D0L:10.13374h.issn1001-053x.2007.s1.019 第29卷增刊 北京科技大学学报 Vol.29 Suppl. 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 宣钢优特钢用活性石灰反应过程动力学研究 郭汉杰尹志明古特 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要对宣化钢铁公司石灰厂所用的石灰石的分解过程进行了动力学研究.以升温速率分别为10、15、20、25和 30℃min的方式将过200目筛子的石灰石粉末加热到1000℃，通过测量其热重曲线，得出分解过程的机理方程为F(a) 98873 =(1-a)':所用碳酸钙的热分解反应的速率常数为k=54325e7.通过对(0.02m×0.02m×0.02m)的石灰石样品在 1223、1323和1423K进行的分解实验，确定了C02在该石灰石生成C0过程中的扩散系数和温度的关系为 1gD=-2506+228,得到了石灰石分解的动力学模型，并用此模型作了预测，与实际吻合较好. T 关键词活性石灰：动力学：石灰石分解 分类号0313.7 符号表 k一CaCO3热分解反应的速率常数： Xg一t时刻CaCO3的分解率： 1一石灰石分解时间，s: 一反应转化率： Ps一固体分解物B的密度，3200kg/m3: 阝一反应升温速率： L一立方体的边长，0.02m: T一绝对温度： D一CO2气体在Ca0中的扩散系数，ml/s: A一指前因子： Mg一CaCO3的摩尔量，0.1kg/mol: E一活化能： t一石灰石分解完成时间（最大活性度对应的时间）. 冶金活性石灰是指一种化学性能活泼、反应能 率可提高10%：石灰消耗可减少20%：萤石用量可 力强、在炼钢造渣过程中熔炼速度快、含硫和磷等 节省25%.此外，使用活性石灰还有利于炼钢过程 有害元素少的优质轻烧石灰.它具有体积密度小、 中脱硫、去磷和提高炉衬寿命.它的质量优劣主要 气孔率高、比表面积大、氧化钙的矿物结晶细小.经 采用“活性度”这一指标来衡量.活性度一般在350 过预热、加热、分解、冷却的过程，占重量约40% mL以上(4NHC40士1℃，10min盐酸滴定值)、残 的CO2气体从石灰石中放出，使Ca0形成了细小的 余C02含量≤2%.活性度体现了石灰在熔渣中与其 晶粒（单晶大小约0.2~0.6m),空隙率达到60%（氮 它物质的反应能力，表观现象为石灰在熔渣中的熔 气吸收法测定表面积约为1000cmg),这种状态的化速度.由于直接在钢水中测定较困难，所以一般 石灰是理想的优质活性石灰.若已经成为CaO的原 以测试石灰在水中的反应速度来代替，即以石灰水 料处于高温带时间太长，其晶粒就会长大到10m 活性来表示. 左右，体积也会收缩，使其活性度变小，最后形成 通过先进的炉窑，采用严格的煅烧工艺可以烧 了“过烧”石灰.当然如果煅烧时机未成熟或加热 制出适合冶炼优特钢的活性石灰，该石灰有以下主 效果不佳，也会使石灰石不能烧透，形成“生烧” 要的性能特点： 石灰. (1)体积密度小：1.5~1.7gcm3: 活性石灰用于生产优特钢，与普通治金石灰相 (2)气孔率高：50%： 比具有以下优点：吹氧时间可缩短10%：钢水收得 (3)比表面积大：1.5~2.0m2kg: 收膏日期：2007-03-01修回日期：2007-05-01 作者简介：郭汉杰(1957一)，男，副教授，博士第 29 卷 增刊 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol.29 Suppl. 2007 年 6 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 收稿日期：2007−03−01 修回日期：2007−05−01 作者简介：郭汉杰(1957—)，男，副教授，博士 宣钢优特钢用活性石灰反应过程动力学研究 郭汉杰 尹志明 古 特 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 摘 要 对宣化钢铁公司石灰厂所用的石灰石的分解过程进行了动力学研究．以升温速率分别为 10、15、20、25 和 30℃/min 的方式将过 200 目筛子的石灰石粉末加热到 1000℃，通过测量其热重曲线，得出分解过程的机理方程为 F(α) = (1−α) −1 ；所用碳酸钙的热分解反应的速率常数为 98873 54325e RT k − = ．通过对(0.02 m × 0.02 m × 0.02 m)的石灰石样品在 1223、1323 和 1423 K 进行的分解实验，确定了 CO2 在该石灰石生成 CaO 过程中的扩散系数和温度的关系为 2506 lg 2.28 D T =− + ，得到了石灰石分解的动力学模型，并用此模型作了预测，与实际吻合较好． 关键词 活性石灰；动力学；石灰石分解 分类号 O313.7 符 号 表 k ⎯ CaCO3 热分解反应的速率常数； t ⎯ 石灰石分解时间，s； ρB ⎯ 固体分解物 B 的密度，3200 kg/m3 ； L ⎯ 立方体的边长，0.02 m； D ⎯ CO2 气体在 CaO 中的扩散系数，m/s； MB ⎯ CaCO3 的摩尔量，0.1 kg/mol； XB ⎯ t 时刻 CaCO3 的分解率； α ⎯ 反应转化率； β ⎯ 反应升温速率； T ⎯ 绝对温度； A ⎯ 指前因子； E ⎯ 活化能； tf ⎯ 石灰石分解完成时间(最大活性度对应的时间)． 冶金活性石灰是指一种化学性能活泼、反应能 力强、在炼钢造渣过程中熔炼速度快、含硫和磷等 有害元素少的优质轻烧石灰．它具有体积密度小、 气孔率高、比表面积大、氧化钙的矿物结晶细小．经 过预热、加热、分解、冷却的过程，占重量约 40% 的 CO2 气体从石灰石中放出，使 CaO 形成了细小的 晶粒(单晶大小约 0.2～0.6 µm)，空隙率达到 60%(氮 气吸收法测定表面积约为 1000 cm2 /g)，这种状态的 石灰是理想的优质活性石灰．若已经成为 CaO 的原 料处于高温带时间太长，其晶粒就会长大到 10 µm 左右，体积也会收缩，使其活性度变小，最后形成 了“过烧”石灰．当然如果煅烧时机未成熟或加热 效果不佳，也会使石灰石不能烧透，形成“生烧” 石灰． 活性石灰用于生产优特钢，与普通冶金石灰相 比具有以下优点：吹氧时间可缩短 10%；钢水收得 率可提高 10%；石灰消耗可减少 20%；萤石用量可 节省 25%．此外，使用活性石灰还有利于炼钢过程 中脱硫、去磷和提高炉衬寿命．它的质量优劣主要 采用“活性度”这一指标来衡量．活性度一般在 350 mL 以上(4NHCl⋅40±1℃，10 min 盐酸滴定值)、残 余 CO2 含量≤2%．活性度体现了石灰在熔渣中与其 它物质的反应能力，表观现象为石灰在熔渣中的熔 化速度．由于直接在钢水中测定较困难，所以一般 以测试石灰在水中的反应速度来代替，即以石灰水 活性来表示． 通过先进的炉窑，采用严格的煅烧工艺可以烧 制出适合冶炼优特钢的活性石灰，该石灰有以下主 要的性能特点： (1) 体积密度小：1.5～1.7 g/cm3 ； (2) 气孔率高：50%； (3) 比表面积大：1.5～2.0 m2 /kg； DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.019