第26卷 第7期2004年7月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF W UHAN UN I VERSI T Y OF TECHNOLOG Y V o l .26 N o.7 Jul .2004石灰的煅烧工艺及其结构对活性度的影响冯小平1,周晓东2,谢峻林1,张正文2(1.武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070;2.武汉钢铁公司乌龙泉矿,武汉430213)摘 要: 以活性石灰为研究对象,用SE M 等技术,研究了石灰的煅烧工艺、微观结构与活性度之间的关系,探讨了生产活性石灰的机理及影响石灰活性的因素。
结果表明:石灰石中CaCO 3晶体的发育程度以及杂质的含量、煅烧工艺等对石灰的活性有较大的影响。
温度过高或保温时间过长,会使氧化钙晶体发育完好,会使石灰的活性降低。
最佳的煅烧工艺制度为1150℃保温30m in 。
关键词: 活性石灰; 煅烧工艺; 显微结构中图分类号: TU 528.01文献标识码: A 文章编号:167124431(2004)0720028203Effects of Ca lc i n i ng Technology and M icrostructure on Activ ity of L i neF ENG X iao 2p ing 1,ZH OU X iao 2d ong 2,X IE J un 2lin 1,ZH A N G Z heng 2w en2(1.Schoo l of M aterials Science and Engineering ,W uhan U niversity of T echno logy ,W uhan 430070,Ch ina ;2.W ulongquan M ine of W uhan Iron and Steel Company ,W uhan 430213,Ch ina )Abstract : T he relati onsh i p betw een calcining techno logy 、m icro structure and activity of li m e w ere studied using SE M .T he m echanis m of p roducing active li m e and influencing facto rs on activity w ere treated .T he results show that exo rbitant temperature o r over insulating w ill i m pel the CaO crystallizing comp letely and thus reduce the activity of li m e .In our experi m ents ,the op ti m um calcining techno logy is at 1150℃m aintaining it fo r 30m in .Key words : active li m e ; calcining techno logy ; m icro structure收稿日期:2004203225.作者简介:冯小平(19722),男,讲师.E 2m ail :fxpw ut @随着我国钢铁工业的不断发展,对钢的品种、质量和能耗等都提出了严格的要求。
活性石灰是钢铁生产中的最重要的辅助原料,它是一种优质轻烧石灰,具有粒度较小、反应能力强、冶炼时容易熔解及优良的造渣能力等特点。
其质量直接影响到钢铁生产过程和钢铁质量。
而衡量活性石灰质量的重要指标之一是活性度。
如何提高活性石灰的质量和产量,是人们所关心的问题。
近年来,国内也纷纷开展了这一方面的研究工作[1～3]。
从活性石灰的生产工艺出发,研究了活性石灰的煅烧工艺、微观结构与活性度三者之间的关系,从理论上探讨生产活性石灰的机理,为制定优质活性石灰的生产工艺制度提供理论依据。
1 实验方法1.1 样品的制备选取乌龙泉矿优质石灰石,制成小于50mm 的颗粒,将样品在硅碳棒电炉中进行煅烧。
实验着重探讨了烧成温度、保温时间等因素对石灰结构及活性度的影响。
1.2 石灰活性度的测定按照原西德CGT 法测定石灰的活性度。
将煅烧好的石灰迅速冷却,制成粒径小于10mm 的样品,每次取50g ,放入2L 40℃的温水中,以酚酞为指示剂,用浓度为4m o l L 的盐酸进行滴定,至到10m in 内红色消失,盐酸消耗总体积数(mL )即为石灰的活性度。
1.3 活性石灰样品微观结构的分析将煅烧好的石灰用日本公司生产的JS M 25610LV 型扫描电镜进行微观结构的观察。
2 结果分析与讨论2.1 石灰石的显微结构对石灰活性度的影响为了探讨石灰石的结构对煅烧后石灰活性的影响,实验中选择了2种石灰石,即乌龙泉石灰石和安徽石灰石。
它们的微观形貌图见图1。
由图1可以看出,乌龙泉石灰石中CaCO 3晶体发育程度较差,颗粒比安徽石灰石小,同时还伴随一些杂质,煅烧后CaO 晶粒也比较小。
它们的活性度也有明显的差别。
乌龙泉矿生产的活性石灰活性度为182.4mL ,而安徽生产的活性石灰活性度为427.5mL 。
图1 石灰石的扫描电镜照片2.2 石灰结构与煅烧制度的关系实验中以乌龙泉矿优质石灰石为原料,通过改变煅烧温度、煅烧时间,对所获得的各物料进行活性度的测定及微观结构分析。
石灰活性度的测定结果见表1。
表1 不同煅烧条件下石灰活性度的分析结果煅烧制度(温度 保温时间)850℃ 15m in 900℃ 15m in 1000℃ 15m in 1100℃ 15m in 1150℃ 15m in 1150℃ 30m in 1150℃45m in 活性度 mL 21.527.890.2308.3413.9417.5408.3 由表1可以明显看出,随着石灰石煅烧温度的提高,石灰活性度明显提高,在1150℃时,石灰活性度高于400mL ,达到优质活性石灰的标准。
在1150℃的实验条件下,随着保温时间的延长,石灰活性度达到最高值后下降。
在不同煅烧条件下,活性石灰的显微结构见图2。
在850℃,石灰石表面出现一些孔洞,说明CaCO 3开始分解,但仍保持着CaCO 3晶体的形状。
随着石灰石煅烧温度的提高,石灰的空隙率增大,说明CaCO 3分解程度增大,形成CaO 晶体的数量也增加。
因此,石灰活性也相应增大,在1150℃保温15m in 时已有很好的CaO 晶体结构形成。
随着保温时间的延长,CaO 晶粒继续增加并发育长大,保温30m in 时活性石灰的空隙率及CaO 晶体的数量达到最大,此时石灰活性也最高。
继续延长保温时间至45m in 时,CaO 晶粒开始聚集,空隙开始收缩,石灰活性开始降低,此时的物料若随炉缓慢冷却,CaO 晶粒将继续长大,且在晶粒表面及边缘变得圆滑。
2.3 讨 论2.3.1 生产活性石灰的机理石灰的活性与煅烧工艺、石灰的矿物组成、结构有着密切的关系。
在石灰的矿物组成中有游离氧化钙和结合氧化钙2种形式,其中游离氧化钙又有活性氧化钙和非活性氧化钙之分[4],而石灰的活性主要取决于活性游离氧化钙的含量。
石灰石的锻烧是石灰石菱形晶格重新结晶转化为石灰的立方晶格的变化过程。
该过程是一个比较复杂的物理化学过程。
当石灰石加热到分解温度后,会发生如下反应CaCO 3(s )CaO (s )+CO 2(g )+178.16kJ 此反应为吸热反应。
首先CaCO 3微粒被破坏、分解,同时伴随着CaO 的再结晶和晶体生长。
当分解反应发生时,由于有二氧化碳气体产生,CaO 晶体会形成疏散结构,并保留着多晶结构。
此时晶体发育不完全,存92第26卷 第7期 冯小平,等:石灰的煅烧工艺及其结构对活性度的影响 03 武 汉 理 工 大 学 学 报 2004年7月图2 不同煅烧工艺条件下石灰的显微结构在着大量的缺陷,使得石灰的活性最大[5]。
但是随着煅烧温度的进一步提高或保温时间的延长,晶体会慢慢发育完全,使活性氧化钙转化为非活性氧化钙,从而降低石灰的活性。
2.3.2 石灰石中有害杂质对石灰活性的影响石灰石在形成的过程中,通常会伴生着一些杂质,如:Si O2、A l2O3、M gO、N a2O等。
这些杂质在较低温度下(900℃)就与烧成的石灰(CaO)反应,促使CaO微粒与这些杂质的结合,降低石灰的活性。
另外,碱金属氧化物是很强的助熔剂,很容易形成一些玻璃相,这些熔融的化合物会堵塞石灰表面细孔,使石灰反应能力下降;同时还会阻塞CO2气体的排出,造成石灰的生烧,甚至会粘结在一起形成渣块,从而降低石灰的活性度。
2.3.3 煅烧工艺对石灰活性的影响煅烧温度和保温时间对石灰的活性影响很大。
在石灰石的煅烧过程中,首先是CaCO3的分解,但同时伴随着CaO的再结晶和晶体生长,热量传输影响这2个过程的进行。
当煅烧温度偏低时,温度梯度小,热量向中心的传输速度慢。
在这种情况下,如果保温时间短,中心不易达到CaCO3分解温度,CaCO3分解不完全,会出现未烧透的现象,此时石灰活性度较低。
当温度较高时,温度梯度大,中心易达到较高温度,CaCO3迅速分解;但是CaO的再结晶和晶体的生长速度也较快;在这种情况下,如果保温时间过长,CaO晶体发育较完全,易形成较大晶粒的CaO,使活性氧化钙向非活性氧化钙转化,导致石灰的活性度降低。
因此,在进行煅烧工艺参数设计时,要制定合适的工艺制度,使CaCO3分解和CaO再结晶及晶粒的生长均衡发展。
既要保证有足够的时间来让碳酸钙完全分解,同时又要减少氧化钙晶体的长大,减少与其他杂质的反应机会,从而提高石灰的活性。
3 结 论a.石灰石中CaCO3晶体的发育程度以及杂质的含量对石灰的活性有较大的影响。
b.当温度过高或保温时间过长,会使氧化钙晶体发育完好,而使其活性度降低。
c.实验中最佳的煅烧工艺制度为:1150℃保温30m in。
参考文献[1] 付 华,张 玲.炼钢用冶金活性石灰的生产及质量控制[J].鞍山钢铁学院学报,2002,25(4):280～282.[2] 温午未.酒钢改造回转窑生产活性石灰研究[J].甘肃冶金,2000,(1):17～20.[3] 冯小平,张正文,田华峰,等.活性石灰的煅烧工艺研究[J].国外建材科技,2003,24(5):6～7.[4] 唐亚新.影响石灰活性的因素分析[J].钢铁,2001,36(3):50～53.[5] 席勒E,贝伦丝L W.石灰[M].北京:中国建筑工业出版社,1981.。