石灰煅烧技术

1、山东冶金2003年炼钢增刊1#石灰竖窑高效化技术改造与工艺创新付博，武光君，马霄，孟召来(莱芜钢铁股份有限公司炼钢厂，山东 莱芜271126)摘要：在活性石灰煅烧理论研究的基础上，对传统石灰竖窑进行高效化技术改造，并改 进生产工艺，使石灰窑平均利用系数和石灰活性度等各项指标大幅提高，优化了炼钢工艺，吨钢石灰单耗由59.67kg降低至45.05kg。关键词：石灰竖窑；利用系数；活性度中图分类号：TQ175.6+53.6文献标识码：BHighEfficie ncy Tech ni cal Tran sformati on and ProcessInnovation of Lime Shaft-ki

2、lnFU Bo, WU Gua ng-ju n, MA Xiao, MENG Zhao-lai(The Steel-maki ng Pla nt of Laiwu Iron and Steel Group Co. Ltd., Laiwu 271126, Chi na)Abstract : On the basis of studying on calcinations theory of active lime, theconven ti on al lime shaftkil n is tech ni cal tran sformed for higher efficie ncypurpos

3、e and the in dustrial process is improved. As the result the averageutilization factor and lime activity of the lime is greatly improved, the process of steelmaking is optimized and the con sumpti on of the lime is decreased from59.67kg to 45.05kg.Keywords: lime shaft-kiln； utilization coefficient；

4、activity1前言冶金石灰是转炉炼钢的主要熔剂，其质量高低直接影响到炼钢的质量、消耗和成本等主要技术经济指标。莱芜钢铁股份有限公司炼钢厂(简称莱钢炼钢厂)有 3座焦炭机械化 石灰竖窑，其中2座传统的150mi竖窑、1座170m改进型石灰竖窑。竖窑有效利用系数0.730.8t/(m.d );石灰活性度为220270mL随着钢产量的大幅递增和“四炉对四机”全连铸生产技术的应用，石灰产质量已不能满足现代转炉炼钢高强度、快节奏、高质量的生 产需要。20012002年，借大修之机对2座传统石灰竖窑进行高效化技术改造，并改进传 统的生产工艺，极大地提高了石灰窑有效利用系数和石灰活性度，取得了良好的效果

5、和经 济效益。2高效石灰煅烧理论研究竖窑有效利用系数和石灰活性度，除了与原燃料的物理和化学性能有关外，还与石灰 的煅烧工艺与控制水平密切相关。煅烧工艺主要包括窑内气相压力(分解压)、煅烧温度 和煅烧时间的控制。2.1 CaCO勺分解压力与分解温度、速度的关系CaCO的分解过程是一个吸热、多相反应，它的平衡常数表达式为：CaCO(s) = CaO(s) + CO(g)其平衡常数为：Kp= Pco/P(1)式中P标准大气压。因此，CaCO勺分解温度就是其分解压(Pco2)等于气相中CO分压(PCO2)时的分解温 度。用化学反应等温方程式表示如下： G亠 RTIn+RTLnQ=RTInQ/Kp(2)

6、式中Q非平衡时的比例常数。只有Qv&, G 0时，分解反应才能自动进行。据此创造条件来满足石灰石的煅烧 气氛：（1）减少产物WTBZCO气体的压力，即采用风机不断抽出窑气混合物，从而使Q降低。（ 2）提高温度，增大 Kp 。根据CaCO勺分解反应，CaCO勺分解压Pcoz与分解温度T的关系可用热化学方程式表 示如下：IgPco仔8920/T+7.54 （3）式中T分解温度，K。此方程可知，CaCO在 一定温度下要对应一定的分解压， 并随着温度的升高而升高，而 且升高的速率相当快，因此升高温度是加速 CaCO化合物分解的有效措施。在实际生产中，石灰在窑炉内煅烧并不是理想状态下， 石灰石表

7、层在810850C开始 分解，而内层由于分解表层 CaO的气孔中充满分解析出的CO,石灰石内层的CO分压比窑 气中高，分解温度也相应要高。 因此可通过引风机不断抽出窑气， 采取负压操作，加快 CaCo3 的分解速度，可缩短石灰石在窑内烧成带的停留时间。2.2 煅烧工艺对石灰活性度的影响石灰的活性度取决于它的组织结构，石灰的组织结构与煅烧温度和煅烧时间密切相关。影响石灰活性度的组织结构包括体积密度、 气孔率、比表面积和CaO矿物的晶粒尺寸。 晶粒越小，比表面积越大，气孔率越高，石灰活性就越高，化学反应能力就越强。2.2.1 煅烧时间的影响 图 1 为石灰体积密度与煅烧时间及温度的关系。由图 1

8、可以看 出，随着煅烧时间的延长，石灰的体积密度逐渐增大，从而使石灰气孔率降低，比表面积 缩小，CaO晶粒长大，石灰活性降低。石灰石在受热分解时，放出了CO,使石灰的晶粒上出现了空位，CaO晶粒处于不稳定状态，CaO分子比较活泼，因而活性高，这时快速冷却， 把石灰这种不稳定的组织结构固定下来，石灰活性就会提高。Frr 3砧化K时L111510152(253CfMW5bi吋1巾1.图i石灰体积密度与煅烧时间和煅烧温度的关系222 煅烧温度的影响煅烧温度与石灰的性质关系见表1。由表1可知，石灰石在10001100C左右的温度下生产的石灰疏松多孔，CaO晶粒高度弥散，排列杂乱且晶格有畸变，使其具有大的

9、比表面积和高的自由能（活性度高）。随着温度的升高，CaO晶体结构不断发育，由杂乱排列逐渐排列紧凑，结构致密，石灰体积收缩，气孔率下降，比表面 积降低，石灰活性降低。因此煅烧石灰的温度应控制在1200C以下，最佳煅烧温度为1000 1150C。表1石灰的煅烧温度与石灰性质的关系温度/c结晶粒度/卩m体积密度/g.cm -3比表面积/cm2.g-1气孔率/%收缩率/%过烧率/%8000.31.5919.552.509000.5 0.71.5221.0535.5-2.0510001.81.5518.052.04.21011004.01.6216.550.010.02012006131.8212.04

10、7.018.04013002.054.5035.018.05014002.601.5027.038.065注：表中数据引用日本住友金属株式会社测定数据。3传统石灰竖窑高效化改造提高设备工艺技术性能和自动化控制水平，是优化、改进传统石灰生产工艺的前提。 根据高效石灰煅烧工艺的要求，进行了高效化、自动化和智能化设计与改造。3.1窑衬改造，减少截面，增大高径比传统的机械化竖窑截面大，窑径比小，一般 H有效：D内径为56,易造成布料、出灰不 均，为此进行了设计改造。原炉壳直径不变，加厚窑衬，内径由原来的3.4m减少到2.9m；有效高度由原来的18m增加到18.2m,使窑径比由原来的5.29提高到6.2

11、7，有效容积由 原来的150m变为120帛。减少截面，有利于均匀布料和窑内气流的均匀分布，缩短在烧成 带的停留时间，减少石灰生烧，预防过烧。3.2 风帽及出灰结构创新设计传统机械化石灰窑鼓风系统由高压离心风机和圆柱形风帽组成，气流在窑内的分布趋 向于四周炉壁，中间单位面积流量小，加剧了窑壁效应，易发生粘瘤。通过窑内气流分布 研究和优化设计，改为层式风帽，如图 2所示。图2风帽及岀灰结构示意图1层式风帽2岀灰漏斗3圆盘岀灰机 4竖窑窑衬采用半径大小不同、具有三种导向角的层式风帽和容积回转式罗茨风机，使窑体统一 截面上气流分布趋于一致。同时将原拖板出灰机改造为圆盘出灰机，并由传统的双层改为 单层结

12、构出灰流量调节范围宽，且可调整圆盘出灰机正反转，保证了物料在窑内均匀流动 下沉和窑内气流的合理分布。3.3 混配设备工艺性能改进原设计混配设备中，石灰石、焦炭是靠电磁振动给料机给料，磅秤称量通过溜槽直接 进入料车。称量误差和落下误差可达 1%且物料在料车内严重偏析。改为变频控制电极振 动给料后，称量后的物料进入中间斗，通过调节中间斗出料口的大小和石灰石、焦炭给料 速度，保证了焦石混配的均匀性。3.4 电气仪表自动化、智能化控制技术的应用控制系统采用西门子可编程控制器进行控制，使现场所有信号（温度、压力、流量、 控制）全部进入PLC按生产工艺流程进行集中监视和控制。同时，上料卷扬主令控制器 由传

13、统的LK系列的机械触点式主令改为ZNLK智能主令，形成配套的PLC控制技术，提高 了设备运行的可靠率和自动化控制水平。对窑体上二次风口、检修门、温度监测点进行了 合理配置和优化，在窑体各部位安装 19 个测温点，可显示、贮存和打印，随时观察分析 窑内各带的温度及变化趋势，有利于对窑况进行有效的控制与调节。3.5 增设二次风与引风除尘系统对原 3 座竖窑的 3 台风机和其中 1 台备用风机进行联网改造，将另一台备用风机改为 二次风，并与 3座竖窑联网共用。在冷却带下部设置送风管道，沿炉体周围均匀分布 8 只 吹入边风喷嘴和流量控制。同时，在预热带上部增设抽气引风系统，由抽气梁、袋式除尘 器、引风

14、机构成。抽气梁为 © 800mm勺管道，中间接© 1000mm勺风口，抽气梁高度设置 在料面500mm以下。并根据炉顶负压要求，布料器上部增设闸板密封式储料斗。4 石灰煅烧工艺改进与新技术应用4.1 快烧快冷煅烧工艺的应用传统石灰生产工艺采用“八进八出”进出料制度和废气直排式“正压”控制，窑内物 料循环慢，窑内透气性差，造成窑内通风阻力大，石灰石分解压力大，煅烧速度慢。经过 试验探索，研究应用浅进浅出 、快烧快冷石灰煅烧工艺，进出料制度采用周期性上料， 周期288s,日上石量300t，不停风连续作业，每0.5h出灰一次；采用废气调控式“微负 压”控制，由200250Pa改为

15、-1000Pa；煅烧区温度控制在10001100C。实施后，窑 内物料循环由原来 27h 缩短到 16h。4.2 竖窑偏烧调控技术的应用偏烧是竖窑石灰生产中易发生、难处理的工艺事故。发生偏烧时，一是窑内预热带和 冷却带两头高，灰温高，出灰量减少，必须减产；二是窑内一边温度高，一边温度低，造 成大量的生烧石灰和过烧石灰。针对炉况偏烧难题，利用二次风进行炉况调控。根据热电 偶的显示温度，发现窑内煅烧带温度偏差大，有偏烧征兆时，及时打开炉内上火慢方向的 二次风阀门，通过补偿风量，加速燃烧、促其上移，避免偏烧问题的出现。4.3 竖窑粘窑预防控制技术的应用石灰窑正常生产条件下，三带位置长期稳定在某一位置

16、，这对稳定炉况、提高质量起 到较好的作用。但也使煅烧带所挂壁瘤充分熔融长大，导致因粘瘤引起偏烧。为了遏制所 挂壁瘤充分熔融长大，通过定期性降料面操作，受到热涨冷缩作用和石料冲刷，定期清理 窑壁挂瘤，预防大面积粘瘤。5应用效果2001年8月2002年10月，莱钢炼钢厂先后在原2座150m3石灰窑上进行大修改造， 提高了设备工艺控制能力和自动化控制水平，石灰生产的技术经济指标大幅提升，如表2所示。表2竖窑高效改造前后主要工艺技术指标对比项目日产量/t利用系数31/t.(m .d-)活性度/mLCaO含 量 /%生过烧率/%吨钢石灰消耗/kg.t -1改造前1051150.7322027086 87

17、12 1559.69改造后145 1551.2532036088 905745.05石灰质量的提高，优化了炼钢工艺，吨钢石灰单耗由2000年的59.67kg降低到2002年的45.05kg，进一步降低了吨钢成本。焦炭机械化竖窑通过高效化、智能化改造，实施快烧石灰煅烧工艺，可大幅提高石灰 窑有效利用系数和石灰的活性度。用于炼钢，可加快造渣速度，优化炼钢冶炼工艺，降低 吨钢石灰消耗。山东冶金2003年增刊浅谈济钢新建石灰窑窑型的确定毕衍涛，赵培建，安源（济南钢铁集团总公司，山东济南250101）摘 要：通过对世界上先进的石灰窑窑型的各项指标比较，结合济钢的实际情况，确定选 择意大利弗卡斯公司的套筒

18、窑为新建石灰窑的窑型。关键词：石灰窑；窑型；活性石灰中图分类号：TQ177.2+6文献标识码：BTalking About Confirmation of New Lime Kiln Type at JigangBI Yan-tao, ZHAO Pei-jian，AN Yuan（Ji nan Iron and Steel Group, Jinan 250101, Chi na）Abstract : Through comparing with several parameters of lime kiln type of advaneed level in the world and comb

19、ining the practical condition of Jigang,Terruzzi Ferealx SPA,Italy ， is con firmed and selected as a new lime kil n type.Keywords: lime kiln ； kiln type ； active lime1前言“十五”期间，济南钢铁集团总公司（简称济钢）将实施战略性结构调整，依托国债 技改，建设120t转炉、炉外精炼、大板坯连铸机等设施，这将改变济钢产品结构以普通 中厚板为主的落后面貌。120t转炉对炼钢石灰的需求数量和质量都提出了更高的要求，其化学成分要求详见表1。

20、表1 120t转炉需用石灰的化学成分CaOMgOSiO2PSCO> 91.3w 0.7w 2.8w 0.020.03w 2.0除有化学成分要求外，120t转炉对石灰其它质量指标要求如下：活性度：350mL（ 4NHCI 10min滴定值）生过烧率：w 8%石灰粒度：1050mm水分含量：w 1%济钢现有的石灰生产设施主要是 4座150用的气烧石灰竖窑，生产的冶金石灰活性度 小于280mL各种性能指标远远不能满足120t转炉的需要。因此，建设活性石灰工程是济 钢“十五”规划不可缺少的配套辅助工程。2活性石灰的特点活性石灰是一种性能活泼、反应能力强、在炼钢造渣过程中熔解速度快、含硫、磷等有害

21、杂质少、氧化钙含量高的优质软烧石灰。具有体积密度小、气孔率高、比表面积大、 氧化钙的矿物结晶细小等物理特性。活性石灰用于转炉炼钢，与普通冶金石灰相比，可缩 短冶炼吹氧时间10%左右、钢水收得率提高1%、石灰消耗减少20%、废钢比提高2.5% 左右，同时有利于炼钢过程的脱硫、脱磷及提高转炉炉衬寿命等，发达国家已全部采用活 性石灰炼钢。根据济钢对活性石灰的需求，决定建设一座日产500t活性石灰窑。3各类石灰窑型的比较3.1国内外比较国际上生产活性石灰的窑型有回转窑、双膛竖窑、套筒竖窑、双梁竖窑等，而国内生 产活性石灰的窑型主要是回转窑。一座年产17万t活性石灰的引进竖窑投资在50006000 万元

22、左右，一座年产18万t活性石灰的国产回转窑投资在1亿元左右。回转窑燃料要求 严格（高热值煤气、油等），燃料消耗很高，故本工程按引进窑型考虑。3.2引进窑型比较国际上生产活性石灰的窑型有两大类：一类是回转窑，如美国KVS公司的回转窑、美国幅勒矿业公司的回转窑等；另一类是竖窑，如瑞士麦尔兹公司的并流蓄热式双膛竖窑、 意大利弗卡斯公司的双梁竖窑和环形套筒竖窑、意大利西姆公司的双D窑等。对比回转窑和竖窑，一般认为，回转窑生产石灰质量最佳，适用于大规模生产，但占地面积大、投资 高且热耗偏高，适用于煅烧小粒度石灰；竖窑生产石灰质量略低于回转窑，但占地面积小、 投资低、热耗低，对于济钢拟建设的日产 500t

23、活性石灰窑，因规模不是很大，且资金、 场地等比较紧张，故引进窑型按竖窑考虑。重点比较并流蓄热式双膛竖窑、环形套筒竖窑和双D窑，具体情况见表2。表2活性石灰竖窑窑型综合比较二比较项目套筒窑双膛窑（MAER）双D窑（CIM）备注煅烧原理部分逆流部分并 流煅烧全程并流煅烧全程并流煅烧石灰活性度>350mL最咼可 达 400mL> 350mL最咼可 达 400mL>350mL最咼可 达 400mL4NHCI 10min 滴定，是国内外实际生产数据单位热耗/kJ.（kg 石灰）-1376239713553376235113552单位电耗/kW.h.（t 石灰）-122 2522 282

24、5年作业率/%约98约9194约9194不含配套设施的 影响大、中修周期/年5104848使用燃料种类流体燃料流体燃料流体燃料燃气、燃油、煤 粉燃气加压要求/kPa约15约40约40指入窑燃气的压 力窑内工作压力/Pa负压，约1963430正压，约39200正压，约39200窑体密封要求因负压要求不咼因正压要求较咼因正压要求较咼设备总重量较小较大较大参照已建成项目引进设备重量较小较大较大引进用汇量/万 美元约100约115约113电力容量小大大控制复杂程度简单复杂复杂指竖窑系统控制耐材复杂程度复杂较复杂较复杂指砖型及砌筑故障率较低较高较高操作与维护难易 程度简单，负压操作， 可在线维修与检测复杂，需频繁换 喷枪及清理通道复杂，需频繁换 喷枪及清理通道投资