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1、2006年增刊 河北冶全2006，Supplementary IssueHEBEI METALLURGY浅析普通竖窑石灰质量的影响因素崔志坚。李道忠(首都钢铁公司 第二耐火材料厂，北京100081)摘要：从各个方面分析了影响竖窑石灰质量的因素，并提出了相应的措施。 关键词：普通竖窑；石灰质量；影响因素l前言候还会引起渣化现象，CO：分离不完全，形成生烧 在中国，由于人们受传统观念所限，加上一些 比例大的半生石灰。企业技术和资金的约束，大量普通竖窑仍在运行之从对窑况的影响来看，石灰石粒度过大或过小 中。竖窑生产的石灰活性度普遍偏低(平均约都会给竖窑操作带来困难。若石灰石的粒度过小，190m1)、
2、有效CaO含量不高。本文结合竖窑石灰 会增加窑内的通风阻力，使分解产生的CO：不能的生产实际，浅析影响普通竖窑石灰质量的因素。及时排放并增加结瘤的可能性；若石灰石的粒度过2影响普通石灰竖窑的因素分析大，则会延长分解时间，降低燃料与石灰石的传热2 1石灰石质量效率，但是却能降低窑内通风阻力，促进窑内燃料 石灰石中含有的有害杂质主要有SiO：，的完全燃烧和热量的对流传热，从这个角度讲，大 A1203，Fe203，Na20，K20。P，S等，这些杂质块石灰石又有利于石灰石的分解。Azbe认为。在 在煅烧温度下容易与石灰石中CaO结合生成硅酸一定温度下煅烧时间与石灰石厚度的平方成正比， 盐、铝酸盐、铁
3、酸盐等杂质，这些盐类的熔点较80mm石块与40mm石块相比，前者需要4倍于后 低，在煅烧带常以渡相存在，造成石灰在窑内熔者的煅烧时间。这样，若瞄准小粒度石灰石煅烧。 结、结瘤，破坏窑内的热工平衡，使石灰活性度不太粒度生烧的就多；若瞄准大粒度煅烧，小粒度则 能保持稳定。特别是SiO：含量高时，会降低石灰过烧。因此要求石灰石粒度均匀，既要使中小粒度 中有效CaO含量。因此，应严格控制石灰原料中的石灰石分解完毕在煅烧区停留较短时间，又要使 的杂质含量。大粒度灰石也能完全分解。由于原料资源的粒度难 除此之外，石灰石的粒度、结构强度、耐热性 以保证一致均匀，一般要求小粒度石灰石粒度大以及MgO的含量都对
4、竖窑煅烧石灰的质量有一定 粒度的12。的影响。 石灰石粒度的大小、形状对其煅烧所需要的时211石灰石的粒度 间也有重大影响。如石灰石平均直径为60mm时， 对竖窑来讲，在石灰石煅烧过程中，原料石灰球状的分解时间为13h，片状则需35h，即高出 石粒度的影响是非常大的。由于CO：的分离是由 约27倍。为了提高冶金石灰的产量和质量，人窑 石灰石表面向内部慢慢进行的所以大粒径石灰石 石灰石的粒度应严格控制在一定范围内，且均匀性 比小粒径的煅烧要困难，需要的时间也长。根据好。据村上和Wuherer与Radermacher给出的公 Boymon的研究结果，从大粒径石灰石中释放出 式。石灰石热分解所需要的
5、时间也因石灰石粒度的CO：，因从结晶格子内部排出气体，故必须有高的 差别而受到很大影响，该时间与粒度的(23) 温度产生高的CO：压力。实际上，粒径超过次方成正比而且随气氛温度而变化。一般认为，150mm的石灰石煅烧是非常困难的，而且这样的许多实际的石灰煅烧炉用的石灰石最大粒径：最小高温煅烧(125013500C)会使石灰石表面过烧， 粒径，都处于(23)：1的范围之内。即对竖窑 收缩产生裂纹，在有SiO：，A120，等杂质存在的时 煅烧用的石灰石粒径来说，竖窑可选用2060mm 啦稿日期：2006一05一19123Supplementaryssue或4080ram。21_2石葳石的结晶组织一
6、般说来，致密而结晶租的石灰石分解较差。莲尝、这是因为结晶好而密度高的石灰石缺乏CO：逸出蜂 唰的通道，导致CO，难以发生扩散转移。相反，结 懈晶小的石灰石晶粒问不严实，结构为多孔状，CO： 容易分离，便于簸烧。如图l所示，晶粒大小和分解速度间存在一定的关系。 煅烧温虚 围2在CO：气流中白云石和石灰石的分解曲线214石灰生产对石灰石的质量要求合格的原料是生产优质产品的基础。石灰生产 也是如此。石灰生产主要对石灰石的化学成分和物 理性质进行要求。1)对化学成份的要求：CaO含量高，MgO 控制在一定范围内SiO：和s要低。例如CaO+ MgO54，MgO 7-5，Si0218。S0005。 时间
7、，min。(2)对物理性质的要求：粒度40一80mm，细圈1 分解速度依石灰石种类的变化结晶。煅烧含致密的方解石较多的石灰石容易发生破(3)稳定的矿源和分批煅烧：烧制质量稳定裂或粉化现象，会造成堵塞石灰煅烧炉的空隙，引的石灰起码要有80稳定的石灰石矿。石灰石矿起石灰成品率下降，并相应降低石灰的活性。相不要进行配矿操作，要把一个开采层作为一个生产反，结晶小的石灰石容易分解，煅烧后粉化和散裂批次供给石灰厂，石灰生产厂要按石灰石的批次生少，烧成的石灰气孔多，比表面积大，因此活性也 产石灰，这样有利于稳定操作，有利于石灰质量的较高。例如首钢用的密云石的方解石含量较高，成 稳定。品粉化率在20以上，而结
8、晶小的鲁石烧出的石22燃料焦炭的质量灰粉化率在15以下。所以，为提高普通竖窑石 石灰生产常用的燃料为无烟煤、焦炭、各种煤 灰的活性，对灰石的结晶组织进行分析是极有必要 气及重油，具体地说单膛竖窑以无烟煤和焦炭为 的。 主，先进窑型以煤气为主(主要是焦炉煤气、或213MgCO，的影响 高炉煤气、或转炉煤气、或混合煤气等)，也有采 石灰石中常含有MgCO，且含量变化较大。用烟煤和重油的。通常说来，气体和液体燃料因自 生产中一般不把MgCO，作为杂质考虑，但是由于 身杂质少，燃烧均匀，烧出的石灰纯度高、质量 MgCO，的分解温度较低，在CaCO，尚处在预热温 好。首钢主要以焦炭为主原料。焦炭是由长焰
9、煤、 度时，即开始分鳃并吸收热量，使CaCO，得不到气煤、肥煤、瘦煤和贫煤中粉碎至一定粒度，接一 充分预热，并使其分解反应滞后，生烧增多，从而定配比混合后，在高温下(750左右)隔绝空气 会降低石灰活性度；而已分解的MgO在CaCO，的 干燥，放出挥发分结焦而获得，焦炭的固定碳高达 分解温度下失去活性，变成死烧块相应也降低了85，发热值为(25301)x106Jkg由于在 石灰的活性度。如图2所示白云石和石灰石的分解 干燥结焦过程中，挥发分大部分除去，成品中挥发 温度差别较大，因此对烧石灰来讲，MgCO，应视 分l，灰分含量15左右。因此，焦炭的质量为杂质。同时，如果灰石中的MgO含量过高，相
10、 对煅烧石灰有一定的影响。应地使灰石中的CaO含量减少，从而降低了石灰 221焦炭的粒度的活性。综合以上分析可以看出，供普通石灰竖窑焦炭的粒度也是一个重要指标，它决定了燃料 生产用的石灰石中不宜含有较高的MgCO，。因此在窑内着火的时间、方式，不同的工艺对焦炭粒度 竖窑要求石灰石的MgO含量在5以下。 要求也不一样，但不论何种工艺，合理的粒度分级 可使焦炭得到较好的经济效果。在生产中一般要求124河北冶空 2006年增刊焦炭粒度为石灰石粒度的12，且粒度均匀。小焦2440kJkg之间。 粒在预热区就开始大量燃烧使煅烧带温度得不到 石灰生产过程控制的目的是加速CaCO，的分 保证，煅烧带上移，并
11、增加了窑内的通风阻力；大 解。CaCO，的分解速度不但取决于石灰石本身的 粒度焦炭燃烧持续很长时间甚至在整个煅烧带停 性质，同时还受煅烧温度、石灰石粒度和外界CO， 留时间内仍未完全燃烧。热量得不到充分利用。因分压的影响。 此焦炭粒度过大过小都会使生烧率增加，降低石石灰石在竖窑内经过预热、煅烧和冷却带。预 灰活性度。某厂所用的焦炭是铁厂的筛下物，主要 热带的作用主要是利用高温废气预热原料和燃料，是2540ram的焦块和1025ram的焦丁。这无疑 冷却带主要是用来冷却石灰，同时顶热了冷却风，会对石灰质量造成较大的影响。 冷却带是使石灰石在高温下进行热分解而得到石灰22 2焦炭中杂质成分的影响的
12、主要区域，因此，合理的煅烧制度是烧制高质量 焦炭中的杂质成分主要有挥发分、水分、灰石灰的关键。分、硫分等。挥发分和水分均会吸热挥发。热量随 23】嫁烧温度的影响窑顶热废气损失，所以挥发分和水分含量应尽量 煅烧温度与石灰的性质关系见表1。由表1可 低。灰分是焦炭燃烧后的残留物，附着在石灰表 知，石灰石在10001100的温度下生产的石灰 面，会降低石灰的活性度，混合在灰渣中，增加了 疏松多孔，CaO晶粒高度弥散，排列杂乱且晶格有 灰末中的杂质含量。煅烧石灰过程中，焦炭中的s 畸变，使其具有大的比表面积和高的自由能(活 (某年某厂焦炭的s含量平均为062)被新生成 性度高)。随着温度的升高，CaO
13、晶体结构不断发 的石灰吸附(当年竖窑灰S含量约为009左 育，由杂乱排列逐渐排列紧凑，结构致密，石灰体 右)，从丽降低石灰质量。 积收缩，气孔率下降，比表面积降低，石灰活性降223焦炭的机械强度低。因此煅烧石灰的温度应控制在1200以下，焦炭的机械强度也是衡量焦炭质量的一个重要最佳煅烧温度为10001150。指标，在一定程度上反映生产干熘过程进行的充分表l石灰的煅烧温度与石灰性质的关系与否。黾前测定焦炭强度有2种方法：(1)长期使用的大转鼓测定法；(2)目前国际通用的米库 姆转鼓，或称小转鼓法。石灰生产企业要求焦炭的 强度为大转鼓法澳定300kg，小转鼓法测定10。224石衷生产对焦炭质量的要
14、求(1)成分的要求：选用合格的冶金焦炭，固 定碳85。挥发分15，灰分13，发热值7000 X418kJNm。， 231煅烧时间的影响(2)物理性质的要求：焦炭要有稳定的块度图3为石灰体积密度与煅烧时间及温度的关和强度。 系。由图3可以看出，随着煅烧时间的延长，石灰(3)稳定的来源和分批煅烧：焦炭的来源最 的体积密度逐渐增大，从而使石灰气孔率降低，比好固定，稳定的焦炭会使煅烧稳定。即使焦炭来源 表面积缩小，CaO晶粒长大，石灰活性降低。石灰不稳定，为了稳定竖窑操作，必须把焦炭分批使 石在受热分解时，放出了CO：，使石灰的晶粒上出用。 现了空位CaO晶粒处于不稳定状态，CaO分子23工艺操作条件
15、 比较活泼因而活性高这时快速冷却，把石灰这石灰石的煅烧过程实质上就是CaCO，的分勰 种不稳定的组织结构固定下来，石灰活性就会提 过程所得到是主要成分为CaO的生石灰。 高。石灰石的分解温度和分解所吸收的热量，随石 因此。控制煅烧时间的措施有：摸索出煅烧温 灰石的化学成分和晶体结构的差异而不同。一般来 度与煅烧时问之间的关系；调整好煅烧带的台理高 说，在600822之间开始有微弱分解，随着温 度；制定出最佳出料间隔时间，出完料后必须稳定 度的升高而增加。同样，分解吸收热也因石灰石中 保持预热、煅烧和冷却三带之间的比例关系，向冷 杂质含量的不同而相差很大通常在1570 却带底部通人适当的冷风量，
16、以便高温石灰及时降125Supplementary Issue温冷却。 在上料均匀稳定的情况下，保证料流的稳定性 也有利于提高产量、稳定产品的质量。(3)保证出灰的均匀性。出灰要求定时、定鬯量，勤出、浅出，保证整个断面均匀下落，方有利制于稳定底火及冷却带、煅烧带、预热带的高度和温伸蝗度。有条件的地方可以实现连续出灰，连续上料有利于稳定产量、提高质量。另外，因故障或其它原 因可能出灰时，必须削减上料和供风如果短时间煅境时间h图3石灰体积密度与煅烧时问和煅烧温度的关系不能恢复，必须进行停产操作。232合理煅烧制度的确定(4)在出灰上料稳定的情况下，生产人员要为保证燃料燃烧完全，石灰石充分分解，人炉
17、 及时观察窑顶物料的形状，火势状况及窑底出灰情 原燃料必须混合均匀，炉内物料分布均匀，产品排 况，随时掌握窑内温度的变化趋势，如遇异常及时 出量合理，并保持助燃空气的鼓人量和压力。 采取措施并防止事故的发生。煅烧温度和煅烧时间影响石灰的微观结构，直 所以正常操作往意事项及控制内容主要有； 接影响活性度，是生产中的关键环节。 (1)尽量1小时出灰1次，低产操作时也可以合理的操作制度是石灰竖窑实现优质、高产、 2小时出1次，停风时间越短越好，尽量连续供 低耗的重要保证，操作人员必须及时掌握窑的热工 风。状态、原燃料的粒度变化、成品质量，利用原燃料 (2)及时观察窑顶布料的均匀性，防止集中 加入量、
18、鼓风量、排灰量控制窑内预热带、煅烧 布料，避免出现窑底红火。 带、冷却带的合理温度和高度，使石灰石煅烧的过(3)投料比控制范围为石灰石：石灰=165 程稳定进行，所以正常操作要坚持以下几个原则：175：1；粒度范围：最小灰石35mm，最大不超过150mm。(1)保证原燃料质量，稳定物料和燃料的配比，及时凋整风量产量的大小。从而使预热区、煅(4)生产时，还应密切注意各个工艺参数的 烧区、冷却区的温度和高度相对稳定，以保证灰石实测和控制。每小时通过仪表准确测量12次窑内温度 的煅烧时间和煅烧温度。一旦遇特殊情况，如灰石及风的压力看是否在控制范围以内。废气温度应 成分、原燃料的质量及水分含量变化，风
19、机临时故障都必须做出相应的调整。 根据原料粒度及燃料情况，最高温度可以控制在150300。煅烧区温度应根据对石灰的烧成率和 (2)保证混料、上料的均匀稳定。根据物料的产量的要求，结合原料粒度情况，合理选择煅烧温 传热特点和燃料燃烧的方式，为保证窑内物料煅烧度，一般在10501250之间。出灰温度根据生 的均匀性，必须保汪所上原燃料粒度均匀，在进窑产各窑的实际情况，应80。风压可以根据积压 以前充分馄合均匀。要求上料时一旦发现原料料度窑的情况在150300Pat灰石之问凋节。 出现波动，料流速度出现变化。应立即调节下料设根据原燃料的波动情况，及时对原燃料进行 备的振幅和混合辩斗的开启程度，使原燃料可以充质量分析及时检测水分和粒度，以便调整配比。 分混合均匀，有条件的地方还可以在上料前设混料及时检查生烧率和过烧率，根据变化趋势， 设备及其它装置。结合生产情况提前控制煅烧温度，提高石灰质量。 为了保证煅烧的均匀性，仅仅在上料前混匀还3结语不能完全满足生产要求，园为在上料过程中经过小影响普通石灰竖窑石灰质量的因素较多，但是 车、料钟、撒石器有可能出现偏析，这就要求撒石主要抓住石灰石原燃料质量，合理确定煅烧操作制器的设计一定要科学合理，运行角度一定要准确，度，强化操作管理等，就一定能提高石灰质量。否则将引起偏窑或结瘤。126