炼钢用冶金活性石灰的生产及质量控制
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【摘 要】随着钢铁质量和产量的持续提升，炼钢过程中对于石灰质量的要求也在持续提升，在这种情况下，活性石灰被广泛应用于炼铁过程中。基于此，论文首先分析了冶金活性石灰的生产，然后提出冶金活性石灰的质量控制措施，希望能够给相关的钢铁企业带来一定的启示。
【Abstract】With the continuous improvement of iron and steel quality and output， the requirement of lime quality in steel-making process is also continuously improving. Under this situation， active lime is widely used in iron-making process. Based on this， the paper firstly analyzes the production of metallurgical active lime， and then puts forward the quality control measures of metallurgical active lime， hoping to bring some enlightenment to relevant iron and steel enterprises.
【关键词】炼钢;活性石灰;生产;质量控制
【Keywords】 steel-making; activated lime; production; quality control
【中图分类号】TF111 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）06-0030-02
1 引言
所谓冶金活性石灰，主要指的是那种化学性能非常活泼且具有很强反应能力的优质轻烧石灰，它的特点是体积密度较小、气孔率高、活性度高等。相对于普通的冶金石灰来说，将活性石灰应用在炼钢过程中有着多方面的优点：第一，能够大大缩短转炉吹氧的时间;第二，可以提高钢水的收得率;第三，能够减少对于石灰的消耗。此外，也可以延长转炉的炉衬使用寿命等。因此，本文主要将研究冶金活性石灰的生产与质量控制的相关内容。
2 冶金活性石灰的生产
2.1 石灰的生产机理
在生产冶金石灰的过程中，通常用到的原料是石灰石，对于活性石灰的生产是经过加热把石灰石分解成氧化钙与二氧化碳的过程。石灰的活性直接和煅烧工艺、石灰的矿物组成等相关。石灰有游离氧化钙与结合氧化钙两种矿物组成形式，但是，石灰的活性主要是由活性游离氧化钙的含量决定的。对于石灰石的煅烧主要是把石灰石的菱形晶格进行重新结晶以后转化成石灰立方晶体的过程。这个过程是一个复杂的化学反应过程，具体的反应过程如公式（1）所示：
CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）+178.16kJ （1）
公式（1）的反应是一种吸热反应。在反应开始的时候，碳化钙的微粒会被破坏，并发生分解反应，在这个过程中，氧化钙会进行再结晶，并生成晶体[1]。在分解反应发生的过程中，因为有CO2产生，氧化钙晶体会转化成疏散结构并保留多晶结构。这种晶体并没有完全发育，其中有很多的缺陷存在，导致石灰活性的进一步提升。但是，在煅烧温度持续提高以及保温时间不断延长的过程中，晶体会逐渐地生长，从而使得活性氧化钙逐渐转化成非活性氧化钙，石灰的活性也就随之降低。
2.2 设备
要想生产具有活性更高、体积密度更小等特点的优质活性石灰，应该使用回转窑。通过使用这一设备煅烧出来的石灰有着以下几方面的特点：第一，产量更高;第二，物料的煅烧程度比较适宜而且也非常匀称;第三，操作过程十分简便，容易对其进行调整。
2.3 燃料
在煅烧石灰石的时候，需要用到的燃料類型非常多，包括固体、液体与气体的燃料，通常情况下，在回转窑生产过程中会把重油或是焦炉煤气当作主要的燃料。
2.4 煅烧
在把石灰石煅烧为石灰的过程中，主要的反应原理是石灰石因为受热而发生了分解反应，具体的反应过程如下公式（2）所示：
CaCO3MgCO3→CaO+MgO+CO2+Q （2）
通常情况下，碳化钙的分解过程是：
常温状态下的石灰石→膨胀→表面开始分解→分解完成→氧化钙晶体持续增多并烧结成块。
2.5 影响石灰石煅烧质量的因素
2.5.1 煅烧温度
合适的煅烧温度与石灰石的致密度、料块的体积、纯度等相关。通常情况下，所需的煅烧温度会随石灰石致密度的提高而提高，煅烧温度的正常值通常在1100℃左右。
2.5.2 料块粒度
由于石灰石是从表面开始进行煅烧的，并慢慢扩散到内部，料块的力度不但和煅烧时间相关，而且也可能会导致烧生、过烧问题的出现。所以，应该要选用那些在适宜粒度范围之内的石灰石块。通常情况下，石灰石力度范围应该介于 25～55mm，上下的波动范围不能大于10%[2]。
2.5.3 煅烧时间
在煅烧时间不断延长的过程中，石灰石的分解程度也在不断深化，但是，如果超出了适宜的时间范围，就会导致石灰活性的降低。导致这种情况的主要原因是在煅烧时间不断延长的过程中，石灰晶粒也在逐渐成长，其中的缺陷不断减少，气孔率也越来越低。因此，应该把煅烧时间和温度结合起来，每个温度都应该有对应的窑内最适宜停留时间。
3 冶金活性石灰的质量控制
3.1 煅燒窑型
通常情况下，煅烧石灰石的窑型包括回转窑与竖窑两种类型。回转窑的优点是产量高、原料的适应性广、质量比较稳定等，但是，这种窑型也具有热能利用率较低、吨灰燃料的成本较高等明显的不足之处，当前，这种窑型在宝钢、武钢等钢铁厂得到了应用。而竖窑的特点是机械化水平高、热能的利用率高、成本低等，相对来说，这种窑型在钢铁厂的应用范围更广[3]。
相关的研究人员对石灰竖窑的结构进行了多次研究，最终的研究结果表明矩形加弓形的截面结构以及双斜面结构能够保证石灰石的受热均匀，最大化地防止生烧与过烧问题的产生，并能够生产出质量更高的冶金活性石灰。
3.2 煅烧时间与温度
随着窑型、石灰石粒度等参数的变化，对应的煅烧时间与煅烧温度也应该进行适当的变化。石灰石的分解反应是从表面开始，逐渐深入内部的过程。如果煅烧的时间太短，石灰石的分解反应没有全部完成，就会导致生烧问题的出现。但是，如果煅烧的时间太长，石灰的晶粒会越来越大，从而就会使得石灰活性降低。所以，只有保证煅烧时间的适宜，才能够得到活性度更高的优质石灰。此外，煅烧温度也会对石灰的活性产生影响。如果温度太低，石灰的分解反应不充分，就会出现生烧问题，反之则会导致过烧问题产生。所以，适宜的温度也是确保石灰高活性的一个重要因素，一般情况下，应该把温度控制在1000℃到1100℃之间。
3.3 燃料种类
通常情况下，石灰窑中所使用的燃料包括粉煤、块煤等固体燃料以及转炉煤气、高炉煤气等气体燃料。固体燃料的杂质含量相对较高，在煅烧以后灰分会残留在炉内，导致石灰中的硫、磷含量增多，石灰的活性度随之降低。而且，在燃烧固体燃料的时候，附近的温度会非常高，但是其他位置的温度却相对较低，使得矿石没有办法均匀受热，从而就会导致生烧与过烧问题的出现。而气体燃料不断能够保证矿石的受热均匀，而且也具有杂质少、热能利用率高等优点，最终得到的石灰活性度相对更高。因此，用气体燃料代替固体燃料是钢铁行业不断发展的必然趋势。从目前来看，韶钢等多个钢铁厂已经使用气体燃料，不仅得到了高品质的石灰，更好地满足了钢铁企业发展的需要，而且也减少了成本消耗，提高了经济效益。
3.4 其他因素
炉料的运行模式、加料、出灰的方法、自动化控制水平的高低等因素也直接关系着石灰的质量。使用不停风均匀出灰、废气循环二次送风等方法能够确保原料的均匀受热，也就能够得到更高质量的石灰。此外，使用物料运输车密封的运输方式能够防止石灰活性的降低，得到品质更高的石灰。
4 结语
总之，作为炼钢过程中非常重要的一种辅料，活性石灰的质量直接与钢铁的质量相关。因此，钢铁厂必须要做好对于活性石灰的生产与质量控制工作，只有这样才能得到更优质的钢铁产品，提高自身的市场竞争力，促使自身实现进一步发展。
【参考文献】
【1】窦恒，沈伟国，邱文冬，等.红柱石砖在宝钢2～#石灰回转窑煅烧带的应用[J].耐火材料，2015（06）：460-462.
【2】白城，王晨，罗浩.浅谈双膛石灰竖窑工程建设过程中的若干问题[J].耐火与石灰，2016（02）：13-15.
【3】夏玉平，范跃翔，闫炳宽，等.高炉煤气在活性石灰回转窑中节能降耗的探讨[J].价值工程，2015（09）：63-65.
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