第10期 吴胜利等：铁矿粉烧结液相流动性评价 ,1097. 结时间而变化，而事实上不同种类的铁矿粉液相流 影响，根据文献报道[0]，烧结燃料平均粒度为1~ 动面积对温度的变化率（敏感性）存在差异.从整个 2mm,燃料堆密度P燃为0.5~0.85tm-3,烧结料 实验温度区间上看，矿b增幅很大，而矿a和可矿c增 堆密度P绕为1.6~1.85tm-3,燃料配加量为 幅较小，这说明前者对温度的敏感性较大，而后两者 3.5%~5.5%.本研究各物理量的取值如表2所 较小；对于增幅接近的矿a和矿c而言，前者在低温 列 段更敏感，后者则在高温段更敏感、以此结合烧结 表2相关物理量取值 过程中温度的变化，来判断铁矿粉液相流动特性是 Table 2 Values of corresponding physical variables 否适宜和稳定，显然有重要意义，因此，有必要解析 燃料平均 燃料真密度，准颗粒堆密度，燃料配加量， 铁矿粉基于温度分布的液相流动面积以及液相流动 粒度，d/mm w/m)绕/(m-) c/tm3) 对温度的敏感性 1.5 1.95 1.65 4.0 3.1基于温度分布的液相流动面积 烧结液相生成发生在燃烧层，前人研究过燃烧 取烧结料100g,则可由下式计算得单颗粒燃料 层内的温度分布，但其表达式较复杂且参数也难以 的质量m:及100g烧结料中准颗粒的数目（即单颗 确定，本研究以基于燃料分布的准颗粒模型为基 粒燃料的数目)N: 础，计算一定数量烧结料的液相流动面积，本模型 4 41.5 作如下假设： m=32 P燃=3列2 ×1.95× (1)以燃料颗粒为中心，铁矿粉与熔剂分布于 0.001≈0.00345g (2) 其周围，组成一个准颗粒； (2)准颗粒为液相生成区域，其质量占总料质 N=0159 量的1/3，准颗粒外为未熔颗粒，由准颗粒流出的液 则单颗粒燃料分配的烧结料为(100-4)/1159≈ 相粘结： 0.08283g,形成液相的烧结料按总质量的1/3分 (③)准颗粒内部温度分布为沿半径方向递减、 配，为0.08283/3=0.02761g,则可计算准颗粒半 沿周长方向相等，燃料表层取1320℃，准颗粒表层 径R2如下式： 为1280℃： 3×0.02761+m:= (4)忽略燃料燃尽产生的空隙对液相流动的影 R2= W P烧 响 图4为准颗粒结构与温度分布图，R2为准颗粒 33×0.027610.03西≈1.65mm N4π 1.65×0.001 (3) 半径，B1为燃料半径，T与半径R呈负指数关系， 式中，R2为生成液相小球半径，将(R,T)=(0.75, 如下式所示： 1320),(1.65,1280)分别代入式(1)，可求得k≈ T=C+ke-bR,T∈(1280,1320)，R∈(1，R2) 142.52,b≈0.77；将T=1300℃代入式(1)，可得R (1) =1.124mm: 其中，C为基准温度，本文取1240℃. 本实验模拟烧结过程无碳源而靠红外线均匀加 R/mm 热，可视整个体积为251.3mm3(8mm×5mm)的 小饼试样内温度分布均匀，将小饼试样的液相流动 面积S折算成“单位体积生成液相流动面积”A,即 各面积均除以251.3mm3,由S1、S2和S3得到A1、 12801320 A2和A3 剖面图 T/C 沿半径温度分布 液相流动面积与温度的关系可用下式表示： A-A:=420(T-130) T∈(1280,1300) 图4烧结料准颗粒结构与温度分布示意图 (4) Fig.4 Schematic diagram of pseudo granular structure and tempera- 44:=40(T-130. ture distribution T∈(1300,1320) 准颗粒半径2的大小受烧结原料物理性质的 联立式(1)和式(4)可得下式：结时间而变化‚而事实上不同种类的铁矿粉液相流 动面积对温度的变化率（敏感性）存在差异．从整个 实验温度区间上看‚矿 b 增幅很大‚而矿 a 和矿 c 增 幅较小‚这说明前者对温度的敏感性较大‚而后两者 较小；对于增幅接近的矿 a 和矿 c 而言‚前者在低温 段更敏感‚后者则在高温段更敏感．以此结合烧结 过程中温度的变化‚来判断铁矿粉液相流动特性是 否适宜和稳定‚显然有重要意义．因此‚有必要解析 铁矿粉基于温度分布的液相流动面积以及液相流动 对温度的敏感性． 3∙1 基于温度分布的液相流动面积 烧结液相生成发生在燃烧层‚前人研究过燃烧 层内的温度分布‚但其表达式较复杂且参数也难以 确定．本研究以基于燃料分布的准颗粒模型为基 础‚计算一定数量烧结料的液相流动面积．本模型 作如下假设： （1） 以燃料颗粒为中心‚铁矿粉与熔剂分布于 其周围‚组成一个准颗粒； （2） 准颗粒为液相生成区域‚其质量占总料质 量的1／3‚准颗粒外为未熔颗粒‚由准颗粒流出的液 相粘结； （3） 准颗粒内部温度分布为沿半径方向递减、 沿周长方向相等‚燃料表层取1320℃‚准颗粒表层 为1280℃； （4） 忽略燃料燃尽产生的空隙对液相流动的影 响． 图4为准颗粒结构与温度分布图‚R2 为准颗粒 半径‚R1 为燃料半径‚T 与半径 R 呈负指数关系‚ 如下式所示： T＝C＋ke —bR‚T∈（1280‚1320）‚R∈（ R1‚R2） （1） 其中‚C 为基准温度‚本文取1240℃． 图4 烧结料准颗粒结构与温度分布示意图 Fig．4 Schematic diagram of pseudo granular structure and tempera￾ture distribution 准颗粒半径 R2 的大小受烧结原料物理性质的 影响．根据文献报道［6—10］‚烧结燃料平均粒度为1～ 2mm‚燃料堆密度 ρ燃 为0∙5～0∙85t·m —3‚烧结料 堆密度 ρ烧 为1∙6～1∙85t·m —3‚燃料配加量为 3∙5％～5∙5％．本研究各物理量的取值如表2所 列． 表2 相关物理量取值 Table2 Values of corresponding physical variables 燃料平均 粒度‚d／mm 燃料真密度‚ ρ燃／（t·m —3） 准颗粒堆密度‚ ρ烧／（t·m —3） 燃料配加量‚ c／（t·m —3） 1∙5 1∙95 1∙65 4∙0 取烧结料100g‚则可由下式计算得单颗粒燃料 的质量 mt 及100g 烧结料中准颗粒的数目（即单颗 粒燃料的数目） Nt： mt＝ 4 3 π d 2 3 ρ燃＝ 4 3 π 1∙5 2 3 ×1∙95× 0∙001≈0∙00345g Nt＝ 4∙0 mt ≈1159 （2） 则单颗粒燃料分配的烧结料为（100—4）／1159≈ 0∙08283g‚形成液相的烧结料按总质量的1／3分 配‚为0∙08283／3＝0∙02761g‚则可计算准颗粒半 径 R2 如下式： R2＝ 3 3 4π V ＝ 3 3 4π × 0∙02761＋ mt ρ烧 ＝ 3 3 4π × 0∙02761＋0∙00345 1∙65×0∙001 ≈1∙65mm （3） 式中‚R2 为生成液相小球半径‚将（ R‚T）＝（0∙75‚ 1320）‚（1∙65‚1280）分别代入式（1）‚可求得 k≈ 142∙52‚b≈0∙77；将 T＝1300℃代入式（1）‚可得 R ＝1∙124mm． 本实验模拟烧结过程无碳源而靠红外线均匀加 热‚可视整个体积为251∙3mm 3（●8mm×5mm）的 小饼试样内温度分布均匀．将小饼试样的液相流动 面积 S 折算成“单位体积生成液相流动面积” A‚即 各面积均除以251∙3mm 3‚由 S1、S2 和 S3 得到 A1、 A2 和 A3． 液相流动面积与温度的关系可用下式表示： A— A2＝ A2— A1 20 （ T—1300）‚ T∈（1280‚1300） A— A2＝ A3— A2 20 （ T—1300）‚ T∈（1300‚1320） （4） 联立式（1）和式（4）可得下式： 第10期 吴胜利等： 铁矿粉烧结液相流动性评价 ·1097·