石灰消化温升速率的影响因素试验分析
生石灰在消化过程中的凝聚作用有利于制粒，提高小球的成球率和强度，从而提高烧结机利用系数和产量，下面是小编搜集整理的一篇探究石灰消化温升速率影响因素的论文范文，欢迎阅读查看。
前言
生石灰发生消化反应的生成物Ca(OH)2在烧结料中起粘结作用，增加混合料的成球性，且提高了混合料成球后的强度，改善了烧结料的粒度组成，提高了料层的透气性[1].由于消石灰粒度极细，消化后的比表面积将比消化前增大约100倍，因此消化后能与混合料中的其他成分更好地接触，固液相反应将会更快，不仅加速了烧结过程，防止了游离CaO的存在，而且还可均匀地分布于烧结料中，对烧结过程的化学反应产生有利影响[2].粒度细小的Ca(OH)2颗粒比粒度较粗的石灰石颗粒更容易生成低熔点的化合物，液相流动性好，凝结成块，从而会降低燃料的用量[3].
生石灰遇水发生消化反应放热，在烧结生产过程中作为烧结熔剂，能提高料温，减少燃料消耗，降低过湿层厚度，能显着改善料层透气性。而且，生石灰在消化过程中的凝聚作用有利于制粒，提高小球的成球率和强度，从而提高烧结机利用系数和产量。另外，生石灰中高活性的CaO可使烧结液相中的铁酸钙组分增加，促使烧结矿中的w(FeO)降低。
基于在烧结过程中配加高活性石灰能够强化烧结，提高烧结矿的产量和质量[4-5],为了使制备的石灰活性达到最大，以提高烧结矿质量，故而对生石灰活性进行了研究。测定CaO的活性，即测定CaO在消化过程中温升的速率，是表征生石灰水化反应速度的1个重要指标[6].这是因为，温度升高的速率和幅度与生石灰的活性有着不可分割的关系，单位时间内温升越高则消化时间越短，说明石灰活性越高;当生石灰反应完全时，温升速率为零[7].温升速率即表观消化转化速率是通过消化过程中溶液的总升温(ΔT)和消化时间(Δt)的比值来表示。表观消化转化速率越快，从一定程度上就说明石灰的消化速率越快[8].
本文通过对重庆钢铁股份有限公司使用的2种生石灰的基础特性进行分析，根据重钢生产实践，采用重钢所用污泥水对石灰消化，并对影响生石灰消化温升速率的污泥温度、污泥石灰比、生石灰粒径、搅拌速度四因素进行正交试验、单因素试验，研究出各因素对石灰消化温升速率的影响大小，制定最优化的消化参数，指导生产实践。
1试验材料与方法
1.1原料的化学成分及粒度分析本文所用的石灰样品全部来自重钢生产现场，有炀琨焰和大宝坡2个品种，并对石灰样品分别进行了化学成分分析和粒度分析，其结果分别如表1、图1所示。
由表1及图1可知，大宝坡生石灰中CaO含量与粒径分布均好于炀琨焰生石灰，其中大宝坡生石灰w(CaO)高于炀琨焰中w(CaO)的3.18%,且其S含量也小于炀琨焰生石灰。大宝坡生石灰小于3mm粒径的.比例为91.03%,高于炀琨焰(84.38%)。这将有利于其充分消化，减少烧结矿中白点的产生。
1.2试验方法
试验装置是参照美国材料试验协会制定的ASTMc100标准设计。试验装置主要由绝热反应器、热电阻、可变速电动搅拌器、85-2数显温度仪。
试验开始前，先设定试验原料相关参数，向绝热反应器中倒入一定量的去离子水，开动搅拌器，选择适当的转速，然后使用加热装置将水温加热到所需要的值，待温度恒定后，用装料杯将刚称量完的生石灰一次性倒入绝热反应器内，立刻装上密封盖，每隔10s记录1次反应器内的温度，直到达到最高温度，并且3次无变化时结束消化。总消化时间(t)为第1次出现最高温度的时间，总温升为该点的温度与消化水温度的差值，温升速率则为总温升与消化时间(t)的比值[9].
1.3试验方案设计
四因素分别为污泥温度、石灰粒度、搅拌强度、泥灰比，因素水平表见表2,针对表2中的因素水平进行正交表设计，如表3所示。
石灰消化速率的影响因素主要有消化水温度、生石灰粒度、搅拌强度、消化水和石灰质量比等。针对重钢烧结厂实际情况，采用重钢所用的污泥水代替试验中所用的去离子水来消化试验所用的生石灰，搅拌强度的调整由搅拌器转速来调整。为研究出各个因素对石灰消化的影响，设计了4因素4水平正交试验，其中试验的衡量指标为石灰的表观消化转化速率。
2试验结果与讨论
2.1大宝坡石灰样数据分析
对大宝坡石灰按照正交设计表进行试验，各组试验温升速率结果如图2所示，表4为大宝坡石灰正交试验极差分析结果。
对图2及表4运用直观分析法可知，各个因素对试验指标的影响顺序为：污泥温度大于泥灰比大于石灰粒度大于搅拌强度。最优方案为污泥温度60℃，石灰粒度小于0.5mm,转速300r/min,泥灰比为1.5∶1.0时，大宝坡石灰样的表观消化转化速率最快，也就是消化最完全。
2.2炀琨焰石灰样数据分析
对大宝坡石灰按照正交设计表进行试验，各组试验温升速率结果如图3所示，表5为炀琨焰石灰正交试验极差分析结果。
对图3及表5运用直观分析法可知，各个因素对试验指标的影响顺序为：泥灰比大于污泥温度大于搅拌强度大于石灰粒度。最优方案为污泥温度60℃，石灰粒度0.5~1.0mm,转速300r/min,泥灰比为1.5∶1.0时，炀琨焰石灰样的表观消化转化速率最快，消化最完全。
通过大宝坡石灰样和炀琨焰石灰样的正交试验结果可知：污泥温度和泥灰比对石灰表观消化转化速率的影响比石灰粒度和搅拌强度显着。提高污泥温度，选择适当的泥灰比，可以大幅提高石灰消化率，石灰粒度的大小对提高石灰消化率有一定影响，搅拌强度对石灰消化速率影响有限。
2.3单因素试验结果与分析
为了研究出各因素对石灰消化具体的影响，针对正交试验结果，分别对污泥温度、生石灰粒度、泥灰比3种因素进行单因素试验研究，试验方案见表6.分别测定各单因素水平下大宝坡与炀琨焰两产地生石灰的温升速率，见图4至图6.
由图4可以看出，随着消化污泥温度的提升，2种生石灰温升速率即表观消化速率均增大，并且温度越高，温升速率提高幅度越大。原因是污泥温度越高，使得各反应物离子之间传质加快，并且反应放出大量热量使溶液温度迅速升高，又促进了物相之间的传质，促进了消化反应的进行。由于大宝坡石灰CaO含量高于炀琨焰石灰，粒径小于3mm的比例高出炀琨焰石灰的6.65%,消化过程中放热量更大，使得其温升速率及上升趋势均大于炀琨焰石灰。
由图5可知，随着生石灰粒级的增大，表观消化转化率呈降低趋势，其中大宝坡石灰、炀琨焰石灰分别降低至0.248,0.035℃/s,这是因为石灰粒径越小，与水反应的表面积越大，使反应原料和反应产物Ca2+和OH-的扩散加快[10],使得反应速率加快，有利于消化反应进行。
从图6可以看出，泥灰比从1.0∶1.0增加到4.0∶1.0时，大宝坡石灰与炀琨焰石灰温升速率分别从0.505,0.229℃/s减小到0.144,0.027℃/s.这是由于随着灰泥比增加，污泥的量增加，石灰乳的流动性比低泥灰比时有了明显提高，导致消化温度降低，从而导致消化速度放缓[11].但是当泥灰比过小时，所得的氢氧化钙产物较粘稠，流动性很差，阻碍了水分子在液-固界面的扩散传质，甚至使消化反应中途停止[12].而且对于实际消化装置来说，容易造成设备和管道的阻塞，和安全隐患，这些都不利于消化装置的正常和安全运行，从而加重设备和操作两方面的费用[13].所以综合考虑，石灰消化过程控制泥灰比为1.5∶1.0.
2.4石灰优化组合比较分析
为了更好指导工业生产实践，在正交试验及单因素试验基础上，将试验所得出的优化组合与重庆钢铁股份有限公司生产现场的组合进行对比分析，其结果如表7所示。
由表7可知，在我们优化方案的基础之上，大宝坡石灰温升速率由生产现场对比组的0.163℃/s增加到0.433℃/s,提高了2.67倍。炀琨焰石灰样温升转化速率由0.109℃/s增加到0.409℃/s,提高了3.75倍。由此可见石灰优化试验对影响因素的选取和水平确定较为合理，石灰温升速率提升比较明显，对重钢石灰消化参数的选取具有指导意义。
3结语
以重钢现场所使用的2种石灰为基础，通过4因素4水平正交试验，分析了影响石灰消化速率的各因素，得到以下结论。
1)通过大宝坡和炀琨焰的石灰样的正交试验，分析得知污泥温度和泥灰比对石灰表观消化转化速率的影响比石灰粒度和搅拌强度显着。在提高污泥温度，选择适当的泥灰比，可大幅提高石灰消化率，石灰粒度的大小对提高石灰消化率是有影响的，搅拌强度对石灰消化速率影响有限。
2)大宝坡石灰各个因素对试验指标的影响顺序为：污泥温度大于泥灰比大于石灰粒度大于搅拌强度，其中最优方案为污泥温度60℃，石灰粒度小于0.5mm,转速300r/min,泥灰比1.5∶1.0时为石灰消化的最优条件;而炀琨焰石灰样的各个因素对试验指标的影响顺序为：泥灰比大于污泥温度大于搅拌强度大于石灰粒度，最优方案为污泥温度60℃，石灰粒度0.5~1.0mm,转速300r/min,泥灰比1.5∶1.0时为石灰消化最优条件，表观消化转化速率最快，消化最为完全。
3)随着消化污泥温度的提升，温升速率提高幅度较大，并且温度越高，温升速率提高幅度越大;随着粒级的增大，温升速率逐渐降低;随着泥灰比的增加，表观消化速率有降低的趋势。
4)通过优化试验组与生产现场消化数据对比看出，大宝坡石灰表观消化转化速率比对照组提高了2.67倍，炀琨焰石灰样表观消化转化速率提高了3.75倍。
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