球团理论与工艺3生球干燥.ppt

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1、3 生球干燥,生球干燥是在预热、焙烧阶段之前的一道中间作业。 指借助传导、对流、辐射等热传递方式在干燥设备内加热生球，使生球中所含的水分汽化而除去的过程。,生球中 的水分,导致生球塑性变形,使生球在预热阶段产生裂纹或“爆裂”,爆裂温度：生球在升温过程中球团结构遭到破坏的温度。,一部分球团粉化，恶化料层透气性，焙烧时间延长，球团质量下降，废品率增加。,目的：使经干燥的球团能够安全承受预热阶段的温度应力。,3 生球干燥,（1）生球若不干燥，带着大量水分进入预热区（9001100），球内水分激烈蒸发，将使生球裂开，甚至发生爆裂。,生球为什么要进行干燥？,（2）未经过充分干燥的生球，直接进入高温区焙烧

2、，即使不发生爆裂，但由于球内含水甚高，水的蒸发要吸收大量热能，球团矿不能很快地上升到焙烧指定的温度，势必延长焙烧时间，降低生产率，燃料消耗上升。,3 生球干燥,生球为什么要进行干燥？,（3）以磁铁矿精矿或含硫高的矿粉生产球团矿，充分干燥尤为必要。 未经充分干燥的生球，带着大量水分进入高温焙烧区，水分蒸发，影响Fe3O4的氧化和S的氧化。低价的氧化铁，在高温下与脉石作用，形成低熔点的熔体，阻止Fe2+进一步氧化成Fe3+，防碍脱硫，使球团矿中FeO含量升高，脱硫率降低，甚至产生过多的熔融液相，结成大块。,3 生球干燥,3.1生球干燥机理,平衡湿度是指生球的湿度等于干燥介质的湿度。,干燥的原动力是

3、湿度差。,干燥是借热能使物料中水分(或溶剂)气化，并由生成蒸气离开物料的过程。 生球干燥是一个缓慢的汽化脱水过程，水分自生球的内部向外扩散并从表面汽化脱去。,3 生球干燥,3.1生球干燥机理,生球与干燥介质热气流相遇，生球表面水蒸汽压力大于干燥介质中水蒸汽的分压，水在生球的表面蒸发，通过边界层，为干燥介质带走。 随着表面水分蒸发，沿生球的半径，出现内外湿度差，球内的水向表层扩散，然后在表面上蒸发，直至达到湿度平衡。 由此可见，生球的干燥过程由表面气化和内部扩散两部分构成。,3 生球干燥,3.1.1 表面气化控制,在干燥过程中，生球表面的湿度大于干燥介质的湿度，表面水分蒸发的同时，生球内部的水分

4、能不断地由内扩散到表面而气化，使表面保持潮湿，此时水分的内部扩散速度大于表面汽化速度，这叫“表面气化控制”。,水分的去除，决定于物体表面上水分的气化速度。,3 生球干燥,3.1.1 表面气化控制,干燥介质与生球表面间的温度/湿度差为一定值，其蒸发速度与一般水面气化相同。 此类干燥作用的进行，完全由干燥介质的状态决定，与物料的性质无关。,特点： U内扩U气化,3 生球干燥,3.1.2 内部扩散控制,随着干燥不断的推移，生球表面的湿度小于干燥介质的湿度，表面水分蒸发后，生球内部的水分不能及时地扩散到表面，表面出现干壳，蒸发面向内部移动此时，水分的内部扩散速度小于表面气化速度， 这叫“内部扩散控制”

5、 。,此时，干燥过程受干燥介质和物料特性的共同决定。,3 生球干燥,3.1.2 内部扩散控制,当生球的干燥过程为内部扩散控制时，必须设法增加内部的扩散速度，或降低表面的气化速度。 否则，将导致生球表面干燥而内部潮湿（干壳），最终使表面干燥收缩并产生裂纹。,特点： U内扩U气化,3 生球干燥,3.1.3 干燥速度,生球干燥过程不可能单一由表面气化控制决定，也要受到内部扩散控制的影响。 由于两者速度不同，干燥速度也不断变化。 干燥过程可分为4个阶段： （1）对流干燥阶段,（2）热传导干燥阶段,（4）降速干燥阶段,（3）等速干燥阶段,3 生球干燥,（1）对流干燥阶段,生球与干燥介质接触，球团表面温度

6、逐渐增加。,干燥速度：从零开始随时间按比例递增。,此阶段末期，球团表面温度达到“湿球温度”。,对流干燥阶段球团水分的减少值：,球体表面附着有水时，水分蒸发带走热量后球体的温度,3 生球干燥,（2）热传导干燥阶段,球团表面的温度保持不变，球团整个体积靠热传导传热。 此阶段末期，球团整个体积温度达到“湿球温度”。,热传导干燥阶段球团水分的减少值：,球团全部加热透期间水分的减少量：,3 生球干燥,（3）等速干燥阶段,球团被加热透，布满尺寸不同的毛细管。球团内水分通过毛细管到达表面而气化。 受表面气化控制。 此阶段末期，毛细管表面开始出现凹月面。,等速干燥的条件：,3 生球干燥,（4）降速干燥阶段,球

7、团温度增加的同时，干燥速度下降。 球团失去表面水分后形成干燥外皮，使潮湿表面减少，水分须由球团内层蒸发扩散到表面后除去。 干燥速率为内部扩散所控制。 此阶段末期，球团全部被干燥。,3 生球干燥,干燥过程中生球强度又会发生什么样的变化？,AB，对流干燥阶段 BC，热传导干燥阶段 CD，等速干燥阶段 DE，降速干燥阶段,3 生球干燥,3.2 干燥过程生球强度的变化,但不均匀收缩使得表面收缩大于平均收缩，中心收缩小于平均收缩，造成生球破裂，强度下降。,生球在干燥过程中，随着水分的蒸发将发生体积收缩，其收缩程度对干燥速度和干燥后生球质量都有影响。 收缩不超过一定限度（尚未引起开裂），形成圆锥形毛细管，

8、使水分由中心加速迁移到表面，从而加快干燥速度。,3 生球干燥,3.2 干燥过程生球强度的变化,生球主要靠毛细力的作用，使粒子彼此粘在一起而具有一定的强度。,随着干燥过程的进行，毛细水减少，毛细管收缩，毛细力增加，粒子间粘结力加强。 球团的强度逐渐提高。,3 生球干燥,3.2 干燥过程生球强度的变化,当大部分毛细水排除后，在颗粒触点处剩下单独彼此衔接的水环，即触点毛细水，此时的粘结力最大， 球团出现最大强度。,3 生球干燥,3.2 干燥过程生球强度的变化,水分进一步减少时，毛细水消失，因而失去了毛细粘结力。 球团的强度下降。,3 生球干燥,3.2 干燥过程生球强度的变化,在失去弱结合水的瞬间，颗

9、粒靠拢，由于分子力的作用，增加了颗粒间的粘结力， 球团的强度又提高。,添加粘结剂，干燥中生球体积收缩，颗粒间接触紧密，内摩擦力增加，使球团结构坚固。,干球的强度应该达到多少？,3 生球干燥,3.3 影响生球干燥的因素,生球干燥必须以不发生破裂为前提。其干燥速度和干燥所需的时间，取决于： 干燥介质的温度； 干燥介质的流速； 生球的初始湿度； 球层的高度； 生球尺寸等。,3 生球干燥,3.3 影响生球干燥的因素,3.3.1干燥介质的温度,干燥介质温度愈高，干燥时间则愈短。,为了加速生球的干燥，总是希望在较高的温度介质中进行，但介质最高温度却受到生球爆裂温度的限制。,静爆温度和动爆温度,通常用在1.

10、02.0m/s气流速度下，10%生球有裂纹或爆裂时的温度作为生球的动爆温度。,3 生球干燥,3.3.1干燥介质的温度,生球在流动的干燥介质中的爆裂温度总比在不动的干燥介质中低，因为在流动介质中，生球表面的蒸气压力与介质中水蒸气分压之差，较不动介质干燥时大。,干燥介质的最高温度，应低于干球的爆裂温度。 对各种不同物料所制成的生球，其爆裂温度亦有差别，必须经试验确定。,3 生球干燥,3.3.2干燥介质的流速,干燥介质的流速大，干燥的时间短。,介质的温度高，流速大，湿度小，则干燥速度快。,干燥速度过快会产生什么影响？,3 生球干燥,3.3.2干燥介质的流速,若干燥速度过快，则表面气化亦快，当生球导湿

11、性差时，内部扩散速度较表面气化速度低，造成生球内部尚含有大量水分时，表面已形成干燥外壳，轻者使球产生裂纹，重者使球爆裂。,对于热稳定性差的生球，干燥时往往采用低温、大风量的干燥制度。,3 生球干燥,3.3.3生球的初始湿度,生球的最初湿度越大，所需要的干燥时间也越长，对于同一种原料所制成的生球，随着初始湿度的增高，生球的爆裂温度降低。,在生球的干燥过程中， 表面裂纹的产生往往发生在干燥初期的低温阶段， 爆裂则发生在高温干燥的后期。,3 生球干燥,3.3.4球层高度,生球抽风干燥时，下层生球水气冷凝的程度取决于球层高度，球层愈高，水气冷凝愈严重，从而降低了下层生球的爆裂温度。,采取薄层干燥，可以

12、依靠提高介质的温度和流速来加速干燥过程。 只有在球层高度不大于200mm时，才能保证生球有满意的干燥速度。,3 生球干燥,3.3.5生球尺寸,生球尺寸过大时由于水分从内部向外扩散的路程远，故对干燥不利。 另一方面，由于生球的导热性差，球径越大时，则热导湿性现象越严重，生球干燥速度下降。,3 生球干燥,3.4 提高生球爆裂温度的途径,球团矿生产中，生球的干燥约占1/4的焙烧机面积，降低了焙烧设备的生产率。 干燥温度和提高干燥介质流速的提高，受到生球热稳定性的限制。 因此，提高生球的热稳定性，从而强化干燥过程是生产实际中急待解决的问题。,3 生球干燥,3.4 提高生球爆裂温度的途径,（1）逐步提高

13、干燥介质的温度和气流速度 生球先在低于破裂温度以下进行干燥，随着水分不断减少，生球的破裂温度相应提高。然后逐步提高干燥介质的温度与流速，以加速干燥过程。,3 生球干燥,3.4 提高生球爆裂温度的途径,（2）采用鼓风和抽风相结合进行干燥 在带式焙烧机或链篦机上抽风干燥时，下层球易发生过湿，使球破裂，甚至球层塌陷。 因此，可采用鼓风和抽风相结合的方法，先鼓风干燥，使下层的球蒸发一部分水分，另外下层的球已经被加热到超过露点，然后再向下抽风，就可以避免水分的冷凝。,3 生球干燥,3.4 提高生球爆裂温度的途径,（3）薄层干燥 减少蒸气在球层下部冷凝的程度，使最下层的球在水气冷凝时，球的强度能承受上层球

14、的压力和介质穿过球层的压力，获得良好的干燥效果。,3 生球干燥,3.4 提高生球爆裂温度的途径,（4）在造球原料中加入添加剂 在造球原料中适量加入添加剂如膨润土，可使爆裂温度得到提高，炉内粉末量减少，料柱透气性变好，气流分布均匀，球团的产质量得到较大提高。,3 生球干燥,（1）膨润土的性质与特点,膨润土的主要矿物成分蒙脱石（Al(SiO4O10)(OH)2nH2O） 具有层状结构、很强的水化能力和阳离子交换能力，其晶格结构分层排列见下图。,3 生球干燥,天然蒙脱石通常由1520个互相叠加的层组成的，层厚约为9.620A左右。 层与层之间可以互相滑动，每一层是由带负电荷的硅氧化合物（四面体）组成

15、。各层之间由铝的氢氧化物（八面体）隔开，硅氧四面体结晶结构可以按离子交换的方式结合钙和镁的阳离子等。,蒙脱石的层状结构,3 生球干燥,蒙脱石的水化能力,蒙脱石晶层间能够吸收大量水分，吸水后晶层间距明显增大，膨润土剧烈膨胀，这是膨润土的最重要特性之一。,3 生球干燥,硅氧四面体结晶结构可以按离子交换的方式结合Ca和Mg的阳离子，同时钙离子往往被Na离子所置换。这些离子对于水在晶层间的粘结力起决定性作用。,蒙脱石的离子交换能力,3 生球干燥,根据层间阳离子的不同，膨润土主要分为钙基膨润土和钠基膨润土。 自然界中膨润土90%以上为钙基膨润土，其钙基膨润土膨胀能力差，而且在水溶液中粘度也较小。 而钠基

16、膨润土则具有更好的粘结性能，因此常对钙基膨润土进行人工钠化处理。 活化后的钠基膨润土膨胀度加大，根据活化程度不同，膨胀度可以达到600900，而天然钙基膨润土的膨胀度仅有200300。,（2）膨润土的类别,3 生球干燥,（3）膨润土的物性指标,3 生球干燥,目前球团厂粘结剂主要使用膨润土。 可提高生球的落下强度， 在造球过程中调节水分， 提高生球的爆裂温度。 膨润土对改善生球特别是干球强度的作用机理， 1）通常被认为是膨润土和液相界面上有较高的电动电位，而导致产生较有力的粘结作用。 2）也有人认为，提高生球强度与膨润土的离子交换能力有关。离子交换能力高的，其生球强度提高的越明显。,（4）膨润土

17、在球团中的作用和机理,3 生球干燥,球团厂目前是以蒙脱石含量来衡量膨润土质量情况。根据球团生产的实践、经验和实验，得出了这样一条关系规律，即：蒙脱石含量愈高，其粒度愈细，水分愈低，弥散度愈高，其单位使用量就愈少。 为此，确定膨润土技术条件为: 蒙脱石含量60%，粒度小于0.074mm98%，水分10%。 膨润土的用量国外一般为0.5 % 2%，国内为2 %5%。,（5）膨润土在球团中的用量,3 生球干燥,蒙脱石在差热曲线中反应出有三个吸热效应和一个放热效应。 第一吸热效应在90130之间，呈现一很强的低温吸热谷，属于排出外表的分子结合水和层间水。 在550750左右出现第二吸热谷，它标志结构水的排出和晶体结构的破坏，即膨润土物理性能的丧失。 在9001000又出现第三个吸热谷，紧接着一个放热峰，第三个吸热谷出现，表示蒙脱石结构完全破坏。放热峰表示为一种新的矿物(如尖晶石)的形成。,（6）膨润土提高球团爆裂温度的原因,干燥速度下降：晶层中含有分子结合水，使表面气化速度降低； 毛细水容易进入晶层，干燥外壳形成慢，大量毛细水在表面蒸发。 不易造成内部过剩的蒸气压,