石灰消化溫升速率的影響因素試驗分析

　　生石灰在消化過(guò)程中的凝聚作用有利于制粒，提高小球的成球率和強度，從而提高燒結機利用系數和產(chǎn)量，下面是小編搜集整理的一篇探究石灰消化溫升速率影響因素的論文范文，歡迎閱讀查看。

　　前言

　　生石灰發(fā)生消化反應的生成物Ca(OH)2在燒結料中起粘結作用，增加混合料的成球性，且提高了混合料成球后的強度，改善了燒結料的粒度組成，提高了料層的透氣性[1].由于消石灰粒度極細，消化后的比表面積將比消化前增大約100倍，因此消化后能與混合料中的其他成分更好地接觸，固液相反應將會(huì )更快，不僅加速了燒結過(guò)程，防止了游離CaO的存在，而且還可均勻地分布于燒結料中，對燒結過(guò)程的化學(xué)反應產(chǎn)生有利影響[2].粒度細小的Ca(OH)2顆粒比粒度較粗的石灰石顆粒更容易生成低熔點(diǎn)的化合物，液相流動(dòng)性好，凝結成塊，從而會(huì )降低燃料的用量[3].

　　生石灰遇水發(fā)生消化反應放熱，在燒結生產(chǎn)過(guò)程中作為燒結熔劑，能提高料溫，減少燃料消耗，降低過(guò)濕層厚度，能顯著(zhù)改善料層透氣性。而且，生石灰在消化過(guò)程中的凝聚作用有利于制粒，提高小球的成球率和強度，從而提高燒結機利用系數和產(chǎn)量。另外，生石灰中高活性的CaO可使燒結液相中的鐵酸鈣組分增加，促使燒結礦中的w(FeO)降低。

　　基于在燒結過(guò)程中配加高活性石灰能夠強化燒結，提高燒結礦的產(chǎn)量和質(zhì)量[4-5],為了使制備的石灰活性達到最大，以提高燒結礦質(zhì)量，故而對生石灰活性進(jìn)行了研究。測定CaO的活性，即測定CaO在消化過(guò)程中溫升的速率，是表征生石灰水化反應速度的1個(gè)重要指標[6].這是因為，溫度升高的速率和幅度與生石灰的活性有著(zhù)不可分割的關(guān)系，單位時(shí)間內溫升越高則消化時(shí)間越短，說(shuō)明石灰活性越高;當生石灰反應完全時(shí)，溫升速率為零[7].溫升速率即表觀(guān)消化轉化速率是通過(guò)消化過(guò)程中溶液的總升溫(ΔT)和消化時(shí)間(Δt)的比值來(lái)表示。表觀(guān)消化轉化速率越快，從一定程度上就說(shuō)明石灰的消化速率越快[8].

　　本文通過(guò)對重慶鋼鐵股份有限公司使用的2種生石灰的基礎特性進(jìn)行分析，根據重鋼生產(chǎn)實(shí)踐，采用重鋼所用污泥水對石灰消化，并對影響生石灰消化溫升速率的污泥溫度、污泥石灰比、生石灰粒徑、攪拌速度四因素進(jìn)行正交試驗、單因素試驗，研究出各因素對石灰消化溫升速率的影響大小，制定最優(yōu)化的消化參數，指導生產(chǎn)實(shí)踐。

　　1試驗材料與方法

　　1.1原料的化學(xué)成分及粒度分析本文所用的石灰樣品全部來(lái)自重鋼生產(chǎn)現場(chǎng)，有煬琨焰和大寶坡2個(gè)品種，并對石灰樣品分別進(jìn)行了化學(xué)成分分析和粒度分析，其結果分別如表1、圖1所示。

　　由表1及圖1可知，大寶坡生石灰中CaO含量與粒徑分布均好于煬琨焰生石灰，其中大寶坡生石灰w(CaO)高于煬琨焰中w(CaO)的3.18%,且其S含量也小于煬琨焰生石灰。大寶坡生石灰小于3mm粒徑的比例為91.03%,高于煬琨焰(84.38%)。這將有利于其充分消化，減少燒結礦中白點(diǎn)的產(chǎn)生。

　　1.2試驗方法

　　試驗裝置是參照美國材料試驗協(xié)會(huì )制定的ASTMc100標準設計。試驗裝置主要由絕熱反應器、熱電阻、可變速電動(dòng)攪拌器、85-2數顯溫度儀。

　　試驗開(kāi)始前，先設定試驗原料相關(guān)參數，向絕熱反應器中倒入一定量的去離子水，開(kāi)動(dòng)攪拌器，選擇適當的轉速，然后使用加熱裝置將水溫加熱到所需要的值，待溫度恒定后，用裝料杯將剛稱(chēng)量完的生石灰一次性倒入絕熱反應器內，立刻裝上密封蓋，每隔10s記錄1次反應器內的溫度，直到達到最高溫度，并且3次無(wú)變化時(shí)結束消化�？傁�化時(shí)間(t)為第1次出現最高溫度的時(shí)間，總溫升為該點(diǎn)的溫度與消化水溫度的差值，溫升速率則為總溫升與消化時(shí)間(t)的比值[9].

　　1.3試驗方案設計

　　四因素分別為污泥溫度、石灰粒度、攪拌強度、泥灰比，因素水平表見(jiàn)表2,針對表2中的因素水平進(jìn)行正交表設計，如表3所示。

　　石灰消化速率的影響因素主要有消化水溫度、生石灰粒度、攪拌強度、消化水和石灰質(zhì)量比等。針對重鋼燒結廠(chǎng)實(shí)際情況，采用重鋼所用的污泥水代替試驗中所用的去離子水來(lái)消化試驗所用的生石灰，攪拌強度的調整由攪拌器轉速來(lái)調整。為研究出各個(gè)因素對石灰消化的影響，設計了4因素4水平正交試驗，其中試驗的衡量指標為石灰的表觀(guān)消化轉化速率。

　　2試驗結果與討論

　　2.1大寶坡石灰樣數據分析

　　對大寶坡石灰按照正交設計表進(jìn)行試驗，各組試驗溫升速率結果如圖2所示，表4為大寶坡石灰正交試驗極差分析結果。

　　對圖2及表4運用直觀(guān)分析法可知，各個(gè)因素對試驗指標的影響順序為：污泥溫度大于泥灰比大于石灰粒度大于攪拌強度。最優(yōu)方案為污泥溫度60℃，石灰粒度小于0.5mm,轉速300r/min,泥灰比為1.5∶1.0時(shí)，大寶坡石灰樣的表觀(guān)消化轉化速率最快，也就是消化最完全。

　　2.2煬琨焰石灰樣數據分析

　　對大寶坡石灰按照正交設計表進(jìn)行試驗，各組試驗溫升速率結果如圖3所示，表5為煬琨焰石灰正交試驗極差分析結果。

　　對圖3及表5運用直觀(guān)分析法可知，各個(gè)因素對試驗指標的影響順序為：泥灰比大于污泥溫度大于攪拌強度大于石灰粒度。最優(yōu)方案為污泥溫度60℃，石灰粒度0.5~1.0mm,轉速300r/min,泥灰比為1.5∶1.0時(shí)，煬琨焰石灰樣的表觀(guān)消化轉化速率最快，消化最完全。

　　通過(guò)大寶坡石灰樣和煬琨焰石灰樣的正交試驗結果可知：污泥溫度和泥灰比對石灰表觀(guān)消化轉化速率的影響比石灰粒度和攪拌強度顯著(zhù)。提高污泥溫度，選擇適當的泥灰比，可以大幅提高石灰消化率，石灰粒度的大小對提高石灰消化率有一定影響，攪拌強度對石灰消化速率影響有限。

　　2.3單因素試驗結果與分析

　　為了研究出各因素對石灰消化具體的影響，針對正交試驗結果，分別對污泥溫度、生石灰粒度、泥灰比3種因素進(jìn)行單因素試驗研究，試驗方案見(jiàn)表6.分別測定各單因素水平下大寶坡與煬琨焰兩產(chǎn)地生石灰的溫升速率，見(jiàn)圖4至圖6.

　　由圖4可以看出，隨著(zhù)消化污泥溫度的提升，2種生石灰溫升速率即表觀(guān)消化速率均增大，并且溫度越高，溫升速率提高幅度越大。原因是污泥溫度越高，使得各反應物離子之間傳質(zhì)加快，并且反應放出大量熱量使溶液溫度迅速升高，又促進(jìn)了物相之間的傳質(zhì)，促進(jìn)了消化反應的進(jìn)行。由于大寶坡石灰CaO含量高于煬琨焰石灰，粒徑小于3mm的比例高出煬琨焰石灰的6.65%,消化過(guò)程中放熱量更大，使得其溫升速率及上升趨勢均大于煬琨焰石灰。

　　由圖5可知，隨著(zhù)生石灰粒級的增大，表觀(guān)消化轉化率呈降低趨勢，其中大寶坡石灰、煬琨焰石灰分別降低至0.248,0.035℃/s,這是因為石灰粒徑越小，與水反應的表面積越大，使反應原料和反應產(chǎn)物Ca2+和OH-的擴散加快[10],使得反應速率加快，有利于消化反應進(jìn)行。

　　從圖6可以看出，泥灰比從1.0∶1.0增加到4.0∶1.0時(shí)，大寶坡石灰與煬琨焰石灰溫升速率分別從0.505,0.229℃/s減小到0.144,0.027℃/s.這是由于隨著(zhù)灰泥比增加，污泥的量增加，石灰乳的流動(dòng)性比低泥灰比時(shí)有了明顯提高，導致消化溫度降低，從而導致消化速度放緩[11].但是當泥灰比過(guò)小時(shí)，所得的氫氧化鈣產(chǎn)物較粘稠，流動(dòng)性很差，阻礙了水分子在液-固界面的擴散傳質(zhì)，甚至使消化反應中途停止[12].而且對于實(shí)際消化裝置來(lái)說(shuō)，容易造成設備和管道的阻塞，和安全隱患，這些都不利于消化裝置的正常和安全運行，從而加重設備和操作兩方面的費用[13].所以綜合考慮，石灰消化過(guò)程控制泥灰比為1.5∶1.0.

　　2.4石灰優(yōu)化組合比較分析

　　為了更好指導工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，在正交試驗及單因素試驗基礎上，將試驗所得出的優(yōu)化組合與重慶鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)現場(chǎng)的組合進(jìn)行對比分析，其結果如表7所示。

　　由表7可知，在我們優(yōu)化方案的基礎之上，大寶坡石灰溫升速率由生產(chǎn)現場(chǎng)對比組的0.163℃/s增加到0.433℃/s,提高了2.67倍。煬琨焰石灰樣溫升轉化速率由0.109℃/s增加到0.409℃/s,提高了3.75倍。由此可見(jiàn)石灰優(yōu)化試驗對影響因素的選取和水平確定較為合理，石灰溫升速率提升比較明顯，對重鋼石灰消化參數的選取具有指導意義。

　　3結語(yǔ)

　　以重鋼現場(chǎng)所使用的2種石灰為基礎，通過(guò)4因素4水平正交試驗，分析了影響石灰消化速率的各因素，得到以下結論。

　　1)通過(guò)大寶坡和煬琨焰的石灰樣的正交試驗，分析得知污泥溫度和泥灰比對石灰表觀(guān)消化轉化速率的影響比石灰粒度和攪拌強度顯著(zhù)。在提高污泥溫度，選擇適當的泥灰比，可大幅提高石灰消化率，石灰粒度的大小對提高石灰消化率是有影響的，攪拌強度對石灰消化速率影響有限。

　　2)大寶坡石灰各個(gè)因素對試驗指標的影響順序為：污泥溫度大于泥灰比大于石灰粒度大于攪拌強度，其中最優(yōu)方案為污泥溫度60℃，石灰粒度小于0.5mm,轉速300r/min,泥灰比1.5∶1.0時(shí)為石灰消化的最優(yōu)條件;而煬琨焰石灰樣的各個(gè)因素對試驗指標的影響順序為：泥灰比大于污泥溫度大于攪拌強度大于石灰粒度，最優(yōu)方案為污泥溫度60℃，石灰粒度0.5~1.0mm,轉速300r/min,泥灰比1.5∶1.0時(shí)為石灰消化最優(yōu)條件，表觀(guān)消化轉化速率最快，消化最為完全。

　　3)隨著(zhù)消化污泥溫度的提升，溫升速率提高幅度較大，并且溫度越高，溫升速率提高幅度越大;隨著(zhù)粒級的增大，溫升速率逐漸降低;隨著(zhù)泥灰比的增加，表觀(guān)消化速率有降低的趨勢。

　　4)通過(guò)優(yōu)化試驗組與生產(chǎn)現場(chǎng)消化數據對比看出，大寶坡石灰表觀(guān)消化轉化速率比對照組提高了2.67倍，煬琨焰石灰樣表觀(guān)消化轉化速率提高了3.75倍。

　　[參考文獻]

　　[1]梁中渝。煉鐵學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009:32-34,57.

　　[2]郝素菊，蔣武峰，韓秀麗，等。石灰活性對燒結礦質(zhì)量的影響[J].中國冶金，2008,18(1):13.

　　[3]白彥東。高活性石灰的制備及對燒結礦性能的影響[D].河北：河北理工大學(xué)，2008.

　　[4]葉恩東�；钚允�灰在攀鋼釩鈦磁鐵礦燒結中的應用[J],四川冶金，2006,28(1):7.

　　[5]郝素菊，蔣武鋒，白彥東，等。石灰活性對燒結礦中鐵酸鈣結晶形態(tài)的影響[J].燒結球團，2007,32(5):15.

　　[6]王軼。NID消化過(guò)程特點(diǎn)及生石灰活性的測定與分析[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2006(8):25.

　　[7]郭秀建。脫硫劑特性及石灰消化的試驗研究[D].濟南：山東大學(xué)，2005.

　　[8]王樹(shù)軒，李寧，李波，等�；钚允�灰煅燒條件及其活性評價(jià)指標的研究[J].無(wú)機鹽工業(yè)，2012(2):17.

　　[9]郝素菊，張玉柱，蔣武鋒，等。溫升速率法測定高活性石灰的活性度[J].冶金分析，2008,28(8):19.

　　[10]劉潤靜，谷麗，張志昆，等。石灰活性影響因素研究[J].無(wú)機鹽工業(yè)，2012,44(9):29.

　　[11]谷麗，劉潤靜，郭志偉，等。石灰消化條件對氫氧化鈣活性的影響[J].中國粉體技術(shù)，2012,18(4):62.

　　[12]HENRIQUEHM.SANTOSLC,PARREIRAPM.Productionofmilkoflimeforsugarcaneindustry:studyoffactorsinfluencinglimeslaking[J].MaterialsScienceForum,2010(660/661):437.

　　[13]鐘偉飛。石灰消化工藝參數及氫氧化鈣溶解速率實(shí)驗研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2004.

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