回转窑煅烧冶金石灰工艺研究与实践

回转窑煅烧冶金石灰工艺研究与实践
摘要:
由原料、燃料条件、设备及生产实际确定合理的预热温度、煅烧温度

与煅烧时间得到有效 CaO 高、活性高的冶金石灰

关键词:活性度;回转窑;煅烧温度;煅烧时间;预热温度 前言:随着钢铁行业的不断发展对作为转炉炼钢造渣剂的冶金石灰要求也越来
越高, 要求冶金石灰在保证有效 CaO 的前提下还必须具有很高的活性。提高冶金 石灰的活性, 可以减少炼钢时石灰的用量、 提高钢水收得率、 废钢比和炉衬寿命, 做到快速造渣,少渣吹炼,减少吹炼喷溅,提高生产节奏等效果,这直接关系到 企业的技术经济效益和节能降耗。

1. 生成冶金石灰的机理
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。 氧化钙在石灰中存在形式可以用图1.1表示。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。 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。 其变化所得晶体结构与形成新相晶核的速度 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。在石灰石快速加热锻烧下,所得到的为细粒晶体结构的石灰,活 性度就高;缓慢加热锻烧时,所得为粗晶体结构的石灰,活性就低 [1]。

2.燃料和燃烧设备及原料要求
2.1 燃料和燃烧设备
根据所用窑型和生产实际情况的不同, 生产冶金石灰常用的燃料有焦炭、 煤、 重油和各种煤气。本厂采用的是转炉煤气和高炉煤气混烧,转炉煤气和高炉煤气 作为燃料的优点是烧出的石灰 S 含量比起其它燃料要低, 窑内结圈现象较其它燃 料要轻微; 缺点是转炉煤气和高炉煤气的主要成分为 CO 其发热值较含碳氢化合 物的燃料低,这在一定程度上制约了产量的进一步提高。 燃烧设备在实际生产中起到非常关键的作用。 本厂采用的燃烧设备 (及烧嘴) 是一种煤气与空气预先不进行混合,二者在燃烧空间内边混合边燃烧的的设备,

石灰 CaO (游离) CaO(结合)

CaO(非活性) CaCO3,CaSO4,2CaO·SiO2 CaO(活性) CaO·Al2O3,3CaO·Al2O3 2CaO·Fe2O3,CaO·Fe2O3 细磨
图1.1 石灰中氧化钙的存在形式

此时燃烧速度受到混合速度的限制,燃烧缓慢且有明显的火焰,此时燃烧产物与 周围物体之间所进行的热交换属于火焰辐射它比起单纯的气体辐射具有更强的 辐射力[4]。 对于本厂使用的煤气燃烧过程其本上可以归纳为:煤气与空气的混合;将混 合物加热到着火温度; 煤气中的可燃组分与空气中的氧发生激烈的化学反应进行 燃烧。 在上述过程中,煤气中的可燃组分与空气中的氧在高温下进行燃烧反应是 非常快的, 可以认为是在一瞬间完成的。将煤气预热到着火温度在煤气预热室进 行,唯有煤气和空气的混合过程是一种物理扩散过程,需要一定的时间,因此它 是决定燃烧速度的主要因素。对比我厂的 1#窑和 2#窑的烧嘴可以看出 1#的燃烧 速度比 2#更快、更充分,在煤气条件基本一致的情况下考虑可能是烧嘴、管路 差异、风煤的配比、压力等方面造成的。

2.2 原料要求
工业用石灰对石灰石的质量要求主要有两个方面: 一个是要求含碳酸钙成分 要高,一般要求要在 97%以上,二是它的结构晶粒要小,因为晶粒小的石灰石晶 间不严实,且在含有机物的情况下,有机物燃烧形成的多孔状,CO2 容易分离, 故便于煅烧,三是杂质少,特别是有害成分如二氧化硅,氧化镁,氧化铝,硫和 磷等。

2.2.1 粒度要求
在冶金石灰生产中, 原料石灰石的粒度应控制在一定范围。 如果粒度差别大, 小粒石灰石在短时间内就可完全分解,而大粒度的则需要较长时间。若大粒度的 石灰石已完全分解, 而小粒的因在煅烧区停留时间过长造成过烧而失去活性,反 之大粒度的会形成夹心生烧而使活性度偏低。因此要求石灰石粒度尽可能均匀, 一般要求大小粒度之比不超过二分之一[2]。表 1 为我厂与其它厂的对比:

表 1 为几个冶金厂石灰生产的统计 石灰石 石灰石活性 厂名 窑型 入炉粒度 CaO/% /mm 武钢 马钢 青钢 回转窑 回转窑 回转窑 15~50 7~20 15~40 54 54 53 气混烧 焦炉煤气 焦炉煤气 转炉、 高炉煤 310 370 380 燃料 度/ml

2.2.2 成分条件
石灰石的主要成分是CaCO3,还含有一定量的MgCO3、 SiO2、Al2O3、Fe2O3 等杂质。CaCO3的含量表示石灰石的纯度,它直接影响着石灰中CaO的含量,是 决定石灰活性度的主要指标,因此CaCO3的含量越高越好,生产中认为大于96% 的石灰石较好。石灰石中的杂质是有害成分,煅烧过程中分别与CaO反应: SiO2 + 3CaO = 3CaO· 2 SiO Al2O3 + 3CaO = 3CaO· 2O 3 Al 2CaO + Fe2O 3 = 2CaO· 2O 3 Fe Al2O 3 + Fe2O 3 + 4CaO =4CaO· 2O3· 2O 3 Al Fe 生成的盐类大部分熔点低, 在煅烧带常以液相存在,促进了CaO颗粒间的融合, 使 石灰结构紧缩,气孔率下降,活性度较低。冶金石灰生产要求原料中杂质含量尽 可能少,根据原料所含成分不同,国家统一把石灰石划分为不同的等级,见表2。
表2 冶金石灰石工业标准(%) 等级 特级 一级 二级 三级 四级 CaO ≥54.0 ≥53.0 ≥52.0 ≥51.0 ≥50.0 MgO ≤3.0 ≤3.0 ≤3.0 ≤3.0 ≤4.0 SiO2 ≤1.0 ≤1.5 ≤2.2 ≤3.0 ≤4.0 P ≤0.005 ≤0.010 ≤0.020 ≤0.030 ≤0.040 S ≤0.025 ≤0.080 ≤0.100 ≤0.120 ≤0.150

3.工艺技术要求
3.1 预热温度与操作负压
本厂的预热器属于竖式预热器。 利用转窑中废气温度来预热石灰石优点是可 以节约能源、 降低成本; 缺点是废气中有大量的粉尘可能夹杂到石灰石中影响预 热效果, 废气温度与锻烧制度关系密切很难既达到理想的预热温度又达到理想的 煅烧温度,两者间存在矛盾。 回转窑的负压操作有利于石灰石的快速分解同时对预热温度也有直接的影 响, 负压的大小应该以窑中石灰石的量为主要标准而不要把其用作调整预热温度 的主要手段。

3.2 冶金石灰(活性石灰)煅烧特点
活性石灰,除要求原料(石灰石)化学成分和块度合适外,还要有一定的煅 烧制度,其煅烧特点: (1) 锻烧时,石灰石表面温度不能超过1150℃,温度过高,表面形成致密过 烧层,使活性度降低。 (2) 供热强度要合理,石灰石分解初期允许较大的供热强度,可达10000~ 25000Kcal/m2。待基本分解完时,应逐渐降到<5000 Kcal/m2以保证石灰石晶粒 细、活性高。 (3) 一旦分解结束,要立即降温冷却,以防石灰持续结晶致使晶粒过大,活 性降低[3]。

3.3 煅烧温度
煅烧温度不仅决定了石灰石的分解反应速度,而且也影响石灰晶体粒度大 小。 如果温度偏低, 分解慢, 在有效煅烧时间内石灰石不能完全分解, 造成生烧, 活性度偏低;温度较高时,石灰石分解速度快,但随着温度的升高,CaO晶粒长 大, 体积密度增大, 比表面积和气孔率减小, 使石灰反应能力下降, 活性度降低。 因此, 生产要求煅烧温度要控制在合适的范围。不同的石灰石在理论上都存在一 个理想的煅烧温度,而在950~1150℃时,大部分石灰石都能烧成较高活性度的 石灰。本厂在生产实践中双色温度与CaO含量和石灰活性度的关系如下表: 双色温度(℃) 8小时产量(t) CaO含量(%) 活性度(4mHcl/ ml40℃10min)
1230 1200 1160 1100 150 160 170 180 92 87.6 85.4 82.6 310 340 315 310

由上表可以看出双色温度在1200℃的时候活性度最高,双色温度在1230℃, CaO含量高的时候石灰活性度反而低。在双色温度高、CaO含量高时CaO晶粒长 大,体积密度增大,比表面积和气孔率减小使活性降低;双色温度低时CaO含量

降低使得石灰活性度降低。

3.4 煅烧时间
生产中原料粒度和成分稳定后,煅烧温度一定,煅烧时间也就基本确定,不 可偏差过大,否则,若煅烧时间过短,较大粒度的石灰石分解不完,反之,因煅 烧时间过长,已完全分解的石灰在高温下晶体长大,使体积密度增大,两者都会 引起石灰活性度降低。 有关资料指出: 同类石灰石在1093℃下煅烧2h所形成的气 [3] 孔表面积若在927℃下则需要煅烧8h 。可见,煅烧时间与煅烧温度相关。

3.5 煅烧温度与煅烧时间的关系
从理论上说,煅烧优质石灰,应先根据石灰石质量,确定最佳煅烧温度,而 煅烧时间在煅烧温度确定时也就一定了。 实际生产中, 根据需要, 产量经常波动, 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, 所以实际煅烧温度不仅与理论最佳煅烧温度有一定偏差,而且也应随原料粒度, 产量等的波动而变化, 但原料粒度、 产量等的波动应控制在一定的范围内, 否则, 将影响正常操作,引起质量波动。 用本厂使用的石灰石在实验室条件下做石灰石热稳定性实验,实验步骤: 石灰石水洗→烘干 1 小时→称量→马弗炉加热→称量→水化→烘干 1 小时→称量 具体数据如下表:
实验温度 实验编号 坩埚重量(g) 石灰石重量(g) 加热30 分钟 加热40 分钟 加热60 分钟 加热120 分钟 水化 重量(g) 分解率(%) 重量(g) 分解率(%) 重量(g) 分解率(%) 重量(g) 分解率(%) 重量(g) 分解率(%) 198 52.5 160 86.9 18 88.7 163 21.6 5 96.6 4 97.3 5 96.7 213 34.3 1# 49 256 900℃ 2# 45 250 3# 47 249 208 38.8 4# 57 250 145 97.4 150 98.1 151 93.5 1250℃ 5# 40 260 6# 38 253

由实验得出的数据我们可以得出石灰石在加热 30 分钟的情况下只需 1100℃ —1150℃即可生产出合格石灰。 考虑到实际生产和实验室条件的差异根据本厂生 产实际经验在 1170℃,保温 40 分钟,8 小时产量 170t 的条件下即可生产出 CaO 含量在 84%以上,活性度在 350 以上的石灰。

4.结论
(1) 加强对石灰石质量的监督, 降低入窑低熔点杂质量从而控制结圈和预热室 被堵现象,从而减少非计划停机。 (2) 石灰石在实验条件下 800℃左右开始分解,预热器连续出料且受热不均预 热温度应该适当提高,预热时间变短(推速加快)也应该适当提高预热温 度。 (3) 石灰的 CaO 含量和活性度之间存在一定的矛盾,在双色温度高、CaO 含 量高时 CaO 晶粒长大,体积密度增大,比表面积和气孔率减小使活性降 低;双色温度低时 CaO 含量降低使得石灰活性度降低。 (4) 煅烧活性石灰工艺制度为:在煅烧温度为 1170℃,保温 40 分钟,8 小时 产量 170t,然后迅速冷却,即可得到高活高 CaO 石灰。

参考文献
[1] 唐亚新,影响石灰活性的因素分析[J].炼钢,2001,17(3):50. [2] 刘世洲, 詹庆林, 张树勋等.冶金石灰[M].沈阳:东北工学院出版社,1992. [3] 贾玉红,生产优质冶金石灰的条件[J].钢铁,2000,35(11):34-35.
[4] 姜金宁,硅酸盐工业热工过程及设备.冶金工业出版社


相关文档

  • 回转窑煅烧活性石灰的工艺
  • 回转窑煅烧活性石灰技术方案
  • 喷粉用石灰粉剂回转窑煅烧工艺的研究
  • 回转窑煅烧烧结石灰的探索
  • 活性石灰的煅烧工艺研究
  • 田湖回转窑煅烧石灰结圈原因及抑制措施的探讨
  • 回转窑煅烧活性石灰生产线操作技术说明书
  • 原料性能对石灰回转窑煅烧及结圈影响的研究
  • 冶金石灰质量与工艺管理
  • 电脑版