一、生球干燥的意义
生球含有大量水分,在高温焙烧之前,必须先干燥,除去其中绝大部分水分。
(1)生球在进入高温焙烧之前,要先经过预热。预热一般在900~1100℃气流中进行。生球若不干燥,带着大量水分进入预热区,球内水分激烈蒸发,将使生球裂开,甚至发生爆裂。
(2)未经过充分干燥的生球,直接进入高温区焙烧,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,并使燃料消耗上升。
(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Fe+2进一步氧化成Fe+3,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。
因此生球干燥是防止生球开裂,提高球团矿产量,改善球团矿品质的必要工序,况且在生产中干燥生球使用的是冷却球团矿的余热或焙烧球团矿的废气余热。
二、生球干燥的机理
含水份甚高的生球,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。即干燥介质的温度和湿度不变,生球的水分也达到定值,生球的干燥过程即告终止。由此可见,生球的干燥过程由表面蒸发和内部水扩散两部分构成。干燥速度受较慢的环节控制。
三、生球干燥过程中强度的变化与裂纹和爆裂
生球主要靠水的毛细管作用力将颗粒联系在一起,并具有一定的强度。随着干燥过程的进行,毛细水减少,毛细管收缩,毛细管作用力加强,使生球的抗压强度提高。当大部分毛细水蒸发之后,剩下少量触点状毛细水,仍能维持生球的强度。水分进一步蒸发,毛细水消失,生球的强度理应下降。但是由于收缩使颗粒靠拢,增加了颗粒间的分子作用力和摩擦阻力,故生球仍有一定的强度。
干燥后生球的强度与原料的性质、粒度组成关系甚大,特别是原料中含有胶体颗粒,或粘结性物质,可以使干燥后的生球具有相当高的抗压强度。虽然生球的抗压强度明显提高,但是抗冲击强度下降。因为失去了在颗粒之间起缓冲作用的毛细水,使生球变脆。
生球干燥过程中产生收缩,固然有利于提高其强度,但是不均匀的收缩,会导致在球内产生应力。由于生球的外层干燥较快,温度较高,是得收缩率大,中心则相反。所以外层受拉应力,内部受压应力,从而使生球产生裂纹。实验证明,已经裂纹得生球,虽然经过高温下焙烧,裂纹不可能愈合,成品球得强度将受到影响。
当生球进入降速干燥阶段,干燥速度受内部蒸汽扩散速度控制。这时干燥介质得流速已不能影响干燥速度。为提高干燥速度,只有提高介质温度,而过高的温度,使生球内部水分激烈蒸发,如果向外扩散不及,必使内部蒸汽压力升高,一旦超过表层的强度极限,便发生爆裂。爆裂不仅损失了球团矿,而且恶化床层的透气性,不利于下一步焙烧工序。
防止生球爆裂的措施有以下几种:
(1)严格控制干燥介质的温度在生球爆裂温度以下。这种措施虽然有效,但是若生球爆裂温度太低,势必影响干燥速度,从而降低了生产率。
(2)配加皂土是一项有效提高生球爆裂温度的措施。皂土可以降低生球中水分的蒸发速度,使水缓慢地释放出来,从而降低了生球内部的蒸汽压力。此外皂土 提高了生球的强度,因而提高了生球抗爆裂能力。
(3)除上述两项措施之外,如能控制生球的密度,使之有适当的孔隙,以便于球内蒸汽向外部扩散,而控制球团的密度,除控制其原料的粒度组成外,最有效的办法是控制造球时间。实验证明缩短造球时间,可以提高生球的爆裂温度,但与生球的强度发生矛盾。因此若采取此种措施,必须兼顾强度和爆裂温度二者的要求。
(4)生球的爆裂温度与其含水量有关。水分愈高,爆裂温度愈低,反之亦相反。因此可以采用逐步升温的干燥方法,以加快干燥过程。
四、影响生球干燥的因素
在生产实际中,应尽可能做到,在生球不发生破裂的前提下,提高干燥速度,以加快干燥过程。影响生球干燥的因素,除生球本身的因素外,主要的是干燥介质的温度、流速和湿度、干燥床层厚度等。
生球自身影响干燥的因素有生球的尺寸、孔隙度、含水分量等。直径愈小的生球,具有较大的比表面积,蒸发面积大,内部蒸汽扩散距离短,因而阻力较小,故容易干燥,而且可以承受较高的干燥温度。孔隙度高的生球,由表面向内部传热慢,而蒸汽向外扩散的阻力小,故可以在较高的介质温度下干燥,不致发生爆裂。含水分较低的生球,具有较高的爆裂温度。此外添加剂的类别和添加量对生球的干燥也有影响。如皂土可以明显地提高生球的爆裂温度,从而能加速干燥过程。但是配加过多皂土,可能得到相反的效果。因为皂土本身脱水缓慢,而且使生球结构致密,不利于内部蒸汽向外扩散。
干燥介质的温度愈高,流速愈大,生球干燥速度愈快。介质温度高,一方面有利于传热,从而加速水分蒸发,另一方面,当介质含水分一定时,温度愈高,相对湿度降低,有利于生球含水向介质中扩散,介质流速大,有利于保持生球表面蒸汽压力,与介质中水蒸汽分压有一定差距,并且改善水蒸汽向介质中扩散条件,能够加速干燥过程。
实验证明,干燥某种球团矿,当球层高度为100mm时,干燥介质温度400℃,不曾发生爆裂,但当球层高度为300mm时,在同样的介质流速下,250℃便发生爆裂,因为球层愈高,干燥介质中水分在底层凝结愈严重,使下层生球含水升高,为解决这一问题,或采用较薄球层,或采用双向干燥,即先从下部鼓风干燥,以降低下层生球的水分,并提高其温度,再从上部抽风干燥,这样可避免下层生球过湿的现象发生。在生产实际中,链箅机——回转窑系统采取较薄球层,而球层较厚的带式焙烧机,采取鼓风——抽风干燥。
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