高活性石灰在煉鋼中的關(guān)鍵作用及經(jīng)濟(jì)效益分析
2013-09-28 16:40:15 來(lái)源：
高活性石灰在煉鋼中的關(guān)鍵作用及經(jīng)濟(jì)效益分析
石灰工業(yè)在我國(guó)已有5000年以上歷史，從目前考古發(fā)掘的資料分析，早在公元前七世紀(jì)的周朝開(kāi)始使用水生物大蛤的外殼（其主要成份為碳化鈣）燒制的石灰質(zhì)材料來(lái)修筑陵墓。到公元二世紀(jì)的漢代，采用石灰石作原料，人工燒制石灰，已經(jīng)達(dá)到較高水平，漢代已有多層樓閣的出現(xiàn)，到明、清兩代石灰燒制在工藝上趨于完善，用途也逐漸擴(kuò)大，明代《天工開(kāi)物》與清代《營(yíng)造法原》兩書(shū)已有詳細(xì)的記載。石灰工業(yè)隨著社會(huì)與科學(xué)的發(fā)展，它的作用越來(lái)越重要，它的用途越來(lái)越廣泛，從用于建筑開(kāi)始發(fā)展到冶金、化工、輕工、食品、農(nóng)業(yè)、機(jī)器制造、環(huán)境保護(hù)等許多領(lǐng)域。
石灰用于工業(yè)性鋼鐵冶金。始于一八七八年的德國(guó)。首先用于底吹堿性轉(zhuǎn)爐（托馬斯?fàn)t）冶煉高磷生鐵。英國(guó)人托馬斯在1878年申請(qǐng)的專利以石灰為主的材料作轉(zhuǎn)爐爐襯，并以它作為造堿性爐渣CaO的來(lái)源。至1879年，為了進(jìn)一步降低成品鋼中的P、S含量，進(jìn)而采用石灰作造渣材料，從此石灰作為煉鋼生產(chǎn)的重要輔助原料延用至今。由于酸性煉鋼法已基本退出了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，因而使鋼鐵工業(yè)石灰用量迅猛增長(zhǎng)，成為石灰消費(fèi)的主要部門(mén)之一。
在冶金行業(yè)中，活性石灰主要用于轉(zhuǎn)爐煉鋼,具有縮短冶煉時(shí)間、提高鋼水純凈度及收得率、降低石灰及螢石消耗等優(yōu)點(diǎn)。因此,世界上發(fā)達(dá)國(guó)家已100%采用活性石灰煉鋼,我國(guó)也早在1983年冶金部召開(kāi)*次全國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼會(huì)議時(shí)就明確的規(guī)定,轉(zhuǎn)爐煉鋼使用活性石灰是一項(xiàng)基本的技術(shù)政策。10多年來(lái),我國(guó)冶金行業(yè)通過(guò)引進(jìn)和自主開(kāi)發(fā)建設(shè)了一批活性石灰窯,使優(yōu)質(zhì)活性石灰的產(chǎn)量占到了冶金石灰總產(chǎn)量的30%左右,但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要,將來(lái)必然還要建設(shè)一系列的活性石灰窯。在冶金系統(tǒng)的活性石灰窯中,數(shù)量*大的是豎窯,如燃煤（焦炭）混燒豎窯、燃?xì)馄胀ㄘQ窯、并流蓄熱式雙膛豎窯、環(huán)形套筒豎窯、雙梁豎窯等。窯型比選是建設(shè)活性石灰項(xiàng)目中*重要的前期準(zhǔn)備工作,我們根據(jù)多年來(lái)國(guó)內(nèi)外考察研究的經(jīng)驗(yàn),將活性石灰豎窯中具有代表性的窯型進(jìn)行了比較,供參考。這些窯型各有特點(diǎn),各有其適用范圍,究竟選用那種窯型應(yīng)結(jié)合用戶的具體情況而定。
作為造渣劑使用的活性石灰是煉鋼生產(chǎn)用量*大的輔助材料。煉鋼工作者常說(shuō)：“要煉好鋼必須造好渣”這句話充分的概括了對(duì)造渣工藝的石灰質(zhì)量的重要性的認(rèn)識(shí)。石灰造渣的主要化學(xué)反應(yīng)式：
SiO2＋2CaO 2CaO·SiO2
Fe3(PO4)2＋3CaO Ca3(PO4)2＋3FeO
FeS＋CaO CaS＋FeO
MnS＋CaO CaS＋MnO
脫硅后由于SiO2與CaO的親和性極強(qiáng)，若沒(méi)有自由石灰（CaO）的存在時(shí)就會(huì)發(fā)生回磷反應(yīng)Ca3(PO4)2＋3SiO2 3CaSiO3＋P2O5；為了防止回磷和進(jìn)行脫硫，在轉(zhuǎn)爐煉鋼中必須形成含有自由CaO多的強(qiáng)堿性渣。在生產(chǎn)實(shí)踐中，要力求用*少的石灰量來(lái)完成爐渣所要達(dá)到的冶金任務(wù)。因?yàn)槭译m是一種低值材料，但多消耗石灰引起的其他材料和勞務(wù)支出比石灰本身高許多倍。
影響石灰消耗的因素很多，它與煉鋼方法、鐵水條件、冶煉操作水平、石灰質(zhì)量、鋼種和工廠的管理水平等因素有關(guān)。如；鋼鐵料中的硅、磷、硫等雜質(zhì)含量增高，成品鋼中的要P、S低，都會(huì)使石灰的消耗增加。
在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼中使用活性石灰，比普通冶金石灰，具有以下特點(diǎn)。
1．轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)間可縮短 10%左右；
2．鋼水收得率可提高 1%左右；
3．石灰消耗可減少 20%左右；
4．螢石用量可減少 25%左右；
5．廢鋼比可提高 2.5%左右；
隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，煉鋼生產(chǎn)對(duì)冶金石灰質(zhì)量要求越來(lái)越高。目前，世界上普遍采用優(yōu)質(zhì)活性石灰煉鋼，能提高煉鋼冶煉強(qiáng)度和爐齡，降低金屬消耗和熔劑消耗。提高鋼的質(zhì)量和節(jié)約能源對(duì)煉鋼生產(chǎn)具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。
活性石灰：活性石灰指一種性能活潑、反應(yīng)能力強(qiáng)，在煉鋼造渣（或其他工業(yè)）過(guò)程中熔解速度快，含硫量低的優(yōu)質(zhì)軟燒石灰。它具有體積密度小（1.5～1.7/CM3）、氣孔率高（50%左右）、比表面積大（1.5～2.0M2/g）、氧化鈣的礦物結(jié)晶細(xì)小（一般為1～3μm）、氧化鈣含量在90%以上、SiO2＋Fe2O3＋Al2O3
含量小于2%，殘余CO2含量一般不超過(guò)2%，高石灰的活性度通常能達(dá)到300ML以上（4N—HCL、40±1℃、10分鐘的鹽酸水溶液滴定值）等特性。
石灰的活性度：石灰的活性度是指它在熔渣中與其它物質(zhì)的反應(yīng)能力，用石灰在熔渣中的熔化速度來(lái)表示。由于直接測(cè)定石灰在熔渣中的熔化速度比較困難，故通常用石灰與水的反應(yīng)速度，即石砂水活性來(lái)表示。據(jù)研究表明，在一般情況下，石灰與水的反應(yīng)速度，反映了石灰在熔渣中的熔化速度。因此，石灰的水活性已被列為常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目。
石灰活性度的檢測(cè)方法是，將一定比例的石灰與水混勻，在加入酚酞試劑后，液體呈粉紅式，然后連續(xù)滴入4個(gè)克分子濃度的鹽酸水溶液，加以中和呈白色。石灰溶解速度越快，需要滴入的這種鹽酸水溶液越多，表明石灰的活性度也越高。滴定10分鐘后，4個(gè)克分子濃度的鹽酸水溶液消耗的毫升數(shù)即為石灰的活性度。
（注：歐洲通常采用石灰水溶液40±1℃，5分鐘內(nèi)，4個(gè)克分子濃度鹽酸水溶液的滴定毫升數(shù)來(lái)表示石灰的活性度）。
焙燒：所謂煅燒是指將碳酸鹽或氧化物的礦物原襯在空氣中加熱分解，除去二氧化碳或水分，使之變成氧化物的冶金過(guò)程，也稱為焙燒，但應(yīng)注意到焙燒還包括礦石、精礦或金屬化合物在空氣中不加或配加一定的物料（如炭粉、氯化劑等）加熱至低于爐料的熔點(diǎn)，并發(fā)生氧化、還原或其他化學(xué)變化的冶金過(guò)程，所以焙燒與煅燒相比，都是在空氣中加熱下進(jìn)行，但焙燒所包括的原料廣、冶金過(guò)程的方式多，還可配加一定的物料。
影響煅燒反應(yīng)速度的主要因素是（1）溫度；（2）物料顆粒外表形成固體反應(yīng)物膜層的厚度及致密程度；（3）物料的粒度、物理化學(xué)性質(zhì)及晶體結(jié)構(gòu)；（4）氣體中各種氣體的分壓等。
目前“工業(yè)灰”很多用戶對(duì)石灰的活性度提出了更高的要求，活性度的高決定了上述用戶對(duì)石灰產(chǎn)品的價(jià)格高低，所以，提高活性度是煅燒冶金工業(yè)用灰的*高追求指標(biāo)。
在燃煤混燒豎爐生產(chǎn)中，土窯石灰活性度低于200ml，在煉鋼中是不能使用的，普通豎爐生產(chǎn)的石灰活性度一般在240-280 ml，“唐山金泉冶金能源新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司第三代新型節(jié)能高活性混燒石灰窯”技術(shù)正常生產(chǎn)的石灰一般在300-350ml，唐山金泉冶金能源新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司*新研制的套筒石灰窯及新型燃?xì)馐腋G生產(chǎn)的石灰活性度一般都在340-370 ml。
唐山金泉冶金能源新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司在2003年就研制了“混燒窯專用活性添加劑”并一直在進(jìn)一步研發(fā)提高活性劑的應(yīng)用技術(shù)，在2009年開(kāi)始推出了“新型石灰活性添加劑”技術(shù)與產(chǎn)品，該項(xiàng)技術(shù)可以使混燒窯的石灰活性度增加30-40 ml，該活性劑同時(shí)也可以應(yīng)用于燃?xì)馐腋G的生產(chǎn)。該“活性劑”在生產(chǎn)中每噸石灰只增加生產(chǎn)成本2元左右，而生產(chǎn)的石灰因提高了活性度銷售價(jià)格至少可以提高30-50元，應(yīng)用“活性劑”后，其產(chǎn)品活性度在原普通石灰活性度基礎(chǔ)上至少增加30-40ml活性度，其價(jià)值是顯而易見(jiàn)的。
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