高温快速煅烧石灰的物化性质及微观结构的研究

转炉炼钢用石灰石代替活性石灰造渣是钢铁工业低碳和节能减排的重要举措。研究了粒径为12.5~15 mm的石灰石在1 450℃下快速煅烧5~15 min时得到的石灰的物理化学性质、活性度及其与微观结构变化之间的关系。结果表明:石灰石在1 450℃下煅烧5~10 min后,CO_2逸出留下的微气孔十分发达;继续延长煅烧时间CaO再结晶长大使微气孔逐渐消失,石灰结构致密化。反映在物化性质上,随着煅烧时间延长,石灰的气孔率迅速增加,10 min时达到最大值,之后迅速下降;体积密度的变化规律刚好相反;比表面积则随煅烧时间延长而下降。石灰的活性度在煅烧10 min时达到最大值。在高温快速煅烧条件下,CaCO_3分解由表及里,表层的CaO晶粒已经开始再结晶长大而致密化,颗粒内部CaCO_3仍在分解留下大量微气孔。     

石灰石在转炉炉渣中分解行为的机理

针对转炉使用石灰石代替石灰炼钢造渣速度加快的现象,研究将FeOx、SiO2和MnOx按照一定的配比与CaCO3混合来模拟石灰石在转炉炉渣中的环境,通过热重-差热（TG-DTA）同步热分析试验探寻其分解规律。研究结果表明,炉渣组分能够明显降低石灰石的分解温度,提升石灰石的分解速度。将混合试样在管式炉煅烧后经X射线衍射分析后发现,CaCO3的分解产物能够与炉渣组分结合生成氧化物或者固溶体,从而降低CaO的活度。     

梅钢环形套筒窑用石灰石煅烧性能研究

针对梅钢环形套筒窑用的4种石灰石,采用矿相分析和煅烧试验两种方法对其煅烧性能进行研究和评价。结果表明:晶粒细小且分布均匀的石灰石,煅烧后成品石灰表观质量较好,抗压载荷较高,煅烧性能较好;晶粒粗大、晶粒分布不均、晶粒间存在较多裂纹的石灰石,煅烧后成品石灰易发生碎裂和粉化,且抗压载荷较低,煅烧性能较差。结合矿相分析与煅烧试验,能更准确的判定石灰石的煅烧性能。     

石灰石高温快速煅烧分解反应动力学研究

采用热重分析技术,研究了石灰石在超高温条件下分解的动力学机理。利用大功率高温碳管炉,将粒径为15~20 mm的石灰石颗粒在1 350~1 500℃下快速煅烧,煅烧后的试样断口在扫描电镜下观察发现存在明暗交替的反应界面。据此,用随机成核模型对CaCO_3向CaO相变进行动力学分析。研究结果表明:试验条件下的石灰石热分解反应符合随机成核和随后生长机理模型,机理函数方程为G(α)=[-ln(1-α)]~n。温度在1 350~1 425℃和1 450~1 500℃石灰石分解反应级数n分别为1/2和1/3,前者受界面化学反应控制,反应活化能为110.81 k J/mol;后者受扩散控制,反应活化能为25.33 k J/mol。     

添加氧化物对提高CaO抗水化性能的作用

在较低温度下(≤1600℃),用高纯石灰石添加不同氧化物制得了 CaO 烧结团块,考察了不同添加物以及不同添加量对 CaO 抗水化性能的影响,并着重分析了 Al_2O_3对提高 CaO 抗水化性能的作用。试验结果表明,Al_2O_3的加入使 CaO 在煅烧过程中得到发育良好的晶粒和极低的显气孔率。在1580℃温度下保温2小时煅烧石灰石中加入适量 Al_2O_3的团块,可以俺其显气孔率降至0.23％。这种烧结团块在70℃,70％相对湿度下养护24小时的水化增重率(ΔW/W)仅为纯 CaO 的1/3000在本实验条件下,其它添加物对提高 CaO 的抗水化性能无明显效果。     

残留CO2对石灰在转炉初渣中溶解的影响

 在转炉炼钢过程中,石灰快速溶解对转炉高效脱磷具有十分重要的意义,石灰溶解过程中熔渣/石灰界面处形成的2CaO·SiO₂产物层被认为是阻碍石灰溶解的关键因素。制备了具有两种不同CO₂含量的部分煅烧石灰石,采用浸泡法研究了部分煅烧石灰石在转炉初渣中的溶解行为,并与纯石灰、石灰石的溶解行为进行比较。结果表明,石灰石溶解时在液态熔渣中CaO的传质系数为石灰的2.1倍,残留CO₂质量分数为10%的部分煅烧石灰石的传质系数高达石灰石的6.7倍。在CO₂质量分数为0～43.5%时,石灰的溶解速率先增大后减小。石灰溶解过程中形成的2CaO·SiO₂层严重阻碍了FeO_x的扩散,从而减缓了石灰的溶解。与石灰不同,石灰石分解产生的CO₂能够破坏2CaO·SiO₂层并破坏自身结构,有利于熔渣的渗透,这也适用于残留CO₂的部分煅烧石灰石。制备纯石灰的过程中为了确保石灰芯部完全煅烧,因此极易导致石灰外表面发生过烧,而制备部分煅烧石灰石能在一定程度上解决表面过烧的问题。此外,与石灰石相比,部分煅烧石灰石由于表面是石灰外壳,溶解初期其表面附近的炉渣温降相对更低,能够避免溶解初期出现停滞阶段。在转炉富余热量有限的情况下,部分煅烧石灰石的石灰替换比高于石灰石,这取决于部分煅烧石灰石中的CO₂残留量。     

炼钢温度条件下石灰石颗粒的热爆裂行为研究

随着节能减排和环保要求的提高,石灰石作为造渣剂和冷却剂可直接应用于转炉炼钢。研究在高温(1 350~1 500℃)下是否存在因快速升温而使石灰石产生爆裂及因石灰石高速分解引起熔池喷溅具有重要意义。在实验室条件下,研究了煅烧温度、煅烧时间和颗粒粒径对石灰石颗粒热爆裂行为的影响。研究结果表明煅烧温度和时间对样品的热爆性影响较大,而固体粒径的影响相对较小。随着煅烧温度和时间增加,固体样品表面裂纹明显增多并破碎成小颗粒。结合固体颗粒因快速升温造成内部温度梯度引起的热应力和碳酸钙分解产物CO_2向外扩散压力,对煅烧温度、时间和粒径影响石灰石爆裂性的机理进行了简要分析。     

转炉渣组成对石灰石分解温度和活化能的影响

针对转炉使用石灰石替代石灰炼钢造渣速度加快的现象,研究首先将FeO_x、SiO_2以及按照一定配比烧制成的预熔渣与CaCO_3混合,来模拟石灰石在转炉炉渣中的环境,通过热重-差热(TG-DTA)同步热分析试验探寻其分解规律,研究结果表明炉渣组分能够大大降低CaCO_3的分解温度,提升石灰石的分解速度,并且多元预熔渣的促进效果强于单一炉渣组分。通过Flynn-Wall-Ozawa法计算不同混合体系中CaCO_3的分解活化能,结果发现炉渣组分能够降低其分解反应的活化能。将混合体系在管式炉煅烧后经X射线衍射分析后发现,CaCO_3的分解产物能够与炉渣组分结合生成氧化物或者固溶体,降低CaO的活度。最后通过热重-示差扫描量热法(TG-DSC)考察比较活性石灰和石灰石与预熔渣的化渣能力,试验结果表明二者化渣能力差别不大。     

炼钢温度下小颗粒石灰石热分解反应机理

转炉喷吹石灰石粉造渣脱磷有利于提高其反应效率，在快速造渣同时还可资源化利用CO₂。为此基于热重-差热分析仪和高温管式炉，对小颗粒石灰石在炼钢温度下的分解行为进行研究。研究结果表明，升温速率越小，小颗粒石灰石分解反应开始温度和完成温度越低，且升温速率越大分解反应持续时间越短；粒径2.5 mm以下的石灰石颗粒均可以在1 000℃以下快速完成分解反应，且粒径越小分解越快，反应完成温度越低，可见转炉采用喷粉方式可减少造渣时间，提高冶炼效率；与N₂、空气、O₂气氛相比，在纯CO₂气氛下，石灰石热分解反应完成温度提高，但分解所需时间反而缩短1/3,随着CO₂分压增加，分解完成温度提高但分解速度加快；随着煅烧温度提高，不同颗粒度石灰石分解完全所需时间均有不同程度的缩短，且粒径越大缩短程度越明显；在同一煅烧温度下，随着石灰石颗粒度由小到大，石灰石完全转化所需时间呈现由长到短再到长的趋势。仅从小颗粒石灰石煅烧效率上讲，转炉喷吹石灰石粉粒径选取0.13～1.5 mm为宜。     

小颗粒石灰石快速煅烧高效脱磷试验

转炉喷吹石灰石粉造渣脱磷存在一定优势，基于热重-差热分析和基础试验，对小颗粒石灰石高温快速煅烧及造渣脱磷的机理进行研究。结果表明，小颗粒石灰石在610℃左右开始分解，860℃左右反应结束，且温度越高越有利于其分解。转炉采用喷吹石灰石粉方式造渣脱磷，可通过分批喷吹加入的方式缓和其快速温降效应。但局部温降利于脱磷反应的进行，因此需在造渣和脱磷上寻找温度平衡点。随着粒径减小，小颗粒石灰石分解速度反而变慢；平均粒径为0.440 mm和0.840 mm的石灰石颗粒高温快速煅烧60 s后呈现出多孔活性石灰微观结构。随着煅烧时间的延长，石灰石转化率增大，但煅烧后的活性呈现先增大后减小的变化趋势。平均粒径为0.440 mm和0.840 mm的石灰石颗粒煅烧60 s时，活性可达到350 mL以上。采用小颗粒石灰石配制脱磷剂进行铁水脱磷试验，终点钢水磷质量分数降至0.02%以下，脱磷率在83%以上；对比石灰造渣脱磷，小颗粒石灰石造渣脱磷速度较快，在保证造渣效果的前提下，石灰石分解耗热可降低局部熔池温度，利于脱磷反应的进行。研究结果可为小颗粒石灰石化渣脱磷工艺技术的开发和应用奠定理论基础。     

石灰石加入转炉造渣的行为初探

结合实验室和工业试验的数据,讨论了转炉炼钢用石灰石代替石灰造渣过程中石灰石的行为,结果认为,转炉炼钢前期直接加入石灰石做造渣原料,可以很快完成煅烧化渣过程,并且在某些方面比使用石灰有利;用石灰石造渣能够达到希望的结果,石灰石分解在5～6 min内完成;高温有利于碳酸钙的快速分解,1400 ℃与1 100℃相比,虽然温度...     

矿物晶体结构对石灰石煅烧过程中热爆裂的影响

竖式石灰窑在活性石灰的生产过程中,常因石灰石发生热爆裂导致局部超温,严重影响窑内耐材的使用寿命。本文分析矿物晶体结构、煅烧参数对于石灰石煅烧过程中发生热爆裂的影响。结果表明：热爆裂更多取决于晶体结构、晶粒大小和升温速度及热强度等,选用较小尺寸的细晶石灰石矿作为煅烧活性石灰的原料可避免或减少石灰石在煅烧过程中发生过热爆裂。     

活性石灰对造渣速率的影响

由电阻炉在1150~1250℃煅烧石灰石制备试验用活性石灰,并按照ZBQ27002-85标准测定了石灰的活性度,利用熔点熔速仪和高温综合热分析仪测定了石灰与高炉渣混合试样的开始熔化温度、半球点温度、流动性温度和差示扫描量热法（DSC）曲线。结果表明,在1150℃、加热2h时石灰活性度最高为417 mL;当碱度（CaO/SiO₂）一定时,炉渣的开始熔化温度、半球点温度和流动性温度随着碱度的增加而降低;当石灰活性度一定时,炉渣的开始熔化温度、半球点温度和流动性温度随着碱度的增加先减小后增加;石灰活性度提高,生成2CaO·SiO₂的吸热峰和3CaO·SiO₂的放热峰会在较低的温度出现。利用FactSage软件模拟计算,其结果与实验结果相吻合。     

燃烧—气体容量法测定冶金石灰中的二氧化碳

冶金石灰是石灰石经过工业煅烧的产品。其二氧化碳含量低，且经过高温煅烧后基本不含有机物。无需按照《石灰石、白云石化学分析国家标准中二氧化碳的化学分析方法》中用酸进行试样分解，只需在1200℃高温中灼烧，使石灰中残留的或煅烧后吸收空气中二氧化碳而形成的碳酸盐分解，象通常测定含碳耐火材料中二氧化碳那样，采用气体容量法进行测定。     

基于转炉热平衡的石灰石CaO理论替代比研究

通过转炉热平衡计算,建立了转炉富余热量与铁水成分和温度、废钢加入量和转炉出钢温度等工艺参数之间关系式;定义了转炉用石灰石代替活性石灰炼钢的CaO理论替代比η,并建立了石灰石CaO理论替代比与转炉富余热量之间的函数关系。研究表明:1)提高入炉铁水温度和铁水含碳量可显著提高转炉石灰石CaO理论替代比;2)铁水中的硅含量对石灰石CaO理论替代比的影响与铁水入炉温度有关,当入炉铁水温度低于1 300℃时,提高铁水硅含量能使石灰石CaO理论替代比增加;当入炉铁水温度高于1 300℃时,石灰石CaO理论替代比随铁水硅含量的增加反而下降;3)在转炉终渣碱度和出钢温度一定时,减少废钢加入量可以大幅度提高转炉用石灰石代替活性石灰炼钢的CaO理论替代比。     

不同条件下石灰石煅烧的产物特性研究

为比较"石灰煅烧—转炉炼钢"传统工艺和"转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢"新工艺中石灰的特性,归纳了2种工艺中石灰石受热历程分别为"低温长时间+降温+高温短时间"和"高温短时间"。把块状石灰石看作由无数薄层构成,用薄片状石灰石模拟块状中单个薄层,将其在不同条件下煅烧,测量产物收缩率、比表面积、孔容积、孔径、晶体结构及水化活性等参数。结果表明,相对于"低温长时间"及"低温长时间+降温+高温短时间"的试样,"高温短时间"煅烧的试样收缩率低、比表面积和孔容积大、平均孔径小、晶粒细小、晶格畸变大、水化反应速度极快。石灰石造渣工艺中高温下新生成的石灰反应活性高于传统工艺,有利于其在渣中的溶解。     

煅烧冶金石灰活性度分析

依据石灰石煅烧机理及其分解化学反应式，推导、总结出石灰活性度理论计算公式和经验计算公式。通过运用两个公式，计算分析了试验报告、矿山石灰石原料、回转窑生产等技术资料，合理选用了石灰石原料，制定了科学合理的回转窑工艺技术参数，煅烧出高活性度冶金石灰。     

转炉钢渣炉内改质的研究进展及展望

以转炉炉内改质降低渣中自由CaO含量为技术背景,提出从源头上加快石灰溶解,减少残余石灰尺寸,并结合炉渣改质消解渣中自由CaO.通过文献分析得出如下结论:提高石灰活性对加快石灰溶解的作用有限;相比于石灰石造渣,采用未完全煅烧的石灰石也具有十分可行的应用前景,所含石灰石最佳比例还有待研究确定;向转炉渣中协同添加SiO2和Al2O3更具优势,氧化性气氛也有利于自由CaO的消解,降温过程中自由CaO消解的动力学参数需进一步研究.     

CaO-NaCl体系焙烧混合稀土精矿的研究

采用TG-DTA热分析技术研究CaO-NaCl体系焙烧混合稀土精矿的分解过程。结果表明:添加CaO-NaCl后,混合稀土精矿的分解过程分为两个阶段,第一阶段在405℃～498℃区间主要是氟碳铈矿的分解,第二阶段在670℃～730℃区间主要是CaO和矿物中的CaCO3分解独居石和稀土氟氧化物。并选择了焙烧温度、CaO加入量、NaCl加入量为影响因素,用二次正交回归实验设计方法研究了混合稀土精矿分解率随三因素而变化的规律,得出了相应的回归方程。通过分析讨论,得到了CaO-NaCl体系焙烧混合稀土精矿的合理工艺条件:温度780℃、CaO加入量15%(质量分数)、NaCl加入量10%(质量分数)。     

用于CO2捕集的新型石灰煅烧过程的数值分析

常规石灰煅烧工艺中燃料在煅烧窑内燃烧,石灰石分解所释放的二氧化碳（CO₂）与烟气混合,CO₂捕集需进行气体分离。而采用CO₂作为循环载气加热石灰石料块的新型煅烧过程,可避免上述混合问题,从而实现直接捕集石灰石分解产生的CO₂。基于CO₂加热的新型煅烧过程与常规工艺煅烧过程有较大不同,为深入理解新型煅烧过程并对其进行准确设计和有效优化,建立了基于CO₂加热的石灰煅烧过程的数学模型。基于模型对一台产量为200 t·d?1的煅烧窑进行了模拟计算,获得了气固温差、气相流量、气相温度、料块表面温度、反应界面温度和转化率等关键参数在煅烧窑中的分布情况,并分析了进气温度、进气流量和料块半径三个工况参数对煅烧过程的影响。