活性石灰生产手册模板.doc
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1、 工艺部分 第一章 煅烧理论 第一节 石灰煅烧概论一、石灰概述 以关键成份为碳酸钙CaCO3石灰石为关键原料,经过合适温度煅烧所得到一个气硬性胶凝材料,其关键成份为氧化钙(CaO),此种材料就叫做生石灰。 1、生石灰关键性质 颜色:白色,伴随化学纯度不一样而亮度不一样,最纯石灰最白,低纯度和生烧石灰其亮度低,其颜色是由杂质,关键是铁元素很等着色。有时也呈暗灰色、浅黄色。生石灰常常比原来石灰石白。 气味:稍有臭味,伴有刺激性感觉。 组织:生石灰全部是结晶质,结晶大小和排列依生石灰不一样而显著不一样,其中,有看起来像无定形东西,但实际上它是由微昌粒组成。 空隙率:市场上销售生石灰空隙率随石灰石结构
2、,煅烧温度和时间等不一样而在宽达1848%(平均35%)范围里改变 比重:完全死烧了时候为3.343.40。通常市场上销售生石灰比重为3.0左右 假比重:在1.62.8宽范围变动,通常市场上销售生石灰其平均值为2.02.2 ,堆比重为 1.11.7g/cm3 导热率:(0.00150.002)cal/cm3.s. 熔点、沸点:分别为2572和2850 安息角:是将石灰自然堆放时,其斜面也水平面组成倾斜角,大约为4050度 2、炼钢生产对石灰质量要求 石灰石呈碱性,是最理想造渣原料。氧气转炉对于石灰有以下要求: 石灰氧化钙含量要高; 石灰要有高活性度; 应有高气孔率; 应有低体积密度; 石灰比表
3、面积要大 3、活性石灰在钢铁冶金中关键作用 不一样炼钢方法对于石灰活性度要求也是不一样。平炉、电炉冶炼时间较长,有充足时间造渣,所以对于石灰活性度要注也不是那么严格,而氧气转炉炼钢冶炼时间缩短到十几分钟,要求很快溶解成渣,所以要求石灰含有较高化学纯度,活泼化学反应性能,加入炼钢炉能快速反应化渣,脱去钢水中杂质,所以采取高效活性石灰是改善炼钢工艺中很关键一个面。活性石灰替换一般石灰在炼钢中含有以下技术经济效果: 1)加紧化渣速度,缩短冶炼时间(吹氧时间可缩短10%左右)。2)提升炼钢热效率,废钢比增加(可对应提升废钢比1.52.5%)。3)提升钢水收得率,降低钢铁料消耗(钢水收得率可提升1%左右
4、)。4)提升脱硫、脱磷效果,改善钢质量(脱硫脱磷可比一般石灰提升1030%)。 5)炉衬侵蚀减轻,炉龄提升(通常可提升炉龄20%) 二、石灰石在煅烧过程中进行反应 煅烧石灰石时,窑内化学反应为石灰石受热后分解成生石灰和二氧化碳,其反应式以下: CaCO3 = CaO + CO2 这是一个吸热反应,热量起源关键是燃料,另外,这个反应是可逆。所以,为使反应自左向右进行,必需指定温度和压力条件,温度越高反应越完全,在750时,CaCO3分解开始显著,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克标准煤,约为石灰石重量6%,制取1千克氧化钙,理论上需要消耗1.78
5、6千克碳酸钙,这时需要消耗理为452.2千卡1.786759.44.1868KJ,相当于108.4克标准煤。实际上,煅烧石灰所需热耗全部大于理论值,这将直接取决于窑类型和工艺技术水平,热利用效率等。1千克MgCO3分解热为3434.1868KJ,而制取1千克氧化镁需要煅烧2.1千克MgCO3,所需要热量为343千卡2.1720.34.1868KJ,因为MgO烧结温度比CaO低,所以分解MgCO3消耗热也较CaCO3少。煅烧石灰石所需要热,均由燃料在窑内燃烧所至,燃料燃烧需要足够氧气,若送入窑内空气量不足,燃烧就会不完全而产生CO,在位置较高煅烧层中,还存在着还原层,CO2被炽热碳部分地还原为C
6、O:CCO22CO42.04.1868KJ在煅烧较高地方和空气中有剩下氧,大部分CO被气化成为CO2:2COO22CO136.2千卡当一氧化碳升到窑(料)面和空气接触燃烧生成二氧化碳CO1/2O2CO267.6千卡4.1868KJ 应该指出,在窑顶一氧化碳碰到空气燃烧产生热量是白白浪费掉,所以,窑气中每增1%一氧化碳,相当于浪费料67%。所以,当一千克碳完全燃烧时能释放出79004.1868KJ热量,而不完全燃烧时仅能释放出234.1868KJ左右热量,所损失热量相当于总和710.1%(一氧化碳在窑气中含量通常不应超出1.2%)石灰石各关键成份是碳酸钙,一样还存在着多种有害物质,所以,在高温燃
7、烧过程中进行着下述反应:CaCO3CaOCO2 碳酸钙分解MgCO3MgO+CO2 碳酸镁分解C+O=CO2 碳完全燃烧CO2+C=2CO2 二氧化碳还原 CO2+C=2CO 一氧化碳燃烧2H2+O2=2H2O 氢燃烧S+O2=SO2 硫燃烧从上面列举还很不完全反应中能够看得出,在石灰窑中不仅进行着氧化过程,也进行着还原过程。困此,烧制出石灰是有多种颜色。 三、石灰石分解温度 生石灰(简称石灰、白灰)是由石灰石(关键成份CaCO3)在高温(通常大于900)下发生分解反应而生成,CaCO3分解温度是指其CO2分解压温度,所以在气相中PCO2不一样时,CaCO3分解温度是不一样,在一标准大气压下,
8、纯CO2气相中,CaCO3分解温度为898910。 工业窑炉内气氛中还有其它气体,所以PCO2小于标准大气压,所以,在煅烧过程中,石灰石料块表面部分实际上在810850就已经开始分解了。 四、分解速度 石灰石(CaCO3)分解速度依靠于温度高低,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。伴随温度升高,分解速度呈平方形式升增加,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逸出阻力就越大,分解速度越慢,从实际上来讲,直径为150mm球形石灰石,在1050条件
9、下,在窑内煅烧需要20个小时才能烧透,和理论值相差5小时。 在一定介质温度下,石灰石分解速度有一个大致范围,假如入窑石灰石粒径差很大,如30120mm,则小粒径石灰石还未经过煅烧带就已经分解完成,以后继续在高温烧成带停留一段时间,其结果肯定出现石灰晶柱长大和烧结。而那些粒径大石灰石,则因为其完全分解所需时间超出了它在高温带可能停留时间而出现中心部分生烧。 对于小粒径石灰石,如回转窑生产1545mm石灰石,即使粒径为13,但因为中小颗粒石灰石完全分解后只需在煅烧带停留较短时间,而颗粒较大也能分解完成。所以在确定炉型后,必需选择适宜石灰石粒径区间。石灰石在煅烧中生成石灰层,因为气空率大,而且较石灰
10、石导热系数低,使得热极难传到被煅烧石灰石内部,被煅烧石灰石粒度越大,石灰层厚度就越大,CO2逸出也越困难。煅烧大粒径石灰石时,必需以降低煅烧温度,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石灰石。 五、煅烧度 石灰煅烧度通常分类为软烧(soft)、硬烧(hard)、死烧(dead)。石灰石分解时释放占其重量40%左右CO2,所以在分解瞬间生石灰()含有结晶细、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,这种状态生石灰称为软烧石灰。这种石灰若在高温下长时间煅烧,细晶粒逐步熔合,总体积收缩,这种状态石灰通常称为硬烧石灰。再深入提升煅烧度,消化反应速度变得极低
11、。称之为死烧石灰。 六、杂质对煅烧影响 在石灰煅烧中有害杂质关键是SiO2、Al2O3、Fe2O3,纯CaO熔点很高,达2572。但因为杂质存在,在煅烧过程中,表面张力、蒸发浓缩、扩张等作用开始温度却是该物质熔点大约60%。比如在CaO-SiO2系化合物中-C2S熔点是2130,但在煅烧过程中于1280左右温度就已经开始生成其结晶了。在大致900低温以下,石灰石中杂质SiO2、Al2O3、Fe2O3和石灰反应量极少,但若温度深入提升,则会发生以下部分次生反应: 2CaO + SiO2 2CaOSiO2 3CaO + SiO2 3CaOSiO2 3CaO + Al2O3 3CaOAl2O3 4C
12、aO + Al2O3 + Fe2O3 4CaOAl2O3Fe2O3 这些反应生成物堵塞生石灰细孔,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。所以应避免杂质引入,采取筛分和水洗能去除原料中混入部分杂质,改善原料质量。 第二节 原料石灰石 1.石灰石定义和分类 石灰石是一个天然沉积岩,亦称水成岩,石灰石以化学式CaCO3为主,含有细粒结晶结构,从颜色来看,以青灰、浅灰色泽为好,杂质含量少,另外,还可采取化学试剂进行测试:把少许稀盐酸滴在岩石上,发出嘶嘶声并放出二氧化碳气泡便是石灰石。 通常来说,含有碳化物和沥青杂质石灰石为灰色、黑色;有微细沉
13、积,和有机杂质呈微蓝色;有海绿石或铁(镁)氧化物呈浅绿色;米色、淡粉红色、没有光泽则含较多氧化镁;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,含有少许氧化硅;色泽较深,含有硫化氢较多。 按矿床类型,石灰石分为一般石灰石、高镁石灰石两类。 2、能够烧制生石灰石灰石分类 用于炼制石灰石原料是碳酸盐类岩石(或矿物),其关键成份是CaCO3。具体说烧制石灰原料基础有以下多个:(一)由磷酸盐类岩石经接触变质或区域变质而成含有结晶结构大理石。(二)一般石灰石。(三)多孔石灰石(包含贝壳石灰石、石灰质凝石灰石、鱼卵石、石灰华)。(四)白垩(土状结构、含有疏松特点)。(五)贝壳。 3、石灰
14、石和白云石区分能够从以下多个方面区分:(一)理化(1)石灰石关键成份是CaCO3;白云石是碳酸钙和碳酸镁复盐(CaCO3、MgCO3)。(2)石灰石含有细粒结构,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、致密、板状和鳞状。(3)硬度石灰石极限抗压强度4001000千克/厘米2;白云石极限抗压强度10001400千克/厘米2。(4)白云石遇冷酸起泡缓慢,不如石灰石猛烈,也无丝丝声,但在被加热为10%浓度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,其颜色和所含杂质相关,呈灰白和浅红,并有玻璃光泽。 白云石化学成份为CaMgCO32,晶体属三
15、方晶系碳酸盐矿物。白云石晶体结构和方解石类似,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,因含其它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。判定特征:以硬度稍大,在冷稀盐酸中反应缓慢等特征,可和相同方解石相区分。 白云石是组成白云岩和白云质灰岩关键矿物成份。白云石可用作冶金熔剂、耐火材料、建筑材料和玻璃、陶瓷配料。 4、煅烧对石灰石质量要求(1)石灰石有用成份:CaCO3(2)石灰石所含有害物:SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、P、S
16、;(3)石灰石以泥土、沙粒形态粘附有害物:SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、P、S;在石灰煅烧中有害杂质是SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O等。这些杂质从比较低温度(900)就开始和烧成石灰CaO发生反应,促进CaO颗粒间融合,其结果造成颗粒间收缩,反应生成物堵塞生石灰细孔,使石灰反应性能下降。同时也堵塞石灰石脱除CO2后所剩下通道,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杂质,通常要求:SiO2+Al2O3+Fe2O35%,不过,因为所采取石灰煅烧炉形式不一样,燃
17、料种类不一样,所要求煅烧度不一样,上述判别标准也不一样。(4)石灰石结晶组织石灰石结晶组织,关键反应在CaO结晶颗粒大小上,结晶粗大石灰石因结构致密,石灰石分解时CO2逸出时通道很小,石灰石难分解。在高温状态分解时,会产生粉化,同时石灰活性度也低。所以在石灰煅烧时,通常应选择结晶颗粒细石灰石。但因煅烧方法不一样,对不一样种窑形,一些结晶颗粒粗石灰石也是能够采取。(5)石灰石颗粒在石灰石煅烧过程中,原料石灰石粒度影响也是很大,因为CO2分解是由石灰石表面向内部慢慢进行,所以大颗粒石灰石比小粒径煅烧要困难,需要时间也长。石灰石分解时间和粒度不是线性关系,在一定温度下,煅烧时间和石灰石粒径平方成正比
18、。 第三节 燃料1、燃料种类依其状态,燃料可分为: 固体燃料:如煤、焦炭等 液体燃料:如重油。煤油、柴油 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以下要求: 燃料发烧量对于窑产量、热耗含有很关键意义,在煅烧情况下,高热值燃料能够强化煅烧、增加产量、降低热耗。 燃烧中挥发份分解温度比燃点低,在煅烧中,燃料往往还没进入煅烧区,挥发份就在高温缺氧予热区逸出并被废气带走,所以,竖窑要求燃料中挥发份尽可能低。 燃料中灰分,对于竖窑来讲是全部掺入石灰中。这么,灰分波动改变不仅影响发烧量改变,而且还影响石灰化学成份。 燃料粒度,要尽可能在要求范围内和石灰石数量相匹
19、配,若粒度过大或过小,甚至粉末过多,全部将直接影响正常生产。 燃料中水份过多,将影响到配料正确性,并将使得燃料消耗量增加。3、焦炭理化性能 固定碳和灰份固定碳高低关键影响来自灰分,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)%S、P焦炭中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SO2会和CaO结合,以亚硫酸盐或硫酸盐形式附着于石灰表面。石灰中硫关键来自焦炭。焦炭中磷通常含量极少。 挥发份关键是C、H、O及少许S、N,其含量高低表明了焦炭生熟程度,不通常为0.71.2%,含量多,则生焦多,强度差。 水份焦炭附着水在燃烧过程中挥发要消耗部分
20、热量,同时因为水分不稳定也会影响实际入炉固定炭不稳定,生产实践中要求水分尽可能稳定。 粒度在以焦炭为燃料石灰生产中,焦炭粒径决定烧成带高度,煅烧带长度和风速无关,和焦炭粒径成正比,和焦炭混合比成反比,粒度要求整齐一致,理由是:是为石灰石和焦炭不分离;是以燃料燃烧时间和石灰石分解时间相平衡。 第四节 200m3焦炭竖窑对原、燃料质量要求1、原料质量要求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4080mm,范围,其中80mm及40mm量各不超出5%,80mm粒度不超出90mm,40mm粒度不得小于30mm2、燃料质量要求1)化学成份:C固85%,灰分14%,S2)发
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