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(yīng)具有較高的反應(yīng)能力。由于石灰石在轉(zhuǎn)爐內(nèi)分解吸熱,煉鋼用石灰一般要經(jīng)輕燒后使用。

    活性度是造渣用石灰的一個重要指標(biāo),輕燒石灰的活性度與石灰的化學(xué)組成、石灰的巖相結(jié)構(gòu)和煅燒工藝條件有關(guān),其中化學(xué)組成和巖相結(jié)構(gòu)是影響煅燒石灰活性度的內(nèi)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(chǎn)地不同和成礦條件的差異使得石灰化學(xué)組成存在差異,特別是伴生的雜質(zhì)礦物組成和含量不同對煅燒石灰的活性度和后續(xù)使用存在一定影響。成礦條件影響石灰?guī)r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(nèi)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(guī)律,從而可以根據(jù)要求調(diào)整煅燒工藝條件,以獲得我們所需產(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)和產(chǎn)物的顯微結(jié)構(gòu)予以解釋。

    實(shí)驗(yàn)選用3種不同產(chǎn)地石灰進(jìn)行研究,分別用產(chǎn)地A、B和C表示。輕燒實(shí)驗(yàn)在箱式電阻爐中進(jìn)行,升溫速度為5℃·min-1,升至相應(yīng)溫度進(jìn)行保溫,達(dá)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(jī)的攪拌下,用濃度為4N的鹽酸進(jìn)行滴定,直到10min內(nèi)紅色消失,鹽酸消耗總體積數(shù)(mL)即為石灰的活性度。煅燒前后試樣顯微結(jié)構(gòu)采用型號為VEGATS5136XM的掃描電子顯微鏡進(jìn)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(chǎn)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(xiàn)先增高,到達(dá)最高值后,活性度降低。

    產(chǎn)地A石灰,在1000℃下輕燒,活性度達(dá)到最高值,而石灰石B和C均在1050℃達(dá)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(rèn)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(nèi)在條件,也就是其組成和結(jié)構(gòu),在后面將從顯微結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(fā)生分解,但同時伴隨著CaO的再結(jié)晶和晶體生長。熱量傳輸影響這兩個過程的進(jìn)行。當(dāng)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(dá)到CaCO3的分解溫度,CaCO3的分解不完全,會出現(xiàn)未燒透的現(xiàn)象,此時石灰活性度較低。當(dāng)溫度較高時,溫度梯度大,中心易達(dá)到較高溫度,CaCO3分解迅速,與此同時,CaO的再結(jié)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(fā)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(zhuǎn)化,導(dǎo)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(chǎn)地不同,石灰石煅燒產(chǎn)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(chǎn)過程中,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)地不同來調(diào)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(chǎn)物活性度的影響。由表3可以看出,3個產(chǎn)地石灰石大顆粒煅燒產(chǎn)物活性度高于小顆粒煅燒產(chǎn)物。在該煅燒條件下小顆粒煅燒產(chǎn)物活性度降低可能是由于小顆粒煅燒產(chǎn)物出現(xiàn)過燒,使得產(chǎn)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(chǎn)生不同的結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。由圖1可以看出,石灰石A和B晶粒較細(xì)小,石灰石B晶粒較為均勻;而石灰石A晶粒細(xì)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(jié)構(gòu)

    圖2示出了3種石灰石在1050℃保溫90min輕燒后石灰的顯微結(jié)構(gòu)。由圖2可見,石灰石A煅燒產(chǎn)物晶粒之間燒結(jié)嚴(yán)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(chǎn)物晶粒細(xì)小,晶粒之間燒結(jié)較輕,比表面積大,活性度高。石灰石C輕燒產(chǎn)物晶粒細(xì)小,但晶粒之間由燒結(jié)而產(chǎn)生一定粘連,粘連晶粒之間,存在一定孔洞。根據(jù)1050℃保溫90min輕燒后石灰的活性度數(shù)據(jù)可以看出,晶粒之間燒結(jié)較好,產(chǎn)生較多粘連的輕燒石灰,活性度較低;而晶粒細(xì)小,晶粒之間燒結(jié)較輕,其活性度較高。

圖2 3種石灰石輕燒后的顯微結(jié)構(gòu)(1050℃,90min)

    由上述實(shí)驗(yàn)和分析結(jié)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(chǎn)品活性度簡單的對應(yīng)關(guān)系,為此不能認(rèn)為,原礦晶粒尺寸大,輕燒產(chǎn)物活性度就低;原礦晶粒尺寸小,輕燒產(chǎn)物活性度就高。因?yàn)檩p燒石灰活性度除了與晶粒尺寸有關(guān)外,還與燒結(jié)程度有關(guān),燒結(jié)程度與晶粒尺寸、雜質(zhì)濃度、雜質(zhì)分布等因素也有關(guān)。