- Điều kiện biên loại 2: cho tr−ớc dòng nhiệt đi qua mặt vật thể.
b) Nhiên liệu rắn
- Nhiên liệu rắn thiên nhiên: gồm các loại gỗ, than bùn, than nâu, than khói, than antraxit.
Gỗ: Thành phần chủ yếu của gỗ là xen-luy-lô, n−ớc và một số oxyt kim loại kiềm. Thành phần nguyên tố của gỗ nh− sau: %C = 49,4 ữ 50,4; %H = 5,9 ữ 6,1; %O = 42,7 ữ 43,9; %N = 0,7 ữ 1. Nhiệt trị Qd = 1.878 ữ 4.460 Kcal/kg.
Gỗ có hàm l−ợng chất bốc cao (khoảng 80 %) dễ cháy, không chứa l−u huỳnh, hàm l−ợng tro nhỏ (A = 0,7 ữ 1,2 %), nh−ợc điểm của gỗ là chứa nhiều n−ớc (gỗ t−ơi W = 40 ữ 60 %, gỗ khô W = 30%), nhiệt trị của gỗ thấp ( khi w = 50 %, Qd =1878 Kcal/kg), khối l−ợng thể tích nhỏ nên chi phí vận chuyển cao.
Gỗ là loại nhiên liệu đ−ợc dùng nhiều tr−ớc đây, song hiện nay gỗ là nguồn nguyên liệu có giá trị của nhiều ngành công nghiệp khác nên rất hạn chế dùng để làm nhiên liệu.
Than bùn: là loại than trẻ tuổi nhất vừa chuyển từ thực vật sang, chứa nhiều n−ớc, mới khai thác W = 85 ữ 91 %, phơi khô kỹ vẫn còn W = 30 ữ 40 %, khối l−ợng thể tích nhỏ 325 ữ 425 kg/m3. Thành phần nguyên tố trung bình của than: %Cc = 57,8; %Hd =6,0; %O = 33,4; %Nc = 2,5; %Sc =0,3; %Ak = 9,7. Nhiệt trị Qd = 2.660 ữ 2.940 Kcal/kg.
Than bùn có −u điểm: dễ bốc cháy, chứa ít l−u huỳnh, dễ khí hóa. Nh−ợc điểm: khối l−ợng thể tích nhỏ, độ bền cơ học thấp, nhiệt trị thấp, điểm chảy của tro thấp.
Than bùn chủ yếu dùng trong công nghiệp địa ph−ơng, gần nơi khai thác.
Than nâu: than nâu do than bùn trải qua một thời kỳ biến đổi tạo thành, quá trình chuyển biến từ thực vật sang khoáng vật đã hoàn thành. Thành phần nguyên tố của than nâu: %Cc = 72 ữ 78 ; %Hd = 4,4ữ 5,6; %O = 15 ữ 21; %Nc = 1,3 ữ 1,5; %Sc = 0,4; %Ak = 11 ữ 30; %Wd = 35 - 50. Nhiệt trị Qd = 2.660 ữ 4.100 Kcal/kg.
So với than bùn, than nâu có thành phần các bon cao hơn, khối l−ợng thể tích từ 800 ữ 900 kg/m3, độ bền cơ học cao hơn, hút n−ớc ít hơn, thành phần chất bốc thấp hơn.
Than nâu có thể đ−ợc dùng làm nhiên liệu cho các lò nhiệt độ không cao, khí hoá để sản xuất khí đốt.
Than khói: Quá trình các bon hoá của than hoàn thiện hơn, độ hút n−ớc của than bé, l−ợng chất bốc giảm, độ bền cơ học cao hơn. Theo công dụng than khói đ−ợc phân ra: than lửa dài, than khí đốt, than béo, than luyện cốc, than gầy. Than lửa dài và than khí đốt có hàm l−ợng chất bốc còn khá cao, khi cháy sinh ra ngọn lửa dài, đ−ợc dùng đốt trực tiếp hoặc chế tạo khí đốt. Than béo một phần đốt trực tiếp, một phần để luyện cốc. Than luyện cốc là loại than quý dùng để luyện than cốc, loại nhiên liệu quan trọng trong các lò luyện và nấu gang. Than gầy chủ yếu dùng để đốt trực tiếp.
- Than không khói ( than antraxit): than không khói là loại than già tuổi nhất, độ bền lớn, hút ẩm ít, hàm l−ợng các bon cao, l−ợng chất bốc thấp, khi cháy không sinh khói. Hàm l−ợng tro và l−u huỳnh trong than biến đổi trong phạm vi rộng. Than không khói đ−ợc dùng đốt trực tiếp, một phần đ−ợc nhiệt luyện để thay thế một phần than cốc trong nấu gang.
- Nhiên liệu rắn nhân tạo: than gỗ, than cốc, than antraxit nhiệt luyện.
Than gỗ: than gỗ đ−ợc chế tạo bằng cách ch−ng khô củi gỗ theo ph−ơng pháp thủ công hoặc dùng lò kín và nung bằng không khí nóng 350 - 400 oC.
Thành phần hữu cơ của than gỗ: %C = 79,81 ữ 88,87 ; %H = 4,33 ữ 3,23; % (O+N) = 15,86 ữ 7,90.
Than gỗ chứa ít l−u huỳnh, tr−ớc đây đ−ợc sử dụng làm nhiên liệu cho lò đúc, lò cao cở nhỏ nh−ng hiện nay ít dùng.
Than cốc: Than cốc đ−ợc luyện bằng cách nung bột than có tính dính kết tốt (than luyện cốc, than béo) trong môi tr−ờng cách biệt với không khí tới nhiệt độ 850 - 1000oC sau đó làm nguội.
Quá trình luyện cốc nh− sau: nghiền than đến độ hạt khoảng 3 mm, chất vào lò và nung. D−ới tác dụng của nhiệt, than đ−ợc sấy khô và ch−ng, trong than xẩy ra các phản ứng phân hóa nhiệt. Giai đoạn quan trọng nhất đối với sự tạo thành than cốc là ở nhiệt độ 400 - 500 oC, than bị biến mềm và tiết ra chất bốc làm cho khối than trở nên xốp. Tiếp tục nâng nhiệt độ, khối than sẽ chuyển sang trạng thái rắn ta thu đ−ợc than cốc. Than cốc đ−ợc lấy ra khỏi lò và làm nguội bằng n−ớc sau đó sàng phân loại theo cỡ hạt. Than cốc có đặc điểm: độ bền cơ và bền nhiệt cao, độ xốp than lớn, hàm l−ợng chất bốc thấp, hàm l−ợng tro từ 8 - 14%. Than cốc chủ yếu dùng cho các lò cao luyện gang và các lò đứng nấu gang.
Than antraxit nhiệt luyện: Than antraxit có độ xốp bé, khi bị nung nóng đột ngột, n−ớc và chất bốc thoát ra mạnh làm cho than bị vỡ vụn nhiều gây khó khăn cho quá trình chạy lò. Để tăng độ bền nhiệt của than antraxit ng−ời ta tiến hành nhiệt luyện. Quá trình nhiệt luyện than tiến hành nh− sau: đem than nung nóng chậm đến 1000 - 1100oC, giữ nhiệt trong một thời gian sau đó làm nguội, thu đ−ợc than nhiệt luyện. Khi nung nóng chậm, n−ớc và chất bốc trong than thoát ra ngoài, hàm l−ợng n−ớc và chất bốc trong than giảm, đồng thời độ xốp của than tăng lên làm tăng đáng kể độ bền nhiệt của than khi chạy lò. Than gầy nhiệt luyện đ−ợc sử dụng thay thế một phần than cốc để nấu gang trong lò đứng và luyện gang trong các lò cao cỡ nhỏ.