活性石灰在炼钢中的作用

活性石灰在炼钢中的作用

冶金石灰作为炼钢用的“造渣剂”，它的重要性已逐步得到人们的重视和认知。它不仅影响着钢水的冶炼过程，还直接影响钢水的最终质量。国际上已广泛采用品质好、反应快、造渣彻底的优质“活性石灰”取代过去使用的“普通石灰”，为冶炼优质钢水奠定了基础。活性石灰的应用，加快了冶炼造渣速度、缩短了冶炼时间、降低了吨钢石灰消耗、减少了杂质带入、大大提高了钢水的质量，给企业带来了显著的综合效益，在钢铁行业已形成共识。20 年代末至今，国内各大钢铁企业（宝钢、武钢、鞍钢、太钢、唐钢、石钢、昆钢等）纷纷建设一流活性石灰生产线，石灰窑配套的主体设施均采用引进或消化外来技术自行建造，石灰产品质量明显优于传统式窑生产的产品，所以活性石灰的应用正成为大趋势在飞速普及发展。

1、活性石灰特性及在炼钢中的作用

1.1 活性石灰的特性

活性石灰是一种化学性能活泼、反应能力强，在炼钢造渣过程中熔解速度快，含S、P 等有害元素少的优质软烧石灰。它的质量优劣主要采用“活性度”这一指标来衡量。

活性度体现了石灰在熔渣中与其它物质的反应能力，表观现象为石灰在熔渣中的熔化速度。由于直接在钢水中测定较困难，所以一般以测试石灰在水中的反应速度来代替，即以石灰水活性来表示。

活性度的测试方法为：取50g 试样，与水混匀成饱和溶液再加入酚酞试剂后呈粉红色，再用浓度为4N（摩尔）的HCl（盐酸）在40℃±1℃的环境温度下，连续10min（分钟）滴定，彻底中和后滴入HCl 的毫升数（滴定值）即为“活性度”值。溶解盐酸量越大，活性度越高，石灰的质量就越好。

关于活性石灰，国家行业部门制定了相关标准，冶金石灰一级以上（即活性度在300ml 以上）称为活性石灰，对粒度也有一定要求。

通过先进窑型合理煅烧出的活性石灰有以下主要的性能特点：

（1）体积密度小：1.5g/cm3～1.7g/cm3；

（2）气孔率高：50%；

（3）比表面积大：1.5m2/Kg～2.0m2/Kg；

（4）矿物结晶细小：0.1μm ～3μm；

（5）活性度高：≥300ml；

（6）残余CO2含量：≤2%；

1.2 石灰在炼钢中的作用

石灰在炼钢中，尤其是碱性电弧炉中，主要用来做“造渣剂”，去除钢水中的有害元素S、P 等杂质，优化钢水质量。

在炼钢造渣中产生的渣，其主要成分为（4CaO·P2O5）和（CaS），在扒渣过程中不断从钢水中除去，达到去除硫、磷的目的。

2、影响石灰煅烧质量的主要因素

2.1 石灰石质量及粒度大小：石灰石的CaO 含量和结晶结构是烧出好质量石灰的前提，而石灰石粒度配比合理（大/小= 2/1），可改善炉内气流运动状态、增强物料的加热分解效果。

2.2 煅烧窑型的选择：合理结构的煅烧窑可为生产“轻烧”石灰创造条件，布火点均匀、物流及各段温度控制恰当，煅烧效果就好。

2.3 燃料及供热方式：气体燃料比固、液体燃料加热效果好，燃料中要采用低S、P 含量的燃料。供热方式是供热点布置在堆积料中间，强制正压供热，或高温气流穿层加热，效果更好。

2.4 其它因素：炉料的运行方式，加料、出灰方式及窑体密封效果，自动化控制生产水平、工人的技术素质等。

3、国内外先进石灰生产窑型特点

国内外冶金企业主要采用“卧式”和“立式”两种窑型煅烧石灰。经过对冶金石灰窑考察研究，我们对各类窑型特点有了详细的了解。“立式”窑种类较多，无论过去“传统竖窑”及“机械化立窑”，还是改进后的“废气调控式竖窑”、“斜膛竖窑”，均无法达到理想化石灰煅烧温度场，生烧或过烧现象无法最大限度地克服，尽管投资少，建设期短，但石灰质量无法保证（活性度均在250ml～300ml 之间），故选择此类窑型并无技术优势。以下介绍几种较好的生产窑型，它不但能生产出高质量的活性石灰，且具有各自独特的生产特点。

3.1 卧式回转窑

卧式回转窑靠窑体旋转，石灰石翻滚中煅烧，它的特点是：煅烧石灰质量好、活性度高（360ml以上）、产量大（单窑能力500t/d 以上）、生产稳定。对石灰石粒度适应范围宽。一次性投资高（约4千万元）、占地面积大（是竖窑的4倍）、能耗高（热耗约1350Kcal / Kg）、粉灰比例高（约30%）。这类窑型适合炼钢用灰量比较大的大型钢铁联合企业建设。

3.2 梁式竖窑（FERCALX）

这种引进（意大利弗卡斯）的梁式竖窑，炉内设置上、下两层供热支撑梁，炉内负压操作，它的特点是：煅烧石灰质量好、活性度高（350ml 左右），产量适中，粉灰量比例少、能耗较低（能耗约900 Kcal/Kg），投资较低，国内业绩较多。这种窑适合大、中、小型钢厂或特钢企业建设。

3.3 并流蓄热式双膛竖窑（MAERZ）

这种引进（瑞士迈尔兹）的双膛竖窑，两个炉膛轮流加热和装、出料，使炉气余热能充分回收利用（预热入窑冷料），它的特点是：燃料适应性广、产量适中、煅烧石灰质量好、活性度高（350ml以上），煅烧机先进合理、能耗低（单耗约850 Kcal/Kg）。缺点是投资较高、操作复杂。这类窑型在我国引进的事例较多，业绩较多，适合大、中、小型钢厂或特钢企业建设（例如唐钢就是引进的此窑型）。

3.4 套筒竖窑（BASK）

这种引进（德国贝肯巴赫）的套筒竖窑，由耐火材料砌筑的窑身（外套）和上下两段内胆（内套）组成，炉膛在内、外套之间环缝中下降移动。它的特点是：产量适中、煅烧石灰质量好、活性度高（350ml 左右）。操作简单但窑体结构复杂，投资较高，这类窑型适合大、中、小型钢厂或特钢企业建设。

以上几种窑型在国内已得到广泛应用和大力推广，实践证明生产的石灰质量好，给钢铁企业带来了较好的综合效益（与过去普通石灰相比，吨钢生产成本可下降约20元～30元），获得了冶金企业的普遍认同。

4、结束语

随着我国加入“世贸”组织，国内外钢铁行业的竞争日趋激烈。提高钢材质量、降低生产成本已成为增强企业竞争力的主要因素之一，所以，“活性石灰”用于炼钢是大势所趋。进一步了解“活性石灰”煅烧机理、选择先进合理的石灰窑型是建设活性石灰生产线的关键。提高炼钢用石灰质量的途径要从以下几方面着手：

（1）从原料、燃料的质量抓起：原料是基础，从选矿开始就要选用成分优良、粒度合理、表面洁净的优质矿石。燃料也要根据企业具体情况选用杂质少、易于获取的优质燃料，保证宽松的原、燃料供给条件。气体燃料要考虑其热值及压力。

（2）需要制定合理的煅烧制度：理论分析石灰石在900℃左右分解，供给热量≥630 Kcal/Kg，但受企业具体情况（如矿石结构、燃料供给、窑体传热速度及CO2气体扩散等）环境制约，加热最高温度和供热能力就相应调整。必须制定合理的煅烧制度，保证石灰石的“轻烧”（软烧）过程的实现。

（3）选用适当合理的现代化先进窑型：在各种原始条件具备后，应选用具有一定装备水平的先进窑型。现在煅烧窑种类较多，企业要根据生产规模、石灰产品质量要求、总图布局、原燃料条件、投资能力等因素综合分析，来决策拟建的石灰煅烧窑型。