冶金石灰化学成分的理论推算及应用研究

冶金石灰化学成分的理论推算及应用研究 ??年第窖期总第圆?期冶金石灰化学成分的理论推算及应用研究 冶金石灰化学成分的理论推算及应用研究 陈海如(天津天铁冶金集团有限公司石灰石矿,056404) [摘要】通过对冶金石灰煅烧机理的分析,总结出了根据石灰石原料的化学成分推 算冶金石灰化学成分的两个公式, 对其应用范围加以分析,并在分析实验室检验结果和工业生产实践中得以应用.公 式对冶金石灰生产实践有一定指导意义和 使用价值. 关键词石灰石灰石煅烧化学成分公式推算应用 1引言 冶金石灰是炼钢生产过程中的基本造渣剂,近年 来,随着钢铁工业的突飞猛进,尤其是品种钢和精炼 钢的研发,人们对高品质冶金石灰的渴求使各地对石 灰生产工艺和设备越来越重视,工艺装备越来越先 进,石灰质量也越来越好. 天铁集团石灰生产也是如此,2000年以前使用老 百姓的土窑产品.2001年开始,天铁陆续建成5座气 烧竖窑,随着操作技术的进步,石灰质量稳步上升,如 1所示. 表1天铁历年冶金石灰质量表 随着天铁热轧项目的展开,为保证冶金石灰质量 有更大的进步,天铁集团公司又投资建成工艺更先进 的回转窑与之配套,冶金石灰已达到CaO?88%, 02,MgO适度,这是原来天铁石灰质量从未达到的高 度.在多年的冶金石灰生产实践过程中,我们积极探 索,并通过对冶金石灰煅烧机理的分析,总结出了根 据石灰石原料的化学成分推算冶金石灰化学成分的 公式. 2石灰煅烧机理分析 石灰石是以CaCO,,MgCO,为主要成分的碳酸盐 沉积物,SiO,AI20,,Fe20,等杂质是碳酸盐矿物中的常 有伴生物,属有害杂质.石灰的品质主要取决于原料 灰石的化学成分,一定程度上还与煅烧的工艺设备有 关. 根据天铁矿区的地质和生产化验资料,天铁矿区 删w@ww.tjyj. corn c tjyj@tjyj.?_ 石灰石属中寒武统张夏组鲕状灰岩,矿石平均品位 CaO:51.56%,SiO2:0.58%,MgO:3.24%,属一级高 镁石灰石. 石灰石煅烧过程主要是碳酸盐受热分解的过程, 可以说碳酸盐分解越彻底,生烧率越低,冶金石灰质量 越好.煅烧过程中石灰石主要发生以下化学反应: CaCO3=CaO+CO2T MgcO3==MgO+cO2T 3推算石灰化学成分的计算公式 我们根据煅烧过程中发生的分解反应可以发现, 石灰原料成分和碳酸盐分解率决定了石灰化学成分. 3.1石灰化学成分计算公式的推算 根据碳酸盐受热分解反应方程式,运用分子量计 算CO的产出量,可以推算出石灰石中碳酸盐完全分 解时,石灰化学成分计算公式: Z=X/[1一(44xl/56+44x0)] 再考虑到实际生产中石灰石并不完全分解,石灰 质量与石灰灼减有密切关系,并有规律,可以推算出 石灰化学成分计算公式(1): Z=X(1一b)/[1—44xl,56+440)](1) 式(1)中:z_石灰中各种化学成分的百分比(不含s), 一 石灰石中各种化学成分的百分比, 灰灼减, x广-石灰石中CaO含量百分比, x广石灰石中MgO含量百分比. 3.2石灰化学成分补充计算公式的由来及推算 由于石灰石内部特性差异,化验数据显示的石灰 石,石灰的CaO,MgO百分含量,并不是都以碳酸盐或 质形式存在,还有少部分与SiO,AI20,,Fe20,等杂质 以化合物的形式存在,这部分虽然很少,但很复杂,公 式(1)忽略了这部分CaO,MgO的存在,导致计算出的 研究与应用m RNLLURG~霪@年第霪期总第u◎期f嘲"A乖制j1'y CO的产出量即44xl/56+44x2/40偏大,从而会造成公 式(1)计算结果比实际值偏大(偏差量由石灰石杂质含 量及石灰石的内部结构特性决定). 石灰石中碳酸盐受热分解,石灰石质量减小量即 石灰石灼减量,据此可以推理出石灰石中碳酸盐完全 分解时,石灰化学成分计算公式: Z=X/(1-a) 再考虑到实际生产中石灰石并不完全分解,石灰 质量与石灰灼减有密切关系,并有规律,即可以将公 式(1)简化为公式(2)作为推算冶金石灰化学成分的补 充计算公式. X(1-b)/(1-a)(2) 式(2)中:石灰石灼减, 3.3由于公式(2)考虑更周到,所以在有准确的石灰 石灼减数据的情况下,公式(2)比公式(1)计算结果相 对更精确. (1)和(2)应用实践 4计算公式 4.1利用公式(1),(2)分析和验证实验室数据的可 靠性 4.1.1为了摸清天铁矿区石灰石的煅烧特性,2005年 9月,我们专门委托鞍山焦耐院科瑞特新耐火材料研 究所对我矿区石灰石进行了实验室煅烧试验,试验部 分取样及煅烧后的石灰成分化验分析数据见表2. 表2石灰石取样及实验室煅烧石灰化学成分表 4.1.2利用公式(1)和(2)计算的结果 将以上石灰石化验成分原始数据和对应的计算 或已知灼减,分别代入公式(1)和公式(2),求出石灰的 对应理论CaO,MgO,SiO百分比,形成理论计算对应 表3和表4. tj@tj'tjyJ七岫鼻鼍—一..Irjcom譬_' 表3代入公式(1)求出的对应石灰化学成分 表4代入公式(2)求出的对应石灰化学成分 4.1.3对计算结果的分析 从表3和表4对比可明显看出,与预先分析结果 一 致,由于天铁矿区石灰石的内部特性,公式(1)的计 算值与实际值的误差较大,相对误差均大于2%;而公 式(2)的计算值与实际值的误差较小,相对误差绝大部 分小于2%,甚至1/3的完全一致.至于表4中的个别 有较大误差的数据值,我们分析认为完全可能是石灰 石或石灰的实验室化验数据不准确造成的,属偶然误 差. 4.2公式(2)在天铁回转窑冶金石灰生产中的应用 回转窑生产是比竖窑生产更为先进的生产工艺, 2006年底回转窑建成投产,仍使用天铁矿区石灰石原 料.根据天铁矿区的石灰石平均品位CaO51.56%, MgO3.24%,SiO0.58%,与石灰石3号样品非常相近, 我们就以石灰石3号样品化学成分作为推算依据(也 可以用石灰石平均品位CaO,MgO,SiO和平均石灰 石灼减a数据作为推算依据),对天铁回转窑生产的冶 金石灰质量作一个推算和预测. 4.2.1求出冶金石灰的理论提升空间 将3号样品的化学品位各数据代入公式(2),并取 石灰灼减b=O,求出石灰石完全分解时,石灰理论化学 成分如表5所列. 4.2.2回转窑冶金石灰化学成分推算 鉴于同类型回转窑冶金石灰达到灼减3%左右的 研究与应用__ ??年第星期总第固@期冶金石灰化学成分的理论推算及应用研究 情况,将灼减.b?3%代入公式(2),求出未来冶金石灰 化学成分,如表5所列. 表5石灰石完全分解及未来回转窑冶金石灰化学成分表% 4.2.3根据冶金石灰CaO要求推算灼碱 在以后石灰煅烧生产中,需要进一步提升冶金石 灰质量,必须降低石灰成品的灼碱.根据公司提出冶 金石灰CaO?88%的硬指标,将51.51%,a=43.39% 和z?88%,代入公式(2),列出方程: 51.51%x(1-b)~(1-43.39%)?88% 解出.b?3.29% 即未来生产中,石灰成品灼碱必须控制在3.29% 之内,方可达到CaOI>88%的要求.当然由于生产工艺 的进步,石灰灼碱会更小,石灰质量也会随之提高,但 上升空间有极限,除非使用质量更好的石灰石原料. 4.2.4当前天铁回转窑冶金石灰生产质量 我矿回转窑2006年l2月底已投产运行.生产冶 金石灰化学指标实测如表6. 表6 CaO/%MgO/%Si02/%灼碱/%活性度/ml 平均88.945.341.212.26348.57 通过对比可以看出,生产数据与推算数据非常接 近,基本吻合. 5计算公式(1)和(2)的应用探讨 5.1实际工作中,由于不一定有石灰石灼减a,可以仅 依靠石灰石的CaO,MgO百分含量,通过公式(1)进行 粗算,推算煅烧后石灰的化学成分. 5.2在石灰石原料确定的情况下.把石灰灼减b=O 代人经验公式(公式(2)比公式(1)计算结果相对更精 确),可以推算出石灰质量的理论提升的空间或极限 理论值. 5.3由于在一定时期内,厂矿所使用的石灰石原料质 量相对比较稳定,因此,石灰生产过程中,可以仅 石灰灼减,就可以利用公式(2),推算出冶金石灰化学 成分,由此节约大量日常化验成本. 5.4而对于生产工艺参数稳定,石灰质量有要求的情 况,利用经验公式(2),可以通过计算,选择相应质量的 矿石. 5.5公式(1)和(2)不是万能的,它不能测算冶金石灰 的另一项重要指标一活性度.公式(1)和(2)有待于在 冶金石灰生产过程中进一步研究和探讨,为促进煅烧 冶金石灰技术发展提供理论资料. 5.6两个公式都适用于冶金石灰生产实践.考虑到冶 金石灰和轻烧白云石的煅烧机理相同,2007年初,我 们又利用公式(1)和(2)对天铁石矿轻烧白云石的化学 成分进行了推算,推算结果与实际生产情况基本吻 合.公式(1)和(2),不但对冶金石灰生产实践有一定指 导意义和使用价值,而且可以应用到轻烧白云石生产 实践中. (收稿2007—3—14责编崔建华) 作者简介 陈海如,男,1996年毕业于河北理工大学资源工程系,工程师, 现从事矿山生产和开采技术管理工作. 2010年中国钢材需求预计4.7亿吨 中国钢铁工业协会副秘长李世俊举行的"2007年(第二届)中国钢铁一铁合金产业链发 展峰会"上透露,预计2010年,中国钢材需求为4.7亿吨,钢消费将达到4.9亿吨. 钢铁产业是中国国民经济的重要基础产业,是一个国家经济和社会发展水平,综合实力 的重要标志.李世俊在发言中说,近年来,中国的钢铁工业有了很大的发展,对中国经济的发 展起了很大的作用,随着中国和国际经济的持续发展,对钢铁的需求也将进一步增加. 李世俊说,中国"十一五"规划经济发展的目标是向建设低投入,高产出,低消耗,少 排 放,能循环,可持续的国民经济体系和资源节约型,环境友好型社会迈进."十一五"后两年经 济增长将出现由主要依靠投资和出口拉动向消费与投资,内需与外需协调拉动转变.因此, 按照前三年GDP年增长率9%,后两年7.5%预测,2010年中国钢材需求预测为4.7亿吨. tjyjw@wtjwyj.tj 瑚 yj. mconIll—研究与应用—_wwtjwyj.tzjzy@jqtjkyj.co.cm哪