煉鋼用活性石灰存放過程中質量變化規(guī)律分析

王麗暉，高巍，李奎

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼前鐵水預處理使用活性石灰進行脫硫［1］，經常出現部分活性石灰的實際使用質量與檢測值不符的現象，易出現生產質量事故和導致質量異議。由于活性石灰在空氣中的不穩(wěn)定性，吸收二氧化碳、水而使活性氧化鈣成分失效，為了詳細解釋活性石灰在使用前因存放發(fā)生的質量變化，有效指導使用部門，文中設計了一些實驗條件下影響活性石灰的變化因素，觀察活性石灰品位隨堆放時間的質量變化。國內也有一些文獻對活性石灰在存放過程中的質量變化進行過報道［2］，但是未發(fā)現對其變化規(guī)律進行系統(tǒng)的定量分析。文中以活性石灰為研究對象，通過對活性石灰存放過程中主要成分氧化鈣含量的測量，建立氧化鈣含量隨時間變化的定量數學計算模型，通過模型推算出使用前活性石灰中氧化鈣含量的準確值，對活性石灰脫硫前的使用起到精確指導作用。

1 實驗材料和方法

蔗糖為分析純；氫氧化鈉濃度為20%；鈣指示劑（1+50）：1 g鈣指示劑與50 g氯化鈉研細混勻；EDTA 標準溶液：c（EDTA）=0.01 mol/L。

根據石灰中有效氧化鈣可與蔗糖反應生成溶解度較大的蔗糖鈣，而試樣中的碳酸鈣和其他鈣鹽則不與蔗糖反應，將其進行過濾分離，最后用EDTA滴定法測定活性石灰中有效氧化鈣含量［3］。

實驗選取活性石灰樣品約5 kg。模擬活性石灰倉儲狀態(tài)，在實驗室將樣品保管在廣口玻璃瓶中，瓶口為開放環(huán)境存放，在溫度、濕度相對穩(wěn)定的情況，按照上述方法將制備完畢的樣品每隔2 h對樣品中氧化鈣的含量進行檢測。

2 實驗結果與分析

結合生產實際，多在春夏季節(jié)，使用者對活性石灰的質量異議較多，考慮到鞍鋼鲅魚圈地區(qū)冬季干冷，夏季溫濕度較高，對活性石灰的存放影響較大，本試驗條件選擇氣溫在20～35℃、濕度40%～60%。每隔2 h對試樣中氧化鈣含量進行一次檢測，然后對6組數據繪制3D散點圖。氧化鈣檢測結果與溫度、時間的3D散點圖見圖1，氧化鈣檢測結果與濕度、時間的3D散點圖見圖2。

圖1 氧化鈣檢測結果與溫度、時間的3D散點圖

圖2 氧化鈣分析結果與濕度、時間的3D散點圖

由圖1和圖2可以看出，在不同溫度、濕度環(huán)境下，活性石灰中氧化鈣的含量隨時間的變化趨勢基本是一致的。說明本實驗條件下溫度在20～35℃、濕度在40%～60%范圍變化對活性石灰中氧化鈣含量的變化化學反應的影響趨勢是相同的。

活性石灰的主要成分氧化鈣為堿性氧化物，存放在空氣中主要發(fā)生反應原理見式 （1）和式（2）。式（1）生成的 Ca（OH）2釋放大量熱，且具有腐蝕性；式（2）生成的CaCO3為粉末狀，是煅燒活性石灰反應的逆反應。

通過反應原理得知活性石灰對濕度敏感，在空氣中的不穩(wěn)定性較大，易于與空氣中的二氧化碳、水反應，生成較穩(wěn)定的碳酸鈣及氫氧化鈣。

通過實驗設計得到實驗數據，繪制氧化鈣含量與時間的散點關系圖，見圖3。

圖3 氧化鈣檢測結果與時間的散點圖

由圖3可以看出，每一個實驗組氧化鈣含量隨時間降低的趨勢明顯，在前24 h階段降低幅度最大，在24 h之后，表面活性氧化鈣基本反應穩(wěn)定。同時發(fā)現不同樣品中氧化鈣含量在相同溫度、濕度的環(huán)境下保存，氧化鈣含量變化趨勢是一致的。考慮本試驗樣品量與實際生產過程中存放在料倉內存儲量相比較小，故反應程度受接觸空氣的表面積小，反應速度還要緩慢。

根據圖3不同樣品曲線的分布規(guī)律，雖然反應曲線變化趨勢相同，但每一曲線相對于Y軸的位置分布由初始氧化鈣含量決定。所以，活性石灰在存放過程中，在某一反應時間段后活性石中氧化鈣的絕對百分含量與初始氧化鈣含量的多少有關。

3 建立活性石灰中氧化鈣含量隨時間變化的模型

根據計算軟件模擬實驗數據，找出最符合氧化鈣含量變化的曲線見圖4。活性石灰中氧化鈣含量隨時間變化的函數模型見表1。由于鞍鋼鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼活性石灰的氧化鈣含量均在80%以上，所以本方法考慮85%與89%左右兩檔的含量作為初始含量進行推算，同時在數學模型后進行了初始含量修正。經過與儀器檢測比對，誤差在1%以內的準確度達到95%以上。活性石灰中氧化鈣含量的化學分析值與數學模型推算值的比較見表2。通過與化學分析方法比對，氧化鈣含量誤差在0.6%之內的符合性在95%以上。

4氧化鈣含量變化的曲線

表1 活性石灰中氧化鈣含量隨時間變化的函數模型

表2 氧化鈣含量的化學分析值與數學模型推算值比較

4 實際應用

在煉鋼實際生產中，活性石灰生產后一般存放約24～48 h后才能應用在煉鋼脫硫過程，其中，氧化鈣含量隨時間變化逐漸衰減，所以在脫硫前，根據活性石灰生產后存放的時間間隔，應用本方法推算出實際應用時煉鋼活性石灰氧化鈣的含量，能更加有效準確地確定活性石灰的加入量。

基于上述試驗結果，注意煉鋼用活性石灰成品檢驗完成后，應避免長時間存放后，再使用時的氧化鈣品位與檢測結果不符，造成活性石灰使用時質量偏差；其次，合理控制活性石灰的庫存，根據生產和使用時間間隔，推測入爐活性石灰質量情況，動態(tài)調整白灰入爐量，保證爐渣堿度，達到精細操作的目的，有效地降低煉鋼生產成本。

5 結論

通過研究活性石灰中氧化鈣隨時間變化的規(guī)律，建立了石灰活性與存放時間變化的二次曲線數學模型。根據該數學模型，可以推算出隨存放時間變化活性石灰中氧化鈣的含量，通過與化學分析方法比對，氧化鈣含量誤差在0.6%之內的符合性在95%以上，所以在煉鋼過程中，使用活性石灰時要根據存放時間的長短預判活性石灰的質量，保證使用過程中正確預判活性石灰的加入量，保證爐渣堿度，有效降低煉鋼生產成本。

［1］劉麟瑞，王丕珍.冶金爐料手冊（第二版）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

［2］陽仁貴.活性石灰在貯存、運輸過程中氧化鈣含量與活性度變化測試分析［J］.耐火與石灰， 2013， 38（1）： 18-19.

［3］楊俊命，顧明.通實用冶金分析 ［M］.遼寧：科學技術出版社，1989.