燃料摻入坯體后,雖然氧氣很難達(dá)到坯體內(nèi)部,但是發(fā)生了比自由燃燒還要快的燃燒反應(yīng)。 內(nèi)燃料的燃燒過程是這樣的,氧氣由坯體的氣孔進(jìn)入坯體內(nèi)部,與坯體內(nèi)部的燃料是燃燒反應(yīng),然后燃燒產(chǎn)物再由壞體內(nèi)逸出。在較低溫度下,氧氣進(jìn)入坯體的速度大于燃燒反應(yīng)的速度。隨著溫度的升高,燃燒反應(yīng)的速度比氧氣進(jìn)入坯體的速度增加得更快,因此,到了一定的溫度,燃燒的速度就主要由氧氣進(jìn)入坯體的速度來確定。
影響內(nèi)燃料的燃燒速度和燃燒完全程度的因素主要有:坯體的厚度和孔隙率;內(nèi)燃料的性質(zhì)及其在原料中的濃度;原料的化學(xué)組成;焙燒的溫度制度等。在焙燒摻有內(nèi)燃料的坯體時,坯體溫度較高的表面層發(fā)生吸熱反應(yīng)CO2+C=2CO,而在低溫的內(nèi)部這個反應(yīng)向相反的方向進(jìn)行,即一氧化碳分解為二氧化碳和碳。在分壓差的作用下,一氧化碳從坯體表面層向坯體內(nèi)部擴(kuò)散,即由高溫區(qū)域向低溫區(qū)域擴(kuò)散。在坯體內(nèi)一氧化碳分解為自由碳和二氧化碳。二氧化碳又向相反方向擴(kuò)散,即由坯體內(nèi)的低溫區(qū)域向坯體表面的高溫區(qū)域擴(kuò)散。在高溫的表面層,二氧化碳與碳反應(yīng)又生成一氧化碳。由于這一雙向作用的結(jié)果,碳由外表面移到了坯體的內(nèi)層。在坯體的內(nèi)層,碳的濃度增加而形成了強(qiáng)的還原性氣氛。在其他條件相同時,燃料中的碳向坯體內(nèi)遷移的數(shù)量取決于坯體的厚度、坯體的溫度梯度和氣體的驅(qū)散阻力。
內(nèi)燃料的燃燒首先在坯體表面進(jìn)行。由外向內(nèi)逐漸燃盡,燃料燃盡區(qū)域向內(nèi)部的移動速度與這區(qū)域到坯體表面的距離成反比,燃盡過程所需的時間與坯體厚度的平方成正比。在坯體厚度不變時,坯體的孔隙率決定了坯體中氣體的逸出速度。
窯內(nèi)氣體的組成和運(yùn)動速度,影響坯體表面和內(nèi)部的氧氣及可燃?xì)獾臐舛炔詈拖嘞驍U(kuò)散于這 的速度。過??諝庀禂?shù)越大,燃料的燃盡速度也越大。在控制空氣系數(shù)α=5時,燃盡所需的時間比α=1時縮短了2/3。
燃料開始燃燒的溫度和燃料的濃度相同時,坯體的孔隙率依摻人原料的燃料的性質(zhì)而變。在原料中,增加燃料的濃度(內(nèi)摻量),對于燃燒速度有雙重作用。一方面,燃燒所需要要的向坯體內(nèi)擴(kuò)散的氧氣量與燃料的數(shù)量成正比增長。這樣,當(dāng)其他條件相同時,就得延長燃燒時間。另一方面,隨著燃料的燃盡,坯體孔隙率增加,從而降低了擴(kuò)散阻力。綜合兩方面的因素,燃燒速度隨著燃料濃度的增長而加快。
坯體中鐵的化合物和硫酸鹽對于燃料的影響是,隨著含鐵量的增加,坯體在氧化性介質(zhì)和還原性介質(zhì)中軟化溫度的差變大。因此,當(dāng)造成坯體內(nèi)層還原性氣氛燃料燃燒時,能使氧化鐵的副作用減少。因為碳酸鹽分解的結(jié)果增加了坯體的孔隙率。坯體內(nèi)的碳酸鹽在加熱時,分解放出二氧化碳,二氧化碳與燃料中的碳反應(yīng)造成更多的由坯體內(nèi)部向表層移動的一氧化碳,這加快了燃料的燃燒反應(yīng)。燃料的燃燒速度隨著焙燒溫度的升高很快提高到某一確定的界限,而后提高得很慢。在提高溫度時,燃燒速度是由于燃燒反應(yīng)的加速、原料孔隙率的增加、氣體擴(kuò)散速度的加速而增長,直到開始出現(xiàn)液相為止。隨著坯體的燒結(jié),燃燒變慢,并最后完全停止。因此焙燒溫度制度應(yīng)這樣建立,以使在坯體開始燒結(jié)前就將燃料燃盡。
用高揮發(fā)分的燃料作為內(nèi)燃料時,焙燒制品的熱耗比用它外燃時熱耗要小得多。因為具有40%揮發(fā)分的褐煤在自由燃燒時,溫度達(dá)300~350℃時,壞體中內(nèi)燃料的低溫?zé)o焰燃燒已經(jīng)開始。此時,從褐煤中逸出的揮發(fā)分僅占其熱值的4%。另外,在無焰燃燒快要開始時,在坯體表面的窯內(nèi)氣體溫度已達(dá)到或超過了揮發(fā)分自由燃燒時的著火溫度。因此,即便揮發(fā)分在坯體內(nèi)來不及燃燒從內(nèi)部逸出,也能在周圍的爐氣中燃燒。