微波干燥和焙烧球团矿

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.02.00 第16卷第2期 北京科技大学学报 Vol.16 No.2 1994年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1994 微波干燥和焙烧球团矿+ 武文华唐惠庆黄务涤 北京科技大学冶金系，北京10083 摘要使用140/850W的微波炉，在实验室研究了微波加热磁铁矿球团时球团矿的温度变化规 律、干燥特点、生球强度和培烧后球团的岩相特征，并对固结机理进行了探讨，结果表明，和普 通干燥培烧方法相比，微波法干燥焙烧球团矿温度上升迅速且内部温度分布均匀；干燥速度很快， 干燥过程中不出现裂纹和爆裂现象；焙烧后的磁性球团矿主要由连晶充分的F,O,组成；每个成品 球的强度为170~230kg:焙烧时不会出现过热， 关键词微波加热，磁铁矿，球团，干燥/焙烧 中图分类号TF046,0532.23 Microwave Drying and Roasting Pellets* Wu Wenhua Tang Huiging Huang Wudi Department of Metallurgy,USTB,Beijing,100083,PRC ABSTRACT A microwave oven of 1400/850 W was used for drying and roasting of pellets. In experiment,the microwave heating rate,drying process and the mineralogical analysis for pel- lets were investigated.The results show that under microwave radiation the temperature of pel- lets increases rapidly and the temperature distribution inside the pellets is very uniform com- pared with the conventional heatly process.The drying rate is also very fast without crack and burst in pellet.The mineralogical phase of the roasted pellets is hematite oxidized from magnetite.The strength of aroasted pellets ranged 170~230kg. KEY WORDS microwave heating,magnetite,pelletizing,drying,roast 在球团矿的生产过程中，存在着干燥速度慢和生球容易破裂问题，在焙烧阶段存在温 度不匀，致使矿相组成不均，甚至出现过热引起液相量过多和球团间粘结等问题.以上这些 原因造成了球团成品率低，球团强度差和还原性差，一定程度上限制了球团矿的发展， 微波加热具有“选择性”和“内加热”特点41，铁精矿又是微波的良好吸收介质.因 此，用微波加热干燥、培烧球团矿可使其受热均匀，升温迅速，避免破裂，使矿相组成均 匀，避免出现过热，从而可大大地加快球团矿的干燥速度，提高成品球的质量·为此，本文 进行了微波加热干燥、焙烧球团矿的实验室基础研究，研究在微波照射下球团矿的升温速度、 199-12-18收稿第一作者男30岁副教授搏士 +冶金工业部基础研究资助项目

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 碑 微波干燥和 焙烧球 团矿 武文华 唐 惠庆 黄务涤 北京科技大 学冶 金 系 ， 北 京 以粥 摘要 使用 中以〕 印 的微波 炉 ， 在实验 室研究 了微波加 热磁铁矿球 团时球 团矿 的 温 度 变 化 规 律 、 干燥特 点 、 生 球强度和 焙烧后 球 团的岩相 特征 ， 并对固结机理进行 了探讨 结果表 明 ， 和普 通 干燥焙烧方 法相 比 ， 微波法 干燥焙烧球 团矿温度上 升迅 速且 内部 温度分布均 匀 干燥速度很快 ， 干燥过程 中不 出现裂 纹和爆 裂 现象 焙烧后 的磁性球 团矿 主要 由连 晶充分的 组成 每个成品 球 的强 度为 一 焙烧 时不 会 出现过热 关键词 微波加热 ， 磁铁矿 ， 球团 ， 干燥 焙烧 中图分类号 叫石 ， 附“ 白诬 “ 通 无 叮 】叮罗 ， ， 助 ， 侧刃 ， ℃ 认召 时 血 ， 。 ， 吨 邸 油 认 五 心 而 比 几 眼 此 止 代幻 雌 姗 丁七 明 刀 以 喇 以 吞沮 喇 一 粥 而 既 ， ， 画 ， ， 在 球 团矿 的生产过程 中 ， 存在 着 干燥速度 慢 和 生 球 容 易 破 裂 问题 在 焙 烧 阶段 存 在 温 度 不 匀 ， 致使矿相 组成不 均 ， 甚 至 出现过 热 引起液相 量 过多 和球 团 间粘结等 问题 以 上 这些 原 因造成 了球 团成 品率低 ， 球 团强度差 和 还 原性差 ， 一定 程 度上 限制 了 球 团矿 的发 展 微波加 热具有 “ 选 择性 ” 和 “ 内加 热 ” 特点 「’ ， ， 铁精矿又 是微波 的 良好 吸 收介质 因 此 ， 用微波加 热 干燥 、 焙烧球 团矿 可 使 其受 热 均 匀 ， 升 温迅 速 ， 避 免 破 裂 ， 使 矿 相 组 成 均 匀 ， 避 免 出现过 热 ， 从而 可大大 地加 快球 团矿 的干燥速度 ， 提 高成 品球 的质量 为此 ， 本文 进行 了微波加热干燥 、 焙烧球 团矿 的实验室基础研究 研究在微波照射下 球 团矿 的升温速度 、 卯 一 一 收稿 第一作者 男 岁 副教授 博士 冶金 工 业 部基础研究 资助项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．02．004

第2期 武文华等：做被干燥和培烧球团矿 .119. 干燥特点；观察了微波培烧后球团矿的岩相组成；分析了固结机理并测定了成品球团的强 度， 1实验方法 实验用微波炉工作频率为2450MH五，输入功率为1400W,输出功率为850W.炉膛 内壁用耐火纤维保护.球团矿由迁安磁铁精矿配加皂土制成，球团直径为10~13mm.磁 铁矿中全铁含量为63.1%.实验时，先将球团放入自制的轻质高铝砖焙烧杯中，在球团矿层 中心和杯底一层球团的表面分别插人装有PtRh30-PtRh6热电偶测温的刚玉管.测温时短 暂停电.实验时，先摸索了球团矿量、保温条件对升温速度的影响，而后设计了干燥、焙烧 工艺· 2实验结果 2.1球团矿的升温速度 微波加热球团矿时，矿层中心部位和表层的温度变化如图】所示.在微波照射下，球 团矿升温速度很快，特别是在微波加热开始5min内， 球团可矿内部和表层的温度同时很快地被加热到500℃， 1000 而一般的加热方法，常需要l0min以上.当球团矿 温度升到500℃后，其表层的升温速度较中心的升 800 温速度略慢些.球团矿温度达900℃后，矿层中心和表 层的温度又以同样的速度逐渐上升到1000℃.当改 600 变球团矿用量时，其温度变化如图2所示.由图可 400 卓表层 知，矿层厚度为100mm的升温速度明显快于其厚 中心 度为60mm的速度. 200 在有保温和没有保温材料条件下，微波加热球 团矿的升温曲线见图3.由图3可知，保温条件使球 01020304050 t/min 团矿的升温速度很快，球团吸收微波而使其升温 速度远远大于被加热的矿体向环境的散热速度， 图1微波加热球团时表层和中心的升温曲线 Fig.1 The rising temperature curves in the centre and on the surface of pellets-bed 2.2球团矿的干燥速度 取200g球团测得其干燥速度（用脱水率表示）和生球中水份随时间的变化见图4和图5. 图4和图5中的曲线表明，微波干燥球闭的速度非常快，干燥1mi时其中水份降到10% 以下·与常规加热干燥过程不一样，微波干燥过程基本上没有降速干燥阶段， 实验中还发现，微波干燥时，球团矿无裂纹和爆裂发生；干燥过程中生球强度变化及干 燥后的生球强度与常规方法的结果相同

第 期 武 文 华 等 微 波 干燥 和 焙 烧球 团 矿 干燥特点 观察 了微波焙烧后 球 团矿 的岩 相 组 成 分 析 了 固 结 机 理 并 测 定 了成 品球 团 的强 度 实验方 法 实验 用 微波 炉 工 作 频 率 为 ， 输 人 功 率 为 ， 输 出 功 率 为 炉膛 内壁 用耐火纤 维保 护 球 团矿 由迁安 磁 铁精 矿配加 皂 土 制 成 球 团 直 径 为 一 磁 铁矿 中全铁含量 为 实验 时 ， 先将球 团放人 自制 的轻质高铝砖焙烧杯 中 ， 在 球 团矿 层 中心 和杯底一层球 团的表 面分别 插 人 装有 一 热 电偶 测 温 的 刚玉 管 测 温 时短 暂停电 实验 时 ， 先摸索 了球 团矿量 、 保温条件对升温 速度 的影 响 ， 而 后设计 了干 燥 、 焙烧 工 艺 实验结果 球 团矿的升温速度 微 波加 热球 团矿 时 ， 矿层 中心 部位 和 表 层 的 温 度 变 化 如 图 所 示 在 微 波 照 射 下 ， 球 团矿升温 速 度很 快 特别 是在 微波加 热 开始 而 内 ， 球团矿内部和表层 的温度同时很快地被加热到 ℃ ， 而一 般 的加 热方法 ， 常需要 卫 以 上 当球 团矿 温度升到 ℃ 后 ， 其表层 的升温 速度 较 中心 的 升 温速度略慢 些 球团矿温度达 ℃后 ， 矿层中心和表 层 的温度 又 以 同样 的速 度逐渐 上 升到 ℃ 当改 变球 团矿 用量 时 ， 其温 度 变化 如 图 所 示 由图可 知 ， 矿层厚度 为 卫 的 升 温速度 明显快 于其厚 度为 的速度 在有保 温 和没有 保温材料条 件 一「 ， 微 波加 热球 团矿 的升温 曲 线见 图 由图 可 知 ， 保 温条 件使球 团矿 的 升 温 速 度 很 快 ， 球 团 吸 收 微 波 而 使 其 升 温 速度远远 大于 被加热 的矿体 向环境 的散 热 速度 竺 卜 净产 『 益 宪 厚王 ‘革三 以 球团矿 的干燥速度 图 微波加热球 团时表层和中心 的升温曲线 月 犯 目 嗯 忱 碑 比 恤 触 。 习臼℃ 川 佣 翻 翎面理 】州眺 一 月 取 球 团测得 其干燥速 度 用 脱水率表 示 和 生球 中水份 随时 间 的变化见 图 和 图 图 和 图 中的 曲线表 明 ， 微波 干燥球 团 的速度 非 常快 ， 干燥 而 时其 中水份 降到 以下 与常规加热干燥过程 不一样 ， 微 波 干燥过 程基 本上 没有 降速 干 燥 阶段 【’ 实验 中还发现 ， 微波 干燥 时 ， 球 团矿无 裂纹和爆 裂 发生 干 燥过程 中生球强度变化及 干 燥后 的生球强度 与常规方 法 的结果相 同

第 期 武 文 华 等 微 波 干燥 和 焙 烧球 团 矿 干燥特点 观察 了微波焙烧后 球 团矿 的岩 相 组 成 分 析 了 固 结 机 理 并 测 定 了成 品球 团 的强 度 实验方 法 实验 用 微波 炉 工 作 频 率 为 ， 输 人 功 率 为 ， 输 出 功 率 为 炉膛 内壁 用耐火纤 维保 护 球 团矿 由迁安 磁 铁精 矿配加 皂 土 制 成 球 团 直 径 为 一 磁 铁矿 中全铁含量 为 实验 时 ， 先将球 团放人 自制 的轻质高铝砖焙烧杯 中 ， 在 球 团矿 层 中心 和杯底一层球 团的表 面分别 插 人 装有 一 热 电偶 测 温 的 刚玉 管 测 温 时短 暂停电 实验 时 ， 先摸索 了球 团矿量 、 保温条件对升温 速度 的影 响 ， 而 后设计 了干 燥 、 焙烧 工 艺 实验结果 球 团矿的升温速度 微 波加 热球 团矿 时 ， 矿层 中心 部位 和 表 层 的 温 度 变 化 如 图 所 示 在 微 波 照 射 下 ， 球 团矿升温 速 度很 快 特别 是在 微波加 热 开始 而 内 ， 球团矿内部和表层 的温度同时很快地被加热到 ℃ ， 而一 般 的加 热方法 ， 常需要 卫 以 上 当球 团矿 温度升到 ℃ 后 ， 其表层 的升温 速度 较 中心 的 升 温速度略慢 些 球团矿温度达 ℃后 ， 矿层中心和表 层 的温度 又 以 同样 的速 度逐渐 上 升到 ℃ 当改 变球 团矿 用量 时 ， 其温 度 变化 如 图 所 示 由图可 知 ， 矿层厚度 为 卫 的 升 温速度 明显快 于其厚 度为 的速度 在有保 温 和没有 保温材料条 件 一「 ， 微 波加 热球 团矿 的升温 曲 线见 图 由图 可 知 ， 保 温条 件使球 团矿 的 升 温 速 度 很 快 ， 球 团 吸 收 微 波 而 使 其 升 温 速度远远 大于 被加热 的矿体 向环境 的散 热 速度 竺 卜 净产 『 益 宪 厚王 ‘革三 以 球团矿 的干燥速度 图 微波加热球 团时表层和中心 的升温曲线 月 犯 目 嗯 忱 碑 比 恤 触 。 习臼℃ 川 佣 翻 翎面理 】州眺 一 月 取 球 团测得 其干燥速 度 用 脱水率表 示 和 生球 中水份 随时 间 的变化见 图 和 图 图 和 图 中的 曲线表 明 ， 微波 干燥球 团 的速度 非 常快 ， 干燥 而 时其 中水份 降到 以下 与常规加热干燥过程 不一样 ， 微 波 干燥过 程基 本上 没有 降速 干 燥 阶段 【’ 实验 中还发现 ， 微波 干燥 时 ， 球 团矿无 裂纹和爆 裂 发生 干 燥过程 中生球强度变化及 干 燥后 的生球强度 与常规方 法 的结果相 同

第2期 武文华等：微波干燥和培烧隙团矿 .121· 相，而其内部有少许未被氧化的磁铁矿晶粒残留下来，典型的矿相组成见图6.由图可见， 这种球团的固结主要靠磁铁矿氧化形成的赤铁矿微晶键以及微晶的长大和再结晶，实验测得 成品球团的强度为170~230kg/个球，可见成品球具有良的强度. 3 讨论和结束语 微波加热与常规加热干燥球团过程对比示于图7.由图7)可知，常规干燥过程分为如 下3步，即： (1)由环境向生球内蒸发带的传热（传热速度）；(2)生球内蒸发带的水份蒸发（蒸发速 度)；(3)水份由生球内部向外传递（传递速度）· 在常规干燥初始，由于加热气流与球团的温差大，球团初始温度一般较低，所以蒸发速 度是干燥过程的限制环节，随蒸发带温度不断升高，蒸发速度将逐渐加快，于是干燥速度也 加快·随干燥的进行，球团与气流间温差逐渐变小，传热速度变小，加上蒸发带向球心逐渐迁 移，传热速度渐渐变慢并成为干燥总过程的限制环节，传热速度的变慢引起干燥速度下降· 上热量 b 热量 蒸发带 水份扩散方向 图7常规加热和微波加热方法比较 a常规加热b微波加热 Fig.7 The comparison of microwave heating with comventions 常规干燥过程中，在球团内部存在“倒湿”现象·产生倒湿的原因是干燥时球团表面部 分的水份先受热蒸发，产生的蒸汽在向外扩散的同时，也向球团内部传输，由于此时球团内 部温度较低，进人内部的蒸汽便凝结成水，使球团内部的水份升高，随着干燥速度和球团气 孔的提高，倒湿现象也加重，因此，倒湿现象的存在限制了干燥速度的提高· 由图7b)可知：微波法为“体内加热”微波照射球团时，球团的温度均匀，迅速升高， 整个球团内水份迅速蒸发.而此时环境温度很低，造成了球团内水蒸汽压力远高于环境压 力，促使蒸汽向外喷发，因此，微波干燥球团的速度远快于常规加热方法时球团干燥温度， 参考文献 1 Worner H.Some Pioneering Pycometallurgy.The Ausimm Bulletin and Proceedings,1988,293(8):36~43 2孔令坛.铁矿石造块理论及工艺.北京：冶金工业出版社，1985.202~203 3孔令坛.铁矿石造块理论及工艺，北京：冶金工业出版社，1985.216~217 4 Standis N,Huang W.Microwave Application in Carbthermic Reduction of Iron Ores.ISIJ International, 1991,31(3):241~245

第 期 武文华等 微波干燥和焙烧球团矿 · · 相 ， 而其 内部有 少许未被氧化 的磁铁矿晶粒残留下 来 典型 的矿 相 组 成 见 图 由 图 可 见 ， 这种球 团的 固结 主要靠磁铁矿氧化形成 的赤铁矿微晶键以 及微晶 的长大 和再结 晶 实验测得 成品球 团 的强度 为 一 个球 ， 可见成 品球具有 良的强度 讨论和结束语 微波加 热 与 常规加 热干燥球 团过程 对 比示 于 图 由图 可知 ， 常规干 燥过程 分 为 如 下 步 ， 即 由环境 向生球 内蒸发带的传热 传热速度 生球 内蒸发 带 的 水 份蒸 发 蒸 发 速 度 水份 由生球 内部 向外传递 传递 速 度 在常规干燥初始 ， 由于加热气流 与球 团的温差 大 ， 球 团初始温度一般较低 ， 所 以 蒸发 速 度是 干燥过程 的限制 环节 随蒸 发带温度不 断升高 ， 蒸发速度将逐渐加快 ， 于是 干 燥速度也 加快 随干燥 的进行 ， 球 团与气流 间温差逐渐变小 ， 传热速度变小 ， 加上蒸发带 向球心逐渐迁 移 ， 传热速度渐渐变慢并成 为 干燥总过程 的限制环节 ， 传热速度 的变慢 引起干燥速度 下 降 犷热 燕发带 水份 扩散方 向 图 常规加热和徽波加热方法 比较 常规加热 微波加热 奄 巴 。 口” 拼川曰犯 叮 口阉，旧粕 肠，恤笔 泪 。 口解曰位脱 常规干燥过程 中 ， 在球 团 内部存在 “ 倒湿 ” 现象 产生倒湿 的原 因是干燥 时球 团表面 部 分 的水份先受 热蒸 发 ， 产 生 的蒸 汽在 向外 扩散 的 同时 ， 也 向球 团 内部传输 由于此 时球 团内 部温度较低 ， 进人 内部的蒸 汽便凝结成水 ， 使球 团 内部 的水份 升高 随着干燥速度 和球 团气 孔 的提高 ， 倒 湿 现象也加 重 因此 ， 倒 湿现象 的存在 限制 了干燥 速度 的提高 由图 伪 可知 微波法 为 “ 体 内加热 ” 微波 照射球 团时 ， 球 团 的温 度 均 匀 ， 迅 速 升 高 ， 整个球 团 内水份迅 速蒸 发 而 此 时环境温 度 很 低 ， 造 成 了 球 团 内水蒸 汽 压 力 远 高于 环 境 压 力 ， 促使蒸 汽 向外 喷发 ， 因此 ， 微波 干燥球 团 的速 度 远快于 常规加 热方法 时球 团干燥温度 参 考 文 献 从 飞犷 肋 黝 几沃，旧 巧切 川训 飞 舀 晓 欢斌油 娜 ， ， 一 孔令坛 铁矿石造块理论及 工艺 北京 冶金工 业 出版社 ， 一 加 孔令坛 铁矿石造块理论及工艺 北京 冶金工 业 出版社 ， 一 切 七 ， 嗯 沁 叭 】劝 叻山即面 以无 心 扭石。 几时 ， 卯 ， 一 拼