回轉(zhuǎn)窯煅燒冶金石灰工藝研究與實(shí)踐

摘要： 由原料、燃料條件、設(shè)備及生產(chǎn)實(shí)際確定合理的預(yù)熱溫度、煅燒溫度與煅燒時(shí)間得到有效CaO高、活性高的冶金石灰

關(guān)鍵詞：活性度；回轉(zhuǎn)窯；煅燒溫度；煅燒時(shí)間；預(yù)熱溫度

前言：隨著鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展對(duì)作為轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣劑的冶金石灰要求也越來(lái)越高，要求冶金石灰在保證有效CaO的前提下還必須具有很高的活性。提高冶金石灰的活性，可以減少煉鋼時(shí)石灰的用量、提高鋼水收得率、廢鋼比和爐襯壽命，做到快速造渣，少渣吹煉，減少吹煉噴濺，提高生產(chǎn)節(jié)奏等效果，這直接關(guān)系到企業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能降耗。

1. 生成冶金石灰的機(jī)理

石灰組成中有游離氧化鈣和結(jié)合氧化鈣，游離氧化鈣中又分活性氧化鈣和非活性氧化鈣。非活性氧化鈣在普通消解條件下，不能同水發(fā)生反應(yīng)，但有可能轉(zhuǎn)化為活性氧化鈣(如磨細(xì)后)�；钚匝趸�鈣則是在普通消解條件下，能同水發(fā)生反應(yīng)的那部分游離氧化鈣，結(jié)合氧化鈣是不可回復(fù)的，故不能稱為非活性氧化鈣。氧化鈣在石灰中存在形式可以用圖1.1表示。石灰的反應(yīng)能力實(shí)際上可以看成是游離氧化鈣總量中活性氧化鈣的數(shù)量。石灰石的鍛燒是石灰石菱形晶格重新結(jié)晶轉(zhuǎn)化為石灰的立方晶格的變化過(guò)程。其變化所得晶體結(jié)構(gòu)與形成新相晶核的速度和它的生長(zhǎng)速度有關(guān)。當(dāng)前者大于后者時(shí)，所得到的為細(xì)粒晶體，其活性氧化鈣分子數(shù)量多，具有高的表面能；反之，所得為低表面能的粗粒晶體，其活性氧化鈣分子數(shù)量少。在石灰石快速加熱鍛燒下，所得到的為細(xì)粒晶體結(jié)構(gòu)的石灰，活性度就高；緩慢加熱鍛燒時(shí)，所得為粗晶體結(jié)構(gòu)的石灰，活性就低 ^[1]。

2.燃料和燃燒設(shè)備及原料要求

2.1燃料和燃燒設(shè)備

根據(jù)所用窯型和生產(chǎn)實(shí)際情況的不同，生產(chǎn)冶金石灰常用的燃料有焦炭、煤、重油和各種煤氣。本廠采用的是轉(zhuǎn)爐煤氣和高爐煤氣混燒，轉(zhuǎn)爐煤氣和高爐煤氣作為燃料的優(yōu)點(diǎn)是燒出的石灰S含量比起其它燃料要低，窯內(nèi)結(jié)圈現(xiàn)象較其它燃料要輕微；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)爐煤氣和高爐煤氣的主要成分為CO其發(fā)熱值較含碳?xì)浠�合物的燃料低，這在一定程度上制約了產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。

燃燒設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中起到非常關(guān)鍵的作用。本廠采用的燃燒設(shè)備（及燒嘴）是一種煤氣與空氣預(yù)先不進(jìn)行混合，二者在燃燒空間內(nèi)邊混合邊燃燒的的設(shè)備，

此時(shí)燃燒速度受到混合速度的限制，燃燒緩慢且有明顯的火焰，此時(shí)燃燒產(chǎn)物與周?chē)�物體之間所進(jìn)行的熱交換屬于火焰輻射它比起單純的氣體輻射具有更強(qiáng)的輻射力^[4]。

對(duì)于本廠使用的煤氣燃燒過(guò)程其本上可以歸納為：煤氣與空氣的混合；將混合物加熱到著火溫度；煤氣中的可燃組分與空氣中的氧發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行燃燒。在上述過(guò)程中，煤氣中的可燃組分與空氣中的氧在高溫下進(jìn)行燃燒反應(yīng)是非常快的，可以認(rèn)為是在一瞬間完成的。將煤氣預(yù)熱到著火溫度在煤氣預(yù)熱室進(jìn)行，唯有煤氣和空氣的混合過(guò)程是一種物理擴(kuò)散過(guò)程，需要一定的時(shí)間，因此它是決定燃燒速度的主要因素。對(duì)比我廠的1#窯和2#窯的燒嘴可以看出1#的燃燒速度比2#更快、更充分，在煤氣條件基本一致的情況下考慮可能是燒嘴、管路差異、風(fēng)煤的配比、壓力等方面造成的。

2.2原料要求

工業(yè)用石灰對(duì)石灰石的質(zhì)量要求主要有兩個(gè)方面：一個(gè)是要求含碳酸鈣成分要高，一般要求要在97%以上，二是它的結(jié)構(gòu)晶粒要小，因?yàn)榫ЯＰ〉氖�灰石晶間不嚴(yán)實(shí)，且在含有機(jī)物的情況下，有機(jī)物燃燒形成的多孔狀，CO₂容易分離，故便于煅燒，三是雜質(zhì)少，特別是有害成分如二氧化硅，氧化鎂，氧化鋁，硫和磷等。

2.2.1粒度要求

在冶金石灰生產(chǎn)中，原料石灰石的粒度應(yīng)控制在一定范圍。如果粒度差別大，小粒石灰石在短時(shí)間內(nèi)就可完全分解，而大粒度的則需要較長(zhǎng)時(shí)間。若大粒度的石灰石已完全分解，而小粒的因在煅燒區(qū)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成過(guò)燒而失去活性，反之大粒度的會(huì)形成夾心生燒而使活性度偏低。因此要求石灰石粒度盡可能均勻, 一般要求大小粒度之比不超過(guò)二分之一^[2]。表1為我廠與其它廠的對(duì)比：

表1 為幾個(gè)冶金廠石灰生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)

2.2.2成分條件

石灰石的主要成分是CaCO₃，還含有一定量的MgCO₃、 SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃ 等雜質(zhì)。CaCO₃的含量表示石灰石的純度，它直接影響著石灰中CaO的含量，是決定石灰活性度的主要指標(biāo)，因此CaCO₃的含量越高越好，生產(chǎn)中認(rèn)為大于96%的石灰石較好。石灰石中的雜質(zhì)是有害成分，煅燒過(guò)程中分別與CaO反應(yīng)：

SiO₂ + 3CaO = 3CaO·SiO₂

Al₂O₃ + 3CaO = 3CaO·Al₂O ₃

2CaO + Fe₂O ₃ = 2CaO·Fe₂O ₃

Al₂O ₃ + Fe₂O ₃ + 4CaO =4CaO·Al₂O₃·Fe₂O ₃

生成的鹽類(lèi)大部分熔點(diǎn)低，在煅燒帶常以液相存在,促進(jìn)了CaO顆粒間的融合，使石灰結(jié)構(gòu)緊縮，氣孔率下降，活性度較低。冶金石灰生產(chǎn)要求原料中雜質(zhì)含量盡可能少，根據(jù)原料所含成分不同，國(guó)家統(tǒng)一把石灰石劃分為不同的等級(jí)，見(jiàn)表2。

表2 冶金石灰石工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（%）

3.工藝技術(shù)要求

3.1預(yù)熱溫度與操作負(fù)壓

本廠的預(yù)熱器屬于豎式預(yù)熱器。利用轉(zhuǎn)窯中廢氣溫度來(lái)預(yù)熱石灰石優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約能源、降低成本；缺點(diǎn)是廢氣中有大量的粉塵可能夾雜到石灰石中影響預(yù)熱效果，廢氣溫度與鍛燒制度關(guān)系密切很難既達(dá)到理想的預(yù)熱溫度又達(dá)到理想的煅燒溫度，兩者間存在矛盾。

回轉(zhuǎn)窯的負(fù)壓操作有利于石灰石的快速分解同時(shí)對(duì)預(yù)熱溫度也有直接的影響，負(fù)壓的大小應(yīng)該以窯中石灰石的量為主要標(biāo)準(zhǔn)而不要把其用作調(diào)整預(yù)熱溫度的主要手段。

3.2冶金石灰（活性石灰）煅燒特點(diǎn)

活性石灰，除要求原料（石灰石）化學(xué)成分和塊度合適外，還要有一定的煅燒制度，其煅燒特點(diǎn)：

(1) 鍛燒時(shí)，石灰石表面溫度不能超過(guò)1150℃，溫度過(guò)高，表面形成致密過(guò)燒層，使活性度降低。

(2) 供熱強(qiáng)度要合理，石灰石分解初期允許較大的供熱強(qiáng)度，可達(dá)10000～25000Kcal/m2。待基本分解完時(shí)，應(yīng)逐漸降到<5000 Kcal/m2以保證石灰石晶粒細(xì)、活性高。

(3) 一旦分解結(jié)束，要立即降溫冷卻，以防石灰持續(xù)結(jié)晶致使晶粒過(guò)大，活性降低^[3]。

3.3煅燒溫度

煅燒溫度不僅決定了石灰石的分解反應(yīng)速度，而且也影響石灰晶體粒度大小。如果溫度偏低，分解慢，在有效煅燒時(shí)間內(nèi)石灰石不能完全分解，造成生燒，活性度偏低；溫度較高時(shí)，石灰石分解速度快，但隨著溫度的升高，CaO晶粒長(zhǎng)大，體積密度增大，比表面積和氣孔率減小，使石灰反應(yīng)能力下降，活性度降低。因此，生產(chǎn)要求煅燒溫度要控制在合適的范圍。不同的石灰石在理論上都存在一個(gè)理想的煅燒溫度，而在950～1150℃時(shí)，大部分石灰石都能燒成較高活性度的石灰。本廠在生產(chǎn)實(shí)踐中雙色溫度與CaO含量和石灰活性度的關(guān)系如下表：

由上表可以看出雙色溫度在1200℃的時(shí)候活性度最高，雙色溫度在1230℃，CaO含量高的時(shí)候石灰活性度反而低。在雙色溫度高、CaO含量高時(shí)CaO晶粒長(zhǎng)大，體積密度增大，比表面積和氣孔率減小使活性降低；雙色溫度低時(shí)CaO含量降低使得石灰活性度降低。

3.4煅燒時(shí)間

生產(chǎn)中原料粒度和成分穩(wěn)定后，煅燒溫度一定,煅燒時(shí)間也就基本確定，不可偏差過(guò)大，否則，若煅燒時(shí)間過(guò)短，較大粒度的石灰石分解不完，反之，因煅燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，已完全分解的石灰在高溫下晶體長(zhǎng)大，使體積密度增大，兩者都會(huì)引起石灰活性度降低。有關(guān)資料指出：同類(lèi)石灰石在1093℃下煅燒2h所形成的氣孔表面積若在927℃下則需要煅燒8h^[3]�？梢�(jiàn)，煅燒時(shí)間與煅燒溫度相關(guān)。

3.5煅燒溫度與煅燒時(shí)間的關(guān)系

從理論上說(shuō)，煅燒優(yōu)質(zhì)石灰，應(yīng)先根據(jù)石灰石質(zhì)量，確定最佳煅燒溫度，而煅燒時(shí)間在煅燒溫度確定時(shí)也就一定了。實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)需要，產(chǎn)量經(jīng)常波動(dòng)，為了保證石灰質(zhì)量的穩(wěn)定，應(yīng)由產(chǎn)量確定煅燒時(shí)間，再由煅燒時(shí)間確定煅燒溫度，所以實(shí)際煅燒溫度不僅與理論最佳煅燒溫度有一定偏差，而且也應(yīng)隨原料粒度，產(chǎn)量等的波動(dòng)而變化，但原料粒度、產(chǎn)量等的波動(dòng)應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，否則，將影響正常操作，引起質(zhì)量波動(dòng)。

用本廠使用的石灰石在實(shí)驗(yàn)室條件下做石灰石熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟：

石灰石水洗→烘干1小時(shí)→稱量→馬弗爐加熱→稱量→水化→烘干1小時(shí)→稱量

具體數(shù)據(jù)如下表：

由實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)我們可以得出石灰石在加熱30分鐘的情況下只需1100℃—1150℃即可生產(chǎn)出合格石灰�？紤]到實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室條件的差異根據(jù)本廠生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)在1170℃，保溫40分鐘，8小時(shí)產(chǎn)量170t的條件下即可生產(chǎn)出CaO含量在84%以上，活性度在350以上的石灰。

4.結(jié)論

（1） 加強(qiáng)對(duì)石灰石質(zhì)量的監(jiān)督，降低入窯低熔點(diǎn)雜質(zhì)量從而控制結(jié)圈和預(yù)熱室被堵現(xiàn)象，從而減少非計(jì)劃停機(jī)。

（2） 石灰石在實(shí)驗(yàn)條件下800℃左右開(kāi)始分解，預(yù)熱器連續(xù)出料且受熱不均預(yù)熱溫度應(yīng)該適當(dāng)提高，預(yù)熱時(shí)間變短（推速加快）也應(yīng)該適當(dāng)提高預(yù)熱溫度。

（3） 石灰的CaO含量和活性度之間存在一定的矛盾，在雙色溫度高、CaO含量高時(shí)CaO晶粒長(zhǎng)大，體積密度增大，比表面積和氣孔率減小使活性降低；雙色溫度低時(shí)CaO含量降低使得石灰活性度降低。

（4） 煅燒活性石灰工藝制度為：在煅燒溫度為1170℃，保溫40分鐘，8小時(shí)產(chǎn)量170t，然后迅速冷卻，即可得到高活高CaO石灰。

參考文獻(xiàn)

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