[发明专利]一种多孔颗粒状低碳石灰及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石灰，特别是涉及一种钢铁冶炼过程中的脱硫用石灰。本发明的石灰用于超低碳钢冶炼时的钢水预处理脱硫和炉外精炼的深脱硫。

技术背景

石灰（CaO）由石灰石（CaCO₃）高温煅烧分解而成，是钢铁冶金工业常用的铁水和钢水脱硫造渣剂原料之一（常与萤石配合使用）。但是，无论冶金行业标准规定（YB/T 042-2004）还是现有各种工艺和设备生产石灰的实物质量，都存在碳含量指标偏高和反应活性偏低的问题（见表1）。现有技术生产的石灰产品可以用于一般的冶金过程和建材行业，但是对于精炼一些碳和硫含量要求很低的超低碳钢则并不适用（见表2），否则在脱硫过程中会增加钢中碳含量，严重制约超低碳钢冶炼工艺的实施，使该特种钢化学成分不达标，成分命中率大幅度降低，给超低碳钢生产企业造成很大的经济损失。

国外钢铁冶炼技术先进国家，冶金石灰生产工艺先进，产品质量指标要求高（见表3），这为超低碳钢的生产提供了原料保障。实际上，我国现有各种超低碳钢生产技术基本上都是在上世纪七十年代以后从国外引进的，且目前每年超低碳钢的进口数量也很大。

作为典型的沉积岩类型，石灰石中的碳有两种存在形态：一是无机碳，即以CO₃^2-形式存在，是石灰石中碳的主要存在形式；二是有机碳，即石灰石成岩时包裹着的生物体内所含的有机碳，只占石灰石碳含量的极少部分。石灰石在高温煅烧过程中，无机碳分解出CO₂气体逸出，而有机碳则以气态直接挥发出或与CO₂反应生成CO气体而逸出，最终得到以CaO为主的石灰。

但是，经过高温煅烧得到的石灰中仍然会残留一部分碳。按照其成因不同，残留碳可分为杂质碳、原生碳和再生碳三种：1）杂质碳主要是采用燃料燃烧直接加热炉的煅烧工艺中，煤炭、燃油或燃气燃烧不完全而附着在石灰表面的游离碳，主要以单质碳的形式存在；2）原生碳是石灰石块煅烧分解不完全的“夹生”石灰中所含的无机碳和有机碳的总和，其碳分布特点是集中在块状石灰的中心且在中心内分布较均匀，如竖窑生产的大块石灰和回转窑生产的小块石灰中常有石灰块的“夹生”现象（也称为“生烧”或“欠烧”）；3）再生碳是采用直接燃烧加热的窑炉内燃料燃烧和石灰石分解产生大量的CO₂气体，高浓度的CO₂会再次与分解产物CaO生成CaCO₃，这部分CaCO₃在石灰冷却时不可能全部分解，有一部分仍滞留在石灰中以无机碳的形式存在，且一般石灰块表面的碳含量要略高于内部，具体含量高低随体系CO₂浓度和冷却速度大小而异。图1为回转窑石灰的15000倍扫描电镜分析（SEM），图2为与图1对应的电子探针显微分析（EPMA）碳元素面扫描结果。从图2可见碳元素自上而下增大的结果（石灰颗粒从内到外）。

从上世纪后期开始，国内钢铁企业纷纷引进国外先进石灰生产设备，淘汰原有落后设施，其目的只是要提高石灰产品的活性。我国也有大量提高石灰活性的期刊和专利文献报道，比如石灰质量标准YB/T 042-2004中虽然规定石灰活性为4M盐酸滴定法10min消耗毫升数，但是钢铁企业大多采用4M盐酸滴定法5min消耗毫升数来检测，可见石灰产品的早期活性得以大幅度提高。

尽管有关活性石灰的发明专利众多，但其产品并不适用于超低碳钢的冶炼。涉及到降低石灰中的碳和硫含量的专利如94215597.1“间接加热活性石灰煅烧炉”，200910063811.5“一种低硫低碳活性石灰的制备方法”，200610018345.5“一种活性石灰的生产方法”，200610012556.8“真空煅烧石灰石获得高活性石灰的方法及装置”。

94215597.1和200910063811.5都是以煤为燃料的外热式间接煅烧石灰工艺，避免了煤灰和烟气对石灰质量的污染，有利于降低石灰中的碳含量。但是燃煤炉温度均匀性差、控制难度大，会造成石灰成品质量的波动：温度高的区域石灰产生二次烧结而活性降低，温度低的区域却还存在“夹生”石灰现象；且在常压下石灰石分解速度较为缓慢，石灰产量也较低。如果提高煅烧温度的话，一则会降低石灰活性，再则钢质容器也难以承受太高的温度。