【正文】 河南有色匯源鋁業(yè)有限公司 200m3石灰 豎 爐 2020 年 10 月 1 第一章 煅燒理論 第一節(jié) 石灰煅燒概論 一、石灰概述 以主要成份為碳酸鈣（ CaCO3）石灰石為主要原料，經(jīng)過適當(dāng)溫度的煅燒所得到的一種氣硬性膠凝材料，其主要成份為氧化鈣（ CaO），俗名叫做生石灰。 生石灰的主要性質(zhì) ⑴ 顏色：白色，隨著化學(xué)純度不同而亮度不同，最純的石灰最白，低純度和生燒的石灰其亮度低，其顏色是由雜質(zhì)，主要是鐵元素等著的色。有時也呈暗灰色、淺黃色。生石灰常常比原來的石灰石白。 ⑵ 氣味： 稍有臭味，伴有刺激性感覺。 ⑶ 組織：生石灰全部是結(jié)晶質(zhì)，結(jié)晶的大小與排列依生石灰的不同而顯著不同，其中，有的看起來像無定形的東西，但實(shí)際上它是由微晶粒組成的。 ⑷ 空隙率：市場上銷售的生石灰的空隙率隨石灰石的結(jié)構(gòu)，煅燒溫度和時間等不同而在寬達(dá) 18～ 48%（平均 35%）的范圍里變化 ⑸ 比重：完全死燒了的時候?yàn)?～ 。一般市場上銷售的生石灰比重為 左右 ⑹ 假比重：在 ～ 的寬范圍變動，一般市場上銷售的生石灰其平均值為～ ，堆比重為 ～ ⑺ 導(dǎo)熱率：（ ～ ） cal/.℃ ⑻ 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)：分別為 2572℃和 2850℃ ⑼ 安息角：是將石灰自然堆放時，其斜面也水平面構(gòu)成的傾斜角，大約為 40～50 度 二、石灰石在煅燒過程中進(jìn)行的反應(yīng) 2 煅燒石灰石時，窯內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)為石灰石受熱后分解成生石灰與二氧化碳，其反應(yīng)式如下： CaCO3=CaO+CO2↑ 這是一個吸熱反應(yīng)，熱量的來源主要是燃料，另外，這個反應(yīng)是可逆的。因此，為使反應(yīng)自左向右進(jìn)行，必須指定溫度和 壓力條件，溫度越高反應(yīng)越完全，在 750℃時， CaCO3分解開始明顯，但反應(yīng)很慢，在 898℃時， CaCO3分解就相當(dāng)快了。 千卡熱量需要 克標(biāo)準(zhǔn)煤，約為石灰石重量的 6%，制取 1 公斤氧化鈣，理論上需要消耗 公斤碳酸鈣，這時需要的消耗理為 179。＝ 179。 ，相當(dāng)于 。實(shí)際上，煅燒石灰所需的熱耗都大于理論值，這將直接取決于窯的類型和工藝技術(shù)水平，熱能的利用效率等。1 公斤 MgCO3 的分解熱為 343179。 ，而制取 1 公斤氧化鎂需要煅 燒 斤 MgCO3，所需要的熱量為 343 千卡179。 ＝ 179。 ，由于 MgO的燒結(jié)溫度比 CaO低，所以分解 MgCO3消耗的熱也較 CaCO3少。煅燒石灰石所需要的熱，均由燃料在窯內(nèi)燃燒所至，燃料的燃燒需要足夠的氧氣，若送入窯內(nèi)的空氣量不足，燃燒就會不完全而產(chǎn)生 CO，在位置較高的煅燒層中，還存在著還原層， CO2被熾熱的碳部分地還原為 CO： C＋ CO2＝ 2CO－ 179。 在煅燒較高的地方和空氣中有剩余的氧，大部分 CO 被氧化成為 CO2： 2CO＋ O2＝ 2CO2＋ 當(dāng)一氧化碳升到窯（料）面與空氣接觸燃燒生成二氧化碳 CO＋ 1/2O2＝ CO2＋ 179。 在窯頂?shù)囊谎趸加龅娇諝馊紵a(chǎn)生的熱量是白白浪費(fèi)掉的，所以，窯氣中每增1%的一氧化碳，相當(dāng)于浪費(fèi)料 6～ 7%。因此，當(dāng)一公斤碳完全燃燒時能釋放出 7900 3 179。 的熱量，而不完全燃燒時僅能釋放出 23179。 ，所損失的熱量相當(dāng)于總和的 %（一氧化碳在窯氣中的含量一般不應(yīng)超過%）。石灰石各主要成份是碳酸鈣，同樣還存在著各種有害物質(zhì)，所以，在高溫的燃燒過程中進(jìn) 行著下述反應(yīng)： CaCO3＝ CaO＋ CO2 碳酸鈣的分解 MgCO3＝ MgO+CO2 碳酸鎂的分解 C+O=CO2 碳的完全燃燒 CO2+C=2CO 二氧化碳的還原 2CO+ O2=2CO2 一氧化碳的燃燒 2H2+O2=2H2O 氫的燃燒 S+O2=SO2 硫的燃燒 從上面列舉的還很不完全的反應(yīng)中可以看得出，在石灰窯中不僅進(jìn)行著氧化過程，也進(jìn)行著還原過程。困此，燒制出的石灰是有各種顏色。 三、石灰石的分解溫度 生石灰（簡稱石灰、白灰）是由石灰石（主要成分 CaCO3）在高溫（一般大于 900℃）下發(fā)生分解反應(yīng)而生成的， CaCO3分解溫度是指其 CO2分解壓的溫度，因此在氣相中 PCO2不同時， CaCO3 分解溫度是不同的，在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純 CO2氣相中， CaCO3的分解溫度為 898～ 910℃。 工業(yè)窯爐內(nèi)氣氛中還有其它的氣體，因此 PCO2小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，因此，在煅燒過程中，石灰石料塊表面部分實(shí)際上在 810～ 850℃就已經(jīng)開始分解了。 四、分解速度 石灰石（ CaCO3）的分解速度依賴于溫度的高低，若煅燒溫度為 900℃，每小時能燒透 3mm/h； 1000℃時是 14mm/h， 1100℃時是 20mm/h， 1200℃時是 4 25mm/h。隨著溫度的升高，分解速度呈平方形式增長，但溫度過高時，內(nèi)部還未分解，而在表面已經(jīng)被燒死，影響煅燒速度。 在恒定外部溫度下，越靠近石灰石中心， CO2逸出的阻力就越大，分解速度越慢，從實(shí)際上來講，直徑為 150mm 的球形石灰石，在 1050℃條件下，在窯內(nèi)煅燒需要 20 個小時才能燒透，與理論值相差 5小時。 在一定的介質(zhì)溫度下，石灰石的分解速度有一個大致的范圍，如果入窯的石灰石粒徑差很大，如 30～ 120mm，則小粒徑的石灰石尚未通過 煅燒帶就已經(jīng)分解完畢，而后繼續(xù)在高溫的燒成帶停留一段時間，其結(jié)果必然出現(xiàn)石灰晶柱長大和燒結(jié)。而那些粒徑大的石灰石，則由于其完全分解所需時間超過了它在高溫帶可能停留的時間而出現(xiàn)中心部分生燒。 對于小粒徑的石灰石，如回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn) 15～ 45mm 的石灰石，雖然粒徑為1∶ 3，但由于中小顆粒的石灰石完全分解后只需在煅燒帶停留較短的時間，而顆粒較大的也能分解完畢。因此在確定爐型后，必須選擇合適的石灰石粒徑區(qū)間。石灰石在煅燒中生成的石灰層，由于氣空率大，而且較石灰石的導(dǎo)熱系數(shù)低，使得熱很難傳到被煅燒的石灰石內(nèi) 部，被煅燒的石灰石粒度越大，石灰層厚度就越大， CO2 的逸出也越困難。煅燒大粒徑的石灰石時，必須以降低煅燒溫度，犧牲煅燒速度和降低豎爐利用系數(shù)為代價，才能生產(chǎn)出符合需要的石灰石。 五、煅燒度 石灰的煅燒度一般分類為軟燒、硬燒、死燒。石灰石分解時釋放占其重量40%左右的 CO2，所以在分解瞬間的生石灰具有結(jié)晶細(xì)、比表面積大、空隙度大（但個 別 晶粒間空隙?。?、假比重小、反應(yīng)性能強(qiáng)等性質(zhì)，這種狀態(tài)的生石灰稱為軟燒石灰。這種石灰若在高溫下長時間煅燒，細(xì)的晶粒逐漸熔合，總體積收縮，這種狀態(tài)的石灰一般稱為硬燒石灰。 再進(jìn)一步提高煅燒度，消化反應(yīng)速度變得極低 ， 5 稱之為死燒石灰。 六、雜質(zhì)對煅燒的影響 在石灰煅燒中有害雜質(zhì)主要是 SiO Al2O Fe2O3，純 CaO 的熔點(diǎn)很高，達(dá)2572℃。但由于雜質(zhì)的存在，在煅燒過程中，表面張力、蒸發(fā)濃縮、擴(kuò)張等作用開始 熔化 的溫度卻是該物質(zhì)熔點(diǎn)的大約 60%。例如在 CaOSiO2系化合物中α C2S的熔點(diǎn)是 2130℃，但在煅燒過程中于 1280℃左右的溫度就已經(jīng)開始生成其結(jié)晶了。在大致 900℃的低溫以下，石灰石中的雜質(zhì) SiO Al2O Fe2O3與石灰反應(yīng)的量很少，但若溫度進(jìn) 一步提高，則會發(fā)生以下一些次生反應(yīng)： 2CaO + SiO2 → 2CaO178。 SiO2 3CaO + SiO2 → 3CaO178。 SiO2 3CaO + Al2O3 → 3CaO178。 Al2O3 4CaO + Al2O3 + Fe2O3 → 4CaO178。 Al2O3178。 Fe2O3 這些反應(yīng)生成物堵塞生石灰的細(xì)孔，使石灰活性度下 降。這些雜質(zhì)數(shù)量很大時，在高溫時形成融熔狀態(tài)，使石灰相互粘結(jié)，造成結(jié)瘤，使窯況惡化。因此應(yīng)避免雜質(zhì)的引入，采取篩分和水洗能去除原料中混入的部分雜質(zhì)，改善原料質(zhì)量。 第二節(jié) 原料石灰石 石灰石是一種天然的沉積巖，亦稱水成巖，石灰石以化學(xué)式 CaCO3為主，具有細(xì)粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，從顏色來看，以青灰、淺灰的色澤為好，雜質(zhì)含量少，另外，還可采用化學(xué)試劑進(jìn)行測試：把少量的稀鹽酸滴在巖石上，發(fā)出嘶嘶聲并放出二氧化碳?xì)馀莸谋闶鞘沂? 一般來說，含有碳化物和瀝青雜質(zhì)的石灰石為 灰色、黑色；有微細(xì)沉積的， 6 與有機(jī)雜質(zhì)的呈微藍(lán)色；有海綠石或鐵（鎂）氧化物的呈淺綠色；米色、淡粉紅色、沒有光澤則含較多的氧化鎂；灰色、灰褐色、紅黑色、棕色則含有鐵、錳氧化物；乳白色有晶體光澤的，含有少量的氧化硅；色澤較深的，含有硫化氫較多。 按礦床類型，石灰石分為普通石灰石、高鎂石灰石兩類。 可以燒制生石灰的石灰石分類 用于 燒 制石灰石的原料是碳酸鹽類巖石（或礦物），其主要成份是 CaCO3。具體說燒制石灰的原料基本有以下幾種： （一）由磷酸鹽類巖石經(jīng)接觸變質(zhì)或區(qū)域變質(zhì)而成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的 大理石。 （二）普通的石灰石。 （三）多孔石灰石（包括貝殼石灰石、石灰質(zhì)凝石灰石、魚卵石、石灰華）。 （四）白堊（土狀結(jié)構(gòu)、具有疏松的特點(diǎn)）。 （五）貝殼。 石灰石和白云石的區(qū)別 可以從以下幾個方面區(qū)別： （一）理化 （ 1）石灰石的主要成份是 CaCO3；白云石是碳酸鈣和碳酸鎂的復(fù)鹽（ CaCO MgCO3）。 （ 2）石灰石具有細(xì)粒的結(jié)構(gòu)，微結(jié)晶體球形或近似立方體；白云石屬三方晶體系，菱面晶體；其結(jié)構(gòu)是粒狀的、致密的、板狀的和鱗狀的。 （ 3）硬度 石灰石的極限抗壓強(qiáng)度 400～ 1000 公斤 /厘米 2； 白云 石的極限抗壓強(qiáng)度 1000～ 1400 公斤 /厘米 2。 （ 4）白云石遇冷酸起泡緩慢，不如石灰石劇烈，也無絲絲聲，但在被加熱為 10%濃度的鹽酸作用下能產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象。 7 （二）顏色 白云石因常含有鐵、鋁、硅等氧化物體質(zhì)，其顏色與所含雜質(zhì)有關(guān)，呈灰白和淺紅，并有玻璃光澤。 白云石化學(xué)成分為 CaMg[CO3]2，晶體屬三方晶系的碳酸鹽礦物。白云石的晶體結(jié)構(gòu)與方解石類似，晶形為菱面體，晶面常彎曲成馬鞍狀，聚片雙晶常見，多呈塊狀、粒狀集合體。純白云石為白色，因含其他元素和雜質(zhì)有時呈灰綠、灰黃、粉紅等色，玻璃光澤。三組菱面體解理 完全，性脆。摩氏硬度 ，比重 。礦物粉末在冷稀鹽酸中反應(yīng)緩慢。 鑒定特征：以硬度稍大，在冷稀鹽酸中反應(yīng)緩慢等特征，可與相似的方解石相區(qū)別。 白云石是組成白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r的主要礦物成分。白云石可用作冶金熔劑、耐火材料、建筑材料和玻璃、陶瓷的配料。 煅燒對石灰石的質(zhì)量要求 （ 1）石灰石的有用成份： CaCO3 （ 2）石灰石的所含有害物： SiO Al2O Fe2O Na2O、 K2O、 P、 S； （ 3）石灰石以泥土、沙粒形態(tài)粘附的有害物： SiO Al2O Fe2O Na2O、 K2O、 P、S；在石灰煅燒中有害雜質(zhì)是 SiO Al2O Fe2O Na2O、 K2O等。這些雜質(zhì)從比較低的溫度（ 900℃）就開始和燒成的石灰 CaO 發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn) CaO 顆粒間的融合，其結(jié)果導(dǎo)致顆粒間收縮，反應(yīng)生成物堵塞生石灰的細(xì)孔，使石灰反應(yīng)性能下降。同時也堵塞石灰石脫除 CO2后所剩余的通道，造成石灰石難分解，產(chǎn)生帶芯石灰。這些雜質(zhì)數(shù)量很大時，在高溫時形成融熔狀態(tài)，使石灰相互粘結(jié)，形成結(jié)瘤，使石灰煅燒爐失常。 對石灰煅燒產(chǎn)生影響的雜質(zhì)，通常要求： SiO2+Al2O3+Fe2O3≤ 5%，但 是，由于所采用的石灰煅燒爐的形式不同，燃料的種類不同，所要求的煅燒度不同，上述的判 8 別的標(biāo)準(zhǔn)也不同。 （ 4）石灰石的結(jié)晶組織 石灰石的結(jié)晶組織，主要反應(yīng)在 CaO結(jié)晶顆粒的大小上，結(jié)晶粗大的石灰石因結(jié)構(gòu)致密，石灰石分解時 CO2逸出時的通道很小，石灰石難分解。在高溫狀態(tài)分解時，會產(chǎn)生粉化，同時石灰的活性度也低。因此在石灰煅燒時，一般應(yīng)選用結(jié)晶顆粒細(xì)的石灰石。但因煅燒方式的不同，對不同種窯形，某些結(jié)晶顆粒粗的石灰石也是可以采用的。 （ 5）石灰石的顆粒 在石灰石煅燒過程中，原料石灰石粒度的影響也是非常大的，由于 CO2的分解是由石灰石表面向內(nèi)部慢慢進(jìn)行的，所以大顆粒的石灰石比小粒徑的煅燒要困難，需要的時間也長。石灰石的分解時間與粒度不是線性關(guān)系，在一定溫度下，煅燒時間與石灰石的粒徑的平方成正比的。