喷雾干燥法生产颗粒保护渣的水分控制

保护渣保护渣喷雾干燥法生产颗粒保护渣的水分控制徐萌1韩文殿2金山同1（1北京科技大学冶金学院2钢铁研究总院连铸中心）保护渣料浆雾化后的液滴在干燥室中的停留时间和干燥所需的时间，并比较不同进风温度下与不同直径的液滴间的关系。结果表明，进风温度越高，铟粒保护渣中水分含量越低，进风温度大于500T后，水分含量变化平缓；液滴直径越小，水分含量越低。
1前言控制保护渣中水分含量的目的是防止保护渣在使用过程中出现烧结现象，从而影响保护渣的熔化、传热等性能。保护渣中的水分在一定程度上还影响渣的流动性。如果保护渣中含有较多水分，将影响保护渣的导热，还有可能使钢液吸氢和增氧。因此，保护渣水分含量的控制极其重要，从生产经验和的总结来看，一般将保护渣中水分保持在0.5以下。
颗粒保护渣在连铸生产中已占有主导地位，通过喷雾干燥法进行颗粒保护渣的生产已是国内外普遍采用的方法。结合现场生产情况，并通过理论分析对空心颗粒保护渣的水分控制进行了研究。
2试验装置喷雾干燥工艺运用干燥和雾化两项技术，其雾化的对象物为溶液或悬浮液，俗称料浆。料浆在压力下被雾化成液滴进人干燥室，与热空气接触，液滴中的水分被蒸发进入热空气中，液滴就凝聚成空心球状的颗粒，得到所需要的保护渣产品。喷雾干燥工艺简图见。
从看出，干燥后保护渣中水分含量随进风温度的升篼而降低，到500左右水分含量基本在0.5附近；此时，水分含量随温度升篼而降低的幅度减小，因为随着水分含量减小，干燥速率降低，水分干燥就越困难。
4计算和分析从热量平衡基础知道，要完成一定量的水分蒸发量必须维持一定的热风进出口温差。但是雾滴在干燥室中停留的时间很短暂，这就需要研究干燥的动力学条件干燥速率或干燥时间。没有足够的干燥时间，就不能实现干燥的目标。
由于雾化后的雾滴粒度是一个分布U（有研究表明是正态分布），因而各粒度雾滴的停留时间和干燥时间都不相同。因此，必须研究雾滴粒度对干燥的影响，粒度不同，雾滴飞行的轨迹和停留时间以及干燥时间都不同。表1为五种粒度的质量百分数，为5种粒度液滴飞行轨迹示意。飞行的轨迹还影响到干燥室直径和高度的设计。根据生产保护渣的具体情况，通过喷雾塔内不同直径雾滴的运动计算和干燥时间的确定，验证两者的匹配性和干燥设计的合理性，并分析影响保护渣中水分含量的因素。
表1五种粒度的质量百分数标号粒度/fun质量/ 4.1液滴所需干燥时间的计算雾滴干燥过程可分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段。恒速干燥阶段是水分由液滴内部很容易移动到表面，足够补充表面汽化所失去的水分，以保持表面饱和，液滴温度为湿球温度。随着水分含量的降低，水分移向表面的速度开始小于表面汽化速率，此时的水分含量称为临界湿含量；此后，表面不再保持润湿，干燥速率不断下降，直到完成干燥为止，即降速干燥阶段。液滴和具有一定温度的空气接触所需的实际蒸发时间，取决于液滴形状、化学组成、物理结构和固体浓度。实际蒸发时间是恒速干燥时间和达到所需湿含量的降速干燥时间之和。
据马歇尔的推导，含有不溶性固体的液滴所需的总干燥时间等于恒速和降速干燥阶段所需时间之和，即：苏鹤祥的文章中将马歇尔的降速干燥式修正为：表2修正后不同进风温度下液滴干燥时间的变化项目参数进风温度/出风温度/t产品温度/临界空气温度/巧停留时间和干燥时间的比较为不同液滴的干燥时间随风温的变化及对应的停留时间比较，图中粗实线代表液滴的干燥时间，细实线代表液滴的停留时间，并忽略了风温变化对液滴停留时间的影响。
从中曲线可得出，提高进风温度，相应的进出风温差大，干燥所需的时间就短。终的结果是表现为颗粒渣中的水分降低，这一结论与实践相吻合。降低进风温度，千燥所需的时间就长，雾滴中的水分不能被干燥到所要求的水平。
不同的液滴粒度在干燥室中的停留时间和所需的干燥时间均不相同。雾滴直径越大，停留时间越保护渣-A千燥时间-B干时间——C干燥时间一o-D干燥时间干燥时间运动时间+B运动时间——C运动时间+D动时间一E运动时间不同液滴的干燥时间随风温的变化及对应的停留时间的比较短，所需的干燥时间越长；反之，雾滴直径越小，则停留时间越长，而所需的干燥时间越短。因此，在给定的温度条件下，雾滴粒度越小，干燥后的水分含量越小，所以希望雾滴的粒度越细越好。粒度越细，总的表面积越大，传热和传质的面积也就越大，干燥速度越快。就现有的工艺条件和设计来说，颗粒粗细不同干燥结束后所含有的水分也不同，粗颗粒中水分可能大于0.5，细颗粒中水分可能小于0.5，但是平均水分含量能满足要求或低于要求。
停留时间存在一个极小值，其对应的粒度在A类和C类之间，当粒度大于极小值粒度时，其停留时间开始增大，前提是干燥室的篼度无限高。然而，此时停留时间的增长速率比干燥时间的增长速率要慢，所以总的来说，粒度越大，干燥后的水分含量越高。
5结论（1）进风温度提高，干燥速率增大，则雾滴所需的干燥时间缩短，有利于使产品中水分降低。在目前生产中蒸发量的条件下，进风温度为500左右时，保护渣中水分含量能降低到0.5以下，但其出风温度达到250左右，热量利用率仅为50，所以应该降低出风温度，以提高热量利用率。
（2）雾滴粒度越小，干燥传质的比表面积越大，干燥所需的时间越短，雾滴在干燥室中停留的时间也越长。所以，粒度越小，越容易被干燥。存在一个临界粒度，即此粒度的雾滴干燥时间恰好等于停留时间，在此时间的雾滴正好被干燥到合格水平，即0.5.大于临界粒度，则颗粒中水分将大于0.5；反之，颗粒中水分将小于0.5.保护渣料浆雾化后不可避免地存在大于临界粒度的雾滴，这部分雾滴尽管不能被干燥到合格水平，但是如果所占的重量百分比较少，则不会影响总体的水分含量达到合格。