影响炼钢用石灰活性的因素分析

 影响炼钢用石灰活性的因素分析

文飞

宝钢湛江钢铁有限公司 广东湛江 524072

摘要：石灰是炼钢中最重要的碱渣原料，它的质量直接关系到冶炼工艺、钢材质量和耐火材料的使用年限。本文从石灰活性检测的滴定法出发，研究了在各种工艺条件下制备的石灰的活性度，并对其影响因素进行了比较和分析，结论认为影响活性因素有很多，其中煅烧设备和燃料是影响其活化程度的主要因素。在石灰石锻烧工艺中加入氯化钠，可以改善其活化程度。

关键词：炼钢；石灰活性；因素分析；

0、引言

石灰是钢铁行业中的主要原料，在脱硫和脱磷过程中发挥着关键的作用。石灰的质量直接关系到冶炼工艺、钢材质量和耐火材料的使用年限。由于其晶粒细小，孔隙率高，体积密度小，比表面积大。在炼铁生产中采用了活性石灰，可以缩短冶炼时间，提高脱硫脱磷等优点。相关研究显示，使用活性石灰生产钢铁，可使钢铁的脱磷率和脱硫量增加10%-60%，而石灰用量下降1%-10%。使含氟化钙的用量减少3-%，废渣用量下降10%~12%。

1、炼钢用石灰活性度的测定

1.1石灰活性度的定义

活性石灰一般指具有较强的反应能力和较强的溶解性。该石灰的空隙大于50%，是一种有某种硬度的、较低的容积密度（1.5-1.7克/立方厘米）、较大的比表面（1.0-1.5平方米/克）和较细的石灰颗粒。石灰活度反映了石灰石与其他材料之间的反应能，是衡量石灰石品质和水化率的主要标志。一般用于生产的检验准则是：在充分的时间里，以溶解生石灰所产生的Ca(OH)2所需的每毫升4mol/L的浓度来表达。

活性石灰其主要成分为：自由氧化钙和结合氧化钙，游离氧化钙中又分活性氧化钙和非活性氧化钙。在常规溶解状态下，非活性的氧化钙与水中不会产生反应，但可以将其转变成活化的氧化钙（例如研磨后）。而在常规溶解状态下，活性氧化钙与水中的游离氧化钙是无法还原的，所以它并不能被称作非活性的氧化钙。氧化钙的存在方式为石，其实石灰的反应性能就是指在总的游离氧化钙中所含的活性钙的含量。石灰石的锻烧是石灰石菱形晶格重新结晶转化为石灰的立方晶格的变化过程。这种改变导致的结晶形态与新相晶核的形成速率及结晶速率相关。在比后者大的情况下，获得了细晶，其活性氧化钙的分子量较多，表面能较高；相反，得到的粗糙晶状体的表面能量较小，且具有较小的活化氧化钙。通过对石灰石进行迅速的煅烧，获得具有细小结晶构造的石灰岩的活化率较高；通过慢速加热，得到的粗粒状的石灰矿的活力较差[1]。

1.2石灰活性度的测定

一般采用中华人民共和国标准规定的石灰的活性，用ZBQ27002-85的方法测定。试验的方式是：将50克大小为1至5 mm的石灰样品倒入大烧杯中，用玻璃杆将其混合，然后加入1 g/L的酚类指示器，使其呈现出淡淡的红色；启动搅拌器，在起跑时间为300 r/min的情况下，用4mol/L的盐酸滴定，直至颜色变淡，立刻停止滴定；如果有红光，就会不断地加入盐，直到红光再度消退。用来计算每次使用的盐酸的体积，也就是石灰的活跃程度。HC1的浓度为4mol/L，其作用是将 Ca (OH)2完全中和，因此，在滴定期间，必须经常使用盐酸来中和刚刚被溶解的 Ca (OH)，以保持溶液的中和，这样就可以测量出钙（OH）的消耗。在酸的条件下，它的内部结构是一种无色的酯，而在碱的条件下，它的内部是一种红色的晶体。当溶液中的碱度发生改变时，化学过程可以相互转换，是一个可逆性的反应。酚酞的pH在8.0-10.0之间。而在强碱条件下，苯丙氨酸从红色分子型向无色的梭型结构过渡，随着OH-的增加，这种非色的梭酸型分子的形态不会发生变化。也就是说，当酚酞被稀释后，pH下降至8.0-10.0时，当所有的酚类物质都变成了无色的链酸盐，则会受到影响[2]。

3、影响石灰活性的因素分析

3.1锻烧设备对石灰活性的影响

石灰石的活化强度主要与锻烧的设备有关。按照窑的构造类型，大体可划分为普通竖窑、并流蓄热竖窑、套筒竖窑、回转窑、沸腾窑等。回转窑可锻烧出高反应的石灰，其原因是：回转式窑内的传热以辐射换热为主，而在石灰岩中则以传热为主。由窑体内连续转动使原料得到连续搅拌在物料的翻滚时，大的颗粒在料层上部的细粒在下层的料层中的各种粒径的石灰岩都被均匀地加热。②石灰石的煅烧是由外至内进行的，随着煅烧的温度的提高，内部的温度也随之升高但是窑内料层的温度保持不变随着石灰石被烧成石灰时，温度会急剧上升并致产生过烧想象因此要求石灰必须迅速从窑内引进想象回转窑物料在窑内停留时间短并能够满足出产活性石灰的工艺要求。

双膛窑也是当前主流窑种中的常用窑，它的每吨热量可以达到3720 kJ/kg，它可以使用低热值高于6688 kJ/Nm3的低热值气体，通过气体的直接使用，使低热值燃气的使用量大大增加，同时也减少了燃气的消耗量。其布置紧凑，工艺流程快捷，环保效果好，自动化程度高，耐材砖料品种数量小，结构简单。

3.2原料、燃料特性对石灰活性的影响

用东至岩制取的石灰石具有良好的活性，而以荻港石为原材料的石灰石则表现出很低的活性。从岩相学角度看，二者的主要结晶相位均为不均匀的，但东至岩的主要晶体为方解体，其发展状况良好；而荻港地区的石灰石则发育不良，且含少量的游离石英矿，因此，石灰石的生存率与其化学成份和岩石的构成密切相关。在石灰岩中，主要含有SiO2,Al2O3,Fe2O3,Na2O,K2O, P,S等。在900摄氏度的低温下，这些杂质与CaO发生反应，促进 CaO颗粒之间的熔融，从而使得颗粒的晶体变得更粗。铁和铝的混合物都是很好的熔融剂，可以促进硅酸钙、铝酸钙和铁酸钙的形成。这些溶化的混合物会阻塞石灰层上的微孔，降低石粉的活性；也会堵塞CO2的排放，产生中间部分的生烧制的石灰，更重要的是，它们与石灰发生反应，结合在一起，产生了炉渣，造成了石灰窑内环境的破坏，从而大大的减少了石灰的活力。

在灰窑炉中使用的燃料有固体燃料、液体燃料和气体燃料。每一种燃料都有自身的特点，都可以生产出活性的石灰。虽然由于固态燃料杂质对固态燃油的活性有一定的负面作用，但是从燃油种类上来看，固态燃料是必需的。国内大多数的竖窑炉仍然使用固态燃料；液态燃油因为缺乏较多的使用，选用燃气不仅使用简便，而且可以增加其活化，因而十分有益。根据窑型的不同和燃油的市价的不同，石灰窑使用的燃料也会随之改变。有些窑炉能燃烧两种不同的燃油，能燃烧一种；两种不同的燃油，也可以一起燃烧[3]。

4、结语

石灰岩经高温降解后产生的石灰岩因窑型、原料、燃料种类和煅烧工艺等因素而产生的石灰石的活化率差别很大，因此要获得高质量的石灰石必须符合一定的要求。（1）选用适宜的窑型近期我国的实际应用表明：回转窑、并流蓄热竖窑、双膛窑均可产生高质量的活性石灰，以适应大型钢铁企业的需要，是今后发展的方向。该窑需要可以满足以下几个方面的要求：①在1100-1200摄氏度的高温下，能使反应的石灰发生过热和生燃；②在回转窑中使用的小型石灰石在窑炉中的滞留期较长，达到了较好的快速升温效果③并流储热竖窑可适应于石灰石煅烧起始时的料温和高温气之间的差值较小，因此可制得活性石灰，而目前国内大量普通竖窑应进行技术改造尽量使其适应生成活性石灰的条件以生产中等活性度的石灰（活跃度为300 ml左右）。沸腾窑有待进一步研究想象满足特殊工业的要求。(2)注意原材料的品质。要注意对石灰岩的预处理尽量采用分级、水洗设施，以保证石灰中的杂质含量较低，颗粒大小均匀；燃料可按情况选用各种类型的煤作为原料，采用气态燃料作为原料的更好。目前国内大部分的常规竖窑炉还需要使用固态燃料，一部分常规竖窑炉可以使用燃气燃烧来改善其活化程度，使其达到冶炼的需要。

参考文献

[1]田玮. 石灰微观结构对炼钢脱磷的影响研究[D].河北联合大学,2013.

[2]李剑,赵浩文,李长荣.影响炼钢用石灰活性的因素分析[J].冶金丛刊,2012(03):1-3.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2012.03.001.

[3]唐亚新.影响石灰活性的因素分析[J].炼钢,2001(03):50-52+62.