球团理论与工艺-生球干燥.ppt

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 900 1100 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 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 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 A B 对流干燥阶段B C 热传导干燥阶段C D 等速干燥阶段D E 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 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 0 2 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 SiO4 O10 OH 2 nH2O 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15 20个互相叠加的层组成的 层厚约为9 6 20A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 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600 900 而天然钙基膨润土的膨胀度仅有200 300 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 074mm 98 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