流化床反应室内铁矿石的临界流化特性

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.017

摘要/Abstract

摘要：

U型反应室是悬浮焙烧装备的核心部件，明确其内物料的临界流化特性具有理论与实践意义.为此，自行搭建了冷态试验系统，并以赤铁矿粉、氧化铝粉为原料，研究了松动风量、物料性质对物料临界流化特性的影响规律，并对原有经验公式进行了修正.结果表明：临界流化气速随物料粒度、密度的增加而增加；在松动室床层为固定床的条件下，临界流化气速随松动风量的增大而减小；修正后的过程方程与试验数据吻合较好，可用于反应室内物料流化行为的预测.研究结果利于悬浮磁化焙烧技术实体化，对该技术工业应用具有一定的指导意义.

关键词: 悬浮磁化焙烧炉, 流化床反应室, 冷态试验, 降速法, 临界流化特性

Abstract:

The U‐type reaction chamber is a core component of suspension roasting equipment， the critical fluidization characteristics of materials have both theoretical and practical significance. Therefore， this paper built a cold test system， and conducted research using hematite powder and aluminum oxide powder as materials to study the influence of aeration air volume， material properties on the critical fluidization characteristics， and modified empirical formula of critical fluidization characteristics based on the test. The results show that the critical fluidization gas velocity increases with the increase in particle size and density of materials. The critical fluidization velocity decreases with the increase of the aeration air volume under the condition of a fixed bed in the loosening chamber， the modified formula fits well with the experimental results and can be used to predict fluidization behavior. The research results are helpful to realize the integration of suspension roasting technology and equipment， and also have certain guiding significance for industrial applications.

Key words: suspension magnetizing roaster, fluidized bed reactor, cold test, deceleration method, critical fluidization characteristic

中图分类号:

TD 925.7

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图/表 12

图1 试验物料粒度分布曲线（a）—氧化铝粉；（b）—赤铁矿粉.

Fig.1 Particle size distributions of test materials

表1 试验物料的物理性质

Table 1 Physical properties of the test materials

固体物料	粒级/mm	体积平均粒度/mm	真密度/（kg·m^-3）	表观骨架密度/（kg·m^-3）	堆积密度/（kg·m^-3）
氧化铝粉	<0.074	0.071	2 398.89	2 135.68	1 200.18
	0.074~0.10	0.092	2 398.89	2 135.68	1 205.98
	0.10~0.15	0.147	2 398.89	2 135.68	1 242.49
赤铁矿粉	<0.074	0.070	3 645.32	3 542.27	2 197.08
	0.074~0.10	0.093	3 645.32	3 542.27	2 214.56
	0.10~0.15	0.146	3 645.32	3 542.27	2 227.70
	0.15~0.30	0.215	3 645.32	3 542.27	2 241.63

图2 氧化铝粉和赤铁矿粉XRD分析图谱（a）—氧化铝粉；（b）—赤铁矿粉.

Fig.2 XRD patterns of alumina and hematite powders

表2 赤铁矿的化学成分分析（质量分数） (（mass fraction） %)

Table 2 Chemical composition of hematite ore

TFe	FeO	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	P	S	烧失
64.73	0.46	2.12	1.27	0.21	0.26	0.09	0.094	3.25

图3 U型反应室冷态试验系统示意图

Fig.3 Diagram of cold test system for the U‐type reactor

图4 U型反应室三维结构示意图

Fig.4 Three‐dimensional structure diagram of U‐type reactor

图5 不同密度物料Δp与v的关系（a）—在不同测压点高度下；（b）—在不同粒级下.

Fig.5 Plot of Δp against v under different particle densityvmf=dp(ρ-ρf)gεmf3?s6?300ρf.（4）

图6 不同粒级赤铁矿粉Δp与v的关系

Fig.6 Plot of Δp against v under different particle

图7 不同松动风量下赤铁矿粉Δp与v的关系

Fig.7 Plot of Δp against v under different aeration

表3 不同松动风量对vmf的影响

Table 3 Effect of aeration gas volume on vmf

床料	粒级/mm	松动风量/（m³·h^-1）	v_mf/（m·s^-1）
赤铁矿粉	0.074~0.10	0.0	0.80
		0.1	0.75
		0.2	0.68
		0.3	0.64
		0.4	0.60
	0.15~0.30	0.0	1.60
		0.1	1.58
		0.2	1.52
		0.4	1.50
		0.6	1.48

表4 计算和试验的固体物料临界流化气速

Table 4 Calculated and measured νmf of solid particles

固体物料	粒级	平均粒度		v_mf/（m·s^-1）
固体物料	mm	mm		计算值	试验值
氧化铝粉	<0.074	0.071	0.11		0.40
	0.074~0.10	0.092	0.23		0.45
	0.10~0.15	0.147	0.48		0.53
赤铁矿粉	<0.074	0.070	0.15		0.55
	0.074~0.10	0.093	0.29		0.78
	0.10~0.15	0.146	0.65		1.08
	0.15~0.30	0.215	1.31		1.40

图8 Ar和Remf的拟合关系曲线

Fig. 8 Fitting relation curve of Ar and Remf

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