粉体固结资源加工学

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1、烧结和球团的传热分为三个部分一个热气体以质量流速稳定地通过一个冷料层，产生一个明显的温度前锋11.1固结过程的传热规律11粉体固结一个热的气体脉冲以比加热整个料层短得多的时间通过料层，然后其温度降到原始固体温度，质量速度保持常数，出现一个温度波考虑料层中的放热以及在（1）和（2）中发生的气—固相热交换过程。对于气相的基本传热方程：对于固相的基本传热方程：11.1.1传热前沿对于充填床的一微小料层面积，可以看作是处于静止状态的非稳态传热来分析（即Vs=0）。假设料层仅仅发生固相热交换，没有发生任何化学反应（即QR=0），料层内部不发生导热（Keff=0），料层的传热系数足够大，使料层内任何

2、时刻任何点处固体和气体都具有相同的温度（即Ts=Tg）。这样，传热方程变为：对于气体：对于固体：两式相加，求解得：当t=0时，温度场是沿料层距离Z的函数；当t=t时，与距离Z有关的温度场增加。如果进气温度为常数，则原始温度场将以经料层稳定传播。这个速度称为温度前沿速度或传热前沿速度，即：结论：传热前沿速度既不决定于气—固相的原始温差，也不决定于传热系数，而是决定于气体质量流速、比热以及固体的比热、堆积密度和料层空隙率。另外，上述速度方程同样适用于冷气体对热料层的冷却过程。11.1.2燃烧前沿料层单元烧结与传热试验时的温度变化曲线a硅铝砖b石英（箭头表示废气最高温度）料层中未加燃料而外加热

3、源的传热试验的温度变化曲线（实线）称为温度波（或称热波）料层中配加燃料的烧结试验的温度变化曲线（虚线）称为燃烧波（火焰波）。结论火焰波移动较温度波移动得快，即料层中有燃料时，火焰波的传播速度加快。烧结过程的传热规律---高温带的移动速度高温带的移动速度一般是指燃烧带中温度最高点移动速度，即垂直烧结速度。与抽入空气的速度、烧结料的性质有以及燃料燃烧速度和气—固热交换的传热速度有关。燃烧速度在烧结过程中是指单位时间内燃料与氧反应所消耗燃料的重量。在烧结温度下燃烧速度处于扩散控制，一切能够影响扩散速度的因素都影响燃烧速度。传热速度在烧结过程中是指气—固相的热交换速度。烧结过程中希望燃烧、传热两

4、速度能够很好配合，即能“同步”进行。“传热前沿”在没有内部热源时，规定当料层温度开始均匀上升时传热前沿即已到达，一般以100℃等温线为准。“燃烧前沿”当配有燃料时，规定当料层温度迅速上升时表明燃烧前沿到达，一般以600℃或1000℃等温线为基准。热波曲线和燃烧波曲线的特点热波曲线的特点整个料层比热相同，空气流速相同，热波曲线是以最高温度为中心，两边对称的曲线。热波曲线随着热波向下前进，最高温度逐步下降，而且热波曲线不断加宽。燃烧波曲线的特点燃烧波曲线随着火焰波（或燃烧带）向下移动，最高点的温度升高。燃烧波曲线由于配有燃料，所以曲线两边不对称，是不等温曲线。燃烧前沿速度的影响因素空气中含氧

5、量越大，燃烧前沿速度越大固体燃料的可燃性越好、粒度越小，燃烧前沿速度越大固体燃料用量与燃烧前沿速度间的关系有极大值增加风量会使燃烧前沿速度加快11.2固结过程传质规律传质在两种以上组分的物系中，当某组分存在浓度差时，该组分即由高浓度区向低浓度区转移，直至浓度差消失为止，这种物质分子定向迁移的过程称为“物质传递”，简称“传质”。传导传质分子扩散以分子热运动的形式实现的迁移，它与传热中的传导传热机构类似。紊流传质呈紊流运动的流体内，分子的迁移可以直接借助于流体微团的混合而实现，它与紊流传热机构类似。11.2.1燃料的燃烧在烧结过程中，固体燃料呈分散状分布在料层中，其燃烧规律性介于单体焦粒燃烧

6、与焦粒层燃烧之间，固体碳的燃烧属非均相反应。由下列五个步骤组成：氧由气流本体通过界面层扩散到固体碳的表面氧在碳粒表面上吸附吸附的氧与碳发生化学反应反应产物的解吸反应产物由碳粒表面通过界面层向气相扩散碳粒燃烧速率方程假设固体炭燃烧的五个步骤中氧向碳粒表面的扩散和相界面上的化学反应两步的速率最小。氧气向固体炭表面扩散迁移的速率方程式中：Co2—气流本体中氧的浓度；Cso2—炭粒表面上氧的浓度；KD—界面层内传质系数，KD=D/;D－扩散系数;－附面层厚度，取决于流速。相界面上的化学反应速率方程式中：KR—化学反应速率常数；n—反应级数，为讨论方便，设n＝1。当扩散速率与化学反应速率同步，

7、整个反应稳定进行。即:则:碳粒燃烧的总速度为：其中：燃烧反应的总阻力（1/k）为扩散和化学反应阻力之和。分析：在低温下，，过程的总速度取决于化学反应速度，称燃烧处于“动力学燃烧区”。特点：燃烧速度受温度的影响较大，随温度升高而增加，而不受气流速度、压力和固体燃料粒度的影响。在高温下，，过程的总速度取决于氧的扩散速度，称燃烧处于“扩散燃烧区”。特点：燃烧速度取决于气体的扩散速度，而温度的改变影响不大。说明：不同的反应由动力学区进入扩散