烧结过程气体力学（二）

    在烧结过程中由于物料的熔融然后结晶与凝固形成了新的床层结构-改变了原来的料粒直径、形状系数及料层的体积收缩率。这里起决定性因素的是固相物料的熔融温度(或熔体的凝固温度)以及烧结可能达到的最高温度。图6绘出沿烧结料层高度的料层结构参数的变化。

    在混合料层，干燥层和烧结矿层，床层结构均不变化。混合料层和干燥层比表面积大而孔隙率小，故传热效率高，升温快，但透气性不好。烧结矿层比表面积小而孔隙率大，故透气性好，但传热效率低，冷却速度不快。床层结构的变化主要发生在燃烧和熔融固结层。燃烧层开始阶段由于物料尚未软熔收缩，燃烧颗粒变小使孔隙率稍有增长，随着软熔发生，孔隙率下降，软熔程度愈高，由于收缩率愈大而导致s下降愈多。到固结层，则由于形状系数的减小而使得孔隙率迅速上升。比表面积的变化主要在燃烧熔融阶段，由于颗粒变大,A_s迅速变小。固结层A_s几乎保持不变。
   （四）料层的阻力损失
    早年L.k.拉姆辛(Ramsin)对散料的阻力损失提出以下公式：
                    Δp=AhWⁿ                    (5)
    式中  Δp———散料层的阻力损失；
          A,n———决定于料粒形状尺寸的系数；
          h———料层高度；
          W———通过料层的气流速度。
    由于A,n根据料粒形状及颗粒尺寸而变化，而料粒表面积及空气流速对A,n系数有很大的影响，实测压损与计算值相差很大，因此该公式用于烧结是有困难的。后来E.W.沃伊斯(Voice)在试验的基础上提出另外一个方程式[2]:

    式中  P———料层的透气性指数；
          Q———通过料层的风量,米³/分；
          A———炉箅面积,米²;
          h———料层高度,毫米；
         Δp———料层阻力，毫米水柱；
          m,n———系数。[next]
    料层透气性指数是指在单位压力梯度下，单位面积上通过的气体流量。因此它是表示料层透气性的一个指标。其计量单位，英国采用英制叫BPU,日本采用公制(6式的注释单位)叫JPU.
    式中的m,n可以通过试验来决定。

    1)若Δp及P不变，改变风量即可得出相应的Δp值，取其对数值绘于图7(a)中,其斜率等于m:
                               lgQ=lgK+mlgΔp
    从图可知，在该试验条件下m=0.6
    2)若Δp及P不变，改变料层高度h,则可得h与Q的关系，取其对数值绘于图7(b);其斜率等于n:
                               lgQ=lgK-nlgh
    在该试验条件下,n=0.62
    由以上两组试验可以得到：

    实际上n与烧结料的粒度大小及烧结过程有密切关系。
    粒度                   10～0mm        n=0.55
                           6～0mm         n=0.6
                           3～0mm         n=0.95

    烧结过程                点火前         n=0.6
                           点火瞬时       n=0.65
                           烧结时         n=0.6
                           烧结后         n=0.55[next]
    根据最近研究，烧结物料的粒度组成及作业制度对m,n系数有不同的影响。图8示出物料的粒度组成对m、n的影响。只有当物料粒度组成均一时,m、n值相差较小。图9是上述研究的综合结果。

    只有当料层孔隙度大时，料层高度及抽风负压低时,m、n两值较接近。所以沃伊期公式中m=n=0.6是有条件的。应用此公式进行定量分析时要加以注意。
    沃伊斯公式的优点是计算简便，基本反应出烧结过程中主要工艺参数的相互关系。其主要缺点是没有示出透气性指数的内容，看不出影响透气性的因素何在。
    D.W.密切尔(MitchelI)从控制散料层气流的最基本因素考虑它们之间的关系，使用卡曼(Carman)阻力因素Ф及雷诺数Re的经验公式来推算。