(zhì)中進(jìn)行，但介質(zhì)最高溫度卻受到生球爆裂溫度的限制。 靜爆溫度和動爆溫度通常用在1.02.0m/s氣流速度下，10%生球有裂紋或爆裂時的溫度作為生球的動爆溫度。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.3.1干燥(gnzo)介質(zhì)的溫度

11、生球在流動的干燥介質(zhì)中的爆裂溫度總比在不動的干燥介質(zhì)中低，因?yàn)樵诹鲃咏橘|(zhì)中，生球表面的蒸氣壓力與介質(zhì)中水蒸氣分壓之差，較不動介質(zhì)干燥時大。 干燥介質(zhì)的最高溫度，應(yīng)低于干球的爆裂溫度。 對各種不同物料所制成的生球，其爆裂溫度亦有差別，必須經(jīng)試驗(yàn)確定。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.3.2干燥(gnzo)介質(zhì)的流速 干燥介質(zhì)的流速大，干速的時間短。 介質(zhì)的溫度高，流速大，濕度小，則干燥速度快。干燥速度過快會產(chǎn)生什么影響？共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.3.2干燥介質(zhì)(jizh)的流速 若干燥速度過快，則表面氣化亦快，當(dāng)生球?qū)裥圆顣r，內(nèi)部擴(kuò)散速度較表面氣化速度低，造成生球內(nèi)部尚含有大

12、量水分時，表面已形成干燥外殼，輕者使球產(chǎn)生裂紋，重者使球爆裂。 對于熱穩(wěn)定性差的生球，干燥時往往采用低溫、大風(fēng)量的干燥制度。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.3.3生球的初始(ch sh)濕度 生球的最初濕度越大，所需要的干燥時間也越長，對于同一種原料所制成的生球，隨著初始濕度的增高，生球的爆裂溫度降低。 在生球的干燥過程中，表面裂紋的產(chǎn)生往往發(fā)生在干燥初期的低溫階段，爆裂則發(fā)生在高溫干燥的后期。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.3.4球?qū)痈叨?god) 生球抽風(fēng)干燥時，下層生球水氣冷凝的程度取決于球?qū)痈叨?，球?qū)佑?，水氣冷凝愈?yán)重，從而降低了下層生球的爆裂溫度。 采取薄層干燥，可

13、以依靠提高介質(zhì)的溫度和流速來加速干燥過程。 只有在球?qū)痈叨炔淮笥?00mm時，才能保證生球有滿意的干燥速度。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.3.5生球尺寸(ch cun) 生球尺寸過大時由于水分從內(nèi)部向外擴(kuò)散的路程遠(yuǎn)，故對干燥不利。 另一方面，由于生球的導(dǎo)熱性差，球徑越大時，則熱導(dǎo)濕性現(xiàn)象越嚴(yán)重，生球干燥速度下降。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.4 提高(t go)生球爆裂溫度的途徑 球團(tuán)礦生產(chǎn)中，生球的干燥約占1/4的焙燒機(jī)面積，降低了焙燒設(shè)備的生產(chǎn)率。 采用通常的提高干燥溫度和提高干燥介質(zhì)流速的方法來強(qiáng)化干燥過程，又受到生球熱穩(wěn)定性的限制。當(dāng)干燥強(qiáng)度過大時，生球結(jié)構(gòu)的破壞程

14、度是不能靠焙燒恢復(fù)的。 因此，提高生球的熱穩(wěn)定性，從而強(qiáng)化干燥過程是生產(chǎn)實(shí)際中急待解決的問題。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.4 提高(t go)生球爆裂溫度的途徑（1）逐步提高干燥介質(zhì)的溫度和氣流速度 生球先在低于破裂溫度以下進(jìn)行干燥，隨著水分不斷減少，生球的破裂溫度相應(yīng)提高。然后逐步提高干燥介質(zhì)的溫度與流速，以加速干燥過程。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.4 提高(t go)生球爆裂溫度的途徑（2）采用鼓風(fēng)和抽風(fēng)相結(jié)合進(jìn)行干燥 在帶式焙燒機(jī)或鏈篦機(jī)上抽風(fēng)干燥時，下層球往往由于水氣的冷凝產(chǎn)生過濕層，使球破裂，甚至球?qū)铀荨Ｒ虼?，可采用鼓風(fēng)和抽風(fēng)相結(jié)合的方法，先鼓風(fēng)干燥，使下層

15、的球蒸發(fā)一部分水分，另外下層的球已經(jīng)被加熱到超過露點(diǎn)，然后再向下抽風(fēng)，就可以避免水分的冷凝，從而提高球的熱穩(wěn)定性。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.4 提高(t go)生球爆裂溫度的途徑（3）薄層干燥 目的是減少蒸氣在球?qū)酉虏坷淠某潭龋棺钕聦拥那蛟谒畾饫淠龝r，球的強(qiáng)度能承受上層球的壓力和介質(zhì)穿過球?qū)拥膲毫?，獲得良好的干燥效果。 共四十二頁3 生球干燥(gnzo)3.4 提高生球爆裂溫度(wnd)的途徑（4）在造球原料中加入添加劑 在造球原料中適量加入添加劑如膨潤土，可使爆裂溫度得到提高，爐內(nèi)粉末量減少，料柱透氣性變好，氣流分布均勻，球團(tuán)的產(chǎn)質(zhì)量得到較大提高。 共四十二頁3 生球干燥(

16、gnzo)膨潤土的性質(zhì)(xngzh)與特點(diǎn) 膨潤土的主要礦物成分蒙脫石（Al(SiO4O10)(OH)2nH2O）具有層狀結(jié)構(gòu)、很強(qiáng)的水化能力和陽離子吸附交換能力，其晶格結(jié)構(gòu)分層排列見下圖。共四十二頁3 生球干燥(gnzo) 天然膨潤土通常(tngchng)它是由1520個互相疊加的層組成的，層厚約為9.620A左右。 層與層之間可以互相滑動，每一層是由帶負(fù)電荷的硅氧化合物（四面體）組成。各層之間由鋁的氫氧化物（八面體）隔開，硅氧四面體結(jié)晶結(jié)構(gòu)可以按離子交換的方式結(jié)合鈣和鎂的陽離子等。 膨潤土的性質(zhì)與特點(diǎn)共四十二頁3 生球干燥(gnzo)膨潤土的性質(zhì)(xngzh)與特點(diǎn) 蒙脫石晶層間能夠吸收大

17、量水分，吸水后晶層間距明顯增大，膨潤土劇烈膨脹，這是膨潤土的最重要特性之一。共四十二頁3 生球干燥(gnzo) 膨潤土的這種膨脹性以及很高的觸變性是表示膨潤土粘結(jié)能力的最重要的特性。 硅氧四面體結(jié)晶結(jié)構(gòu)可以按離子交換的方式(fngsh)結(jié)合鈣和鎂的陽離子，同時鈣離子往往被鈉離子所置換。這些離子對于水在晶層間的粘結(jié)力起決定性作用。膨潤土的性質(zhì)與特點(diǎn)共四十二頁3 生球干燥(gnzo) 根據(jù)層間陽離子的不同，膨潤土主要分為鈣基膨潤土和鈉基膨潤土。 自然界中膨潤土主要以鈣基膨潤土的形式存在，一般來說鈣基膨潤土膨脹能力差，而且在水溶液中粘度也較小。而鈉基膨潤土則具有更好的粘結(jié)性能，因此常對鈣基膨潤土進(jìn)行

18、人工(rngng)鈉化處理。 活化后的鈉基膨潤土膨脹度加大，根據(jù)活化程度不同，膨脹度可以達(dá)到600900，而天然鈣基膨潤土的膨脹度僅有200300。 膨潤土的類別共四十二頁3 生球干燥(gnzo)膨潤土的物性(w xn)指標(biāo)名稱膠質(zhì)價(jià)%膨脹倍數(shù)吸藍(lán)量g/100g蒙脫石含量%陽離子交換量（mmol/100g）粒度-200目%備注EMg2+EK+ECa2+ENa+浙江仇山721135.780.88.802.958.61.097.0Ca基浙江平山981825.056.61.901.218.739.198.0Na基遼寧黑山1001532.072.714.44.350.81.4098.5Ca基美國懷俄明

19、1009233.075.01.882.010.050.0100Na基共四十二頁3 生球干燥(gnzo) 目前球團(tuán)廠粘結(jié)劑主要使用膨潤土。膨潤土可提高生球的落下強(qiáng)度，在造球過程中起調(diào)節(jié)水分的作用，并提高生球的爆裂溫度。 膨潤土對改善生球特別是干球強(qiáng)度的作用機(jī)理， 1）通常被認(rèn)為是膨潤土和液相界面上有較高的電動電位，而導(dǎo)致產(chǎn)生較有力的粘結(jié)作用。 2）也有人認(rèn)為，提高生球強(qiáng)度與膨潤土的離子交換(l z jio hun)能力有關(guān)。離子交換能力高的，其生球強(qiáng)度提高的越明顯。膨潤土在球團(tuán)中的作用和用量共四十二頁3 生球干燥(gnzo) 如何評價(jià)某種膨潤土對球團(tuán)生產(chǎn)的作用，國內(nèi)外尚無完整的合乎科學(xué)理論的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)做法。 球團(tuán)廠目前是以蒙脫石含量來衡量膨潤土質(zhì)量情況。根據(jù)球團(tuán)生產(chǎn)的實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，得出了這樣一條關(guān)系規(guī)律，即:蒙脫石含量愈高，其粒度愈細(xì)，水分愈低，彌散度愈高，其單位使用量就愈少。 為此，確定(qudng)膨潤土技術(shù)條件為: 蒙脫石含量大于60%，粒度小于0.074mm大于98%，水分小于10%。 膨潤土的用量國