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    石灰是堿性煉鋼的造渣材料,主要成分是CaO。它是脫硫、脫磷、脫氧提高鋼液純凈度和減少熱損失不可缺少的材料。為使石灰快速熔化和快速成渣,石灰應具有較高的反應能力。由于石灰石在轉爐內分解吸熱,煉鋼用石灰一般要經輕燒后使用。

    活性度是造渣用石灰的一個重要指標,輕燒石灰的活性度與石灰的化學組成、石灰的巖相結構和煅燒工藝條件有關,其中化學組成和巖相結構是影響煅燒石灰活性度的內在條件,而煅燒工藝條件是影響煅燒石灰活性度的外在條件。由于產地不同和成礦條件的差異使得石灰化學組成存在差異,特別是伴生的雜質礦物組成和含量不同對煅燒石灰的活性度和后續使用存在一定影響。成礦條件影響石灰巖相組成、分布和晶粒大小,從而影響輕燒石灰的活性度。這些均為影響煅燒石灰的內在條件。

    煅燒條件是在石灰煅燒過程中所采用的工藝條件,包括:煅燒溫度、保溫時間、升溫速度和煅燒石灰石的粒度等。這些條件可以通過研究掌握其影響規律,從而可以根據要求調整煅燒工藝條件,以獲得我們所需產品。本文主要研究外在條件對煅燒石灰活性度的影響。為了解釋不同產地石灰石在同等條件下煅燒活性度的差異,從石灰石原礦的顯微結構和產物的顯微結構予以解釋。

    實驗選用3種不同產地石灰進行研究,分別用產地A、B和C表示。輕燒實驗在箱式電阻爐中進行,升溫速度為5℃·min-1,升至相應溫度進行保溫,達到保溫時間后自然降溫。

    在保溫時間為90min下,研究了煅燒溫度對輕燒石灰活性度的影響,煅燒溫度分別為950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃和1200℃。在1050℃和1100℃下研究了保溫時間對輕燒石灰活性度的影響,保溫時間分別為30min、60min、90min和120min。

    輕燒后的石灰迅速冷卻,并制成粒徑小于10mm的樣品,每次取50g,放入1000mL蒸餾水中,以酚酞為指示劑,在電動攪拌機的攪拌下,用濃度為4N的鹽酸進行滴定,直到10min內紅色消失,鹽酸消耗總體積數(mL)即為石灰的活性度。煅燒前后試樣顯微結構采用型號為VEGATS5136XM的掃描電子顯微鏡進行觀察。

    2.1煅燒溫度對輕燒石灰活性度的影響

    表1示出煅燒溫度對3種不同產地石灰石輕燒后石灰活性度的影響,保溫時間均為90min。由表1可以看出,3種石灰石輕燒后石灰的活性度均呈現先增高,到達最高值后,活性度降低。

    產地A石灰,在1000℃下輕燒,活性度達到最高值,而石灰石B和C均在1050℃達到最高值,兩種石灰活性度隨輕燒溫度變化趨勢稍有不同,

    石灰石B從950℃至1050℃輕燒,活性度保持較高值,超過1050℃,活性度降低較快。

    而石灰石C活性度隨煅燒溫度變化較為緩慢,在1000~1100℃保持較高的活性度值。

    為此可以認為石灰石C具有較寬的煅燒溫度范圍,溫度波動對輕燒后石灰活性度影響較小,使得煅燒工藝過程較易控制。在相同的煅燒制度下不同石灰輕燒后活性度的差異取決于石灰的內在條件,也就是其組成和結構,在后面將從顯微結構予以解釋。

表1煅燒溫度對輕燒石灰活性度的影響

    2.2保溫時間對輕燒石灰活性度的影響

    表2示出在兩個煅燒溫度下煅燒時間對3種石灰石樣品煅燒產物活性度的影響。由表2可以看出,在1050℃煅燒90min,輕燒石灰石活性度較高;而在1100℃下煅燒,同一種石灰石在較短時間煅燒活性度也較高。煅燒溫度和保溫時間對石灰的活性度影響很大。在石灰石煅燒過程中,首先CaCO3發生分解,但同時伴隨著CaO的再結晶和晶體生長。熱量傳輸影響這兩個過程的進行。當煅燒溫度偏低時,溫度梯度小,熱量向中心的傳輸速度慢。在這種情況下,如果保溫時間短,中心不易達到CaCO3的分解溫度,CaCO3的分解不完全,會出現未燒透的現象,此時石灰活性度較低。當溫度較高時,溫度梯度大,中心易達到較高溫度,CaCO3分解迅速,與此同時,CaO的再結晶和晶體的生長速度也較快。在這種情況下,如果保溫時間過長,CaO晶體發育較完全,易形成較大晶粒的CaO,使活性氧化鈣向非活性氧化鈣轉化,導致石灰的活性度降低。由表2可以看出,石灰石C在1050℃和1100℃兩個煅燒溫度下,石灰活性度隨煅燒時間的變化不大,均保持較高的活性度,其對保溫時間不敏感,而石灰石B隨保溫時間的變化,其活性度變化較快,對保溫時間較為敏感。由表2和上面的討論可以看出,對于同一種石灰石煅燒時,為了獲得較高的活性度,可以選擇較低的輕燒溫度和較長的保溫時間;或者選擇較高的輕燒溫度及較短的保溫時間。由于原料產地不同,石灰石煅燒產物的活性度對保溫時間的敏感程度也不同,為此在組織石灰石輕燒生產過程中,應根據產地不同來調整輕燒工藝制度。

表2保溫時間對輕燒石灰活性度的影響

    2.3原料粒度對輕燒石灰活性度的影響

    表3示出了在1050℃保溫90min條件下,3種石灰石原料粒度對煅燒產物活性度的影響。由表3可以看出,3個產地石灰石大顆粒煅燒產物活性度高于小顆粒煅燒產物。在該煅燒條件下小顆粒煅燒產物活性度降低可能是由于小顆粒煅燒產物出現過燒,使得產物晶粒增大,氣孔率降低,從而影響石灰的活性度。隨著煅燒溫度和煅燒時間的變化,可能產生不同的結果.

表3  石灰石粒度對輕燒石灰活性度的影響

    2.4石灰石原礦顯微結構對輕燒石灰活性度的影響

    圖1示出了3種石灰石原礦的顯微結構。由圖1可以看出,石灰石A和B晶粒較細小,石灰石B晶粒較為均勻;而石灰石A晶粒細小,但不均勻,存在較大尺寸晶粒。石灰石C晶粒較為粗大,大晶粒中間嵌有較小晶粒。石灰石C的晶粒比石灰石A和B大得多。從斷口形貌可以看出,石灰石晶粒尺寸C>B>A。

圖1  3種石灰石原礦的顯微結構

    圖2示出了3種石灰石在1050℃保溫90min輕燒后石灰的顯微結構。由圖2可見,石灰石A煅燒產物晶粒之間燒結嚴重,使得試樣氣孔率降低,比表面積減小,活性度降低。石灰石B輕燒產物晶粒細小,晶粒之間燒結較輕,比表面積大,活性度高。石灰石C輕燒產物晶粒細小,但晶粒之間由燒結而產生一定粘連,粘連晶粒之間,存在一定孔洞。根據1050℃保溫90min輕燒后石灰的活性度數據可以看出,晶粒之間燒結較好,產生較多粘連的輕燒石灰,活性度較低;而晶粒細小,晶粒之間燒結較輕,其活性度較高。

圖2 3種石灰石輕燒后的顯微結構(1050℃,90min)

    由上述實驗和分析結果可以看出,石灰石原礦晶粒大小對輕燒石灰活性度有一定影響,但并沒有晶粒尺寸和輕燒后產品活性度簡單的對應關系,為此不能認為,原礦晶粒尺寸大,輕燒產物活性度就低;原礦晶粒尺寸小,輕燒產物活性度就高。因為輕燒石灰活性度除了與晶粒尺寸有關外,還與燒結程度有關,燒結程度與晶粒尺寸、雜質濃度、雜質分布等因素也有關。