炼钢活性石灰的生产与应用

炼钢活性石灰的生产与应用

张学龙

(山东鲁碧建材有限公司)

摘　要:介绍了活性石灰生产的理论基础,MAERZ窑的技术特性,生产中遇到的问题和解决办法。

关键词:活性石灰　石灰石　煅烧　生产工艺　应用

The Producti on Process and Appli ca ti on of Acti va ted L i m e

Zhang Xuel ong

(Shandong Lubi Building Materials Co.,L td.)

Abstract:This paper intr oduces the theoretical base f or active li m e p r oducti on and the technical characteristics ofMAERZ li m e kiln,points out the p r oble m s in li m e p r oducti on and s oluti ons t o s olving the m.

Key words:active li m e;li m est one;calcinati on;p r oducti on p r ocess;app licati on

1　前言

随着莱钢进入1000万吨钢规模,钢铁产量迅速提升和冶炼周期的不断加快,对冶金辅辅料石灰石的产量和质量提出了更高的要求。为了生产出高活性的冶金石灰,首先从理论上搞清楚生产过程中的物理、化学反应及其影响因素,然后结合本单位的生产实际问题,提出相应的合理的解决办法,以便更好地指导生产。

2　炼钢活性灰生产的理论基础

石灰石的煅烧是一个比较复杂的物理化学过程,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。石灰煅烧过程首先是CaCO

3

的分解,但同时伴随着Ca O的再结晶和晶体生长,热量传输影响这两个过程的进行。当煅烧温度偏低时,温度梯度小,热量向中心的传输速度慢;在这种

情况下,如果恒温时间短,中心不易达到CaCO

3

分解温度,因而出现生烧,此时活性度较低。而当温度

较高时,温度梯度大,中心易达到较高温度,CaCO

3迅速分解,但是同时Ca O的再结晶和晶体的生长速度也较快;石灰石变化所得到的晶体结构与生成新晶核的速度和新晶核的生长速度有关。当前者(生

作者简介:张学龙(1972-),男,1997年毕业于武汉冶金科技大学无机非金属材料专业。现主要从事冶金辅料的生产与管理工作,工程师。成新晶核的速度)大于后者(新晶核生长速度)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。在这种情况下,如恒温时间过长,使形成的Ca O晶粒过大,将导致石灰的活性度降低。

有试验表明,在较低温度下,随着恒温时间的增加,石灰活性度增加。如在1050℃时,当恒温时间从80m in增加到200m in时,石灰活性度从280mL 增加到330mL;在1100℃与1050℃时的情况基本类似。高温下,在较短的恒温时间里,石灰活性度即达到最大值。高活性石灰晶粒细小、气孔率大、体积密度小、比表面积大。恒温时间继续增加,石灰活性度反而显著降低。煅烧温度为1100℃～1200℃时,石灰活性度取得最大值(340～345mL)。综上所述,只有在合适的煅烧时间和煅烧温度下,才能使CaCO3分解和Ca O再结晶及晶粒的生长均衡发展。这样CaCO

3

充分分解,而Ca O晶粒度较小,这时石灰的活性度最高。

石灰的质量受原料石灰石质量的制约。石灰石在形成的过程中,通常会伴生着一些杂质,如Si O2、A l2O3、Fe2O3、Mg O等。这些杂质在较低温度下(900℃)会与烧成的石灰(Ca O)反应,Ca O微粒与这些杂质的结合,将会降低石灰的活性。另

外,碱金属氧化物Na

2

O等是很强的助熔剂,很容易形成一些玻璃相,这些熔融的化合物会堵塞石灰

表面细孔,使石灰反应能力下降;同时还会阻塞CO

2

181

莱钢科技 2007年10月

气体的排出,造成石灰的生烧,甚至会粘结在一起形成渣块,从而降低石灰的活性度。

2006年以前,莱钢冶金用石灰基本依靠土窑生

产,生产能耗高,污染严重,所生产的石灰活性度不高,且生烧率较大。因此,莱钢迫切需要引进高活性石灰生产工艺。

3　选择煅烧设备

为了满足莱钢钢铁主业对高活性石灰的需求,同时提高高炉、焦炉煤气资源的综合利用率,减少煤气放散,保护环境,2006年,莱钢集团一次性引进了3座世界上先进的石灰煅烧工具—MAERZ (麦尔兹)500t/d 石灰窑,也是目前山东省首次引进的麦尔兹双膛并流蓄热石灰窑。3.1　工艺原理

MAERZ 窑的独到之处在于它能够在消耗最少的能量的情况下生产出品质稳定的活性石灰。该窑形状不同寻常,这与其独特的生产工艺流程相一致。MAERZ 窑实际上是一种双膛竖窑,石灰石填满其中,两个窑膛通过每个窑膛的冷却带及煅烧带之间的连接通道相连

。

图1　MAERZ 石灰窑煅烧工艺简图

图1为MAERZ 窑的煅烧工艺示意图。可以看到,窑是以交互循环的方式进行运作的,同时也可以看到窑的预热带、锻烧带、冷却带部分。图中没有显示出从顶部填入石灰石以及从底部卸出石灰的过程。在循环1中,燃烧空气从顶部进入窑膛,在煅烧区与燃料混合后向底部流动到连接通道,穿过窑膛后从其顶部排出。冷却空气从每个窑的底部进入,在通道处与燃烧气体流一起从窑膛排出。在循环2,燃烧空气和燃料进入窑膛,向下流动通过连接通道从窑排出。每个循环持续12m in,然后空气与燃料停止供应,以切换到下一个循环,此过程需要约40s 。在此换向期间,都将产生以下过程:煅烧过的石灰从每个窑筒中移出;燃料流供入到另一窑筒;燃烧空气切换供入到另一窑。第二个窑筒中的燃烧空气流定型以后,燃料就加入进来。燃料在接触石料的同时就被自然点燃。在煅烧循环期间,石灰石卸料到非燃烧的窑筒中。3.2　MAERZ 窑的特性3.2.1　并流。燃烧总是在空气与燃料向下流动时发生,每个窑筒中的石料也同时向下流动,这一过程被称为并流。并流使得最热的火焰与原料和冷空气能够接触以完成燃烧。原料石不会过烧,在煅烧区的开始部分就可以达到非常高的热交换率。依靠在煅烧区末端的相关冷却,煅烧过程能够完全达到整齐均匀的软烧条件。

3.2.2　蓄热回收。此过程发生在预热带。预热带中的石料相当于一个大的换热器,它吸收了废气中的热量并将其冷却到很低的温度。在下一个循环中,部分热量释放给引入的燃气,使其在与燃料接触前就加热到燃烧温度。该过程是十分高效的,它完全利用了废气中的热量,使窑得到非常高的热力效率。该窑的设计单位热耗量为3600kJ /kg 石灰。

4　生产过程质量控制

4.1　严把原料质量关

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。石灰石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。莱钢鲁碧公司石灰石原料化学分析如下,Ca O:50%～52%;Mg O:1.0%～2.5%;Si O 2:2.0%～3.5%;密度:2.72

t/m 3

。其矿物组成以方解石(CaCO 3)为主。合格的

原料是生产合格活性石灰的根本。为此,在原料入窑前,每批原料都要进行取样分析,还专门设立人工拣选工序,将不合格原料(少量块状杂岩)通过人工拣选剔除。4.2　正确处理煅烧温度与煅烧时间的关系

理论上,煅烧优质石灰,应根据石灰石的质量,确定最佳煅烧温度,从而确定此煅烧温度下的煅烧时间。在实际生产中,产量变动频繁,为了保证石灰质量的稳定,应由产量确定煅烧时间,再由煅烧时间确定煅烧温度,因此实际煅烧温度与理论煅烧温度有一些偏差。同时,原料粒度大小和粒度分布也影

2

81张学龙:炼钢活性石灰的生产与应用 第5期(总第131期)