鎂質(zhì)石灰石的煅燒性能研究

寇麗紅，賀淑珍

（1.太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司制造部，山西 太原030003；2.太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司技術(shù)中心，山西 太原030003）

山西省榆縣境內(nèi)有大量的鎂質(zhì)石灰石資源，該資源夾雜在方解石資源礦帶中，w（MgO）為4%~12%，w（CaO）為38%~49%，若將其剝離廢棄，將造成資源損失和采礦成本升高。太鋼鑫磊資源有限公司生產(chǎn)冶金白灰，其石灰石資源為馬家溝組，常規(guī)石灰中w（MgO）＜2%，石灰石煅燒性能較峰峰組差，易爆裂，惡化窯況和增加回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的機(jī)率較大；在常規(guī)石灰石夾層中，又分布有w（MgO）較高的鎂質(zhì)石灰石。其w（MgO）在4%~12%，為了提高資源的利用，降低采礦成本，進(jìn)行了鎂質(zhì)石灰石的煅燒性能研究，以掌握不同w（MgO）對(duì)其煅燒性能的影響，為生產(chǎn)利用提供技術(shù)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究

1.1 化學(xué)性能研究

對(duì)不同的高鎂石灰石取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果如表1所示。

由表1分析可以看出：高鎂石灰石中w（MgO）為4.7%~12.05%，w（CaO）為38.7%~49.04%，w（SiO2）為1.43%~3.59%，燒損率較常規(guī)石灰石要略高一些。

表1 石灰石化學(xué)成分分析結(jié)果 %

1.2 煅燒性能研究

1.2.1 試驗(yàn)方法及指標(biāo)說(shuō)明

1）燒失率：預(yù)熱溫度為800℃，預(yù)熱時(shí)間為45 min，煅燒溫度按設(shè)定溫度進(jìn)行焙燒1 h后，冷卻到室溫后進(jìn)行燒失率檢測(cè)。

2）水化活性：取3 g燒后熔劑，放入5 mL水的燒杯中，然后將燒杯置于150℃的烘干箱中烘1.5 h后，取出稱重，計(jì)算水化活性度。

3）用焙燒評(píng)價(jià)指標(biāo)——燒失率與水化活性度來(lái)評(píng)價(jià)焙燒質(zhì)量好與壞。其中，燒失率=（燒前質(zhì)量-燒后質(zhì)量）/燒前質(zhì)量×100%；水化活性度＝（燒后質(zhì)量-3）/3×100%。

1.2.2 w（MgO）對(duì)煅燒溫度的影響

對(duì)石灰石進(jìn)行了焙燒溫度選擇試樣，試驗(yàn)具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 石灰石焙燒溫度選擇試驗(yàn)結(jié)果

由表2可見(jiàn)，燒失率變化不是很大，大致為43%~45%，說(shuō)明在焙燒溫度為1 000~1 100℃時(shí)，基本能夠保證石灰石完成分解。所以，應(yīng)將水化活性和轉(zhuǎn)鼓粉率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

w（MgO）較低時(shí)，常規(guī)石灰石在1 100℃時(shí)，水化活性為28.33%，轉(zhuǎn)鼓粉率最低，為8.5%。因此，其適宜焙燒溫度為1 100℃。

w（MgO）為4%~5%之間的石灰石為1號(hào)礦和2號(hào)礦，1號(hào)礦在1 050℃時(shí)，水化活性較高，為28.38%，轉(zhuǎn)鼓粉率為10.18%，處于一個(gè)合理水平。2號(hào)礦在1 000℃時(shí)，水化活性為31%，取得較好水平，但因其結(jié)構(gòu)為層狀，分解過(guò)程中易裂，使得轉(zhuǎn)鼓粉率超過(guò)12%，為12.41%，是不能滿足生產(chǎn)要求的。因此，2號(hào)礦暫不能進(jìn)行利用。

3號(hào)礦w（MgO）為7.68%，水化活性整體較低，為22%~24%，在1 000~1 050℃時(shí)，水化活性相對(duì)較高，綜合考慮，焙燒溫度為1 050℃時(shí)指標(biāo)較好一些。

w（MgO）繼續(xù)升高到9%~12%，在1 000℃時(shí)取得較好的水化活性和轉(zhuǎn)鼓粉率指標(biāo)。

因此，從煅燒試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，隨著w（MgO）的升高，煅燒溫度呈降低趨勢(shì)，在w（MgO）為4%~7%時(shí)，適宜煅燒溫度為1 050℃，w（MgO）為9%以上時(shí)，適宜煅燒溫度降低為1 000℃。

在適宜煅燒溫度下，水化活性較好的為5號(hào)礦、4號(hào)礦、1號(hào)礦；3號(hào)礦相對(duì)要差一些。

1.2.3 適宜煅燒時(shí)間選擇

對(duì)試樣1和試樣3進(jìn)行了適宜煅燒時(shí)間的選擇試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示。

由圖1和圖2可知，適宜煅燒時(shí)間以60min為宜。

圖1 試樣1的適宜鍛燒時(shí)間選擇試驗(yàn)結(jié)果

圖2 試樣2的適宜鍛燒時(shí)間選擇試驗(yàn)結(jié)果

1.2.4 預(yù)熱參數(shù)研究

對(duì)高鎂石灰石資源進(jìn)行預(yù)熱參數(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可得出：試樣在140℃保溫180 min及150℃保溫120 min兩種試驗(yàn)條件下，均不發(fā)生爆裂；140℃保溫180 min及150℃保溫120 min條件下的轉(zhuǎn)鼓粉率較140℃保溫120 min條件下的轉(zhuǎn)鼓粉率降低4.14%和5.18%。因此，提高溫度和延長(zhǎng)保溫時(shí)間均有利于提高高鎂石灰石的強(qiáng)度。

表3 高鎂石灰石預(yù)熱參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

2 高鎂石灰石鍛燒工業(yè)性試驗(yàn)

2.1 預(yù)熱工藝

預(yù)熱方式：窯尾廢氣+熱風(fēng)爐供熱，入口溫度為250~270℃，出口溫度為140℃時(shí)，轉(zhuǎn)為輔熱保溫2 h。

2.2 帶料方式

采用10~20 mm與20~40 mm物料，按照1∶2比例帶料入窯。

2.3 石灰質(zhì)量指標(biāo)

生產(chǎn)石灰質(zhì)量指標(biāo)如表4所示。

表4 石灰質(zhì)量指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果（窯前）

由表4可知：窯前灰w（CaO）平均為87.06%；w（MgO）最高為4.74%，平均為3.14%；w（SiO2）平均為1.82%；活性度為347 mL；石灰質(zhì)量滿足后續(xù)工藝要求。

2.4 煉鋼配用效果

2.4.1 AOD工序

將鎂質(zhì)石灰與普通石灰分別在304系列與304L系列鋼種中進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)表5所示。

從表5看出：AOD還原渣中w（MgO）由2.9%左右升高到3.2%左右。石灰消耗量與理論計(jì)算值相當(dāng)；還原堿度與普通石灰相近，還原w（S）降低0.010%，終渣堿度控制正常；脫S效果也與普通石灰相當(dāng)。

表5 石灰試驗(yàn)參數(shù)與消耗對(duì)照表

2.4.2 轉(zhuǎn)爐工序

后在碳鋼轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了使用試驗(yàn)，每爐石灰加入量與正常工藝加入量相當(dāng)。轉(zhuǎn)爐使用高w（MgO）石灰，冶煉過(guò)程正常，未出現(xiàn)噴濺等現(xiàn)象，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w（C）、w（P）、溫度控制均正常。

3 結(jié)論

1）在實(shí)驗(yàn)室對(duì)鎂質(zhì)石灰石的理化性能、煅燒性能、煅燒工藝進(jìn)行了研究，得出了高鎂石灰石的適宜煅燒溫度和煅燒時(shí)間。

2）通過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)研究得出，生產(chǎn)石灰質(zhì)量滿足后工序生產(chǎn)要求。

3）對(duì)高鎂石灰石性能進(jìn)行研究，使資源得到充分利用，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。