活性石灰回轉(zhuǎn)窯操作手冊

前      言

回轉(zhuǎn)窯作為煅燒活性石灰的窯爐，隨著鋼鐵冶煉工藝發(fā)展的需要，經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐表明，它在滿足鋼鐵冶煉需要的同時，亦在其它冶金行業(yè)中充分地體現(xiàn)出了它在大工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)越性和可持續(xù)發(fā)展的遠景。

活性石灰產(chǎn)品，在鋼鐵企業(yè)特別是在轉(zhuǎn)爐煉鋼中被廣泛的使用，用作造渣劑。在縮短冶煉時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化冶煉技術(shù)，提高經(jīng)濟效益等方面都發(fā)揮出了極其重要的作用。

隨著回轉(zhuǎn)窯操作技術(shù)和活性石灰煅燒工藝的發(fā)展和需要，如何更進一步地提高、完善和統(tǒng)一對回轉(zhuǎn)窯操作知識的認識，達到理論與實踐有機結(jié)合的目的，仍是活性石灰煅燒技術(shù)發(fā)展過程中不可忽視的課題。

堅持遵循理論理念，是提高回轉(zhuǎn)窯操作水平的基本保證。在生產(chǎn)實踐中探索積累經(jīng)驗，是提高回轉(zhuǎn)窯操作水平的有效手段。在有關(guān)專家，工程技術(shù)人員的幫助下、在生產(chǎn)操作人員的配合下。以貼近生產(chǎn)實際為主導(dǎo)，圍繞回轉(zhuǎn)窯的操作和活性石灰煅燒工藝，收集，整理匯編了《活性石灰回轉(zhuǎn)窯操作手冊》。借此而達到提高操作技術(shù)水平，穩(wěn)定生產(chǎn)運行，增強生產(chǎn)意識，完善生產(chǎn)管理，推進技術(shù)進步的目的。

第一部分   回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)理論部分

第一章  活性石灰

一、石灰

所謂石灰：是煅燒天然碳酸鈣的產(chǎn)品，呈白色，由（CaO）和一些雜質(zhì)組成。，與水結(jié)合能夠迅速分解（反應(yīng)）并釋放出熱量的物質(zhì)。

石灰與水發(fā)生反應(yīng)，生成Ca（OH）₂（氫氧化鈣）。也常被稱之為消石灰或熟石灰。

其化學(xué)反應(yīng)式為：CaO＋H₂O＝Ca（OH）₂。

這時，若將Ca（OH）₂（氫氧化鈣）加熱至580℃以上時，Ca（OH）₂（氫氧化鈣）即可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，放出水份。又能生成CaO（氧化鈣）。

即：Ca（OH）₂＝CaO＋H₂O↑。

石灰按種類劃分：有普通石灰、高鎂冶金石灰（白云石）、活性石灰三大類。而用于區(qū)別它們的主要指標(biāo)是：CaO、MgO的含量和活性度指數(shù)。

表一

石灰的用途是非常廣泛的。常見于建筑、建材、冶金、化工、輕工、環(huán)保、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域。特別是在煉鋼、煉鐵、燒結(jié)、銅、鋁冶煉等行業(yè)中，將石灰作為造渣劑、溶解劑或燒結(jié)材料等方面，它都發(fā)揮出了非常重要的作用。

石灰在被廣泛使用的眾多領(lǐng)域中，冶金（冶煉）工業(yè)對石灰的需求量是最大的，而將石灰用于煉鋼的消耗量又是最多的。

鐵，是一種用途非常廣泛的金屬材料。但是，由于鐵中所具有的碳含量較高，硫、磷、硅等雜質(zhì)較多的特點，在使用中，這一特點在很大程度上影響了材質(zhì)的性能、性質(zhì)。由此，便產(chǎn)生了鐵在使用中的有限性和局限性的問題。為了適應(yīng)和滿足對金屬材料的使用要求，就要得到一種性能優(yōu)于鐵的金屬材料。這時，就必須要改善鐵的性質(zhì)。為此，便產(chǎn)生了將鐵回爐經(jīng)過再次高溫冶煉，同時加入新的元素原料，也就是所謂的煉鋼。由于冶煉工藝的不同，鐵被煉制成了性能各異的鋼。在這個冶煉過程中，將鐵轉(zhuǎn)化為鋼的基本冶煉過程包括：

a、 將鐵中的碳含量調(diào)節(jié)降低到要求的范圍內(nèi)。

b、 除去金屬中的非金屬物質(zhì)（硅、碳等）和有害氣體。

c、 除去金屬中的有害元素（硫、磷等），達到規(guī)定的要求。

d、 加入產(chǎn)品所需的合金，改變成分結(jié)構(gòu)。

e、 提高冶煉溫度，改變金屬性質(zhì)并能順利完成澆鑄。

在將鐵向鋼轉(zhuǎn)化的冶煉過程中，當(dāng)鐵水中的硅含量超過規(guī)定值（＞5 %）時，鋼的強度可能被增加了，但又可能會失去可軋制性。這時，若在含碳量過高的鋼中再提高硅的含量時，則又會增加鋼的脆性。所以說，鐵水中的非金屬物質(zhì)對鋼產(chǎn)品質(zhì)量的影響是很大的，在冶煉過程中必須要有嚴格的含量規(guī)定。

在由鐵向各種材質(zhì)的鋼轉(zhuǎn)化冶煉的過程中，供氧、供熱和加入熔劑是達到清除雜質(zhì)的重要手段。供氧、供熱就是使鋼中的非金屬雜質(zhì)氧化，其中硅氧化后，便增加了鋼中的渣量（二氧化硅量）。這時，若要把二氧化硅從鋼水中除去，就需要向鋼水中添加一種熔劑——石灰或石灰石。

二、活性石灰

利用轉(zhuǎn)爐吹氧煉鋼工藝的全過程，一般在20～30分鐘內(nèi)完成。強烈的脫S（硫）脫P（磷）反應(yīng)是在有石灰存在時，而如何保證石灰能夠在較短的時間內(nèi)（15分鐘左右）與鋼水混合，快速并完全熔解。這時，就需要有高反應(yīng)性能的石灰——活性石灰的存在。

在煉鋼過程中，鋼水中會因不同物質(zhì)的存在產(chǎn)生出其它的有害物質(zhì)，這就是通常所說的鋼渣。為了得到所需要的鋼和保證鋼的質(zhì)量，在冶煉時就必須要除去鋼渣，也就是除渣或造渣。

如何造渣，如果在鋼水中加入硅酸鹽造渣，硅酸鹽則會在一方面造渣的同時，另一方面又增加渣量，加重了除渣的負擔(dān)。

如果在鋼水中加入瑩石，在造渣的過程中，瑩石本身還會增加渣量，而且，瑩石還會嚴重地侵蝕爐襯。

如果在鋼水中加入石灰石作造渣劑時，它的作用會遠遠地好于硅酸鹽或瑩石。但是，當(dāng)石灰石在遇到高溫時，石灰石本身便會首先開始發(fā)生吸熱反應(yīng)。而這個吸熱分解反應(yīng)的過程會需要大量的熱量，并且還要經(jīng)過一定的時間。這時，就會出現(xiàn)熱量分配使用上的混亂。造成碳酸鈣分解反應(yīng)在前，造渣過程被滯后，或者是失去了造渣時間的后果。

與此同時，石灰石的分解是需要大量的熱量的，而鋼水的冷卻速度又比較快。這時，在鋼的冶煉過程中，就會出現(xiàn)熱量短缺，就必須不斷地提供補充熱量來保證溫度。這無疑會延長了鋼的冶煉時間，降低了造渣質(zhì)量，同時亦增大了原材料的消耗。

為此，隨著冶煉技術(shù)的發(fā)展，在煉鋼過程中，由于對造渣劑提出了便于使用上的要求，因此而出現(xiàn)了將石灰石先經(jīng)過煅燒，使碳酸鈣經(jīng)過高溫分解生成氧化鈣，也就是通常所說的石灰。這時，將石灰再用于煉鋼造渣時，其造渣的效果便非同一般了。

隨著冶煉技術(shù)和鋼的品種質(zhì)量的要求的不斷提高，對石灰產(chǎn)品在鋼水中的熔解速度也有了“快速”的要求。其目的是較快地提高成渣速度，較早地形成高堿度爐渣。這時，便出現(xiàn)了活性石灰。

理論概念中的活性石灰，是一種化學(xué)性能活潑、參與反應(yīng)能力較強、含S（硫）、P（磷）等有害雜質(zhì)少。具有以下主要特點：

——體積密度�。�1.5 —1.7 g∕cm³

——氣孔率高：≥50 %

——比表面積大：1.5—2.0 m²∕g

——反應(yīng)性能強：活性度 ＞300ml

同時，它還具有：CaO結(jié)晶體細�。骸�1 wm，CaO含量高：≥90 %，S、P含量低：＜0.02 %和痕跡，SiO₂＋Fe₂O₃＋Al₂O₃含量低：＜2 %，殘留CO₂低： ≤2 %等特性的輕燒石灰。

活性石灰在煉鋼中的用途是：它與鋼水混合后，具有較快的成渣（造渣）速度和提高脫S（硫）脫P（磷）效率。

其脫S硫脫P磷的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

脫S ：FeS + CaO = FeO + CaS

脫P ：2P + 3CaO + 5FeO = 3CaO·P2O₅ + 5Fe

活性石灰在用于轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程中同時還具有：可縮短冶煉時間，提高爐齡，降低原材料單耗，提高產(chǎn)量、質(zhì)量，降低成本,操作穩(wěn)定,有利于冶煉自動化等優(yōu)點。

活性石灰的次產(chǎn)品——熟小粒、除塵粉，也已隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，逐漸在燒結(jié)制品、耐材制品等很多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

活性石灰產(chǎn)品是一種經(jīng)過高溫煅燒后而獲得的。它經(jīng)過煅燒后的實際特征一般表現(xiàn)為：它是一種顆粒狀，具有一定粒度，表面清潔，質(zhì)地疏松，色澤潔白，重量輕，生心小，含熱少，散熱冷卻快，遇水反應(yīng)強烈，有幾乎爆炸反應(yīng)的輕（軟）燒石灰。

根據(jù)煅燒程度的不同，石灰的種類一般可分為：輕（軟）燒石灰，硬燒石灰和死燒石灰。

輕（軟）燒石灰是指：石灰在經(jīng)過煅燒分解的瞬間，具備了所謂的活性性能。

這時，若將已完成了分解的石灰，在高溫下延長煅燒時間，它的細小晶粒會逐漸熔合，總體積產(chǎn)生收縮，性質(zhì)發(fā)生變化，成為硬燒石灰。如果將這種石灰再進一步地煅燒，其活性性能便會消失，水化反應(yīng)速度變得極低，成為死燒石灰。

在石灰的理念中，用于區(qū)別它們之間不同性質(zhì)的、最為明顯的方法是活性度的不同。

a、 輕燒石灰：一般≥310 ml

b、 硬燒石灰：≥250～300 ml

c、 死燒石灰：則一般≤100 ml。

在認識石灰的理念中，用于能夠反映石灰物理性質(zhì)的內(nèi)容主要有：石灰的顏色、晶體結(jié)構(gòu)、組織、氣味、空隙率、容重、比重、假比重、熔點、沸點、導(dǎo)熱率、比熱、發(fā)光、電阻、硬度、膨脹系數(shù)、折射率、安息角等。

而在它們之間，用來區(qū)別它們不同性能的重要指標(biāo)還在于主要化學(xué)成份的不同。

1、 活性石灰理化指標(biāo)：

表二

2、 鎂質(zhì)冶金石灰理化指標(biāo)：

表三

3、 活性石灰粒度組成：                    

表四

三、活性石灰質(zhì)量要求

1、粒度針對活性石灰的粒度要求，對回轉(zhuǎn)窯的煅燒過程而言，是為了保證在穩(wěn)定的溫度環(huán)境下，避免因石灰石顆粒大小不均，級差過大，受熱不均而產(chǎn)生欠燒或過燒。防止石灰石在容器內(nèi)堆積停留的過程中因粒度不均而產(chǎn)生透氣程度不均或?qū)е職饬餍凶卟粫�。對轉(zhuǎn)爐煉鋼而言，對活性石灰的粒度要求，是為了保證在有時間要求的煉鋼過程中的造渣速度和效果。如果石灰的粒度過大，會導(dǎo)致石灰顆粒與鋼水的反應(yīng)時間被加長，使造渣速度減慢而影響造渣效果。反之，若石灰的粒度過小時，則在煉鋼時易引起顆�；蚍蹓m飛濺而惡化操作環(huán)境。

2、活性

所謂活性，是指石灰與水的反應(yīng)能力。

活性度是指：將一定數(shù)量、一定粒度范圍的石灰，與具有一定溫度和一定量的水混合后，石灰與水進行溶解反應(yīng)的速度。它代表了石灰在鋼水中與其他物質(zhì)（雜質(zhì)）發(fā)生反應(yīng)的能力。因為，要直接地測出石灰在造渣過程中與鋼水的反應(yīng)速度是非常困難的。同時，它又能夠通過檢測活性度的高低來判斷石灰的煅燒質(zhì)量并指導(dǎo)生產(chǎn)。由此，便產(chǎn)生了對煅燒后的石灰產(chǎn)品進行活性度檢測的要求。對活性石灰的質(zhì)量或活性度的檢測方法很多。其中，常以鹽酸滴定法為主。而在煅燒過程中，采用水化對比法、水化稱重法和取樣敲樣法判斷，分析石灰的煅燒質(zhì)量則是比較快捷實用的。例如：

1）、滴定法

取出窯后石灰試樣若干，破碎，稱重25克，加入40正負1的水1400到1800毫升，開攪拌機，放入樣品，滴入指示劑（酚酞化學(xué)式：C20H14O4），保持乳白10分鐘。

方程式：（鹽酸濃度／4當(dāng)量）x 消耗鹽酸體積 x  (50/25) =活性度（毫升 ml）

2）、水化稱重法

在無化學(xué)試劑的條件下：

a、取石灰試樣若干稱重，記重為g ₁。

b、將稱重后的試樣溶干水中，讓其充分消化。

c、過濾石灰水，收得不溶殘渣，烘干稱重，記為g ₂。

d、算出反應(yīng)消化部份：g ₁－g ₂ = g ₃。

e、算出石灰分解率（g ₃÷g ₁）×100 %，可基本反映出石灰的煅燒質(zhì)量。

3）、水化對比法

取出窯石灰熟料若干冷卻后，置于容器中，加水溶解后，將石灰溶液及殘渣倒入篩網(wǎng)內(nèi)，用水洗去石灰殘液，觀察殘渣顆粒的大小與所取的石灰熟料量進行對比來判斷煅燒質(zhì)量。

4）、取樣敲樣法

取出窯石灰若干，就地冷卻時，觀察外觀，石灰顆粒含熱量顏色發(fā)紅但不刺眼。石灰顆粒表面質(zhì)地清潔，色澤潔白。顆粒重量輕。用手錘敲擊石灰顆粒，質(zhì)地疏松易破碎，內(nèi)含生心明顯但體積較小。

3、氧化鈣含量檢測

樣品稱重0.1克， 加10毫升鹽酸（化學(xué)式:HCl），加沸，冷卻后，加50毫升水，加5毫升三乙醇胺（搖擺2分鐘），加20毫升氫氧化鉀（化學(xué)式：KOH），加指示劑（鈣羧酸），加EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）變色到紫色，再加指示劑，加EDTA到藍色。

方程式：{(EDTA體積xEDTA濃度)/氧化鈣的重量（實際重量）}x100%=氧化鈣含量%

4、SiO₂（二氧化硅）

高CaO和低SiO₂是完成煉鋼過程造渣的基本要求和保證。造渣的目的是脫去鋼水的S和P，特別是脫去S，而渣的堿度是用CaO 與 SiO₂的比值來表示的，較高的SiO₂會破壞石灰的表面結(jié)構(gòu)，影響造渣速度和效果。

       在石灰的煅燒過程中，純SiO₂的熔點可高達1713℃，但是，在700～800℃時，SiO₂便會以固態(tài)形式與CaO之間發(fā)生次生反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，可依次生成CaO·SiO₂（偏硅酸鈣），3CaO·2 SiO₂ （硅鈣石），2CaO·SiO₂ （硅酸二鈣）和3 CaO·SiO₂ （三硅酸鈣），這些產(chǎn)物對石灰的影響是導(dǎo)致活性的降低。

5、 S（硫）P（磷）

     轉(zhuǎn)爐煉鋼時，用活性石灰造高堿度渣的目的，主要是要脫去鋼水中的硫和磷。

    鋼產(chǎn)品中有含量過高的P磷存在時，會使鋼在常溫下的冷脆性增大（即P＞0.13時）。也就是造成鋼的龜裂。 當(dāng)鋼產(chǎn)品中的硫含量過高時，它能明顯地破壞鋼的焊接性能，降低鋼的沖擊韌性，特別是使鋼在加熱軋制或鑄造時產(chǎn)生裂紋，即“熱脆”。并能明顯地降低鋼的抗腐蝕性（銹蝕）和耐磨性。所以說，硫?qū)︿摦a(chǎn)品的危害性具有“白蟻”之稱。

由于石灰具有與硫化合的特性，特別是石灰在高溫狀態(tài)時，石灰吸收硫的能力特別強。所以說，石灰對脫去鋼中硫的作用是非常大的。但是，因石灰石的本身存在著受到原料、燃料本身含硫量和高溫煅燒因素的影響，由石灰石生成的石灰本身亦會含有不同程度的硫、磷等成分，為此，對石灰本身的硫、磷含量是有低值要求的。而對它的前者石灰石（原料）和燃料的低硫磷含量也是有低值要求的。

6、殘留CO₂ （二氧化碳）

所謂殘留CO₂，實際上就是指石灰顆粒中，沒有燒透的生心或夾心，既沒有完全分解的石灰內(nèi)層殘留。CO₂在石灰中的含量高低，主要是通過煅燒來控制。它對石灰的質(zhì)量和煉鋼的效果，都具有很大的影響。

a、生心小或無生心：石灰顆粒表面易燒結(jié)而產(chǎn)生過燒，活性的特點會被破壞。

b、 生心過大：無疑對石灰的有效分解產(chǎn)生影響，造成石灰特點形成不夠，降低活性度。

c、煉鋼過程中，如果殘留CO₂過高，會影響廢鋼的用量，增加熱耗，降低石灰利用率，同時也難以控制泡沫渣和噴濺。因此，在嚴格控制石灰煅燒程度的同時，也應(yīng)該注意對煅燒后的石灰產(chǎn)品做好貯存運輸過程的防水化工作，降低粉化率。

d、CO₂含量換算：

       石灰石被加熱分解的反應(yīng)是排除CO₂的反應(yīng)，根據(jù)CaCO₃分解方程式的結(jié)果表明。當(dāng)CaCO₃ = 100，CaO = 56，CO₂ = 44時。100÷44 = 2.272 當(dāng)生產(chǎn)kg單位的CaO需要CaCO₃為1.785 kg時，

       1.785÷2.272 = 0.79 m³         0.79÷1.97 = 0.4 Nm³ / kg

由此可以得知：當(dāng)生產(chǎn)kg單位的CaO需要CaCO₃為1.785 kg時，所產(chǎn)生的CO₂量為0.4（標(biāo)準(zhǔn)立方米）Nm³。

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