《烧结理论与工艺》第四章 烧结过程燃烧与传热

球团理论与工艺

第四章烧结过程燃烧与热量传输规律4.1烧结过程燃料燃烧基本原理 4.2烧结料层中燃烧带的特性分析 4.3固体燃料特性及用量对烧结过程的影响 4.4烧结料层中的温度分布及蓄热 4.5烧结过程传热规律及应用 4.6烧结节能的主要途径及措施

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.1 4.1烧结过程燃料燃烧基本原理(一)气体燃料燃烧的热力学①、高炉煤气成分 CO2 9.0~15.5 CO 25~31 CH 4 0.3~0.5 H2 2.0~3.0 N2 55~58发热量/千卡/米3 850~1100

(1)气体燃料种类

范围%

②、焦炉煤气成分范围% H2 54~59 CO 5.5~7.0 CH 4 23~28 CO 2 1.5~2.5 N2 3~5 O2 0.3~1.7//发热量/千卡/米3 3160~4580

③、天然气成分%范围% H2 0.4~0.8 CO 0.1~0.3 CH4 85~95 H 2S 0.9 N2 1.5~5.0 O2 0.2~0.3发热量/千卡/米3 8000~9000

④、液体燃料重油：发热值高(大于9000千卡/公斤)、粘性大

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.1 4.1烧结过程燃料燃烧基本原理(一)气体燃料燃烧的热力学(2)、主要煤气成分燃烧的热力学主要成分：CO、H2、CH4离解：

转化：

总反应：

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.1 4.1烧结过程燃料燃烧基本原理(一)气体燃料燃烧的热力学(3)、气体燃烧发热量的计算

(4)、气体燃烧理论和实际空气需要量

过剩空气系数，人工操作时取1.15~1.20,自动操作取1.05~1.10

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.1 4.1烧结过程燃料燃烧基本原理(一)气体燃料燃烧的热力学(5)、实际燃烧产物量

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.1 4.1烧结过程燃料燃烧基本原理(一)气体燃料燃烧的热力学(6)、燃烧温度理论燃烧温度

i总 Q+ q燃+ q空 t== Cp C p Vα理论燃烧温度通常要比冶金炉内的实际温度高出10~25%平衡燃烧温度

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.1 4.1烧结过程燃料燃烧基本原理(二)固体燃料燃烧的热力学(1)、热力学分析

C氧化初级

气相氧化次级

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.1 4.1烧结过程燃料燃烧基本原理(二)固体燃料燃烧的热力学(2)、固体燃料燃烧计算发热量

理论空气需要量

固体燃料燃烧温度

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.1 4.1烧结过程燃料燃烧基本原理(三)固体燃料燃烧动力学分析CO 2①氧气向固体碳表面扩散迁移的速率为：

VD= k D (C O 2 CS 2 ) O固体燃料的燃烧属多相扩散燃烧：首先要使氧气到达固体表面，在相界面上发生多相化学反应；其后，化学反应所需的物质则靠自然扩散或强制扩散形成的物质转移来提供。

CS 2 O②相界面上的化学反应速率为：

VR= k R (C S 2 ) n= k R C S 2 O O

(1)氧由气流本体通过界面层扩散到固体碳的表面； (2)氧在碳粒表面上吸附； (3)吸附的氧与碳发生化学反应； (4)反应产物的解吸； (5)反应产物由碳粒表面通过界面层向所相扩散。

V= kC O 2 1 1 1=+ k kD kR

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.1 4.1烧结过程燃料燃烧基本原理(三)固体燃料燃烧动力学分析 -3mm对于-3mm -3mm的碳粒，

在 Re 100 Re为100 100的情况下：<700℃为动力学燃烧区 700~1250℃为中间速度区>1250℃为扩散燃烧区

烧结过程在点火后不到一分钟，料层温度升高到 1200 1350 1200~1350 1350℃,一般在 1300~1500℃,故其燃烧反应基本上是在扩散区内进行，因此，一切能够增加扩散速度的因素，如减小燃料粒度、增加气流速度(改善料层透气性、增风机风量等)和气流中的氧含量等，都能提高燃烧反应速度，强化烧结过程。

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4.2烧结料层中燃烧带的特性分析(一)烧结过程燃烧带厚度的计算

I 0= ut 0=

nωd ln(C O/ C H ) 6 2(1 m) (α 1f+α 2 f )(1 barctg 1 b )

b=

αm 1 V ( )αT V

燃烧带的宽度是由燃料粒的直径d,空气流速ω,原始气体中的氧的浓度CH,料层的透气性质m及n,以及系数b来决定。从燃烧带出来的氧浓度CO取决于燃料在烧结料中的比例及吸入空气中氧的浓度，因此，在焦粉配比一定时，它是不变的。系数b取决于燃料比表面积αT和其他混合料比表面积αm,以及混合料中燃料的体积V

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４.2 烧结料层中燃烧带的特性分析

（二）燃烧带特性与燃烧废气组成（二）燃烧带特性与燃烧废气组成

（1）烧结料层的燃烧特点：

①烧结料层中碳含量少、粒度细而且分散；

②烧结料层的热交换十分有利，固体碳颗粒燃烧迅速，二次燃烧反应不明显；

③烧结料层中一般空气过剩系数较高（常为1.4～1.5）。（2）影响燃烧比的因素有：①燃料粒度和用量；②料层负压大小；③空气过剩系数；④料层高度和返矿量。

一般燃烧废气中平均含CO1~2%，热量损失占总热量的10~25%。

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４.3 固体燃料特性对烧结过程的影响

（1）固体燃料的粒度

烧结粉矿(-8mm)：1~2mm适宜

烧结精矿(-1mm)：0.5~3mm适宜

（2）固体燃料的种类 焦粉优于无烟煤

不能用烟煤

（3）固体燃烧的用量

磁铁矿，一般为5％～6％ 3~5%

赤铁矿，一般为7％～9％ 5~7%

菱铁矿和褐铁矿，更高。铬铁矿烧结有时高达10%以上。

（4）固体燃料在料层中的赋存状态 燃烧的添加方式

（5）固体燃烧燃烧催化剂的影响

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4.4烧结料层中的温度分布及蓄热(1)烧结料层中的温度分布特点刚点火毕①由低温到高温，然后又从高温迅速下降到低温。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的，它的高度一般小于50mm,尽管距离很短，但气体可以自1400~1500℃冷却到50~ 60℃。主要是气流速度大，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。③一般，燃烧带温度，即分布曲线上的最高点温度随着烧结过程的进行有所上升，这主要

由于料层的蓄热作用。

点火终了后 1~2分钟

开始烧结后 8—10分钟烧结终了前

1-燃烧带，2-预热干燥带，3-水分冷凝带，4-铺底料，5-烧结矿带

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烧结负压及料层温度的变化情况1800 1500 1200 t (℃) 900 600 300 0 0 5 10 15τ (min) 20 25 30z1 z2Δp

1500 1200 900 600z3

300 0

料层: Z1< Z2< Z3

-Δp (mmH 2 O)

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4.4烧结料层中的温度分布及蓄热(2)料层烧结温度的影响因素烧结温度：烧结料层中某一水平所达到的最高温度①物料粒度。粒度越大，在相同料层水平达到最高温度水平越低，因为粒度大小直接影响到热交换，粒度粗的物料比表面积小，从气流中接受的热量较细粒部分少。由于气流中在一段较长的料层通道中保存本身较多的热量，这就使得在粗粒物料中有较大的热波迁移速度和较低的料层最高温度。②燃料粒度。在其他条件相同的情况下，较细的固体燃料燃烧时产生较高的温度，因为粒度小比表面积大，燃烧速度快，燃烧带厚度小，热能集中。③燃料用量。④空气消耗量。在一定范围内,随着抽风量的增加,反应速度加快,高温层的厚度减弱,最高温度增加,但超过一定值之后,最高温度会下降(废气带走热量)。

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４.4 烧结料层中的温度分布及蓄热

(3)烧结过程的“自动蓄热现象”

无固体燃料

烧结料层中热平衡图

有固体燃料

沿烧结料层高度蓄热的变化图

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4.4烧结料层中的温度分布及蓄热(4)烧结生产中对“自动蓄热现象”扬长避短的技术对策

扬长

厚料层烧结 180 220mm时，自动蓄热率为 料层高度为180 220mm 180~220mm 400mm 35 45 35~45 45%;料层高度为400mm 400mm时，自动蓄热 65率为65 65%; 基于烧结自动蓄热原理的厚料层烧结技术，为降低固体燃料提供了可能，也为低温烧结技术创造了有利条件。同时，对改善烧结矿质量亦有好处。

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避短

控制燃料在料层高度方向上的分布烧结过程的自动蓄热现象

生产要求：上下均匀而实际是：上欠下过

烧结料层上下部不均匀上部热量不足下部热量过剩人为地调整燃料分布解决热量分布不均匀的问题，并降低燃耗

双层布料技术混合料两次布料，两次点火烧结，使烧结料层上、下部的燃料配加量得到人为控制

燃料分加技术燃料配加分为二次进行，少部分燃料配在混合料制粒之前，大部分燃料在制粒后期添加

偏析布料技术利用偏析布料设备使混合料在料层上部颗粒细，下部颗粒粗，而固体燃料较细，故可使料层上部含量高些，而料层下部含量低些

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4.5烧结过程传热规律及应用1 (1)烧结过程传热现象

图4-16料层每一单元烧结与传热试验时的温度变化曲线—

传热；……烧结； (a)-硅铝砖；(b) -石英 1,2,3,4,5,6分别表示距料顶部6.35,31.75,57.15,88.85,107.95,133.35mm,箭头表示废气最高温度。废气率决定于热传导过程而不是决定于燃料燃烧过程。废气率决定于热传导过程而不是决定于燃料燃烧过程。表明抽风不但是燃烧的需要,更重要的是传热的需要。表明抽风不但是燃烧的需要,更重要的是传热的需要。

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4.5烧结过程传热规律及应用1 (1)烧结过程传热现象

图4-16料层每一单元烧结与传热试验时的温度变化曲线—传热；……烧结； (a)-硅铝砖；(b) -石英 1,2,3,4,5,6分别表示距料顶部6.35,31.75,57.15,88.85,107.95,133.35mm,箭头表示废气最高温度。废气率决定于热传导过程而不是决定于燃料燃烧过程。废气率决定于热传导过程而不是决定于燃料燃烧过程。表明抽风不但是燃烧的需要,更重要的是传热的需要。表明抽风不但是燃烧的需要,更重要的是传热的需要。

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