dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process
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7/23/2019 dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process
http://slidepdf.com/reader/full/dy-of-moisture-transfer-during-the-strand-sintering-process 1/11
Study of o is ture Tran sfer
dur ing the St rand S inter ing Proc ess
F . P A T I S S O N , J .P . B E L L O T , an d D . A B L I T Z E R
M o i s t u r e t r a n s f e r d u r i n g t h e s t r a n d s i n t e r i n g o p e r a t i o n w a s s t u d i e d b o t h e x p e r i m e n t a l l y a n d
u s i n g a m a t h e m a t i c a l m o d e l . T h e d r y i n g o f i ro n o r e p e l l e ts w a s f o u n d t o o c c u r i n tw o d i s ti n c t
p e r i o d s : o n e a t a c o n s t a n t d r y i n g r a t e a n d t h e o t h e r a t a d e c r e a s i n g d r y i n g r a t e , w h e r e a s t h e
d r y i n g o f z i n c o r e p e l l e t s a l w a y s o c c u r s a t a d e c r e a s i n g d r y i n g r a t e . C h a r a c t e r i s t i c d r y i n g c u r v e s
w e r e d e t e r m i n e d f o r b o t h m a t e r i a l s. T h e m o i s t u r e t ra n s f e r m e c h a n i s m s d u r i n g t h e s i n te r i n g p ro -
c e s s w e r e d e m o n s t r a t e d i n d e t a il , i n c l u d i n g t h e r e c o n d e n s a t i o n o f w a t e r i n th e c o l d l a y e r s o f
t h e b e d a n d t h e f o r m a t i o n o f a n in e r t, o v e r m o i s t e n e d z o n e . T h e m a t h e m a t i c a l m o d e l p r e s e n t e d
s i m u l a t e s a l l o f t h e s e p h e n o m e n a a n d i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e v a r i a b l e s r e l at e d t o m o i s t u r e t r a n s-
f e r . T h e m o d e l i s a d a p t a b l e t o o t h e r p r o c e s s e s w h e r e a h o t g a s p a s s e s t h r o u g h a m o i s t p a c k e d
b e d .
I . I N T R O D U C T I O N
A . T h e S t r a n d S i n t er i n g P r o c e ss
N
i r o n m a k i n g a s w e l l a s i n z i n c m e t a l l u r g y , t h e u s e o f
a b l a s t fu r n a c e r e q u i r e s p r e s i n t e r i n g o f t h e m i x t u r e o f
o r e s t o g i v e t h e m g o o d m e c h a n i c a l ( s t r e n g t h a n d p e r -
m e a b i l i t y ) a n d c h e m i c a l ( r e d u c i b i l i t y ) p r o p e r t i e s . T h e
s i n t e r i n g o p e r a t i o n i s u s u a l l y c a r r i e d o u t o n a m o v i n g
g r a t e ( F i g u r e 1 ) .
P e l le t s c o m p o s e d o f o r e s , r e t u rn s i n t e r, f l u x e s , c o k e
( in t h e c a s e o f ir o n ) , a n d w a t e r a r e l o a d e d o n a m o v i n g
g r a te . A f t e r ig n i t io n u n d e r a h o o d , a i r b l o w i n g t h r o u g h
t h e b e d m a i n t a i n s a s t r o n g l y e x o t h e r m a l r e a c t i o n ( c o k e
c o m b u s t i o n i n t h e c a s e o f i r o n , s u l f i d e r o a s t i n g i n th e
c a s e o f z in c ) . T h e b e d a t ta i n s a te m p e r a t u r e o f a p p r o x -
i m a t e l y 1 3 0 0 ~ w h i c h c a u s e s p a r ti a l m e l t i n g o f t h e
c h a r g e a n d s i n t e r i n g o f t h e p e l l e t s .
T h e i r o n o r e s i n t e r i n g a n d z i n c o r e s i n t e r - r o a s t i n g
p r o c e s s e s a r e f u n d a m e n t a l l y s i m i l a r , d i f f e r i n g o n l y i n t h e
d e t a i l s o f g a s f l o w d i r e c t i o n , i g n i t i o n p r o c e s s , f u e l , p e l -
l e t c h a r a c t e r i s t i c s , a n d t h e c h e m i c a l r e a c t i o n s i n v o l v e d .
B . I m p o r t a n c e o f D r y i n g
T h e f e e d m i x t u r e t o a s i n t e r i n g o p e r a t i o n c o n t a i n s b o t h
c o n s t it u t iv e w a t e r ( w a t e r c h e m i c a l l y b o u n d t o t h e s o l i ds )
a n d f r e e w a t e r . C o n s t i tu t i v e w a t e r c o m e s m a i n l y f r o m
o r e s a n d e x i s t s i n l o w c o n c e n t r a t i o n s ; i t s r e m o v a l o c c u r s
b y d e h y d r a t i o n r e a c t i o n s . F r e e w a t e r c o m e s f r o m o r e s ,
f l u x e s , a n d m a i n l y f r o m w a t e r a d d e d t o a id t h e p e l le t i z -
i n g p r o c e s s . I t r e p r e s e n t s 6 t o 1 2 w t p c t o f t h e f e e d m i x -
t u r e f o r i r o n o r e , a n d 4 t o 6 w t p e t f o r z i n c o r e . F r e e
w a t e r r e m o v a l i s a n i m p o r t a n t s t e p i n t h e s i n t e r i n g o p -
e r a t io n b e c a u s e o f th e h i g h t h e r m a l e n e r g y c o n s u m p t i o n
r e q u i r e d f o r d r y i n g ( u p t o 2 5 p e t o f th e r e q u i r e m e n t s f o r
i r o n o r e s in t e r i n g ) a n d t h e r e d u c e d p e r m e a b i l i t y o f t h e
F. PATISSON, Research Scientist from Centre National de la
Recherche Scientifique CNRS), J.P. BELLOT ,Assis tant Professor,
and D. ABLITZER, Professor, are with the Laboratoire de Science
et G6nie des Mat6daux M6talliques LSG2M), Ecole des Mines, 54042
Nancy Cedex, France.
Manuscript submitted June 13, 1988.
o v e r m o i s t e n e d
i . e . ,
w i t h e x c e s s w a t e r , a f t e r c o n d e n -
s a t i o n ) z o n e , w h i c h o b s t r u c t s g a s f l o w .
A s s h o w n i n F i g u r e 2 , w h e n t h e h o t g a s e s l e a v e t h e
r e a c t io n z o n e a n d e n t e r t h e m o i s t z o n e , t h e y d r y t h e s o l-
i d s a n d b e c o m e l o a d e d w i t h w a t e r v a p o r . B u t , a s w i ll
b e s h o w n , w h e n t h e s e n o w v e r y m o i s t ga s e s c o m e i n
c o n t a c t w i t h t h e c o l d e r c h a r g e i n th e d e e p l a y e r s o f th e
b e d , w a t e r c o n d e n s e s o n t h e s o li d s . T h e r e f o r e , t h e t e r m
m o i s t u r e t r a n s fe r w i l l b e u s e d to in c l u d e b o t h d ry i n g
a n d c o n d e n s a t i o n .
C . P r e v i o u s D e s c r i p t i o n s
I n t h e p a s t , m o i s t u r e t r a n s f e r h a s b e e n d e s c r i b e d i n a
r a t h e r s im p l i f i e d m a n n e r i n v a r i o u s m a t h e m a t i c a l m o d e l s
o f t h e s i n t e ri n g p r o c e s s . F o r d r y i n g , t h e s i m p l e s t a p -
p r o a c h c o n s i d e r s t h a t i t t a k e s p l a c e e n t i r e l y a t a f i x e d
t e m p e r a t u r e o f 1 0 0 O t h e r a u t h o rs i n t ro d u c e a t w o -
s t a g e d r y i n g m o d e l : f i r s t , d r y i n g o c c u r s a t a c o n s t a n t r a t e
a n d , a f t e r , a t a r a t e t h a t d e c r e a s e s l i n e a r l y w i t h t h e m o i s -
t u r e c o n t e n t , t4 -9 ] Yo s h i n a g a a n d K u b o [1~ m e n t i o n a t h r e e -
s t a g e d r y i n g p r o c e s s b u t g i v e a s i n g l e e q u a t i o n w h e r e
t h e d r y i n g r a t e d e c r e a s e s c o n t i n u o u s l y w i t h d e c r e a s i n g
m o i s t u re c o n te n t. E x c e p t f o r C u m m i n g t al ., [11] who u s e d
s e m i e m p i r i c a l r e s u l t s o b t a i n e d f o r h e m a t i t e pe ll et s, [12] t h e
s p e c i fi c t r a n s p o rt p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l s h a v e n o t b e e n
t a k e n i n to a c c o u n t . C o n d e n s a t i o n h a s e i th e r b e e n i g -
n o r e d [3-7,1~ o r a s s u m e d t o o c c u r a f t e r t h e g a s h a s b e c o m e
b u l k - s a t u r a t e d ( w h e n t h e d e w - p o i n t t e m p e r a t u r e i s e q u a l
t o th e g a s t e m p e r a t u r e ) , w i t h t h e g a s r e m a i n i n g s a t u ra t e d
d u r i n g c o n d e n s a t i o n . [L 2] T o d a a n d K a t o ES] a n d K a s a i
et al.[9]
c o n s i d e r a c o n d e n s a t i o n r a t e t h a t d e p e n d s o n t h e
d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e g a s h u m i d i t y a n d t h e s a t u r a ti o n
h u m i d i t y a n d a n a r b i t ra r y c o n s t a n t. I n th e w o r k o f
C u m m i n g e t a l . , tH] i t i s a s s u m e d t h a t c o n d e n s a t i o n o c -
c u r s w h e n t h e g a s i s s a t u r a t e d a t a t e m p e r a t u r e m i d w a y
b e t w e e n t h a t o f t h e s o l i d s a n d t h e g a s e s .
F e w p a p e r s a r e s p e c i f i c a l l y c o n c e r n e d w i t h t h e s t u d y
o f m o i s t u r e t r a n s f e r d u r i n g t h e s i n t e r i n g o p e r a t i o n . Ko r o t i c
a n d P u z a n o v E~3] f i r st e x p l a i n e d t h e m e c h a n i s m o f t h e f o r -
m a t i o n o f an o v e r m o i s t e n e d z o n e . W a j i m a
et al. ~4]
s t u d -
i e d th e i n f lu e n c e o f t h e a m o u n t o f c o n d e n s e d w a t e r o n
t h e p e r m e a b i l i t y o f t h e b e d , b o t h e x p e r i m e n t a l ly a n d u s i n g
METALLURGICAL TRANSACTIONS B VOLUME 21B, FEBRUARY 1990--37
7/23/2019 dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process
http://slidepdf.com/reader/full/dy-of-moisture-transfer-during-the-strand-sintering-process 2/11
r e s
Ftuxes
I g n i t i o n
ater
1 1 1 1 1
s i n te r
Roughing 1
t A I A t l l / l ? / oo no
S c r e e n i n g
G~ : 02 N2 C02 CO H20 etc' l
Undersized Slnter o
slnter blostfurnece
F i g . 1 - S i n t e n n g m a c h i n e ( ir o n o r e) .
a m o d e l . R a n k i n a n d R o l l e r [15] s t u d i e d e x p e r i m e n t a l l y
t h e i n fl u e n c e o f c o n d e n s a t i o n o n b e d p e r m e a b i l i t y .
D . O u t l i n e
I n o r d e r t o o p t i m i z e t h e i r o n o r e s i n t e r i n g a n d z i n c o r e
s i n t er - r o a st i n g p r o c e s s e s , a m a t h e m a t i c a l m o d e l o f t h e
o p e r a t i o n h a s b e e n d e v e l o p e d . T h e m o d e l , d e s c r i b e d i n
p r e v i o u s a r t i c l e s , [ 16 1 7,1 8]
p e r m i t s c a l c u l a t i o n o f t h e t i m e -
d e p e n d e n t t e m p e r a t u r e s a n d c o m p o s i t i o n s o f th e s o l id s
a n d g a s e s t h r o u g h o u t t h e b e d . I n t h e p r e s e n t p a p e r , t h e
s t u d y o f m o i s t u r e t r a n s f e r d u r i n g t h e s t r a n d s i n t e r i n g
p r o c e s s i s f u l l y d i s c u s s e d , g i v i n g p a r t i c u l a r a t t e n t i o n t o
d e s c r i b i n g , f r o m a m a c r o s c o p i c v i e w p o i n t , t h e m o i s t u r e
t r a n s f e r p h e n o m e n a d u r i n g t h e d r y i n g o f a p a c k e d b e d
b y h o t g a s e s , a n d f r o m a m i c r o s c o p i c v i e w p o i n t , t h e
m o i s t u r e t r a n s p o r t p r o p e r t i e s o f t h e d r y i n g m a t e r i a ls .
T h e m e c h a n i s m s f o r m o i s t u r e t r a n s f e r i n a p a c k e d b e d ,
i n c l u d in g r e c o n d e n s a t i o n o f w a t e r i n t h e d e e p l a y e r s , a r e
d e s c r i b e d a n d e x p l a i n e d . T h e m o d e l p r o p o s e d i s a l s o a p -
p l i c a b l e t o o t h e r p r o c e s s e s i n w h i c h s i m i l a r d r y i n g o c -
c u r s . T h e m o d e l i s v a l i d a t e d b y c o m p a r i n g i t s r e s u l t s
w i t h m e a s u r e m e n t s t a k e n d u r i n g p r e d r y i n g e x p e r i m e n t s
o n a p i l o t p o t .
T h e m o i s t u r e t r a n s p o r t p r o p e r t i e s o f t h e d r y i n g m a -
t e r i a l s h a v e b e e n s t u d i e d e x p e r i m e n t a l l y t o c h a r a c t e r i z e
t h e b e h a v i o r o f i ro n a n d z i n c o r e p e l l e ts .
os
T e m p e r o t u r e o f s o l i d s ~ o r ~
] i F
t . )
t -
4 J
t,~
~
F i g . 2 - - F o u r z o n e s o f t h e b e d ( i ro n o r e) .
: l n t e r e d z o n e
R e o c t i n z o n e
D r i e d z o n e
M o i s t z o n e
I I . E X P E R I M E N T A L S T U D Y
O F D R Y I N G O F O R E P E L L E T S
A . D e s c r i p ti o n a n d R e s u lt s
T h e e x p e r i m e n t a l w o r k w a s c a r r i e d o u t b y t h e r m o -
g r a v i m e t r y . T h e m o i s t e n e d p e l l e t s w e r e p l a c e d i n a w i re -
m e s h b a s k e t a n d t h e n d r i e d i n a f u r n a c e b y a f o r c e d f l o w
o f h o t g a s. T h e w e i g h t l o s s w a s c o n t i n u o u s l y r e c o r d e d .
T h e o p e r a t i n g c o n d i t io n s a r e g i v e n i n T a b l e I . W h e n a
s a m p l e s t o p p e d l o s i n g w e i g h t , i t w a s w e i g h e d , p l a c e d i n
a n o v e n a t 1 50 ~ f o r s e v e r a l h o u r s , a n d t h e n w e i g h e d
a g a i n to d e t e r m i n e i t s d r y m a s s . C u r v e s s h o w i n g d r y i n g
r a t e v s m o i s t u r e c o n t e n t a r e c a l c u la t e d f r o m t h e w e i g h t
l o s s
v s
t i m e i n f o r m a t i o n . E x a m p l e s o f t h es e c u r v e s a r e
g i v e n i n F i g u r e 3 .
B . I n t e r p r e t a t i o n
T h e s e e x p e r i m e n t s c l e a r l y s h o w t h a t t h e d r y i n g p r o -
c e s s i s d i v i d e d i n t o t w o c h a r a c t e r i s t i c p e r i o d s , o n e a t a
c o n s t a n t d r y i n g r a t e a n d o n e a t a c o n t i n u o u s l y d e c r e a s i n g
r a te . T h i s b e h a v i o r , t y p i c a l o f p o r o u s m a t e ri a l s, c a n b e
e x p l a i n e d a s f o l l o w s .
1 . F i r s t p e r i o d - - c o n s t a n t d r y i n g ra t e
D u r i n g t h i s p e r i o d , h e a t f r o m t h e g a s e s i s f u l l y u t il i z e d
t o e v a p o r a t e w a t e r o n t h e s u r f a c e o f t h e s o li d s. T h e s y s -
t e m i s in a s t a t e o f d y n a m i c e q u i l i b r i u m . T h e s u r f a c e
t e m p e r a t u r e r e m a i n s c o n s t a n t
i . e . ,
a t th e w e t - b u l b t e m -
p e r a t u r e ,
Tw),
a n d t h e s u r f a c e i s s a t u r a t e d w i t h w a t e r .
T h e d r y i n g r a t e d u r i n g t h is p e r i o d c a n b e c a l c u la t e d f r o m
e x t e r n a l h e a t o r m a s s t r a n s f e r b a l a n c e s .
2 . S e c o n d p e r i o d - - d e c r e a s i n g d r y in g ra t e
W h e n t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s o li d s d e c re a s e s , t h e
i n t e r n a l t r a n s p o r t o f wa t e r t o t h e s u r f a c e i s n o t f a s t e n o u g h
t o m a i n t a i n s a t u r a t i o n o n t h e e n t i r e s u r f a c e . T h e m o i s -
t u r e c o n t e n t a t t h i s p o i n t i s c a l l e d t h e c r i t ic a l m o i s t u r e
c o n t e n t , Wcr. T h e d r y i n g r a t e b e g i n s t o d e c r e a s e , a s t h e
i n t e r n a l r e s i s ta n c e t o m o i s t u r e t r a n s f e r b e c o m e s s i g n i f i -
c a n t . V a r i o u s s h a p e s o f t h e e n d s o f t h e d r y i n g c u r v e s a r e
o b s e r v e d , d e p e n d i n g o n t h e m a t e r i a l b e i n g d r i e d .
T h e c r i t i c a l m o i s t u r e c o n t e n t w a s f o u n d t o b e d i f f e r e n t
f o r i ro n o r e ( - ~ 5 p c t) t h a n f o r z i n c o r e ( > 1 0 p c t ) . F o r
i r o n o r e p e l l e t s , s e v e r a l a u t h o r s t4'6,81 h a v e u s e d a v a l u e
o f 2 p c t , w i t h o u t s t a t in g t h e o r i g i n o f t h is v a l u e . I f th e
T a b l e I O p e r a t i n g C o n d i t i o n s
f o r T h e r m o g r a v i m e t r y E x p e r i m e n t s
Composi t ion of the Pe l l e t s
I r o n Or e Z i n c Or e
Mixture of Severa l
R i c h Or e s Us e d a t
S O L L A C , D u n k i r k
Mixture of Blende
(St -Sa lvy) and
Galena (Tara)
Ga s mixture dry a i r dry a i r
Ga s t empera ture 22 ~ to 100 ~ 30 ~ to 90 ~
Super f i c ia l
ve loc i ty 3 .5 to 5 .4 cm . s -~ 7 cm . s -~
Ini t ia l mass about 1 g about 1 g
Ha r m o n i c
d i a m e t e r 2 . 8 m m 5 . 0 m m
Ini t ia l m ois ture
content up to 12 pc t up to 12 pc t
3 8 - - V O L U M E 2 1 B , F E B R U A R Y 1 99 0 M E T A L L U R G I C A L T R A N S A C T I ON S B
7/23/2019 dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process
http://slidepdf.com/reader/full/dy-of-moisture-transfer-during-the-strand-sintering-process 3/11
0 8
~ 0.6
0 4
e
':~ 0.2
[ ] T g =
59 C
x Tg =
9 9 %
c r i t i c a l m o i s t u r e
c o n t e n t l o c u s
X X i X X X X X
I
l
I
] const nt r a t e
/ d r y i
ng
x
x
x
x
x
x
x f l l i n g
r te
x
d r y i n g
x
x O 0 0
D
O 0 o
X X
O ~ 0 0 o o o o 0 0 o
2 q 6 8 10
Solid moisture content ( )
(a)
X
X
12
0 8
E
~0.6
0.4
e
0 2
T g = 7 0 ~
+ + +
+ Tg g0*C] + + + +
§
[
+ + c o n s t a n t
r a t ~
/ d ~ i
n g
~ g r o s c o p i c + [
nonhygroscopic
/
b e h a v i o r
b e h a v i o r
+ I
~ m s s ~ s ~ m ~
r ~ s
2 .? '
t r a n s i t i o n
m i s t u r e
c o n t e n t l o c u s
+
s
0 2 4 6 8 1 0 1 2
Solid moisture content (%)
(b)
F i g . 3 - - E x p e r i m e n t a l d r y i n g r a t e v m o i s t u r e c o n t e n t : a ) ir o n o r e
p e l l e t s a n d b ) z in c o r e p e l l e t s .
critical moisture contents are compared to the usual ini-
tial moisture contents for the sintering process (5 to 12 pct
for iron ore and 4 to 5 pct for zinc ore), it is concluded
that the drying of iron ore pellets during the sintering
operation occurs in two periods (at constant and at de-
creasing rate), whereas for zinc ore sinter-roasting, the
decreasing rate drying commences directly.
In addition, the shape of the drying curves is different.
In the case of iron ore (Figure 3(a)), during the second
period, the curve is concave downward. This is char-
acteristic of hygroscopic behavior. The final (equilib-
rium) moisture content, We q , is close to zero. In the case
of zinc ore (Figure 3(b)), a period is observed during
which the curve is concave upward, characterizing non-
hygroscopic behavior. Later, below a transition moisture
content, W t , hygroscopic behavior appears. Such fea-
tures can also be found during the drying of other ma-
terials, such as wo od, for example , t~9] In the case o f zinc
ore, the equilibrium moisture content is about 1 pet.
C . C h a r a c t e r i s t i c D r y i n g C u r v e
The drying curves obtained were normalized in the form
of a reduced drying rate, Rr , v s a reduced moisture con-
tent, W, as follows:
(1) In the case of iron ore,
R r = R / R M (drying rate/drying rate
during the first period)
W r = W / W c r (equilibrium moisture
content is zero)
(2) In the case of zinc ore,
R ~ = R / R t r (drying rate/drying rate
when W = W,r)
W r = W - W e q ) ] / W t r - W eq
These two different normalizations were based on phys-
ical considerations. In the case of zinc ore, the transition
point is the experimental characteristic point, whereas
for iron ore, the critical point is obviously the reference
to be considered.
In each case, a single curve was obtained, which is
characteristic of the drying of iron ore pellets (Figure 4(a))
and of zinc ore pellets (Figure 4(b)). The drying rate at
any instant is calculated from the known ma ximum drying
rate, Ru (see Section II I- B) , and the equation of the
characteristic drying curve, P ( W r ) , obtained by poly-
nomial regression. In the case of iron ore, the drying rate
is given by
R = R M P ( W r ) [la]
P ( W r ) = 1 - (1 - Wr) (1 - 1.796Wr + 1 .0593W~)
[lbl
Since, in the case of zinc ore, R,~ is not known analyt-
ically, we use
R = f . R u P ( W ~ ) [2a]
P(Wr) = -0. 0560 3 + 3 .2 15 5Wr - 3.9223W 2
+ 2.2488W~ - 0.4 914W 4 [2b]
The value off = R J R u was experimentally determined
to be about 0.7.
I I I. M A T H E M A T I C A L M O D E L I N G
O F M O I S T U R E T R A N S F E R D U R I N G
T H E SI N T E R I N G O PE R A T I O N
A . G e n e r a l E q u a t i o n s
As noted earlier, the present model o f moisture trans-
fer during the sintering operation is part of a compre-
hensive model that simulates the entire sintering
proce ss. [16JTA8l The equat ions used to descr ibe heat and
mass transfer in the moist zone are as follows (see
Nomenclature for symbols):
Thermal balance of the gases:
0 0
upgCpg Ox Tg -ep gC pg Ot Tg + agh(T s - Tg) [3]
M E T A L L U R G IC A L T R A N S A C T IO N S B V O L U M E 2 1 B , F E B R U A R Y 1 9 9 0 - -3 9
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1 . 2
x
o
9
_
e 2 ~ I ~ 0
O I 0 r 9
0 8 = ~ j ~
I ~ ~
I~l m 111
k.. ~
c n n K I } 1 ~ 0 , c o n s t a n t r a t e
. ~ ~ ~ ~ I d r y i n g
x ~ 0 . / I ~ J e
f l l i n g
r a t e i
I t
i
0 0 5
I
1 5 2 2 5 3
Re duc e d
m o i s t u r e c o n t e n t ( g /W c r )
(a)
1 4
k .
~ 1 . 2
~ o ~
~ 0 . 6
~ 0 J 4
0.2
O i l
o
i
i n o n y g r o s c o p i c
I b e h a v i o r [ ]
i [ ]
i
i [ ]
0
~
Q_S W -~
o x ~ t ~ R
a ~ h y g r o s c o p i c
o X t 3 ? ~
beh vior
0 . 2 O d t 0 , 6 0 . 8 1 1 . 2 1 , g
Re duc e d
m o i s t u r e c o n t e n t ( [ W - W e o I /[ g t r - W e q ] )
b )
F i g . 4 - - C h a r a c t e r i s t i c d r y i n g c u r v e : a ) ir o n o r e p e l le t s a n d b ) z i n c
o r e p e l l e t s t h e v a r i o u s m a r k e r s r e p r e s e n t r u n s c a r r i e d o u t u n d e r d i f -
f e r e n t e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s ) .
T h e r m a l b a l a n c e o f t h e s o l i d s :
0
p a C m - ~ t T s = a g h T g - T s ) -
M H 2 O
r a 2 o L ~ T ~ )
[ 4 ]
W a t e r v a p o r b a l a n c e :
0 0
OX
U C H 2 0
: e Ot
C H 2 0 r H ~ o [5]
M o i s t u r e b a l a n c e o f t h e s o l i d s :
0
Ot O n t o - - M H 2 0 rH20 [6]
T h e a b o v e c o u p l e d e q u a t i o n s , p l u s th e e q u a t i o n s w h i c h
r e p r e s e n t t h e t o t a l m a s s b a l a n c e s o f t h e g a s e s a n d s o l i d s
a n d t h e l o c a l m o m e n t u m b a l a n c e ( u s i n g E r g u n ' s r e l a -
4 0 - - V O L U M E 2 1 B , F E B R U A R Y 1 9 9 0
t i on s h i p P ~ w e r e s o l v e d b y u s i n g a n i t e r a ti v e i m p l i c i t
f i n i t e d i f f e r e n c e m e t h o d .
B . K i n e t i c E q u a t i o n s f o r M o i s t u r e T r a n s f e r
T h e i m p o r t a n t t e r m i n t h e a b o v e b a l a n c e e q u a t i o n s i s
the r a te o f m ois tu r e t r ans f e r , r H~o ( m ol - S - 1 m f f3) . To
c a l c u l a t e r n ~ o , w e f i r s t c a l c u l a t e t h e m a s s t r a n s f e r r a te i n
t h e b o u n d a r y g a s l a y e r , r R , w h i c h i s a f u n c t i o n o f t h e
d i f f e r e n c e i n v a p o r p r e s s u r e a t t h e s u r f a c e o f t h e p a r t i c l e
( a s s u m e d t o b e s a t u r a t e d ) a n d o f t h e b u l k g a s , g i v e n b y
agk
rR = - ~ pv , , Ts ) - Pn :o ) [7]
w h e r e ag i s t h e s p e c i f i c a r e a o f t h e b e d ,
ag
= 6(1 -
e ) / d e
[8]
T h e t e r m p ~ , i s t h e s a t u r a te d v a p o r p r e s s u r e , e x p r e s s e d
f r o m d a t a r e p o r t e d b y K e e y , p q a s
( 5 2 1 1 ~
p v , , T s ) = e x p 2 5 . 5 4 1 - T~ / [9 ]
T h e t e r m P H : o i s t h e v a p o r p r e s s u r e i n t h e b u l k g a s , a n d
k is the ma ss t ran sfer coef f ic ient , as def in ed by Kr ische r . I22~
hTg
k = [ 1 0 ]
3 . 1 5 5 P ~ ( 1 - 0 .2 4X m )( 1 + ~ ) ( 1 - - X m )
T h e t e r m X m i s t h e l o g a r i t h m i c m e a n o f t h e m o l a r f r a c -
t i o n o f v a p o r i n t h e b u l k g a s a n d a t t h e s a t u r a t e d s u r f a c e .
T h e v a l u e o f r R i s u s e d t o d e t e r m i n e t h e r e g i m e o f
m o i s t u r e t r a n s f e r (d r y i n g o r c o n d e n s i n g ) a n d , h e n c e , t h e
a p p r o p r i a t e f o r m o f t h e e q u a t i o n s .
I f rR < 0 , t h e r e is c o n d e n s a t i o n , a n d rHz0
=
rR.
I f rR -- 0 , t h e r e i s d r y i n g , a n d r n 2 o d e p e n d s o n t h e
c a s e c o n s i d e r e d . F o r ir o n o r e , i f W -> W e t , e q u i l i b r a t e d
( f i r s t -pe r iod) d r y ing takes p lace , and r n2o = r R. I f W <
Wcr, d e c r e a s i n g r a t e d r y i n g o c c u r s , a n d r n 2 o i s c a l c u l a t e d
f r o m t h e c h a r a c t e r is t i c d r y i n g c u r v e u s i n g E q . [ 1 ]. F o r
z i n c o r e , d r y i n g a l w a y s o c c u r s a t d e c r e a s i n g r a t e , a n d
rnzo i s ca lcu la ted f r om the ch a r ac te ri s t ic d r y ing cur ve us ing
Eq. [2] .
T h e v a l u e o f rM i n E q s . [ 1] a n d [ 2] c a n b e d e t e r m i n e d
f r o m t h e m a s s t r a n s f e r r e l a t i o n s h i p ( rM = rR Tw)) o r f r o m
t h e t h e r m a l b a l a n c e o f t h e s o l i d s , s i n c e d u r i n g t h e f i r s t
p e r i o d , d r y i n g t a k e s p l a c e a t a r a t e s u c h t h a t t h e t e m -
p e r a t u r e o f t h e s o l i d s r e m a i n s c o n s t a n t a n d e q u a l t o T ~ .
T h i s t h e r m a l b a l a n c e i s w r i t t e n
agh Tg - Tw ) = MH 2or MLv Tw ) [111
( h e a t b r o u g h t b y g a s e s ) ( h e a t f o r e v a p o r a t i o n )
I n th i s e q u a t i o n , t h e h e a t i n g o f v a p o r i s n e g l e c t e d , t h e
w e t - b u l b t e m p e r a t u r e , T w , i s a f u n c t i o n o f m o i s t u r e c o n -
t e n t , p r e s s u r e , a n d t h e t e m p e r a t u r e o f t h e g a s e s , a n d t h e
l a t e n t h e a t o f v a p o r i z a t i o n o f w a t e r , Lv, i s a f u n c t i o n o f
t e m p e r a t u r e ( o b t a i n e d b y l i n e a r r e g r e s s i o n f r o m d a t a r e -
po r ted by K ee y [211)
Lv Tw) = 3 . 1563 x 106 - 2396 . 6Tw
M E T A L L U R G IC A L T R A N S A C T IO N S B
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T h u s , t h e t w o r e l a t i o n s h i p s c o n t r o l l i n g t h e f i r s t p e r i o d
o f d r y i n g a r e
agh
rM (Tg Tw)
I 1 2 ]
MrhoLv(Tw)
a u k
ag h (Tg - Tw) = (Pv+a,(Tw)
Pn2o) [ 13]
MH2oLv(T w ) - ~ g
I n p r a c t ic e , E q . [ 1 3 ] i s u s e d t o o b t a i n
Tw
a n d E q . [ 1 2 ]
t o c a l c u l a t e r M .
C . P a r a m e t e r s o f t h e M o d e l
T h e p a r a m e t e r s e ,
ag, h,
a n d
de are
a s s u m e d t o b e
c o n s t a n t i n t h e m o i s t z o n e . P a r t i c u l a r l y , t h e c h a n g e i n
p o r o s i t y w i t h m o i s t u r e c o n t e n t h a s n o t b e e n i n t r o d u c e d .
I n s p it e o f th e w o r k b y W a j i m a
e t
a l [ 1 4 1 a n d R a n k i n a n d
R o l l e r , tim t h e m e a n s t o p r e d i c t q u a n t i t a t i v e l y t h e i n f l u -
e n c e o f m o i s t u r e c o n t e n t o n p o r o s i t y a n d p e r m e a b i l i t y
a r e n o t p r e s e n t l y a v a i l a b l e . T h e p a r a m e t e r s
p~, pg, Cps,
a n d
Cpg are
t r e a te d a s f u n c t i o n s o f t e m p e r a t u r e a n d
c o m p o s i t i o n .
I V . V A L I D A T I O N O F T H E M O D E L
A G A I N S T P I L O T P O T E X P E R I M E N T S
A . S p e c if i c P r e d r y i n g E x p e r i m e n t s o n P i l o t P o t
I n o r d e r t o v a l i d a t e t h e m o d e l a n d t o + o b t a i n e x p e r i -
m e n t a l o b s e r v a t i o n s c o n c e r n i n g m o i s t u r e t r a n s f e r d u r i n g
t h e s in t e r i n g o p e r a t i o n , i r o n o r e p r e d r y i n g e x p e r i m e n t s
( c a s es A a n d B i n T a b l e I I ) h a v e b e e n u n d e r t a k e n u s i n g
t h e I n s t i t u t d e R e c h e r c h e s d e l a S i d 6 m r g i e ' s ( I R S I D ) p i l o t
p o t .
1 . Pr inc ip l e
H o t a i r l e a v i n g a C o w p e r s t o v e p a s s e s t h r o u g h t h e
c h a r g e a n d d r i e s i t . T h e r m o c o u p l e s a r e u s e d t o m e a s u r e
t h e t e m p e r a t u r e s o f t h e s o l i d s a n d o f t h e in l e t a n d o u t l e t
g a s . G a s f l o w r a t e a n d p r e s s u r e d r o p a r e c o n t r o l l e d . I n
o r d e r t o d e t e r m i n e t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e o u t l e t g a s ,
t h e p o t h a s b e e n f i t t e d w i t h a h y g r o m e t r i c m e a s u r e m e n t
a p p a r a t u s t h a t i n c l u d e s a g a s c o l l e c t o r i n t h e e x h a u s t p i p e
a n d a Li C 1 h y g r o m e t e r to m e a s u r e t h e d e w p o i n t . H o w -
e v e r , t h i s m e a s u r e m e n t i s a f f e c t e d b y c o n d e n s a t i o n o f
Ta bl e I I Br i e f De s c r i p t i o n
o f t h e E x p e r i m e n t s S i m u l a t e d
A i ron ore
B i ron ore
C z inc ore
D i ron ore
E i ron ore
predrying exper iment in p i lo t pot :
hot a i r through mois t r aw bed
s imi la r to A but in te r rupted when
d r y i n g wa s 1 / 3 c o m p l e t e d
predrying of f i c t i t ious mois t r aw
charge wi th a i r a t 350 ~ (ca l -
cula t ion run only)
comple te s in te r ing exper iment in
pi lo t pot , in usua l condi t ions
s imi la r to D, but the raw charge i s
ini t ial ly at 60 ~ (calculat ion run
only)
M E T A L L U R G I C A L T R A N S A C T I O N S B
w a t e r a t th e b o t t o m o f th e p o t . H e n c e , a v a l v e h a s b e e n
i n s ta l le d t o d e c a n t t h e c o n d e n s e d w a t e r . T h e v o l u m e o f
t h e d e c a n t e d w a t e r i s m e a s u r e d .
2 . R e s u l t s
F r o m t h e s e e x p e r i m e n t s , w e h a v e d e t e r m i n e d t h e v a r i -
a t i o n i n t i m e o f t h e t e m p e r a t u r e o f t h e s o l i d s a t v a r i o u s
p o s i t i o n s a n d t h e t e m p e r a t u r e a n d m o i s t u r e c o n t e n t o f
t h e o u t l e t g a s .
B . C o m p a r i s o n o f C o m p u t e d a n d M e a s u r e d R e s u lt s
U s i n g t h e m o d e l b a s e d o n t h e e q u a t i o n s a l r e a d y d e -
s c r i b e d , p r e d r y i n g e x p e r i m e n t s o n t h e p i l o t p o t h a v e b e e n
s u c c e s s f u l l y s i m u l a te d . T h e r e s u lt s o f t h e s e s i m u l a t i o n s
a r e p r e s e n t e d b e l o w . T h e d i s c u s s i o n a n d i n t e r p r e t a t i o n
o f t h e s h a p e o f t h e c u r v e s a r e g i v e n l a t e r in S e c t i o n V .
F i g u r e 5 s h o w s t h e c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e c o m p u t e d
Ts(t)
c u r v es a n d t h o s e m e a s u r e d b y s e v e n t h e rm o c o u p l e s
p l a c e d i n t h e c h a r g e f o r e x p e r i m e n t A ( T a b l e I I ). V e r y
g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n p r e d ic t io n s a n d m e a s u r e m e n t s
i s n o t e d . A t a g i v e n d e p t h , t h e e v o l u t i o n o f th e t e m p e r -
a t u r e c u r v e s h o w s s e v e r a l s t a g e s :
( 1 ) a s h o r t p l a t e a u a t t h e i n i ti a l t e m p e r a t u r e ( 2 5 ~
( 2 ) a s m a l l a n d r a p i d r i s e ;
( 3 ) a p l a t e a u w i t h te m p e r a t u r e s b e t w e e n 5 5 ~ ( a t t h e
b e g i n n i n g ) a n d 4 5 ~ ( a t t h e e n d ) ; f o r a u s u a l c o m p l e t e
s i n t e r i n g e x p e r i m e n t , t h e s e t e m p e r a t u r e s wo u l d b e s l i g h t l y
g r e a t e r ; a n d
( 4 ) a n i n c r e a s e i n t e m p e r a t u r e u p t o t h e t e m p e r a t u r e o f
t h e d r y i n g g a s .
A l l o f t h e s e s t a g e s a r e r e p r o d u c e d b y t h e c a l c u l a t io n s ,
a n d , p a r t i c u l a r y , t h e l e n g t h o f t h e p l a t e a u i s w e l l r e p -
r e s e n t e d f o r a l l d e p t h s . A f e w e x p e r i m e n t a l p o i n t s a t h i g h
t e m p e r a t u r e s d e v i a t e f r o m t h e s i m u l a t i o n r e s u l ts , b u t s i n c e
t h e s e p o i n ts i n d i c a t e t e m p e r a t u r e s g r e a t e r th a n t h o s e o f
t h e d r y i n g g a s , i t i s c o n c l u d e d t h a t t h e d i s c r e p a n c i e s a r e
c a u s e d b y i r r e g u l a r i t i e s i n t h e m e a s u r e m e n t s .
F i g u r e 6 s h o w s t h e c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e d e w - p o i n t
t e m p e r a t u r e o f th e o u t l e t g a s e s m e a s u r e d b y t h e h y g r o m -
e t e r a n d c o m p u t e d b y t h e m o d e l f o r t h e s a m e e x p e r i -
m e n t . M e a s u r e m e n t o f t h e d e w p o i n t i s a m e t h o d o f
5
4
3
~ 2 0 0
1 0 0
l ~ O l ~
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t ~ i ~ i + , f - - I s c| I
+ i / ; / o + / - - 2 + e r a I
l x + k + ] ^ , ] + / - - - 77 c m
] ~ . . . , . i . A ? _ + ; _ 2 . . . .. . . J + ~ + ,
0 4 0 0 8 0 0 1 2 0 0 1 6 0 0 2 0 0 0
T i m e ( s )
F i g . 5 C o m p a r i s o n o f e x p e r i m e n t a l a n d c o m p u t e d s o l i d t e m p e r a -
t u r e
v s
t i m e d u r i n g p r e d r y i n g e x p e r i m e n t A ( ir o n o r e ) .
V O L U M E 2 1 B , F E B R U A R Y 1 9 9 0 - - 4 1
7/23/2019 dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process
http://slidepdf.com/reader/full/dy-of-moisture-transfer-during-the-strand-sintering-process 6/11
6O
~
o
,,
30
l .......
Measueed ~-
10 ~
omputed
o 3 b 9 b 1 1 i s
Time s)
Fig. 6--Comparison of experimental and computed dew-point tem-
perature of the outlet gas during predrying experim ent A iron ore).
d e t e r m i n i n g t h e h u m i d i t y o f t h e g a s . T o a c c o u n t f o r th e
r e s p o n s e t i m e o f t h e h y g r o m e t e r ( e x p e r i m e n t a l l y m e a -
s u r e d a s 2 2 0 s e c o n d s ) , t h e e x p e r i m e n t a l c u r v e h as b e e n
s h i f t e d 2 2 0 s e c o n d s t o t h e le f t ( d o t t e d l i n e ). A v e r y g o o d
a g r e e m e n t b e t w e e n e x p e r i m e n t a l a n d c a l c u l a t e d t e m p e r -
a t u r e s i s t h e n s e e n , p a r t i c u l a r l y a t t h e m a x i m u m t e m -
p e r a t u r e (5 5 ~ a n d a l o n g t h e p l a t e a u (4 5 ~
T h e p o s i t i v e r e s u l t s o f t h is v a l i d a t i o n s t e p a l l o w t h e
c o n f i d e n t u s e o f th e m o d e l f o r a n a l y t i c a l a n d p r e d i c t i v e
p u r p o s e s .
V D I S C U S S I O N
A . M o i s t u r e T r a n s fe r P h e n o m e n a d u r i n g t he
S i n t e r i n g P r o c e s s
B a s e d o n t h e r e s u l t s o f t h e p il o t p o t a n d t h e r m o -
g r a v i m e t r y e x p e r i m e n t s a n d th e c a l c u l a t io n s u s i n g t h e
v a l i d at e d m o d e l , a r e p r e s e n ta t i o n o f th e p h e n o m e n a c o n -
c e r n i n g m o i s t u r e t r a n s f e r i n a s i n t e r i n g b e d i s p r o p o s e d .
T h e r e p r e s e n t a t i o n i s g i v e n i n F i g u r e 7 f o r t h e c a s e o f
i r o n o r e . T e m p e r a t u r e a n d m o i s t u r e c o n t e n t p r o f il e s a r e
t w o c o m p l e m e n t a r y f a c to r s u s e d i n t h e e x p la n a t i o n . T h e
p u r p o s e o f t h e d r y i n g r a t e i s i ll u s t r a ti v e . A t a g i v e n t i m e ,
t h e m o i s t z o n e c a n b e d i v i d e d i n t o v a r i o u s s u b z o n e s ,
c h a r a c t e r iz e d b y t h e m e c h a n i s m s o f h e a t a n d m o i s t u r e
t r a ns fe r i nvo lve d . The se a re de sc r ibe d be low , i n t he o rde r
e n c o u n t e r e d b y t h e f l o w i n g g a s .
1 . D r y i n g s u b z o n e s
H o t g a s e s l e a v i n g t h e d r i e d z o n e a c t t o d r y t h e f i r s t
l a y e r s o f th e c h a r g e e n c o u n t e r e d . I n t h i s r e g i o n , t h e
m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s o l i d s d e c r e a s e s w i t h t im e . B u t
a s d e t e r m i n e d b y t h e t h e r m o g r a v i m e t r y e x p e r im e n t s , t w o
d r y i n g p e r io d s o c c u r , c o r r e s p o n d i n g t o t w o s u b z o n e s a c -
c o r d i n g t o t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s o l i d s . T h e f i r s t
o f t h e s e s u b z o n e s i s c h a r a c t e r i z e d b y a d e c r e a s i n g d r y i n g
r a t e , w h i l e t h e s e c o n d h a s a c o n s t a n t o r e q u i l i b r a t e d
d r y i n g r a t e .
I n t h e d e c r e a s i n g d r y i n g r a t e s u b z o n e , t h e m o i s t u r e
c o n t e n t o f t h e s o l i d s i s l o w e r t h a n t h e c r i t i c a l m o i s t u r e
c o n t e n t , a n d t h e t e m p e r a t u r e o f t h e s o l id s i n c r e a s e s w i t h
t i m e . D r y i n g r a t e is a f u n c t i o n o f T , , T g , a n d W , a n d
c a l c u l a t i o n s h o w s t h a t i t fi r s t i n c r e a s e s ( e f f e c t o f t h e i n -
c r e a s i n g t e m p e r a t u r e o f t h e d r y i n g g a s ) , t h e n d e c r e a s e s
(e f fe c t o f t he de c re a s ing m o i s tu re c on te n t ) w i th t ime . Th i s
subz one e x t e n ds f r om po in t ( a ) (r r~2o = 0 , T , -~ 200 ~
to po in t (b ) (W = W c r ) i n F igu re 7 .
T h e e q u i l i b r a t e d d r y i n g s u b z o n e c o r r e s p o n d s t o t h e
d y n a m i c e q u i l i b r iu m o f t h e f i r s t d r y i n g p e r i o d o f t h e p e l -
l e t s obse rve d du r ing the rmogra v ime t ry e xpe r ime n t s . H e re ,
h o w e v e r , t h e d r y i n g r a te i s n o t c o n s t a n t , b e c a u s e t h e e x -
t e r n a l d r y i n g c o n d i t i o n s ( g a s c h a r a c t e r i s ti c s ) a r e n o t . B u t
t h e t e m p e r a t u r e o f th e s o l i d s , w h i c h i s e q u a l t o t h e w e t -
b u l b t e m p e r a t u r e ( a b o u t 5 0 ~ r e m a i n s n e a r l y c o n s t a n t .
T h i s s u b z o n e e n d s a t p o i n t ( c ) , w h e r e t h e d r y i n g r a t e
b e c o m e s z e r o , a n d , t h e r e f o re ,
Ts ~- Tw ~-- Tg.
A t th i s po in t ,
Tw i s t h e a d i a b a t i c s a t u r a t i o n t e m p e r a t u r e .
F o r z i n c o r e , a u n i q u e d r y i n g s u b z o n e e x i s t s , a s a l l o f
t h e d r y i n g o c c u r s i n t h e d e c r e a s i n g r a t e r e g i m e .
2 . O v e r m o i s t e n e d s u b z o n e
T h e z o n e b e t w e e n p o i n t s ( c ) a n d ( d ) i s t h e o v e r -
m o i s t e n e d s u b z o n e . I n t h i s s u b z o n e , a r e m a r k a b l e
t h e r m o d y n a m i c e q u i l i b r i u m t a k e s p l a c e , d e f i n e d b y T s =
T g = T w = T d T d
b e i n g t h e d e w - p o i n t t e m p e r a t u r e) . T h i s
e qu i l i b r ium i s c a l l e d qua s i - a d i a ba t i c sa tu ra t ion . A t ( c ) ,
g a s e s w h i c h h a v e b e e n l o a d e d w i t h w a t e r a n d d e c r e a s in g
i n t e m p e r a t u r e f r o m ( a ) t o ( c ) a r e s a t u r a te d ( T g =
T a ,
sin ce Pn2o = pv,,,(Tw) = pvs= Tg)) a t t he a d i a ba t i c sa tu ra -
t i on t e mpe ra tu re (T~ = T w = T g ) . T h e r e i s n e i t h e r m o i s -
t u r e t r a n s f e r n o r h e a t t ra n s f e r . T h i s c o n d i t i o n c o n t i n u e s
a s l o n g a s t h e s o l i d s a r e a t t e m p e r a t u r e Tw.
A s i n t h e p a p e r b y K o r o t i c a n d P u z a n o v , ~ a n d i n
c o n t r a s t t o o t h e r w o r k s w h e r e t h i s s u b z o n e i s n o t d i s t i n -
g u i s h e d f r o m t h e c o n d e n s a t i o n z o n e , t h e f o r m a t i o n o f
t h e o v e r m o i s t e n e d s u b z o n e i s t h o u g h t t o b e t h e r e s u l t o f
t h e p a s s i n g o f a r e l a t i v e l y n a r r o w c o n d e n s a t i o n f r o n t
t h r o u g h t h e b e d , w h i c h l e a v e s b e h i n d a z o n e o f s l i g h t l y
h e a t e d s o l i d s ( 5 0 ~ t o 6 0 ~ e n r i c h e d in m o i s t u r e ( re l -
a t i ve i nc re a se o f 10 to 15 pc t w i th r e spe c t t o t he i n i t i a l
m o i s t u r e c o n t e n t ) .
T h e e x i s t e n c e o f t h is i n e rt o v e r m o i s t e n e d s u b z o n e h a s
b e e n p r e v i o u s l y d e m o n s t r a t e d t131 a n d i s c o n f i r m e d f o r t h e
p r e s e n t p i l o t p o t e x p e r i m e n t s b y F i g u r e s 6 a n d 8 . I t i s
s e e n t h a t a f t e r a r i s e i n g a s t e m p e r a t u r e a n d a m a x i m u m
in the de w -po in t t e mpe ra tu re ( c o r re spond ing to t he e x i t i ng
o f t h e c o n d e n s a t i o n f r o n t ) , t h e g a s t e m p e r a t u r e r e m a i n s
c o n s t a n t a n d e q u a l t o t h e d e w - p o i n t t e m p e r a t u r e ( s a t u -
r a t i o n ). D u r i n g l o n g e r e x p e r i m e n t s ( F i g u r e 6 ; c a s e A ,
T a b l e I I ) , t h e s e t e m p e r a t u r e s r e m a i n c o n s t a n t u n t i l t h e
d r y i n g f r o n t a r r iv e s , w h i c h d e t e r m i n e s t h e l en g t h o f t i m e
t h a t t h e o v e r m o i s t e n e d s u b z o n e i s p r e s e n t a t t h e b o t t o m
o f t h e b e d .
T h e h a r m f u l i n f l u e n c e o f th i s o v e r m o i s t e n e d z o n e c o m e s
f r o m i t s p o o r p e r m e a b i l i t y . I n d e e d , e x c e s s w a t e r c a n r e -
d u c e p o r o s i t y b y i ts o w n v o l u m e a n d b e c a u s e i t w e a k e n s
t h e c o n c e r n e d l a y e r s , p r o m o t i n g t h e i r c o l la p s e . W a j i m a
et a1.[14] h a v e n o t e d t h a t c o n d e n s e d w a t e r a b o v e a c r i t i c a l
l e v e l r e s u lt s i n t h e r e l e a s e o f t h e a d h e r i n g f i n e p a r t i c l e s ,
w i t h s u b s e q u e n t b r e a k i n g u p o f t h e p a r t ic l e s a n d a d r a s t ic
r i s e i n t h e r e s i s t a n c e t o g a s f l o w .
3 . C o n d e n s a t i o n s u b z o n e
B e y o n d p o i n t ( d ) , t h e s a t u r a t e d g a s e s a r e in c o n t a c t
w i t h c o l d e r s o l i d s . T h e t r a n s p o r t e d w a t e r c o n d e n s e s o n
42- -VOLUME 21B, FEBRUARY 1990 METALLURGICAL TRANSACTIONS B
7/23/2019 dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process
http://slidepdf.com/reader/full/dy-of-moisture-transfer-during-the-strand-sintering-process 7/11
b , , - - , .
l GAS
D r i e d z o n e
F a l l i n g r a t e d r y i n g
C o n s t a n t r a t e d r y i n g
Ov e r moi s te ne d
s ubzone
T e m p e r a t u r e *C )
2 5 5 2 5 7 8 - 5 0
. . - - 9 . I t
s o i ds
b
' - I
tl
( , D - I
II
. - I
C
II
" 4
O .
ondensation
subzone
aw s ubzone
GAS
e - - - -
S o l i d m o i s t u r e D r y i n g r o t e r H 90
c o n t e n t W Z ) m o l . m _ 3 , s _ l ) L
IO0
r
X X X
F i g . 7 - - M e c h a n i s m s o f m o i s t u re t ra n s f e r i n t h e s i n t e ri n g b e d i r o n o r e ) .
t h e s e s o l id s a n d w a r m s t h e m b y t h e r e l e a s e o f th e l a t e n t
h e a t o f c o n d e n s a t i o n . T h i s s u b z o n e e n d s a t p o i n t ( e ) ,
w h e r e t h e v a p o r p r e ss u r e o f t h e g a s e s a g a i n b e c o m e s e q u a l
t o t h e s a t u r a ti o n v a p o r p r e s s u r e a t t h e te m p e r a t u r e o f t h e
c o l d s o l i d s . T h e t h i c k n e s s o f th i s s u b z o n e i s o f t h e o r d e r
o f a f e w c e n t i m e t e r s , r o u g h l y b e t w e e n 4 t'31 a n d 8 ( t h is
s t u d y ) .
I n c o n t r a s t t o t h e d r y i n g f r o n t , t h e c o n d e n s a t i o n f r o n t
r a p i d l y p a s s e s t h r o u g h t h e b e d ; i n l e s s t h a n a p p r o x i -
m a t e l y 4 m i n u t e s ( h e n c e , b e f o r e t h e e n d o f th e i g n i t i o n
p e r i o d i n t h e c a s e o f th e i r o n o r e p r o c e s s ) , t h e c o n d e n -
s a t i o n s u b z o n e a n d t h e r a w s u b z o n e ( d i s c u s s e d i n t h e
n e x t s e c t i o n ) c o m p l e t e l y d i s a p p e a r .
E x p e r i m e n t a l r e s u lt s c l e a r l y s h o w t h e f o l l o w i n g e v o -
l u t i o n o f t h e c o n d e n s a t i o n f r o n t . I n t h e t e m p e r a t u r e o f
60
50
3
o
4
a~
f , , , .
P 30
~ 20
- r r
, ' / \
, ii N
- L - - -
/ . . . . . . . . . ~r - - -- - :- - -
i / i / /
- T g l g a s )
10 /
. . .
T d ( d e w - p o i n t )
/
- *- -- :- T d ( t - 2 2 0 )
0 120 240 360 480 600
ime s )
F i g. 8 - - E x p e r i m e n t a l t e m p e r at u r e a n d d e w - p o in t t e m p e r a tu r e o f t h e
o u t l e t g a s d u r i n g p r e d r y i n g e x p e r i m e n t B i r o n o r e ) .
t he s o l id s
vs
t i m e c u r v e s ( F i g u r e 5 ) , t h e s m a l l r i s e i n
t e m p e r a t u r e f r o m 2 5 ~ t o 5 0 ~ i n d i ca t e s t h e c o n d e n -
s a t io n p e r i o d . T h i s r i s e t a k e s p l a c e v e r y e a r l y i n t h e p r o -
c e s s, e v e n i n t h e d e e p e s t l a y e rs o f t h e b e d , a n d c a n o n l y
b e a t t r i b u t e d t o th e h e a t o f c o n d e n s a t i o n . I n d e e d , h e a t
t r a n s f e r c a l c u l a t i o n s s h o w t h a t i t i s n o t p o s s i b l e t o r e a c h
a t e m p e r a t u r e o f 5 0 ~ i n t h e d e e p l a y e r s , i n l es s t h a n
4 m i n u t e s , b y s i m p l e h e a t c o n v e c t i o n . I n F i g u r e 8 , t h e
p a s s ag e o f t h e c o n d e n s a t i o n f r o n t t h r o u g h t h e e n d o f t h e
b e d ( b e t w e e n 2 a n d 4 m i n u t e s) c o i n c i d e s w i t h t h e m a x -
i m u m o f t h e d e w - p o i n t t e m p e r a t u r e ( a f t e r c o r r e c t io n f o r
t h e h y g r o m e t e r ' s r e s p o n s e t i m e ) a n d t h e r i se i n g a s t e m -
p e r a t u r e . I n a d d i t i o n , t a p p i n g o f t h e l i q u i d w a t e r c o n -
d e n s e d a t th e b o t t o m o f t h e p o t s h o w s a s t ro n g m a x i m u m
i n t h e c o n d e n s a t i o n r a t e a t t h i s t i m e .
C o n d e n s a t i o n i s an i n c o n v e n i e n t p h e n o m e n o n d u r i n g
t h e s i n t e r in g p r o c e s s f o r t w o r e a s o n s . F i r s t , i t l e a d s t o
t h e f o r m a t i o n o f a b a r e l y p e r m e a b l e o v e r m o i s t e n e d z o n e ,
a n d , s e c o n d , i t d e l a y s t h e d r y i n g s t e p , s i n c e t h e c o n -
d e n s e d w a t e r r e p r e s e n ts e x c e s s w a t e r w h i c h m u s t b e r e -
m o v e d . T o r e d u c e o r s u p p r e ss c o n d e n s a t i o n , s e v e ra l
a l t e r n a t e p r a c t i c e s m a y b e c o n s i d e r e d , s u c h a s p r e h e a t -
i n g o f t h e c h a r g e .
4. Ra w subzone
T h e r a w s u b z o n e c o n s i st s o f t h a t p o r t io n o f t h e c h a r g e
w h e r e m o i s t u r e tr a n s f e r h a s n o t y e t c o m m e n c e d . I t e x -
t e n d s f r o m p o i n t ( e ) t o t h e b o t t o m o f t h e b e d .
B. Representa t ion U sing Mo l l ie r s Diagram
T h e m o i s t u r e t r a n s f e r m e c h a n i s m s c a n b e i l lu s t ra t e d
i n a n o t h e r w a y , u s i n g a M o l l i e r d i ag r a m w h i c h d e s c r ib e s
t h e t h e r m o d y n a m i c c h a r a ct e r is t ic s o f t h e g a s ( t e m p e r a -
tu re
Tg,
w e t - b u l b t e m p e r a t u r e
Tw,
a b s o l u t e h u m i d i t y X ,
a n d r e l a t i v e h u m i d i t y ~ b ) . F i g u r e 9 s h o w s t h e M o l l i e r
d i a g r am s f o r p r e d r y in g a m o i s t c h a r g e ( e x p e r i m e n t A f o r
i r o n o r e , F i g u r e 9 ( a ) , a n d e x p e r i m e n t C f o r z i n c o r e ,
M ETA LLU RG ICA L TRA N S A CTIO N S B V O LU M E 21B, F EBRU A RY 1990- -4 3
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http://slidepdf.com/reader/full/dy-of-moisture-transfer-during-the-strand-sintering-process 8/11
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220
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Absolute humidity glkg dry air)
20 t~O 60 80
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~'0
32cm
32cm
100 120
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-- 20~
<"
~ 1 ~ "1_ 60
...-,
16cm
6 18cm
. . . . . wet-bulb temperature ( )
. . . . . relative humidity ( )
5 nm
between each point
0
0
[] 2cm
o ~ ~ ~ 5 c | ~"6"0~
0 0 %
0
0 , , / , ' 0 0 0 0
7.5cm 0 o' - 10cm 0 B' 16cm OR B
-
12cm
32cm
O 0 0 O 0
O 0 0 0 0 0 0 0 O 0
A b s o l u t e humidity g / k g dry air
2~0 0 20 ~0 60 BO
220
200 ~o
~.J 180
16o
1~0
120 lO~
,00 , . ? - . - - _ .20
8 0 ~ ~ 0 ~
6o
t00%
40 r cm y -6.5cm
2 0 ] ~ _ . t - b u l b t s (~
~ t ~ ~ e l a t i v e humidity
( )
5m between each point
1~)0
8O
9
m. 60
5
~ 0
- 20
a,O-6cm
0
Cl
-I.5
cm
O
9 ,
~os
[]
O O
ae
o a~176
o
o
o
0
0
0
0 0
3 2 c m l 2 ~ 1
O o D o O D O 0
10 20 30 t~O 50 60 70 80 gO 100 110 120 130 10 20 30 40 50 60 ?0
A b s o l u t e h u m i d i t y ( g / k g d r y a i r ) Absolute humidi ty ( g / k g d r y a i r
( a ) ( b )
80 90
'-6,5cm
F i g .
9 - - M o l l i e r d i a g r a m s o f t h e g a s a n d c o r r e s p o n d i n g d r y i n g r a t e d u r i n g a p r e d r y i n g e x p e r i m e n t : a ) i r o n o r e c a s e A ) a n d b ) z i n c o r e c a s e
C ) .
F i g u r e 9 ( b ) ) . T h e g a s s t a t e is p r e s e n t e d a t t w o t i m e s : a t
4 0 o r 6 0 s e c o n d s ( w h e n t h e c o n d e n s a t i o n f r o n t i s p r e s en t
i n th e b e d ) a n d a t 3 0 0 s e c o n d s ( w h e n t h e c o n d e n s a t i o n
f r o n t h a s p a s s e d ) . I n t h i s f i g u r e , b o t h t h e e v o l u t i o n o f
t h e g a s c h a r a c t e r i s t i cs t h r o u g h t h e b e d a t a g i v e n t i m e
a n d th e ir e v o l u t i o n w i t h t i m e c a n b e fo l l o w e d . B e l o w
t h e M o l l i e r d i a g r a m s , t h e c o r r e s p o n d i n g d r y i n g r a te s ar e
p l o t t e d t o c o m p l e t e t h e p i c t u r e .
1 . I r o n o r e c a s e F i g u r e 9 a ) )
A t 6 0 s e c o n d s , s t a rt i n g f r o m t h e b e d e n t r a n c e ( n o t p ic -
t u r e d i n t h e d i a g r a m ) t o p o i n t a ( x = 3 . 5 c m ) , s e c o n d -
p e r i o d d r y i n g t a k e s p l a c e . F r o m p o i n t a t o p o i n t 7 ( w h e r e
t h e m o i s t u r e c o n t e n t i s g r e a t e s t, x = 1 6 c m ) , f i r s t -p e r i o d
d r y i n g o c c u r s , l e a d i n g t o m o i s t u r e e n r ic h m e n t o f t h e g a s
u p t o t h e s a t u r a t i o n p o i n t . A r o u n d 3 , ( f r o m / 3 , x = 1 2 c m
t o 6 , x = 1 8 c m ) , t h e g a s i s n e a r l y s a t u r a t ed , a n d t h e
d r y i n g r a t e i s p r a c t i c a l l y z e r o ; t h i s i s t h e o v e r m o i s t e n e d
s u b z o n e . T h e n , f r o m 6 t o t h e e n d o f t h e b ed , t h e g a s
r e m a i n s s a t u r a te d ( p o i n t s o n t h e c u r v e ~b = 1 ) , w h i l e t h e
d r y i n g r a t e i s n e g a t i v e ; t h i s i s t h e c o n d e n s a t i o n s u b z o n e .
I n th i s c a s e , t h e r a w s u b z o n e h a s a l r e a d y d i s a p p e a r e d
f r o m t h e b e d .
A t 3 0 0 s e c o n d s , t h e s i t u a t i o n i s r a t h er d i f fe r e n t. D r y i n g
h a s a d v a n c e d d o w n w a r d , a n d t h e f i rs t p o i n t i n th e d ia -
g r a m i s n o w a t 7 . 5 c m . T h e g a s i s c o o l e d i n th e d r i ed
z o n e ; t h u s , d r y i n g i s l e s s i n t e n s e , a n d t h e g a s h u m i d i t y
i s lo w e r , w h i c h i s s h o w n i n t h e d i a g r a m b y t h e p o in t s
f u r th e r t o th e le f t. T h e s e c o n d - p e r i o d d r y i n g s u b z o n e ( t o
p o i n t a , x = 1 0 c m ) i s f o l l o w e d b y t h e f i r s t - p e r i o d d r y i n g
s u b z o n e ( fr o m a t o / 3 , x = 1 6 c m ) . P o i n t s c o r r e sp o n d -
i n g t o f i r st - p e r io d d r y i n g e x a c t l y f o l l o w a n is o - w e t - b u l b
t e m p e r a t u r e l i n e , t h e e q u i l i b r a t e d d r y i n g b e i n g s t ab i -
l i z e d . T h i s w a s n o t s o a t 6 0 s e c o n d s b e c a u s e o f a t ra n -
s i ti o n a l e f fe c t l i n k e d t o c o n d e n s a t i o n . T h e c o n d e n s a t i o n
s u b z o n e h a s c o m p l e t e l y d i s a p p e a r e d , a n d th e in e r t o v e r -
m o i s t e n e d s u b z o n e e x t e n d s o v e r h a l f o f th e b ed ( f r o m
/3 t o t h e e n d o f t h e b e d ) .
2 . Z i n c o r e c a s e F i g u r e 9 b ) )
T h e s h a p e o f t h e c u r v e s i n F i g u r e 9 ( b ) i s s i m i l a r t o
t h a t o f F i g u r e 9 ( a ) ; t h u s , o n l y t h e m a i n d i f f e r e n c e s w i l l
b e m e n t i o n e d . T h e s e a r e m o s t l y a t t r ib u t e d t o th e s o l i d
c h a r g e c h a r a c t e r is t i c s.
T h e b e d t e x t u r e ( l a r g e r p a r t i c l e s i z e , s m a l l e r s p e c i f i c
a r e a ,
e t c .
a n d t h e d i f f e r e n c e s i n t h e o p e r a t i n g c o n d i t i o n s
4 4 - - V O L U M E 2 1 B , F E B R U A R Y 1 9 90 M E T A L L U R G I C A L T R A N S A C T I O N S B
7/23/2019 dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process
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b e t w e e n p r e d r y i n g e x p e r i m e n t s A a n d C i n d u c e l o w e r
d r y i n g r a te s , l e a d i n g t o lo w e r g a s h u m i d i t i e s. M o r e i m -
p o r t a n t l y , t h e c r i t i c a l m o i s t u r e c o n t e n t o f z i n c o r e p e l l e ts
i s s u c h t h a t n o e q u i l i b r a t e d d r y i n g p e r i o d c a n o c c u r .
T h e r e f o r e , t h e p o i n t s d o n o t l i e o n a n i s o - w e t - b u l b t e m -
p e r a t u r e l i n e , a n d t h e g a s l e a v i n g t h e d r y i n g s u b z o n e i s
n e v e r c o m p l e t e l y s a tu r a t ed . T h u s , a t 4 0 s e c o n d s , t h e g a s
r e l a t i v e h u m i d i t y i s a b o u t 7 0 t o 8 0 p c t d u r i n g c o n d e n -
s a t io n . A t th i s t im e , t h e p r e s e n c e o f t h e r a w s u b z o n e
( f r o m p o i n t e , x = 2 6 c m t o th e e n d o f t h e b e d ) c a n a l s o
b e n o te d . A t 3 0 0 s e c o n d s , t h e o v e r m o i s t e n e d s u b z o n e
a g a i n e x te n d s o v e r h a l f o f th e b e d ( f r o m / 3 ' , x = 1 5 c m
t o t h e e n d ) , b u t th e g a s r e l a t i v e h u m i d i t y r e m a i n s s l i g h t l y
l o w e r th a n 1 .
C Influence of Various Factors on the Drying
of the Sintering Bed
1 Influence of drying kinetics
F i g u r e 1 0 s h o w s t h e e f f e c t o f C o n s i d e r i n g th e d e c r e a s -
i n g r a te p e r i o d ( c a s e A , i r o n o r e ) c o m p a r e d t o d r y i n g a t
c o n s t a n t r a t e f o r a ll m o i s t u r e c o n t e n t s . I n t h e l a t te r c a s e ,
a s e x p e c t e d , t h e p l a t e a u a t t h e w e t - b u l b t e m p e r a t u r e i s
a l it tl e l o n g e r , b u t t h e t o t a l d u r a t i o n o f d r y i n g i s s l i g h t l y
l e s s . I n t h e c a s e o f z in c o r e , t h e d i f f e r e n c e w o u l d b e
g r e a te r , a s i t h a s b e e n s h o w n t h a t n o c o n s t a n t r a te d r y i n g
t a k e s p l a c e i n u s u a l i n d u s t r i a l c o n d i t i o n s .
2 Influence of condensation
F i g u r e 1 1 s h o w s t h e i n f l u e n c e o f c o n s i d e r in g c o n d e n -
s a t i o n ( c a s e C , z i n c o r e ) . I t i s s e e n t h a t i f c o n d e n s a t i o n
i s n e g l e c t e d , t h e i n i t i a l r i s e i n t e m p e r a t u r e i s p o o r l y d e -
s c r i b e d , a n d t h e t o t a l d u r a t i o n o f d r y i n g i s o v e r l y r e -
d u c e d . T h i s c o m p a r i s o n s h o w s a s w e l l t h e h a r m f u l
i n f lu e n c e o f c o n d e n s a t i o n o n t h e r a t e o f w a t e r r e m o v a l
a n d , c o n s e q u e n t l y , o n t h e p r o d u c t i v i t y o f th e s i n t e r in g
o p e r a t i o n . S i m i l a r r e s u l t s a r e o b t a i n e d f o r t h e c a s e o f
i r o n o r e .
3 Influence of preheating the charge
I n d u s tr i a l e x p e r i m e n t s h a v e s h o w n t h a t in o r d e r t o r e -
d u c e c o n d e n s a t i o n , i t m i g h t b e i n t e r e s t i n g t o p r e h e a t t h e
c h a r g e , f o r e x a m p l e , b y u s i n g h o t r e t u r n s in t er . T h e m o d e l
h a s a s c e r t a i n e d th e s e r e s u l ts . I n F i g u r e 1 2 , t h e c o m p u t e d
5
two p e r i o d s first e r i o d o n l y
C 400
~= 300
cm
2 o
0
3 6 6 9 d o 1 2 6 I ; o o 1 8 o o
T i m e
s)
F i g. 1 0 - - C o m p a r i s o n o f t h e c o m p u t e d s o li d te m p e r a tu r e
v
t i m e d u r -
i n g a p r e d r y i n g e x p e r i m e n t w h e n d r y i n g o c c u r s i n f i r s t p e r i o d o n l y
and in tw o per iods cas e A , i r on o r e ) .
5
w i t h c o n d e n s a t i o n w i t h o u t c o n d e n s a t i o n
G q00
o
~ 300
/
2
o
u~ I
0
2 ; 4 ; 6 ; 8 b l o o o
T i m e s )
F i g . 1 1 - - C o m p a r i s o n o f t h e c o m p u t e d s o l i d t e m p e r a t u r e
v
t i m e d u r -
i n g a p re d r y i n g e x p e r i m e n t w i t h c o n d e n s a t i o n c a s e C , z i n c o r e ) a n d
w i t h o u t c o n s i d e r i n g c o n d e n s a t i o n .
m a p s o f t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s o l i ds d u r i n g a n o r -
m a l o p e r a t i o n ( c a s e D ) a n d d u r i n g a n o p e r a t i o n w i t h a
p r e h e a t e d c h a r g e ( 6 0 ~ c a s e E ) a r e p r e s e n t e d . T h e a b -
s c i s s a r e p r e s e n t s t i m e ( e q u i v a l e n t t o d i s t a n c e a l o n g t h e
g r a t e ) , a n d t h e o r d i n a t e t h e h e i g h t i n t h e b e d . T h e d o t t e d
l in e i n d i c a te s t h e b o u n d a r i e s o f th e o v e r m o i s t e n e d z o n e .
T h e c o n s i d e r a b l e d e c r e a s e o f t he e x t e n t o f t h is z o n e a f t e r
p r e h e a t i n g s h o u l d b e n o t i c e d , a s w e l l a s t h e a p p r e c i a b l e
d e c r e a s e o f m a x i m u m a t t a i n e d m o i s t u r e c o n t e n ts .
V I . C O N C L U S I O N S
T h i s s t u d y h a s y i e l d e d a p r e c i se u n d e r s t a n d i n g o f t h e
m o i s t u r e t r a n s f e r m e c h a n i s m s i n t h e s i n t e r i n g p r o c e s s .
D r y i n g o f i ro n o r e p e l l e t s o c c u r s i n t w o p e r i o d s : o n e a t
c o n s t a n t r a t e a n d th e o t h e r a t d e c r e a s i n g r a t e . T h e c r i t i c a l
u
c
d : Y i n g ' r ~ 8 4 0 r , e 0 z 0 n e
. o v e r . o i s t e n e d . . . . i . i t
c o n - -
lL oora e~
~ M O ~ i t Z ~ ~ c~ rate rying
40
a ) I n i t i a l s o l i d
Time s) 2880
temperature:25*C.Case D Jron ore).
, ~ N V . O % . d r y i n g f ro n t Dried zone
~a con~e nsat ion~ ~< ~ . .
, - ~ .~ ~ , ~ : c - - T a t t l n g r a t e d r y i n g
~7 , over-- ~ ~ '~
m o i s t e n e d z o n e l ' z m l , , , , -
~ 17 6 e . l i m ~ . ~ c o n s t a n t r a t e
drying
40 9 Y Moist z o n e ~
0 Time s) 2880
( b ) I n i t i a l s o l i d t e m p e r a t u r e : 6 0 C . C a se E ( i r o n o r e ) .
F i g. 1 2 - - I n f l u e n c e o f p re h e a t i n g o f t h e c ha r g e o n t he c o m p u t e d m a p
o f s o l i d m o i s t u r e c o n t e n t fo r a c o m p l e t e s i n t e r i n g o p e r a t i o n i r o n o re ) .
M ETA LLU RG ICA L TRA N S A CTIO N S B V O LU M E 21B, F EBRU A RY 1990- -4 5
7/23/2019 dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process
http://slidepdf.com/reader/full/dy-of-moisture-transfer-during-the-strand-sintering-process 10/11
m o i s t u r e c o n t e n t h a s b e e n d e t e r m i n e d , a n d t h e c h a r a c -
t e r i s ti c d r y i n g c u r v e h a s b e e n g i v e n . D r y i n g o f z i n c o r e
p e l l e t s a l w a y s t a k e s p l a c e w i t h a d e c r e a s i n g r a t e , b e -
c a use the c r i t i c a l mo i s tu re c on te n t i s h ighe r t ha n the u sua l
m o i s t u r e c o n t e n t s f o r t h e s i n te r i n g p r a c t ic e . T h e c h a r -
a c t e r i s t i c d r y i n g c u r v e h a s a l s o b e e n g i v e n . I n t h e s i n -
t e r i n g p r o c e s s , g a s e s l e a v i n g t h e d r y i n g z o n e a r e h i g h l y
l o a d e d w i t h w a t e r , a n d d u r i n g t h e e a r l y s t a g e s o f t h e
o p e r a t i o n , t h i s w a t e r c o n d e n s e s i n c o l d e r l a y e r s . P a s s a g e
o f t h e c o n d e n s a t i o n f r o n t l e a v e s b e h i n d a n o v e r -
m o i s t e n e d ( + 1 t o 2 p c t w a t e r ) , i n e r t ( w i t h o u t h e a t o r
m o i s t u r e t r a n s f e r ) , h e a t e d ( t y p i c a l l y 5 5 ~ a n d l o w
p e r m e a b i l i t y z o n e , w h i c h r e m a i n s u n t il t h e d r y i n g f r o n t
a r r i v e s .
A n a c c u r a te d e s c r i p t io n o f t h e s e p h e n o m e n a u s i n g a
m a t h e m a t i c a l m o d e l h a s a l l o w e d u s t o s u c c e s s f u ll y s i m -
u l a t e p r e d r y i n g e x p e r i m e n t s o n a p i l o t p o t a n d t o c a l -
c u l a t e a l l o f t h e v a r i a b l e s r e l a t i v e t o m o i s t u r e t r a n s f e r .
T h e n e c e s s i ty o f d e s c r i b i ng b o t h t h e t w o p e r i o d s o f d r y i n g
a n d t h e c o n d e n s a t i o n p e r i o d h a s b e e n s h o w n a n d t h e i n-
f l u e n c e o f c h a n g i n g o p e r a t i n g c o n d i t i o n s , s u c h a s p r e -
h e a t i n g t h e c h a r g e t o r e d u c e c o n d e n s a t i o n , h a s b e e n
s t u d i e d . I t i s b e l i e v e d t h a t t h i s a p p r o a c h c a n b e d i r e c t l y
a da p te d to o the r p roc e sse s w he re a ho t ga s pa sse s t h rough
a m o i s t p a c k e d b e d .
g
Cn2o
pg
e
f
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P vs a t
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FH20
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T~
Tw
u
W
w .
N O M E N C L A T U R E
s p e c i f i c a r e a o f t h e b e d
(m 2
m ~ 3)
m o l a r w a t e r v a p o r c o n c e n t r a t i o n i n g a s e s
( m o l - m - 3 )
s p e c i f i c h e a t o f t h e g a s e s ( J . k g - 1 9K - I )
s p e c i f i c h e a t o f t h e s o l i d s ( J . k g - t 9K -1)
e q u i v a l e n t d i a m e t e r o f p a r t ic l e s ( m )
r a t i o
R t r / R M - )
h e a t t r a n s f e r c o e f f i c i e n t ( W . m - 2 . K - I )
w a t e r m a s s t r a n s f e r c o e f f i c i e n t ( m - s - I )
h e a t o f v a p o r i z a t i o n o f w a t e r ( J . k g - ~ )
m o l e c u l a r w e i g h t o f w a t e r ( k g . m o l - t )
p a r t i a l v a p o r p r e s s u r e o f w a t e r ( P a )
s a t u r a t io n v a p o r p r e s s u r e o f w a t e r ( P a )
t o t a l p r e s s u r e o f g a s e s ( P a )
p o l y n o m i a l r e p r e s e n t at i o n o f t h e
c h a r a c t e r i s t i c d r y i n g 1 q u a t i o n ( - )
d r y i n g r a te ( m o l - s - 9m ~ )
d r y i n g r a t e d u r i n g t h e f i r s t p e r i o d o f d r y i n g ,
( m o l - s - l . m b ~ ) a n d ( k g . m - 3 - s - l ) ,
r e s p e c t i v e l y
d r y i n g r a t e c a l c u l a t e d f r o m t h e p a r t i a l
p r e s s u r e d i f f e r e n c e ( t o o l - s - i . m b 3 )
c o n s t a n t o f i d e a l g a s l a w ( J . m o 1 - 1 - K - t )
d r y i n g r a te ( k g .
m -3 S -t)
r e d u c e d d r y i n g r a t e ( - )
d r y i n g r a t e a t t r a n s i t i o n p o i n t W = Wtr
(kg . m -3~ s -1 )
t i m e ( s )
d e w - p o i n t t e m p e r a t u r e ( K )
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f i n a n c i a l s u p p o r t o f I R S I D , w h i c h i s i n t e r e s t e d i n m o d -
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R E C H E R C H E , w h i c h i s i n t e r e s t e d i n m o d e l i n g t h e
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f o r t h e i r c o l l a b o r a t i o n a n d f o r a l l o w i n g u s t o h a v e p i l o t
p o t e x p e r i m e n t s a t o u r d i s p o s a l . S i n c e 1 9 8 4 , t h e i r o n o r e
s i n te r in g s t u d y h a s b e e n p a r t o f t he G r o u p e m e n t
S c i e n t if i q u e " F o n t e d e h a u t e p u r e t 6 , " j o i n t l y f i n a n c e d b y
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