高活性石灰在煉鋼中的關鍵作用及經濟效益分析
2013-09-28 16:40:15 來源：
高活性石灰在煉鋼中的關鍵作用及經濟效益分析
石灰工業在我國已有5000年以上歷史，從目前考古發掘的資料分析，早在公元前七世紀的周朝開始使用水生物大蛤的外殼（其主要成份為碳化鈣）燒制的石灰質材料來修筑陵墓。到公元二世紀的漢代，采用石灰石作原料，人工燒制石灰，已經達到較高水平，漢代已有多層樓閣的出現，到明、清兩代石灰燒制在工藝上趨于完善，用途也逐漸擴大，明代《天工開物》與清代《營造法原》兩書已有詳細的記載。石灰工業隨著社會與科學的發展，它的作用越來越重要，它的用途越來越廣泛，從用于建筑開始發展到冶金、化工、輕工、食品、農業、機器制造、環境保護等許多領域。
石灰用于工業性鋼鐵冶金。始于一八七八年的德國。首先用于底吹堿性轉爐（托馬斯爐）冶煉高磷生鐵。英國人托馬斯在1878年申請的專利以石灰為主的材料作轉爐爐襯，并以它作為造堿性爐渣CaO的來源。至1879年，為了進一步降低成品鋼中的P、S含量，進而采用石灰作造渣材料，從此石灰作為煉鋼生產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生產領域，因而使鋼鐵工業石灰用量迅猛增長，成為石灰消費的主要部門之一。
在冶金行業中，活性石灰主要用于轉爐煉鋼,具有縮短冶煉時間、提高鋼水純凈度及收得率、降低石灰及螢石消耗等優點。因此,世界上發達國家已100%采用活性石灰煉鋼,我國也早在1983年冶金部召開*次全國轉爐煉鋼會議時就明確的規定,轉爐煉鋼使用活性石灰是一項基本的技術政策。10多年來,我國冶金行業通過引進和自主開發建設了一批活性石灰窯,使優質活性石灰的產量占到了冶金石灰總產量的30%左右,但還遠遠不能滿足需要,將來必然還要建設一系列的活性石灰窯。在冶金系統的活性石灰窯中,數量*大的是豎窯,如燃煤（焦炭）混燒豎窯、燃氣普通豎窯、并流蓄熱式雙膛豎窯、環形套筒豎窯、雙梁豎窯等。窯型比選是建設活性石灰項目中*重要的前期準備工作,我們根據多年來國內外考察研究的經驗,將活性石灰豎窯中具有代表性的窯型進行了比較,供參考。這些窯型各有特點,各有其適用范圍,究竟選用那種窯型應結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用量*大的輔助材料。煉鋼工作者常說：“要煉好鋼必須造好渣”這句話充分的概括了對造渣工藝的石灰質量的重要性的認識。石灰造渣的主要化學反應式：
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，若沒有自由石灰（CaO）的存在時就會發生回磷反應Ca3(PO4)2＋3SiO2 3CaSiO3＋P2O5；為了防止回磷和進行脫硫，在轉爐煉鋼中必須形成含有自由CaO多的強堿性渣。在生產實踐中，要力求用*少的石灰量來完成爐渣所要達到的冶金任務。因為石灰雖是一種低值材料，但多消耗石灰引起的其他材料和勞務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、石灰質量、鋼種和工廠的管理水平等因素有關。如；鋼鐵料中的硅、磷、硫等雜質含量增高，成品鋼中的要P、S低，都會使石灰的消耗增加。
在氧氣轉爐煉鋼中使用活性石灰，比普通冶金石灰，具有以下特點。
1．轉爐吹氧時間可縮短 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；
隨著冶金工業的發展，煉鋼生產對冶金石灰質量要求越來越高。目前，世界上普遍采用優質活性石灰煉鋼，能提高煉鋼冶煉強度和爐齡，降低金屬消耗和熔劑消耗。提高鋼的質量和節約能源對煉鋼生產具有重大的經濟意義。
活性石灰：活性石灰指一種性能活潑、反應能力強，在煉鋼造渣（或其他工業）過程中熔解速度快，含硫量低的優質軟燒石灰。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）、氧化鈣的礦物結晶細小（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2%，高石灰的活性度通常能達到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的反應能力，用石灰在熔渣中的熔化速度來表示。由于直接測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速度，即石砂水活性來表示。據研究表明，在一般情況下，石灰與水的反應速度，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檢驗項目。
石灰活性度的檢測方法是，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，然后連續滴入4個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個克分子濃度的鹽酸水溶液消耗的毫升數即為石灰的活性度。
（注：歐洲通常采用石灰水溶液40±1℃，5分鐘內，4個克分子濃度鹽酸水溶液的滴定毫升數來表示石灰的活性度）。
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程，也稱為焙燒，但應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，并發生氧化、還原或其他化學變化的冶金過程，所以焙燒與煅燒相比，都是在空氣中加熱下進行，但焙燒所包括的原料廣、冶金過程的方式多，還可配加一定的物料。
影響煅燒反應速度的主要因素是（1）溫度；（2）物料顆粒外表形成固體反應物膜層的厚度及致密程度；（3）物料的粒度、物理化學性質及晶體結構；（4）氣體中各種氣體的分壓等。
目前“工業灰”很多用戶對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石灰產品的價格高低，所以，提高活性度是煅燒冶金工業用灰的*高追求指標。
在燃煤混燒豎爐生產中，土窯石灰活性度低于200ml，在煉鋼中是不能使用的，普通豎爐生產的石灰活性度一般在240-280 ml，“唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司第三代新型節能高活性混燒石灰窯”技術正常生產的石灰一般在300-350ml，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司*新研制的套筒石灰窯及新型燃氣石灰窯生產的石灰活性度一般都在340-370 ml。
唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司在2003年就研制了“混燒窯專用活性添加劑”并一直在進一步研發提高活性劑的應用技術，在2009年開始推出了“新型石灰活性添加劑”技術與產品，該項技術可以使混燒窯的石灰活性度增加30-40 ml，該活性劑同時也可以應用于燃氣石灰窯的生產。該“活性劑”在生產中每噸石灰只增加生產成本2元左右，而生產的石灰因提高了活性度銷售價格至少可以提高30-50元，應用“活性劑”后，其產品活性度在原普通石灰活性度基礎上至少增加30-40ml活性度，其價值是顯而易見的。
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