活性石灰生产手册Word文档格式.docx
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平炉、电炉冶炼时间较长，有充分的时间造渣，因此对于石灰的活性度要注也不是那么严格，而氧气转炉炼钢的冶炼时间缩短到十几分钟，要求很快溶解成渣，所以要求石灰具有较高的化学纯度，活泼的化学反应性能，加入炼钢炉能快速反应化渣，脱去钢水中的杂质，所以采用高效活性石灰是改进炼钢工艺中的很重要的一个面。
活性石灰代替普通石灰在炼钢中具有如下的技术经济效果：
1）加快化渣速度，缩短冶炼时间（吹氧时间可缩短10%左右）。
2）提高炼钢热效率，废钢比增加（可相应提高废钢比1.5～2.5%）。
3）提高钢水收得率，降低钢铁料消耗（钢水收得率可提高1%左右）。
4）提高脱硫、脱磷效果，改进钢质量（脱硫脱磷可比普通石灰提高10～30%）。
5）炉衬侵蚀减轻，炉龄提高（一般可提高炉龄20%）
二、石灰石在煅烧过程中进行的反应
煅烧石灰石时，窑内的化学反应为石灰石受热后分解成生石灰与二氧化碳，其反应式如下：
CaCO3=CaO+CO2
这是一个吸热反应，热量的来源主要是燃料，另外，这个反应是可逆的。
因此，为使反应自左向右进行，必须指定温度和压力条件，温度越高反应越完全，在750℃时，CaCO3分解开始明显，但反应很慢，在898℃时，CaCO3分解就相当快了。
425.2千卡热量需要60.74克规范煤，约为石灰石重量的6%，制取1公斤氧化钙，理论上需要消耗1.786公斤碳酸钙，这时需要的消耗理为452.2千卡×
1.786＝759.4×
4.1868KJ，相当于108.4克规范煤。
实际上，煅烧石灰所需的热耗都大于理论值，这将直接取决于窑的类型和工艺技术水平，热的利用效率等。
1公斤MgCO3的分解热为343×
4.1868KJ，而制取1公斤氧化镁需要煅烧2.1公斤MgCO3，所需要的热量为343千卡×
2.1＝720.3×
4.1868KJ，由于MgO的烧结温度比CaO低，所以分解MgCO3消耗的热也较CaCO3少。
煅烧石灰石所需要的热，均由燃料在窑内燃烧所至，燃料的燃烧需要足够的氧气，若送入窑内的空气量不足，燃烧就会不完全而产生CO，在位置较高的煅烧层中，还存在着还原层，CO2被炽热的碳部分地还原为CO：
C＋CO2 2CO－42.0×
4.1868KJ
在煅烧较高的地方和空气中有剩余的氧，大部分CO被气化成为CO2：
2CO＋O2 2CO＋136.2千卡
当一氧化碳升到窑（料）面与空气接触燃烧生成二氧化碳
CO＋1/2O2＝CO2＋67.6千卡×
应当指出，在窑顶的一氧化碳遇到空气燃烧产生的热量是白白浪费掉的，所以，
窑气中每增1%的一氧化碳，相当于浪费料6～7%。
因此，当一公斤碳完全燃烧时能
释放出7900×
4.1868KJ的热量，而不完全燃烧时仅能释放出23×
4.1868KJ左右
的热量，所损失的热量相当于总和的710.1%（一氧化碳在窑气中的含量一般不应
超过1.2%）石灰石各主要成份是碳酸钙，同样还存在着各种有害物质，所以，在
高温的燃烧过程中进行着下述反应：
CaCO3＝CaO＋CO2碳酸钙的分解
MgCO3＝MgO+CO2碳酸镁的分解
C+O=CO2碳的完全燃烧
CO2+C=2CO2 二氧化碳的还原
CO2+C=2CO一氧化碳的燃烧
2H2+O2=2H2O氢的燃烧
S+O2=SO2硫的燃烧
从上面列举的还很不完全的反应中可以看得出，在石灰窑中不仅进行着氧化过程
，也进行着还原过程。
困此，烧制出的石灰是有各种颜色。
三、石灰石的分解温度
生石灰（简称石灰、白灰）是由石灰石（主要成分CaCO3）在高温（一般大于900℃）下发生分解反应而生成的，CaCO3分解温度是指其CO2分解压的温度，因此在气相中PCO2不同时，CaCO3分解温度是不同的，在一规范大气压下，纯CO2气相中，CaCO3的分解温度为898～910℃。
工业窑炉内气氛中还有其它的气体，因此PCO2小于规范大气压，因此，在煅烧过程中，石灰石料块表面部分实际上在810～850℃就已经开始分解了。
四、分解速度
石灰石（CaCO3）的分解速度依赖于温度的高低，若煅烧温度为900℃，每小时能烧透3mm/h；
1000℃时是14mm/h，1000℃时是10mm/h，1200℃时是25mm/h。
随着温度的升高，分解速度呈平方形式升增长，但温度过高时，内部还未分解，而在表面已经被烧死，影响煅烧速度。
在恒定外部温度下，越靠近石灰石中心，CO2逸出的阻力就越大，分解速度越慢，从实际上来讲，直径为150mm的球形石灰石，在1050℃条件下，在窑内煅烧需要20个小时才能烧透，与理论值相差5小时。
在一定的介质温度下，石灰石的分解速度有一个大致的范围，如果入窑的石灰石粒径差很大，如30～120mm，则小粒径的石灰石尚未通过煅烧带就已经分解完毕，而后继续在高温的烧成带停留一段时间，其结果必然出现石灰晶柱长大和烧结。
而那些粒径大的石灰石，则由于其完全分解所需时间超过了它在高温带可能停留的时间而出现中心部分生烧。
对于小粒径的石灰石，如回转窑生产15～45mm的石灰石，虽然粒径为1∶3，但由于中小颗粒的石灰石完全分解后只需在煅烧带停留较短的时间，而颗粒较大的也能分解完毕。
因此在确定炉型后，必须选择合适的石灰石粒径区间。
石灰石在煅烧中生成的石灰层，由于气空率大，而且较石灰石的导热系数低，使得热很难传到被煅烧的石灰石内部，被煅烧的石灰石粒度越大，石灰层厚度就越大，CO2的逸出也越困难。
煅烧大粒径的石灰石时，必须以降低煅烧温度，牺牲煅烧速度和降低竖炉利用系数为代价，才能生产出符合需要的石灰石。
五、煅烧度
石灰的煅烧度一般分类为软烧（soft）、硬烧（hard）、死烧（dead）。
石灰石分解时释放占其重量40%左右的CO2，所以在分解瞬间的生石灰（）具有结晶细、比表面积大、空隙度大（但个晶粒间空隙小）、假比重小、反应性能强等性质，这种状态的生石灰称为软烧石灰。
这种石灰若在高温下长时间煅烧，细的晶粒逐渐熔合，总体积收缩，这种状态的石灰一般称为硬烧石灰。
再进一步提高煅烧度，消化反应速度变得极低。
称之为死烧石灰。
六、杂质对煅烧的影响
在石灰煅烧中有害杂质主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3，纯CaO的熔点很高，达2572℃。
但由于杂质的存在，在煅烧过程中，表面张力、蒸发浓缩、扩张等作用开始的温度却是该物质熔点的大约60%。
例如在CaO-SiO2系化合物中α-C2S的熔点是2130℃，但在煅烧过程中于1280℃左右的温度就已经开始生成其结晶了。
在大致900℃的低温以下，石灰石中的杂质SiO2、Al2O3、Fe2O3与石灰反应的量很少，但若温度进一步提高，则会发生以下一些次生反应：
2CaO+SiO2→2CaO·
SiO2
3CaO+SiO2→3CaO·
3CaO+Al2O3→3CaO·
Al2O3
4CaO+Al2O3+Fe2O3→4CaO·
Al2O3·
Fe2O3
这些反应生成物堵塞生石灰的细孔，使石灰活性度下降。
这些杂质数量很大时，在高温时形成融熔状态，使石灰相互粘结，造成结瘤，使窑况恶化。
因此应避免杂质的引入，采取筛分和水洗能去除原料中混入的部分杂质，改善原料质量。
第二节原料石灰石
1.石灰石的定义和分类
石灰石是一种天然的沉积岩，亦称水成岩，石灰石以化学式CaCO3为主，具有细粒的结晶结构，从颜色来看，以青灰、浅灰的色泽为好，杂质含量少，另外，还可采用化学试剂进行测试：
把少量的稀盐酸滴在岩石上，发出嘶嘶声并放出二氧化碳气泡的便是石灰石。
一般来说，含有碳化物和沥青杂质的石灰石为灰色、黑色；
有微细沉积的，与有机杂质的呈微蓝色；
有海绿石或铁（镁）氧化物的呈浅绿色；
M色、淡粉红色、没有光泽则含较多的氧化镁；
灰色、灰褐色、红黑色、棕色则含有铁、锰氧化物；
乳白色有晶体光泽的，含有少量的氧化硅；
色泽较深的，含有硫化氢较多。
按矿床类型，石灰石分为普通石灰石、高镁石灰石两类。
2、可以烧制生石灰的石灰石分类
用于炼制石灰石的原料是碳酸盐类岩石（或矿物），其主要成份是CaCO3。
具体说烧制石灰的原料基本有以下几种：
（一）由磷酸盐类岩石经接触变质或区域变质而成具有结晶结构的大理石。
（二）普通的石灰石。
（三）多孔石灰石（包括贝壳石灰石、石灰质凝石灰石、鱼卵石、石灰华）。
（四）白垩（土状结构、具有疏松的特点）。
（五）贝壳。
3、石灰石和白云石的区别
可以从以下几个方面区别：
（一）理化
（1）石灰石的主要成份是CaCO3；
白云石是碳酸钙和碳酸镁的复盐（CaCO3、MgC
O3）。
（2）石灰石具有细粒的结构，微结晶体球形或近似立方体；
白云石属三方晶体系
，菱面晶体；
其结构是粒状的、致密的、板状的和鳞状的。
（3）硬度
石灰石的极限抗压强度400～1000公斤/厘M2；
白云石的极限抗压强度1000～1400公斤/厘M2。
（4）白云石遇冷酸起泡缓慢，不如石灰石剧烈，也无丝丝声，但在被加热为10%
浓度的盐酸作用下能产生沸腾现象。
（二）颜色
白云石因常含有铁、铝、硅等氧化物体质，其颜色与所含杂质有关，呈灰白和浅
红，并有玻璃光泽。
白云石化学成分为CaMg[CO3]2，晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。
白云石的晶体结构与方解石类似，晶形为菱面体，晶面常弯曲成马鞍状，聚片双晶常见，多呈块状、粒状集合体。
纯白云石为白色，因含其他元素和杂质有时呈灰绿、灰黄、粉红等色，玻璃光泽。
三组菱面体解理完全，性脆。
摩氏硬度3.5-4，比重2.8-2.9。
矿物粉末在冷稀盐酸中反应缓慢。
鉴定特征：
以硬度稍大，在冷稀盐酸中反应缓慢等特征，可与相似的方解石相区别。
白云石是组成白云岩和白云质灰岩的主要矿物成分。
白云石可用作冶金熔剂、耐火材料、建筑材料和玻璃、陶瓷的配料。
4、煅烧对石灰石的质量要求
（1）石灰石的有用成份：
CaCO3
（2）石灰石的所含有害物：
SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、P、S；
（3）石灰石以泥土、沙粒形态粘附的有害物：
在石灰煅烧中有害杂质是SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O等。
这些杂质从比较低的温度（900℃）就开始和烧成的石灰CaO发生反应，促进CaO颗粒间的融合，其结果导致颗粒间收缩，反应生成物堵塞生石灰的细孔，使石灰反应性能下降。
同时也堵塞石灰石脱除CO2后所剩余的通道，造成石灰石难分解，产生带芯石灰。
这些杂质数量很大时，在高温时形成融熔状态，使石灰相互粘结，形成结瘤，使石灰煅烧炉失常。
对石灰煅烧产生影响的杂质，通常要求：
SiO2+Al2O3+Fe2O3≤5%，但是，由于所采用的石灰煅烧炉的形式不同，燃料的种类不同，所要求的煅烧度不同，上述的判别的规范也不同。
（4）石灰石的结晶组织
石灰石的结晶组织，主要反应在CaO结晶颗粒的大小上，结晶粗大的石灰石因结构致密，石灰石分解时CO2逸出时的通道很小，石灰石难分解。
在高温状态分解时，会产生粉化，同时石灰的活性度也低。
因此在石灰煅烧时，一般应选用结晶颗粒细的石灰石。
但因煅烧方式的不同，对不同种窑形，某些结晶颗粒粗的石灰石也是可以采用的。
（5）石灰石的颗粒
在石灰石煅烧过程中，原料石灰石粒度的影响也是非常大的，由于CO2的分解是由石灰石表面向内部慢慢进行的，所以大颗粒的石灰石比小粒径的煅烧要困难，需要的时间也长。
石灰石的分解时间与粒度不是线性关系，在一定温度下，煅烧时间与石灰石的粒径的平方成正比的。
第三节燃料
1、燃料的种类
依其状态，燃料可分为：
⑴固体燃料：
如煤、焦炭等
⑵液体燃料：
如重油。
煤油、柴油
⑶气体然：
如液化石油气、发生炉煤气、天然气，高炉焦炉转炉煤气。
2、石灰生产对于燃料有如下要求：
⑴燃料的发热量对于窑的产量、热耗具有很重要的意义，在煅烧情况下，高
热值的燃料能够强化煅烧、增加产量、降低热耗。
⑵燃烧中的挥发份的分解温度比燃点低，在煅烧中，燃料往往还没进入煅烧
区，挥发份就在高温缺氧的予热区逸出并被废气带走，所以，竖窑要求燃料中的
挥发份尽可能低。
⑶燃料中的灰分，对于竖窑来讲是全部掺入石灰中。
这样，灰分的波动变化
不但影响发热量的变化，而且还影响石灰的化学成分。
⑷燃料的粒度，要尽可能在要求范围内与石灰石数量相匹配，若粒度过大或
过小，甚至粉末过多，都将直接影响正常生产。
⑸燃料中的水份过多，将影响到配料的准确性，并将使得燃料消耗量增加。
3、焦炭理化性能
⑴固定碳和灰份
固定碳的高低主要影响来自灰分，其它成份含量少而且稳定，固定炭简易计算为
C固=100—（灰分+挥发份+S）%
⑵S、P
焦炭中的S多以硫化物、硫酸盐、有机硫三种形式存在。
竖炉煅烧过程中，焦炭燃烧产生的SO2会与CaO结合，以亚硫酸盐或硫酸盐形式附着于石灰表面。
石灰中的硫主要来自焦炭。
焦炭中的磷一般含量很少。
⑶挥发份
主要是C、H、O及少量的S、N，其含量的高低表明了焦炭的生熟程度，不一般为0.7～1.2%，含量多，则生焦多，强度差。
⑷水份
焦炭附着水在燃烧过程中挥发要消耗部分热量，同时因为水分的不稳定也会影响实际入炉的固定炭的不稳定，生产实践中要求水分尽可能稳定。
⑸粒度
在以焦炭为燃料的石灰生产中，焦炭的粒径决定烧成带的高度，煅烧带的长度与风速无关，与焦炭的粒径成正比，与焦炭的混合比成反比，粒度要求整齐一致，理由是：
①是为石灰石与焦炭不分离；
②是以燃料的燃烧时间和石灰石的分解时间相平衡。
第四节200m3焦炭竖窑对原、燃料的质量要求
1、原料的质量要求
1）石灰石化学成份，CaO要求大于53%
2）粒度要求：
所用石灰石粒度要在40～80mm，范围，其中＞80mm及＜40mm的量各不超过5%，＞80mm的粒度不超过90mm，＜40mm的粒度不得小于30mm
2、燃料质量要求
1）化学成份：
C固＞85%，灰分14%，S
2）发热值：
低位发热值6700×
4.1868kJ/kg焦
3）粒度：
在25～40mm以内，其中＞40mm及＜25mm的量各不超过5%；
＞40mm的粒度不超过50mm，＜25mm的粒度不小于15mm。
第二章竖炉操作
第一节窑型简介
1.麦尔兹窑
产地：
奥地利。
麦尔兹窑也称并流蓄热式双膛竖窑。
在煅烧过程中，两个窑膛交替工作，第一个循环中，燃烧空气和燃料从膛Ⅰ的顶部进入，热烟气向下流动，在联通道处与上升冷却气汇合，再经过联通道穿过膛Ⅱ，排出窑外。
第二循环中，燃烧空气和燃料从膛Ⅱ的顶部进入，热烟气向下流动，在联通道处与上升冷却气汇合，再经过联通道穿过膛Ⅰ，排出窑外。
如此往复循环，每次换向时间间隔6~12分钟，因采用了利用废气热的再生预方式，废气温度一在100℃左右。
燃料热利用率在80%以上。
目前是世界上竖窑煅烧石灰设备中，热利用率最高的。
双D窑是仿麦尔兹窑设计的，工作原理相同。
2.套筒窑
西德。
套筒式竖窑由内筒和外筒组成。
在内筒和外筒之间填充石灰石，是煅烧室。
物料在窑内呈圆环形，石灰石通过的宽度变小，减少了物料大小分布不均而造成的温度分布不均的因素。
下部冷却石灰的热空气从内筒通过，经除尘后作为助燃空气。
燃料采用流体。
3.回转窑
用回转窑生产石灰，以美国为最多，约占其石灰产量的80%。
主要设备是预热器、回转器、冷却器。
石灰80%的分解过程是在回转器中进行的，20%在预热器中进行。
因物料在回转器内不停滚动并向前移动，窑内不存在温度分布不均现象。
因此所煅烧出石灰在所有窑型中质量是最好的。
缺点是投资大，热耗较高，粉灰率大。
4.弗卡斯
弗卡斯在国内称横梁式竖窑。
其核心技术是在大断面竖窑内部布置可以引入燃烧嘴，目的是为了解决大断面竖窑中心部位生烧问题。
窑内采用了三向压力系统。
在窑顶设置了两根抽气梁，其下方均匀布置吸气孔，使窑上部形成负压。
在窑的下部（位于冷却带）增加两根抽气梁，一是使上、下抽气梁之间窑内均呈负压状态，使周边烧嘴和燃烧梁的烧嘴火焰更易向物料喷射；
二是灰温过高时，可以加大抽气梁的风量，有利于降低灰温。
与普通竖窑相比，同样的高度，无论是助燃空气，还是冷却气体，从进入窑内到排出，所通过物料的厚度是普通竖窑的三分之一（弗卡斯下抽气梁与燃烧梁之间存在无气流通过的煅烧带）。
从而减少了窑内因大小物料分布不均而造成的气流分布不均现象，因此弗卡斯所煅烧出的石灰，各项指标均高于普通竖窑。
第二节工艺及技术参数
1.原料和燃料
石灰石粒度40~80mm，大于80mm或小于40mm的量分别在5%以内。
但最小值不得小于30mm，最大值不得大于90mm，CaO大于等于54%。
焦炭粒度25~40mm，大于40mm或小于25mm的量分别在5%以内。
但最小值不得小于15mm，最大值不得大于50mm，灰分小于14%，水分小于8%，发热值大于6700kcal/kg，C固大于85%。
2.设计生产能力
⑴日产量160t/d
⑵利用系数0.8t/m3·
d
⑶废气温度小于180℃
⑷煅烧温度1050℃
⑸排灰温度45℃
3.技术参数
⑴有效容积200m3
⑵有效内径3.6m
⑶有效高度19.8m
⑷生石灰CaO>
90%
⑸生过烧率<
11%
⑹活性度>
300ml
⑺热耗960kcal/kg石灰
4.有效高度
指从布料器能撒开物料的有效距离的水平面开始，到炉内风帽处的这段高度。
5.利用系数
利作系数是指竖炉在有效容积内，每立方M每昼夜生产出石灰的吨数。
是平价竖炉性能优劣的一个重要参数，单位：
t灰/m3·
第三节产量的设定
1.投石量的设定
根据每天的产量确定投石量，在很大程度上是根据炉况的变化而确定的。
日投石量（t/d）=每天产量/0.575
2.上料周期
如果每斗青石重量为1t，则上料周期=86400/日投石量，单位：
秒
第四节焦比及风量的确定
1.焦比的设定及调整
焦比的设定必须依据石灰石的分解热、竖炉的热效率、煅烧环境、外部环境和焦炭的质量而确定。
热效率是指石灰石的分解热与投入炉内单位焦炭总发热量的总和的比值。
其大小与诸多因素有关，受炉壁携带热、焦炭不完全燃烧的热损失、未燃炭素的热损失、废气携带热等大小的限制。
竖炉的热效率为65~85%。
2.燃烧空气的计算
⑴理论空气量的计算
假定计算中的气体均为规范状态，焦炭完全燃烧则有：
C+O2=CO2
123244
1χ
1mol的炭完全燃烧需1mol的O2，1mol的氧气为22.4升，氧气在空气中所占的体积为21%，1mol的氧气重量为32克，那么1kg炭完全燃烧需空气量为：
1000/12Ⅹ22.4/21=8.889m3
⑵空气过剩系数
实际生产中，为保证燃料完全燃烧，仅用理论空气量是不够的，这是由于燃料的可燃分与空气中的氧气瞬间完全接触是困难的，必须给予一定的过剩空气量。
一般来说，若过剩量增加，热损失增大。
所以除特殊情况外，必须竭力做到尽可能减少过剩量而达到完全燃烧。
⑶实际空气量
设实际空气量为Ln，则Ln=nLo（n为空气过剩系数，Lo为理论空气量）。
则实际风量Q=每小时投焦量※（1—水份）※C固%※8.889※空气过剩系数。
由于炉内温度由单位时间投入炉内的燃料量及供风量决定的，空气过剩系数越大，燃烧温度越低，热损越严重。
在风量调整时，供风量不得超过实际计算空气量的15%。
3.风量、焦比的调整
空气量一旦确定，不要随意更改。
生产量调整时，风量相应变动，炉况恶化时，风量也要根据情况设定，焦比调整后，风量相应调整。
但要注意，在焦比调整后的第一批料将要到煅烧带时，再开始改变风量，以免引起烧成带移动。
焦比受季节、天气的影响，冬季气温低，焦比要稍高，必须根据水分变化而适当调整焦比。
一般而言，点火开炉转入正常生产后，炉况调整处于微调状态，焦比不宜过分变动，调整幅度也不宜过大。
第五节竖炉的煅烧
1.燃料、原料的混配
燃料、原料的混匀对生产起着决定性的作用。
一般要求在皮带上石灰石、焦炭不同步误差不大于1M。
只有做到混配均匀，物料在料面上均匀分布，才能不致出现燃料过于集中，热量分布不均，使操作混乱。
2.料面的经管
料面的稳定对于保持生产的稳定，具有很重要的意义。
如果料面不稳定，或形状异常，则烧成带也不稳定，最终影响产量和质量。
有关料面波动的算：
混合料比重1500kg/m3
竖炉的断面积3.6π=10.178m3
每斗料的厚度1080/1.5/10.178=70.7mm
料面过高或过低，对生产都会产生不利的影响。
正常料面应呈“驼峰”状，且同一圆周上不同点高度差不大于300mm。
3.排灰的经管
每次排灰量与排时间，要与煅烧带工业生产成速度相适应，保证煅烧带稳定。
每次排灰速度过小，排灰时间过第，三段阀动作时间就过长，供风泄漏率将加大，不利于煅烧带的稳定。
每次排灰时间过短，排灰速度过大，三段阀易卡料，关闭不严，供风泄漏率将加大。
每月应对圆盘正反转调整一次。
4.炉内的煅烧经管
⑴预热带
预热带是从下往上的高温气体和装入的物料进行热交换的部分，在此带，燃料干燥，挥发干馏，石灰石逐步升温，水分被蒸发，物料被预热到分解温度。
石灰石烧成的单位热耗的高低与预热的也坏有很大关系，也就是说尽可能减少煅烧带与预热带交界处的气体温度与石灰温度差，就能降低热耗。
⑵煅烧带
煅烧带是对在预热带被加热了的石灰石脱碳酸的区域，是炉内最重要的部分。
是燃料用下而上的空气燃烧，也是石灰石受热分解的地方，即在煅烧带同时发生下列两个化学反应：
a）C+O2=CO2+7934kcal/kg无水无灰焦炭
b）CaCO3=CaO+CO2—425kcal/kg纯石灰石
在普通的石竖炉中，与发生a）反应相比，发生b）的反应位置稍偏上。
在以生a）的反应也称氧化带，发生b）的反应称为脱碳酸带。
在氧化带的上方，从下部来的空气在氧化带被消耗掉，而由于高温焦炭
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