第十五届全国大高炉炼铁学术年会论文集影响烧结生石灰消化速率的因素分析龚艺杰1柳浩2(1．重庆钢铁股份有限公司2．重庆科技学院)摘要冶金石灰对烧结生产有着重要意义，冶金石灰的质量直接决定了烧结产品的好坏本文通过研究影响石灰消化的 因素得出：石灰的消化速度受到外界温度、搅拌速度、石灰粒度等级和泥灰比等因素的影响，并且各影响因素对消化速度 的影响程度的大小分别为污泥，石灰>污泥温度>搅拌强度>石灰粒度同时，在实验中分别取重庆钢铁企业产地分别为炀 琨焰和大宝坡的石灰，通过分析，优化消化条件后大宝坡石灰消化转化率提高了2．67倍，炀琨焰石灰的消化转化率提高了3．75倍 关键词生石灰消化活性1前言 生石灰发生消化反应的生成物ca(OH)：在烧结料中起粘结的作用，增加混合料的成球性，并日．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 另外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的接触，固液相 反应将会更快，不仅加速了烧结过程，防止了游离CaO”1的存在，而且还可以均匀地分布于烧结料巾，对 烧结过程的化学反应产生有利影响。
粒度细小的ca(OH)：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利用生石灰消化反应放热提高混合料的温度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，能显著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，生石灰中的高活性的CaO可使烧结液相中的 铁酸钙组分增加，促使烧结矿中的FeO含量降低石灰的消化是将煅烧石灰4-(CaCO，并导到的生石灰(CaO) 与水反应生成氢氧化钙并放出大量反应热的化学过程表观消化率是通过消化时间(At)表示在其他条件相同的情况下，比较某一条件对石灰消化的影 响，总消化时问越短，说明石灰的表观消化速率越快，生成的石灰乳活性越高表观消化转化速率是通过消化过程中溶液的总升温(AT)和消化时问(A t)的比值来表示表观消 化转化率表示石灰中的CaO水合生成ca(OH)2的比例，通过消化过程中溶液的总升温(AT)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㈣为了充分了解在石灰消化试验中影响石灰消化率的因素，决定选取重钢烧结生石灰进行消化试验。
2实验 2．1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，对石灰样品进行了成分分析和粒度分析，分别见表1和表2表1石灰成分表·936·第十五届全国大高炉炼铁学术年会论文集从石灰成分上，来看大宝坡无论在成分和粒度上都比炀琨焰略占优势，它的CaO含量还是高于炀琨 焰3．18％，粒度分布上，大宝坡石灰在小粒级分布上较多2．2实验方法实验装置见图l，本装置是参照美国材料试验协会(ASTM)：ASTM e100标准设计【5]实验开始前， 先设定试验原料相关参数，开动搅拌器，选择适当的转速，然后使用加热装置将水温调节到所需要的值， 待温度恒定后，用装料杯将刚称完量的生石灰一次性倒入绝热反应器内，立刻装上密封盖，通过记录录 温度随时问的变化实验过程中数据读取时间间隔los，直到达到最高温度，3次无变化时结束消化，总 消化时间为此30s内起始点的值，总温升为该点的温度与消化水温度的差值1、JJ—A精密增力电动搅拌器显示仪2、支架台3、JJ—A精密增力电动搅拌器电机(90w) 4、热电偶5、电容6、85—2数显温度仪图1 石灰消化研究实验装置2．3 实验方案设计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，消化水和石灰重量比等， 我们针对重钢烧结厂实际情况，由于重钢石灰消化采用的是污泥水消化，所以我们石灰消化水改为重钢 污泥池污泥，搅拌强度的调整由搅拌器转速来调整，石灰粒度有重钢石灰样筛选而来，石灰样品完全取 自生产现场，有炀琨焰和大宝坡两个品种。
安排4因素4个水平正交试验，以便科学得出各个因素对石 灰消化的影响，试验的衡量指标为石灰的表观消化转化速率四因素分别为：A污泥温度；B石灰粒度； C搅拌强度；D污泥：石灰表3因素水平表因素水平A30℃40℃50℃60℃B2～3ram1—2ramD．5—1mmD>B>C，即污泥温度>污泥，石灰>石 灰粒度>搅拌强度，最优方案为A484C2D1，即污泥温度60'E，石灰粒度小于0．5ram，转速300rpm，污 泥：石灰1．5：1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 32炀琨焰石灰样数据分析 按照正交分析进行实验，表7表示炀琨焰石灰样正交试验数据表 塞：堑堡塑互茎壁里窒鲨!塑塑墨——————————·=-—··编号ABCD'媪升速半L t，s)111110．1204233130．1679344l40．126422120．13435243IOAl8643210．23947324lO．18468l4430．0438941420．152101332O．11123440．04741221230．1242133I340．07391434220．14641542330．114316l224O．1014对上表进行数据分析，见表8。
·939·第十五届全国大高炉炼铁学术年会论文集表8极差分析结果总和因子水乎1 水平2 水平3水平4 x(1)0．3656O．42390．57280．6317 X 00．47050．53460．55470．4342X 00．54860．61140．40620．4278XO．66240．53270．45020．3487均 疽0因 ”“¨子水平1 水平2水平3水平4 (1)0．0914 0．1060．14320．1579 (2) 0．11760．1337O．13870．1086(3)0．13720．15290．10160．107x(4)0．16560．13320．11260．0872因子极小值极大值极差R调整Rx(1)O．0914O．1579O．06650．0599x(2)O．10860．13870．03010．0271x(3)O．10160．152900513O．0462运用直观分析法，可见各个因素对试验指标的影响顺序为：D>A>c>B，即污泥／石灰>污泷温度>搅 拌强度>石灰粒度，最优方案为A483C2D1，即污泥温度60℃，石灰粒度0．5～lmm，转速300rpm，污泥： 石灰1．5：1时，炀琨焰石灰样的表观消化转化速率最快，消化最完全。
3．3单因素实验结果与分析 对以上四种因素进行单因素分析，分析见表9一表11———————————————————■————二二_二————==_一温升速率℃，墨!重望墨壁兰里墨堕堕 温升速率％I．一方案温度℃搅拌强度石灰粒度水灰比【炀琨焰)(大宝坡)20300正常1．5：l0．0980．2“30300正常1．5：10．1730．25440300正常1．5：l0．184O．34450300正常1．5：10．3180．50560300正常1．5：10．3270．57530300O．5一l1．5：l0．153 0300303001—21．5：10．1470240303002—31．5：1O．144O．124530300>31．5：101030．088———————————————————————二=_二—————-：_—————磊；i孬℃／麦!!鎏壅些兰里童堕堕墨一温升速率℃，s 方案温度，℃搅拌强度石灰粒度水灰比 炀琨焰)(大宝坡)330300正常1．5：1O．173O．339430300正常2：10．1010．106530300正常2．5：10．056O．096·940·第十五届全国大高炉炼铁学术年会论文集方案温度，℃搅拌强度石灰粒度水灰比。
炀琨焰)(大宝坡)730300正常830300正常4：10．0270．144对一上数据作图分析可得，见图2一图4020304050607080 温度／℃析图单因素分析图图4泥灰比单因素分析图从以上图表分析可知：从我温度单因素试验来看，随着消化污泥的温度的提升，温升速率即表观消 化速率提高幅度较大，并且温度越高，温升速率提高幅度越大；从两个石灰样的粒度单因素来，随着粒 级的增大，表观消化转化率呈降低趋势，这个也说明随着粒级减小，石灰颗粒比表面积增大，反应速率 加快，有利于消化反应进行；从两个石灰样的泥灰比单因素试验来看，随着泥灰比的增加，表观消化速·941·第十五届全国大高炉炼铁学术年会论文集在充分了解重钢石灰的基础之上，我们分析了影响石灰消化速率的几个因素，选取主要因素的不同 水平，在实验室做J，4困素4水平水平，优化得出水平组合及影响因素的排序并且也同时做了影响因 素的单因素试验，与试验预期目标比较吻合我们拿现场实际情况和我们优化的组合来比较发现：(1)大宝坡石灰：o．433／0．162=2．67倍 (2)炀琨焰：o．409／0．109=3．75倍在我们优化方案的基础之上，大宝坡石灰表观消化转化速率提高了2．67倍，炀琨焰石灰样表观消化 转化速率提高了3．75倍。
南此可见本次石灰优化试验对影响因素的选取和水平确定较为合理，试验结果 颇为理想，对重钢石灰消化参数的选取具有指导意义 4结论 通过大宝坡石厌样和炀琨焰石灰样的正交试验结果，分析得知污泥温度和(污泥，石灰)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著，也就说在提高污泥温度，选择适当的(污泥，石灰)，可 以大幅提高石灰消化率，石灰粒度越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 限试验结果来看口J见各个因素对试验指标的影响顺序为：A>D>B>C，即污泥温度>污泥，石灰>石灰粒度> 搅拌强度，其中最优方案为A484C2D1，即污泥温度60cc，石灰粒度小于0-5mm，转速300rpm，污泥／ 石灰1．5：l时为石灰消化的最优条件，大宝坡石灰样的表观消化转化速率最快；而炀琨焰石灰样的各个因 素对试验指标的影响顺序为：D>A>C>B，即污泥／石灰>污泥温度>搅拌强度>石灰粒度，最优方案为A483C2D1，即污泥温度60C，石厌粒度0．5一lmm，转速300rpm，污泥／石灰1．5：1时为石灰消化最优条件， 表观消化转化速率最快，消化最为完全此外我们还重点针对温度、粒度和水灰比做了单因素试验，通过实验结果可以得出随着消化污泥的 温度的提升，温升速率即表观消化速率提高幅度较大，并且温度越高，温升速率提高幅度越大；随着粒 级的增大，表观消化转化率呈降低趋势，这个也说明随着粒级减小，石灰颗粒比表面积增大，反应速率 加快，有利于消化反应进行。
从两个石灰样的泥灰比单因素试验来看，随着泥灰比的增加，表观消化速 率有降低的趋势，在2．5时存在拐点，根据重钢实际情况，消化器的水灰比尽量控制在11—2：l之间为宜 根据试验优化结果，以表观消化转化速率来衡量，优化方案可以提高表观消化转化速率大宝坡石灰表观消化转化速率提高了2．67倍，炀琨焰石灰样表观消化转化速率提高了3．75倍 参考文献：川梁中渝．炼铁学【M]．北京：冶金工业出版社，2009：32-34，57_71．【2】同岗洋次郎．CaO／SiO：和MgO对烧结矿高温性能的影响【J]铁与钢，1981，67(4)：23—25． [31白彦东高活性石灰的制备及对烧结矿性能的影响[D】．河北：河北理工大学，2008：23—25． f4]王树轩，李宁，李波，李玉龙．活性石灰煅烧条件及其活性评价指标的研究【J]无机盐T业，2012(2)：17～19． [5】郝素菊，张玉柱，蒋武锋，方觉，白彦东．温升速率法测定高活性石灰的活性度m．冶金分析，2008，28(8)：19—22．联系人：龚艺杰：13668071575 单位：重庆。