活性石灰回轉窯操作手冊

前      言

回轉窯作為煅燒活性石灰的窯爐，隨著鋼鐵冶煉工藝發展的需要，經過長期的生產實踐表明，它在滿足鋼鐵冶煉需要的同時，亦在其它冶金行業中充分地體現出了它在大工業生產中的優越性和可持續發展的遠景。

活性石灰產品，在鋼鐵企業特別是在轉爐煉鋼中被廣泛的使用，用作造渣劑。在縮短冶煉時間，提高產品質量，優化冶煉技術，提高經濟效益等方面都發揮出了極其重要的作用。

隨著回轉窯操作技術和活性石灰煅燒工藝的發展和需要，如何更進一步地提高、完善和統一對回轉窯操作知識的認識，達到理論與實踐有機結合的目的，仍是活性石灰煅燒技術發展過程中不可忽視的課題。

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

第一部分   回轉窯基礎理論部分

第一章  活性石灰

一、石灰

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

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

其化學反應式為：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）即可發生化學反應，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。而用于區別它們的主要指標是：CaO、MgO的含量和活性度指數。

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、環保、醫藥和農業等眾多領域。特別是在煉鋼、煉鐵、燒結、銅、鋁冶煉等行業中，將石灰作為造渣劑、溶解劑或燒結材料等方面，它都發揮出了非常重要的作用。

石灰在被廣泛使用的眾多領域中，冶金（冶煉）工業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、硅等雜質較多的特點，在使用中，這一特點在很大程度上影響了材質的性能、性質。由此，便產生了鐵在使用中的有限性和局限性的問題。為了適應和滿足對金屬材料的使用要求，就要得到一種性能優于鐵的金屬材料。這時，就必須要改善鐵的性質。為此，便產生了將鐵回爐經過再次高溫冶煉，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，將鐵轉化為鋼的基本冶煉過程包括：

a、 將鐵中的碳含量調節降低到要求的范圍內。

b、 除去金屬中的非金屬物質（硅、碳等）和有害氣體。

c、 除去金屬中的有害元素（硫、磷等），達到規定的要求。

d、 加入產品所需的合金，改變成分結構。

e、 提高冶煉溫度，改變金屬性質并能順利完成澆鑄。

在將鐵向鋼轉化的冶煉過程中，當鐵水中的硅含量超過規定值（＞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對鋼產品質量的影響是很大的，在冶煉過程中必須要有嚴格的含量規定。

在由鐵向各種材質的鋼轉化冶煉的過程中，供氧、供熱和加入熔劑是達到清除雜質的重要手段。供氧、供熱就是使鋼中的非金屬雜質氧化，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

利用轉爐吹氧煉鋼工藝的全過程，一般在20～30分鐘內完成。強烈的脫S（硫）脫P（磷）反應是在有石灰存在時，而如何保證石灰能夠在較短的時間內（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的存在產生出其它的有害物質，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。

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，當石灰石在遇到高溫時，石灰石本身便會首先開始發生吸熱反應。而這個吸熱分解反應的過程會需要大量的熱量，并且還要經過一定的時間。這時，就會出現熱量分配使用上的混亂。造成碳酸鈣分解反應在前，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，降低了造渣質量，同時亦增大了原材料的消耗。

為此，隨著冶煉技術的發展，在煉鋼過程中，由于對造渣劑提出了便于使用上的要求，因此而出現了將石灰石先經過煅燒，使碳酸鈣經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。

隨著冶煉技術和鋼的品種質量的要求的不斷提高，對石灰產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，便出現了活性石灰。

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

——體積密度小：1.5 —1.7 g∕cm³

——氣孔率高：≥50 %

——比表面積大：1.5—2.0 m²∕g

——反應性能強：活性度 ＞300ml

同時，它還具有：CaO結晶體細小：≤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磷的化學反應方程式為：

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，提高產量、質量，降低成本,操作穩定,有利于冶煉自動化等優點。

活性石灰的次產品——熟小粒、除塵粉，也已隨著工業技術的發展，逐漸在燒結制品、耐材制品等很多行業中得到了廣泛的應用。

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

根據煅燒程度的不同，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，總體積產生收縮，性質發生變化，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，水化反應速度變得極低，成為死燒石灰。

在石灰的理念中，用于區別它們之間不同性質的、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的內容主要有：石灰的顏色、晶體結構、組織、氣味、空隙率、容重、比重、假比重、熔點、沸點、導熱率、比熱、發光、電阻、硬度、膨脹系數、折射率、安息角等。

而在它們之間，用來區別它們不同性能的重要指標還在于主要化學成份的不同。

1、 活性石灰理化指標：

表二

2、 鎂質冶金石灰理化指標：

表三

3、 活性石灰粒度組成：                    

表四

三、活性石灰質量要求

1、粒度針對活性石灰的粒度要求，對回轉窯的煅燒過程而言，是為了保證在穩定的溫度環境下，避免因石灰石顆粒大小不均，級差過大，受熱不均而產生欠燒或過燒。防止石灰石在容器內堆積停留的過程中因粒度不均而產生透氣程度不均或導致氣流行走不暢。對轉爐煉鋼而言，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，會導致石灰顆粒與鋼水的反應時間被加長，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粒或粉塵飛濺而惡化操作環境。

2、活性

所謂活性，是指石灰與水的反應能力。

活性度是指：將一定數量、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的速度。它代表了石灰在鋼水中與其他物質（雜質）發生反應的能力。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量并指導生產。由此，便產生了對煅燒后的石灰產品進行活性度檢測的要求。對活性石灰的質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（酚酞化學式：C20H14O4），保持乳白10分鐘。

方程式：（鹽酸濃度／4當量）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內，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紅但不刺眼。石灰顆粒表面質地清潔，色澤潔白。顆粒重量輕。用手錘敲擊石灰顆粒，質地疏松易破碎，內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構，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便會以固態形式與CaO之間發生次生反應，隨著反應的進行，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），這些產物對石灰的影響是導致活性的降低。

5、 S（硫）P（磷）

     轉爐煉鋼時，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。 當鋼產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，硫對鋼產品的危害性具有“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而產生過燒，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，也應該注意對煅燒后的石灰產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是排除CO₂的反應，根據CaCO₃分解方程式的結果表明。當CaCO₃ = 100，CaO = 56，CO₂ = 44時。100÷44 = 2.272 當生產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：當生產kg單位的CaO需要CaCO₃為1.785 kg時，所產生的CO₂量為0.4（標準立方米）Nm³。

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