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石灰消化温升速率的影响因素试验分析

时间:2016-10-25 来源:未知 作者:chunt 本文字数:4202字
  摘要

        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Ca O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Ca O可使烧结液相中的铁酸钙组分增加,促使烧结矿中的w(Fe O) 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Ca O的活性,即测定Ca O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。
  
  石灰化学成分分析 (wB)
  
  生石灰粒径分析
  
  由表1及图1可知,大宝坡生石灰中Ca O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(Ca O) 高于炀琨焰中w(Ca O) 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3 mm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ASTM c100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10 s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。
  
  因素水平表
  
   正交试验设计表
  
  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。
  
  大宝坡石灰正交试验消化温升速率
  
  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. 5 mm,转 速300 r / 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。
  
  
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