生石灰在消化過程中的凝聚作用有利於制粒，提高小球的成球率和強度，從而提高燒結機利用係數和產量，下面是小編蒐集整理的一篇探究石灰消化溫升速率影響因素的論文範文，歡迎閱讀檢視。
前言
生石灰髮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].由於消石灰粒度極細，消化後的比表面積將比消化前增大約100倍，因此消化後能與混合料中的其他成分更好地接觸，固液相反應將會更快，不僅加速了燒結過程，防止了遊離CaO的存在，而且還可均勻地分佈於燒結料中，對燒結過程的化學反應產生有利影響[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的化合物，液相流動性好，凝結成塊，從而會降低燃料的用量[3].
生石灰遇水發生消化反應放熱，在燒結生產過程中作為燒結熔劑，能提高料溫，減少燃料消耗，降低過溼層厚度，能顯著改善料層透氣性。而且，生石灰在消化過程中的凝聚作用有利於制粒，提高小球的成球率和強度，從而提高燒結機利用係數和產量。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。
基於在燒結過程中配加高活性石灰能夠強化燒結，提高燒結礦的產量和質量[4-5],為了使製備的石灰活性達到最大，以提高燒結礦質量，故而對生石灰活性進行了研究。測定CaO的活性，即測定CaO在消化過程中溫升的速率，是表徵生石灰水化反應速度的1個重要指標[6].這是因為，溫度升高的速率和幅度與生石灰的活性有著不可分割的關係，單位時間內溫升越高則消化時間越短，說明石灰活性越高;當生石灰反應完全時，溫升速率為零[7].溫升速率即表觀消化轉化速率是通過消化過程中溶液的總升溫(ΔT)和消化時間(Δt)的比值來表示。表觀消化轉化速率越快，從一定程度上就說明石灰的消化速率越快[8].
本文通過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行分析，根據重鋼生產實踐，採用重鋼所用汙泥水對石灰消化，並對影響生石灰消化溫升速率的汙泥溫度、汙泥石灰比、生石灰粒徑、攪拌速度四因素進行正交試驗、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，制定最優化的消化引數，指導生產實踐。
1試驗材料與方法
1.1原料的化學成分及粒度分析本文所用的石灰樣品全部來自重鋼生產現場，有煬琨焰和大寶坡2個品種，並對石灰樣品分別進行了化學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含量與粒徑分佈均好於煬琨焰生石灰，其中大寶坡生石灰w(CaO)高於煬琨焰中w(CaO)的3.18%,且其S含量也小於煬琨焰生石灰。大寶坡生石灰小於3mm粒徑的.比例為91.03%,高於煬琨焰(84.38%)。這將有利於其充分消化，減少燒結礦中白點的產生。
1.2試驗方法
試驗裝置是參照美國材料試驗協會制定的ASTMc100標準設計。試驗裝置主要由絕熱反應器、熱電阻、可變速電動攪拌器、85-2數顯溫度儀。
試驗開始前，先設定試驗原料相關引數，向絕熱反應器中倒入一定量的去離子水，開動攪拌器，選擇適當的轉速，然後使用加熱裝置將水溫加熱到所需要的值，待溫度恆定後，用裝料杯將剛稱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，並且3次無變化時結束消化。總消化時間(t)為第1次出現最高溫度的時間，總溫升為該點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間(t)的比值[9].
1.3試驗方案設計
四因素分別為汙泥溫度、石灰粒度、攪拌強度、泥灰比，因素水平表見表2,針對表2中的因素水平進行正交表設計，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、消化水和石灰質量比等。針對重鋼燒結廠實際情況，採用重鋼所用的汙泥水代替試驗中所用的去離子水來消化試驗所用的生石灰，攪拌強度的調整由攪拌器轉速來調整。為研究出各個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消化轉化速率。
2試驗結果與討論
2.1大寶坡石灰樣資料分析
對大寶坡石灰按照正交設計表進行試驗，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運用直觀分析法可知，各個因素對試驗指標的影響順序為：汙泥溫度大於泥灰比大於石灰粒度大於攪拌強度。最優方案為汙泥溫度60℃，石灰粒度小於0.5mm,轉速300r/min,泥灰比為1.5∶1.0時，大寶坡石灰樣的表觀消化轉化速率最快，也就是消化最完全。
2.2煬琨焰石灰樣資料分析
對大寶坡石灰按照正交設計表進行試驗，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運用直觀分析法可知，各個因素對試驗指標的影響順序為：泥灰比大於汙泥溫度大於攪拌強度大於石灰粒度。最優方案為汙泥溫度60℃，石灰粒度0.5~1.0mm,轉速300r/min,泥灰比為1.5∶1.0時，煬琨焰石灰樣的表觀消化轉化速率最快，消化最完全。
通過大寶坡石灰樣和煬琨焰石灰樣的正交試驗結果可知：汙泥溫度和泥灰比對石灰表觀消化轉化速率的影響比石灰粒度和攪拌強度顯著。提高汙泥溫度，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，分別對汙泥溫度、生石灰粒度、泥灰比3種因素進行單因素試驗研究，試驗方案見表6.分別測定各單因素水平下大寶坡與煬琨焰兩產地生石灰的溫升速率，見圖4至圖6.
由圖4可以看出，隨著消化汙泥溫度的提升，2種生石灰溫升速率即表觀消化速率均增大，並且溫度越高，溫升速率提高幅度越大。原因是汙泥溫度越高，使得各反應物離子之間傳質加快，並且反應放出大量熱量使溶液溫度迅速升高，又促進了物相之間的傳質，促進了消化反應的進行。由於大寶坡石灰CaO含量高於煬琨焰石灰，粒徑小於3mm的比例高出煬琨焰石灰的6.65%,消化過程中放熱量更大，使得其溫升速率及上升趨勢均大於煬琨焰石灰。
由圖5可知，隨著生石灰粒級的增大，表觀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物Ca2+和OH-的擴散加快[10],使得反應速率加快，有利於消化反應進行。
從圖6可以看出，泥灰比從1.0∶1.0增加到4.0∶1.0時，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.這是由於隨著灰泥比增加，汙泥的量增加，石灰乳的流動性比低泥灰比時有了明顯提高，導致消化溫度降低，從而導致消化速度放緩[11].但是當泥灰比過小時，所得的氫氧化鈣產物較粘稠，流動性很差，阻礙了水分子在液-固介面的擴散傳質，甚至使消化反應中途停止[12].而且對於實際消化裝置來說，容易造成裝置和管道的阻塞，和安全隱患，這些都不利於消化裝置的正常和安全執行，從而加重裝置和操作兩方面的費用[13].所以綜合考慮，石灰消化過程控制泥灰比為1.5∶1.0.
2.4石灰優化組合比較分析
為了更好指導工業生產實踐，在正交試驗及單因素試驗基礎上，將試驗所得出的優化組合與重慶鋼鐵股份有限公司生產現場的組合進行對比分析，其結果如表7所示。
由表7可知，在我們優化方案的基礎之上，大寶坡石灰溫升速率由生產現場對比組的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。由此可見石灰優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，對重鋼石灰消化引數的選取具有指導意義。
3結語
以重鋼現場所使用的2種石灰為基礎，通過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)通過大寶坡和煬琨焰的石灰樣的正交試驗，分析得知汙泥溫度和泥灰比對石灰表觀消化轉化速率的影響比石灰粒度和攪拌強度顯著。在提高汙泥溫度，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)大寶坡石灰各個因素對試驗指標的影響順序為：汙泥溫度大於泥灰比大於石灰粒度大於攪拌強度，其中最優方案為汙泥溫度60℃，石灰粒度小於0.5mm,轉速300r/min,泥灰比1.5∶1.0時為石灰消化的最優條件;而煬琨焰石灰樣的各個因素對試驗指標的影響順序為：泥灰比大於汙泥溫度大於攪拌強度大於石灰粒度，最優方案為汙泥溫度60℃，石灰粒度0.5~1.0mm,轉速300r/min,泥灰比1.5∶1.0時為石灰消化最優條件，表觀消化轉化速率最快，消化最為完全。
3)隨著消化汙泥溫度的提升，溫升速率提高幅度較大，並且溫度越高，溫升速率提高幅度越大;隨著粒級的增大，溫升速率逐漸降低;隨著泥灰比的增加，表觀消化速率有降低的趨勢。
4)通過優化試驗組與生產現場消化資料對比看出，大寶坡石灰表觀消化轉化速率比對照組提高了2.67倍，煬琨焰石灰樣表觀消化轉化速率提高了3.75倍。
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