Download - dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process

7/23/2019 dy of Moisture Transfer during the Strand Sintering Process

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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



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



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



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



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 ~

o

9 ~ o o

~ / ~ . q ~ ~ . ~

. . . . --+ 0*__o*

o~

I . . ~ ~ ~ ~ - - ~ - . 2 ~ - ~ ' ~ - - - - . - _

I ., , o o f - a - ' : 7 ~ : ~

I ~ I I I o . / - <

I ; I , ' i

I l i i I / . l

: , I . , '+ i

I , I o #

i ~

s

i

,,

i i ' . t

I / o

. i ~ , i : : : : : r . I

m I ] i ~ ] I ! . . . . . 1 1 ~ I

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



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



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



o ,

2~.o

220

200 9

180 \

160

lt~O

120

80 \ ~

6o ~

~ O \ /

9

20

120

100

ta

9

80

o

~ ~0

0

"~ - 20

4o

- 60

Absolute humidity glkg dry air)

20 t~O 60 80

_ a ? - -

' C

- ~ 7 o

, J c l l & - c t _ _ 1 o .

~'0

32cm

32cm

100 120

\

\

[0~

-- 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



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



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

h

k

Lv

MH2O

PH20

P vs a t

P

P W~)

FH20

rM,RM

rR

R

R r

g t r

t

Td

r~

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 )

t e m p e r a t u r e o f t h e g a s e s ( K )

t e m p e r a t u r e o f t h e s o l id s ( K )

w e t - b u l b t e m p e r a t u r e ( K )

s u p e r f i c i a l v e l o c i t y o f t h e g a s ( m - s - l )

m o i s t u r e c o n t e n t o f th e s o l id s ( k g / k g d r y )

c r i t i ca l m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s o l id s ( - )

~ q

W,r

x

x~

E

4

Pa

Pg

~ 1 2 O

e q u i l i b r i u m m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s o l id s

- )

r e d u c e d m o i s t u r e c o n t e n t o f t he s o l id s ( - )

m o i s t u r e c o n t e n t a t t r a ns i t io n p o i n t ( - )

h e i g h t i n t h e b e d ( m )

l o g a r it h m i c m e a n m o l a r f r a c t i o n o f v a p o r

- )

p o r o s i t y o f t h e b e d ( - - )

r e l a ti v e h u m i d i t y o f t h e g s P n 2 o / P v S a t ) - - )

a p p a r e n t d e n s i t y o f t h e b e d ( k g - m ~ 3 d )

c lensl ty o t the gas (1~"m " )

m o i s t u r e c o n t e n t o f th e s o l i d s p e r u n i t

v o l u m e o f t he b e d ( k g . m ~ 3)

CKNOWL E DGME N T S

T h i s s t u d y h a s b e e n p e r f o r m e d w i t h t h e s c i e n t i f i c a n d

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 -

e l i n g t h e i r o n o r e s i n t e r i n g p r o c e s s , a n d M I N E M E T

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

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 . A t I R S I D , w e t h a n k

D r s . E . M a r l i ~ r e , C . D u l c y , J . M . S t e i l e r, a n d P . R i b o u d

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

I R S ID a nd C N R S . A t M I N E M E T R E C H E R C H E , w e

t h a n k D r s . G . S a n c h e z a n d S . J o r g e t f o r t h e i r c o l l a b o -

r a t i o n . I n a d d i t i o n , w e w i s h t o t h a n k D r . B . L a l l y , w h o

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