煉鋼用冶金活性石灰的生產及質量控制

楊春江

（宣化鋼鐵集團有限責任公司環保中心，河北 張家口075000）

1 引言

所謂冶金活性石灰，主要指的是那種化學性能非常活潑且具有很強反應能力的優質輕燒石灰，它的特點是體積密度較小、氣孔率高、活性度高等。相對于普通的冶金石灰來說，將活性石灰應用在煉鋼過程中有著多方面的優點：第一，能夠大大縮短轉爐吹氧的時間；第二，可以提高鋼水的收得率；第三，能夠減少對于石灰的消耗。此外，也可以延長轉爐的爐襯使用壽命等。因此，本文主要將研究冶金活性石灰的生產與質量控制的相關內容。

2 冶金活性石灰的生產

2.1 石灰的生產機理

在生產冶金石灰的過程中，通常用到的原料是石灰石，對于活性石灰的生產是經過加熱把石灰石分解成氧化鈣與二氧化碳的過程。石灰的活性直接和煅燒工藝、石灰的礦物組成等相關。石灰有游離氧化鈣與結合氧化鈣兩種礦物組成形式，但是，石灰的活性主要是由活性游離氧化鈣的含量決定的。對于石灰石的煅燒主要是把石灰石的菱形晶格進行重新結晶以后轉化成石灰立方晶體的過程。這個過程是一個復雜的化學反應過程，具體的反應過程如公式（1）所示：

公式（1）的反應是一種吸熱反應。在反應開始的時候，碳化鈣的微粒會被破壞，并發生分解反應，在這個過程中，氧化鈣會進行再結晶，并生成晶體[1]。在分解反應發生的過程中，因為有CO2產生，氧化鈣晶體會轉化成疏散結構并保留多晶結構。這種晶體并沒有完全發育，其中有很多的缺陷存在，導致石灰活性的進一步提升。但是，在煅燒溫度持續提高以及保溫時間不斷延長的過程中，晶體會逐漸地生長，從而使得活性氧化鈣逐漸轉化成非活性氧化鈣，石灰的活性也就隨之降低。

2.2 設備

要想生產具有活性更高、體積密度更小等特點的優質活性石灰，應該使用回轉窯。通過使用這一設備煅燒出來的石灰有著以下幾方面的特點：第一，產量更高；第二，物料的煅燒程度比較適宜而且也非常勻稱；第三，操作過程十分簡便，容易對其進行調整。

2.3 燃料

在煅燒石灰石的時候，需要用到的燃料類型非常多，包括固體、液體與氣體的燃料，通常情況下，在回轉窯生產過程中會把重油或是焦爐煤氣當作主要的燃料。

2.4 煅燒

在把石灰石煅燒為石灰的過程中，主要的反應原理是石灰石因為受熱而發生了分解反應，具體的反應過程如下公式（2）所示：

通常情況下，碳化鈣的分解過程是：

常溫狀態下的石灰石→膨脹→表面開始分解→分解完成→氧化鈣晶體持續增多并燒結成塊。

2.5 影響石灰石煅燒質量的因素

2.5.1 煅燒溫度

合適的煅燒溫度與石灰石的致密度、料塊的體積、純度等相關。通常情況下，所需的煅燒溫度會隨石灰石致密度的提高而提高，煅燒溫度的正常值通常在1100℃左右。

2.5.2 料塊粒度

由于石灰石是從表面開始進行煅燒的，并慢慢擴散到內部，料塊的力度不但和煅燒時間相關，而且也可能會導致燒生、過燒問題的出現。所以，應該要選用那些在適宜粒度范圍之內的石灰石塊。通常情況下，石灰石力度范圍應該介于25～55mm，上下的波動范圍不能大于10%[2]。

2.5.3 煅燒時間

在煅燒時間不斷延長的過程中，石灰石的分解程度也在不斷深化，但是，如果超出了適宜的時間范圍，就會導致石灰活性的降低。導致這種情況的主要原因是在煅燒時間不斷延長的過程中，石灰晶粒也在逐漸成長，其中的缺陷不斷減少，氣孔率也越來越低。因此，應該把煅燒時間和溫度結合起來，每個溫度都應該有對應的窯內最適宜停留時間。

3 冶金活性石灰的質量控制

3.1 煅燒窯型

通常情況下，煅燒石灰石的窯型包括回轉窯與豎窯兩種類型。回轉窯的優點是產量高、原料的適應性廣、質量比較穩定等，但是，這種窯型也具有熱能利用率較低、噸灰燃料的成本較高等明顯的不足之處，當前，這種窯型在寶鋼、武鋼等鋼鐵廠得到了應用。而豎窯的特點是機械化水平高、熱能的利用率高、成本低等，相對來說，這種窯型在鋼鐵廠的應用范圍更廣[3]。

相關的研究人員對石灰豎窯的結構進行了多次研究，最終的研究結果表明矩形加弓形的截面結構以及雙斜面結構能夠保證石灰石的受熱均勻，最大化地防止生燒與過燒問題的產生，并能夠生產出質量更高的冶金活性石灰。

3.2 煅燒時間與溫度

隨著窯型、石灰石粒度等參數的變化，對應的煅燒時間與煅燒溫度也應該進行適當的變化。石灰石的分解反應是從表面開始，逐漸深入內部的過程。如果煅燒的時間太短，石灰石的分解反應沒有全部完成，就會導致生燒問題的出現。但是，如果煅燒的時間太長，石灰的晶粒會越來越大，從而就會使得石灰活性降低。所以，只有保證煅燒時間的適宜，才能夠得到活性度更高的優質石灰。此外，煅燒溫度也會對石灰的活性產生影響。如果溫度太低，石灰的分解反應不充分，就會出現生燒問題，反之則會導致過燒問題產生。所以，適宜的溫度也是確保石灰高活性的一個重要因素，一般情況下，應該把溫度控制在1000℃到1100℃之間。

3.3 燃料種類

通常情況下，石灰窯中所使用的燃料包括粉煤、塊煤等固體燃料以及轉爐煤氣、高爐煤氣等氣體燃料。固體燃料的雜質含量相對較高，在煅燒以后灰分會殘留在爐內，導致石灰中的硫、磷含量增多，石灰的活性度隨之降低。而且，在燃燒固體燃料的時候，附近的溫度會非常高，但是其他位置的溫度卻相對較低，使得礦石沒有辦法均勻受熱，從而就會導致生燒與過燒問題的出現。而氣體燃料不斷能夠保證礦石的受熱均勻，而且也具有雜質少、熱能利用率高等優點，最終得到的石灰活性度相對更高。因此，用氣體燃料代替固體燃料是鋼鐵行業不斷發展的必然趨勢。從目前來看，韶鋼等多個鋼鐵廠已經使用氣體燃料，不僅得到了高品質的石灰，更好地滿足了鋼鐵企業發展的需要，而且也減少了成本消耗，提高了經濟效益。

3.4 其他因素

爐料的運行模式、加料、出灰的方法、自動化控制水平的高低等因素也直接關系著石灰的質量。使用不停風均勻出灰、廢氣循環二次送風等方法能夠確保原料的均勻受熱，也就能夠得到更高質量的石灰。此外，使用物料運輸車密封的運輸方式能夠防止石灰活性的降低，得到品質更高的石灰。

4 結語

總之，作為煉鋼過程中非常重要的一種輔料，活性石灰的質量直接與鋼鐵的質量相關。因此，鋼鐵廠必須要做好對于活性石灰的生產與質量控制工作，只有這樣才能得到更優質的鋼鐵產品，提高自身的市場競爭力，促使自身實現進一步發展。