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石灰石技术
活性石灰
所谓活性石灰,就是一种优质轻烧石灰,它具有晶粒细小、气孔率高、体积密度小、比表面积 大、反应性强、杂质低、粒度均匀,同时还具有一定强度等优点。活性石灰的活性度一般在300ml以上<1>(4NHC l•40士1℃,10m in盐酸滴定值)。活性石灰是钢铁工业的基本原料,它作为炼钢的造渣剂,具有缩短冶炼时间、提 高钢水纯净度及收得率、降低石灰及萤石消耗、提高转炉炉衬寿命等优点。因此,世界上发达国家 己100%采用活性石灰炼钢,我国也早在1983年冶金部召开第一次全国转炉炼钢会议时就明 确的规定,转炉炼钢使用活性石灰是一项基本的技术政策。此外,活性石灰还应用于钢水精练和铁 矿粉的烧结过程中,也取得了很好的效果。生产活性石灰的窑炉种类很多,有传统式直筒竖窑、回 转窑、环形套筒竖窑、并流蓄热式竖窑、双梁石灰竖窑、沸腾窑、气体悬浮煅烧炉、横流式窑、外 火箱窑及双斜坡窑等。其中,国内外生产活性石灰主要使用的是回转窑、环形套筒竖窑、并流蓄热 式竖窑和双梁石灰竖窑,本文将对这4种窑炉作重点介绍。
1活性石灰的生产
1•1原燃料生产冶 金石灰所用的原料是石灰石,其矿物组成以方解石(CaCO3)为主,偶有白云石共生。石灰石 的化学成分、矿物组成以及物理性质随其形成时间的长短而变化,形成的时间愈久石灰石愈致密、 坚硬,形成的时间愈短,结构愈疏松。作为生产冶金石灰的原料,其质量决定于它的结构、杂质的成分和含量以及这些杂质在石灰石中的分布均匀程度。一般来说,易造成对石灰煅烧工艺困难的杂质是:SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O等。杂质含量大于4%~5%,或碱金属含量大于0•1 %~0•2%的石灰石有形成各种低熔点化合物的可能性。形成石灰局部或全部过烧,堵塞作为释 放CO2通路的细孔,阻碍石灰石的煅烧分解。石灰窑所用燃料有固体、液体和气体燃料。固体燃 料虽因杂质含量高,对石灰活性有一定影响,但从燃料多样化看,固体燃料是不可缺少的,我国大 部分普通竖窑仍采用固体燃料。液体燃料由于短缺,很少采用。选择气体燃料既方便又可以提高石 灰的活性,因此是极为有利的。根据窑型和燃料市场价格的变化,石灰窑所用燃料也随着变化。
1 •2活性石灰的生成机理石灰组成中有游离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。非活性氧化钙在普通消解条件下,不能同水发生反应,但有可能转化为活性氧化钙 (如磨细后)。活性氧化钙则是在普通消解条件下,能同水发生反应的那部分游离氧化钙。结合氧 化钙是不可回复的,故不能称为非活性氧化钙。石灰的反应能力实际上可以看成是游离氧化钙总量 中活性氧化钙的数量<2>。石灰石的煅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。其变化所得到的晶体结构与形成新晶核的速度和它的生长速度有关。当前者大于后者时, 所得到的为细粒晶体,其活性氧化钙分子数量多,具有高的表面能:反之,所得为低表面能的粗粒 晶体,其活性氧化钙分子数量少<2>。石灰石在低温下煅烧,所得到的为细粒晶体结构的石灰即 活性石灰。因此,它的特点是晶粒细小、气孔率大、体积密度小、比表面积大。石灰的物理性质与 煅烧温度的关系,见图
1<3>。除锻烧温度的影响外,煅烧时间的延长也会使石灰的晶粒显著增 大,不利于活性石灰的生成。活性石灰成渣速度快,反应性强,更适合转炉炼钢、钢水炉外精炼和 铁水预处理。所以,使用活性石灰已成为当代钢铁冶金的一个发展趋势。图1石灰的物理性质与煅 烧温度的关系<3>注:1•比表面积(计算);2一体积密度;3一平均颗粒;4一气孔率(计 算);5一气孔率(实测)1•3煅烧设备提高活性石灰质量的关键:一是要有质量较好的原料和 燃料;二是要有先进的煅烧设备。下面,介绍4种国内外常用的煅烧活性石灰的窑炉。
1•3•1回转窑(1)回转窑的种类<4>回转窑可分为长回转窑和短回转窑两种。长回转窑的长度一般为80~152m,不带单独的预热器。最大能力为2 000 t/d。煅烧用的石灰石块度为5~50mm。长回转窑的热耗比较高,一般为6 270~8386 kJ/kg石灰,这种长回转窑正在逐渐被短回转窑取代。短回转窑一般长为20~60 m。短回转窑采用的预热器一般分为篦式预热器、竖式预热器和旋流预热器。回转窑装有预热器可以降低热耗。其煅烧石灰石的块度一般为10~50 mm,热耗一般为4 800~6 960 kJ/kg石灰(带旋流预热器的短回转窑的热耗为4590~5440kJ/kg石灰)。
(2)回转窑的特点回转窑煅烧出的石灰质量好、纯度高(活性度一般可达到350~400m l(50g石灰、4NHC l、10m in))。该窑可以煅烧粒度较小的石灰石(5mm以上),提高了原料的利用率。短回转窑煅烧活 性石灰的单位热耗比一般机械化竖窑低,但比并流蓄热式竖窑高15%~30%。机械化程度高, 易于控制,劳动条件好,产量大,适宜于冶金工业。回转窑煅烧系统设备多,重量大,投资高,占 地面积大,它比并流蓄热式竖窑单位产品耗钢材量大3~5倍,投资高出50%~80%,占地面 积多出1倍。回转窑对煅烧的石灰石强度有一定的要求,在煅烧过程中强度变低、易爆裂的石灰石 不适合在回转窑中煅烧。回转窑煅烧使用燃料范围较为广泛,可采用天然气、高炉煤气、焦炉煤气 或混合煤气、重油和煤粉等。
(3)回转窑(短回转窑)的煅烧工艺过程图2回转窑系统示意图< 4>适当粒度的石灰石首先进入窑的预热器。在预热器中石灰石被来自回转窑窑尾的1000~1 100℃的烟气预热到900℃左右,大约有10%~20%的石灰石被分解。预热后的石灰石通 过溜槽进入回转窑,在窑中石灰石进一步加热,在1200~1250℃的温度下继续分解,直至 完全煅烧。煅烧好的石灰从窑头排出,落入窑的冷却器内进行冷却。石灰落入冷却器时的温度为1 100℃左右,从冷却器底部鼓入的冷风将石灰冷却到40~100℃冷却后的石灰经震动出灰装 置排出。回转窑系统示意图见图
2<4>。回转窑一般都采用微机控制,从加入石灰石到煅烧好石灰的排出操作完全是自动进行的。