生球干燥的意义、生球干燥的机理

    一、生球干燥的意义
    生球含有大量水份，在高温焙烧之前，必须先干燥，除去其中绝大部分水份。
    (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，带着大量水份进入预热区，球内水份激烈蒸发，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，带着大量水份进入高温焙烧区，水份蒸发，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Fe⁺³,防碍脱硫，使球团矿中FeO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。随着表面水份蒸发，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，生球的水份也达到定值，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。

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    生球干燥特性曲线见图1和图2.生球开始干燥，如果干燥介质的温度、流速和湿度都不变。生球表面水蒸发以等速进行。当表面水蒸发之后，球团内外沿半径方向，产生了温度差。由于导湿现象的作用，水由球内向表面扩散。在干燥前期，水在球内向外扩散的速度，可以保证水在球表面的蒸发，这时生球表面保持湿润，温度不高，干燥速度受表面汽化控制，单位表面积上水的蒸发速度，即干燥速度可用下列公式表示：

    式中  F———蒸发表面积；
          a———干燥介质与球表面之间传热系数；
          γ_t———水在生球表面上温度t时蒸发潜热；
          T———干燥介质温度：
          t———生球表面温度；
          K_p———汽化系数,K_p=k(ω•γ)^0.8,W:介质流速, γ:介质重度；
          P_H———生球表面水的蒸汽压力；
          P_N———干燥介质中水的分压；
          K_c———汽化系数(水从生球表面穿过边界层扩散传质系数)；
          C_H———生球表面气体中饱和湿度；
          C_N———干燥介质的湿度。
    在表面汽化控制阶段，干燥速度只受干燥介质温度、流速和其湿度的影响。
    如图1所示，当生球水份降至B点，干燥过程由恒速转入降速阶段，相应见图2中B－C和C－D段。随着水份蒸发，毛细管收缩，水在毛细管内迁移阻力增加，连通的蜂窝状毛细水，逐步变成孤立的触点态毛细水。与此同时，沿生球半径湿度梯度降低，并由于生球表面干燥，温度升高，沿球半径出现热导湿现象，即水份由高温区域向低温区域扩散，综合这些因素的影响，使得干燥速度降低。水份进一步蒸发，生球内只剩下吸附水、薄膜水，它们与矿粒结合牢固，不能自由移动，只有成为蒸汽才能离开。所以到了干燥的后期，生球表面干燥，温度升高，热量向球内传导，水的汽化在球内进行，直到达到平衡湿度为止。
    降速干燥阶段是一个比较复杂的过程，干燥速度可以近似地以下式表示：

    式中  F———生球表面积；
          K_c———系数；
          c———生球在t时的湿度；
          c_E———平衡湿度。
    实验表明，生球的水份一般有60～90%在恒速干燥阶段蒸发，其余部分在降速干燥阶段去除。