(四)烧结料层中温度的分布及影响温度的因素
料层中温度分布的特点是:
1)由低温到高温,然后又从高温迅速下降到低温的典型温度分布曲线,在燃烧带有最高点。此曲线仅仅随着烧结进程沿着气流方向波浪式的移动不断改变位置,同时最高温度点上升。这个特征与料层的高度、原料的特性及其它许多因素没有什么关系。只有采用新的烧结方法,如烧结料层的预热或烧结矿的热处理时才有区别。
2)燃烧带下部的热交换是在一个很窄的加热及干燥带完成,它的高度很少超过50毫米,尽管距离很短,但气体来得及自1400~1500℃冷却至50~60℃.主要是气流速度人,温差大,对流传热量大。另一方面由于料粒有很大的比表面积,彼此紧密接触,传导传热也在迅速进行。
3)燃烧带的最高温度随着烧结过程的进行有所上升,这主要由于上述的蓄热怍用,见图3.
C.Г.布盘塔契可夫根据固定料层热交换定律、燃烧带热平衡及燃烧动力学公式,提出计算沿料层高度的烧结温度的近似方法,其计算结果与实测数据对于惰性物料烧结比较接近,但对真实的矿石烧结,两者还有距离。[next]
物料的粒度及燃料消耗以及空气消耗量对料层内的温度分布都有影响。
(1)物料的粒度对温度场分布的影响。图4表示物料粒度对料层最高温度的影响。
粒度愈大,在相同水平面高度的温度愈低。在同一粒度级别的料层中,在同一水平面不含碳的料层物料温度比含碳的显著降低。粒度大小直接影响到热交换,粒度粗的物料具有单位容积相对小的表面积,从气流中接受的热量较细粒部分少。由于气流在一个较长的通道中保存本身的热量,这就使得在粗粒料有较大的“热波”运动速度和较小的物料温度。通常认为粗粒级烧结混合料有较大的烧结速度,这是由于较大透气性的结果。但事实上热波的平均运动速度与粒度有密切关系。即热交换面积的大小对烧结过程的速度有重要的影响。
(2)燃料消耗对料层最高温度的影响(图5).
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1)当热波通过不含燃料(0%C)的料层时,温度随着热波向下移动而不断降低,因为在每一单元料层中都要留下部分热而其余部分才为气体带走。如果料层没有其它热补充(固体燃料),继续向下的热波,其最高温度必然逐步下降;
2)随着物料中含碳量(0.5%~1.5%C)增加,曲线发生变化。在下部各水平面由于固体燃料燃烧所积蓄的热量使温度提高了,在同一水平的最高温度随着燃料用量的增加而增加。当含C=2.5%时,出现了凹形曲线。在料层上部出现下降的趋势是由于热交换过程中温度降低了,不能为固体燃料产生的热量所补偿。在料层下部,由于蓄热条件较好,进入燃烧带的空气温度也较高。所以料层中最高温度开始上升。如燃料超过一定值,则料层下部的最高温度甚至出现逐渐增高的趋势。
图6是包钢中央试验室烧结杯中使用石英砂配加含碳3.0%、3.6%、4.2%、8.2%的焦粉料时,料层高度为200毫米,负压为1100毫米水柱(1100×9.08665帕),某一料层一固定点在烧结过程中温度的变化。
随着配碳量的提高,烧结温度提高了,维持同一温度的时间延长了,即曲线扩展了。但当配碳提高到4.2%以上时,最高温度的上升不明显了。[next]
F.卡佩尔(Cappel)及E.U.文德博恩(Wendeborn)根据传热计算确定混合料层的温度分布。他在惰性物料中配加足够的燃料;这样料层的第二水平层的温度由1000℃上升到1500℃(1000℃为点火温度),以下各水平层的物料温度根据计算可达到1500℃以上,如图7.但是由于出现熔体,温度不能进一步上升。曲线上阴影部分表示各分层内的有效熔化热。
(3)空气消耗量的影响。随着通过料层的空气数量的增加,最高温度值降低。空气流速的增加引起传热系数的增大,同时在单位时间内经过每个单元的气态载热体的物质也增加。如果传热系数与空气流动速度成比例地增加,则进入料层的热量也增加,这样最高温度可能保持不变。但实际上空气速度增大时,出现料层温度降低现象,这说明传热系数增长的有利影响比载热体增长的不利影响要小些。即前一料层中的蓄热消耗于大量的空气物质的加热上,这样料层中的最高温度降低了,见图8.
此外烧结混合料在烧结过程中的放热及吸热反应,固体物料被预热的温度,点火时加入的热量,烧结料层的容积比热,对于烧结料层中的最高温度都有一定的影响。