活性石灰生产理论与工艺

　　本书在全面介绍石灰生产工艺和设备的基础上，重点指出石灰生产的关键环节和质量控制的关键点。
　　本书作者是国内冶金石灰方面少有的几位专家之一。

　　本书在全面介绍石灰生产工艺和设备的基础上，重点指出石灰生产的关键环节和质量控制的关键点。
　　本书作者是国内冶金石灰方面少有的几位专家之一。

序
前言
第1篇　活性石灰生成过程基础理论
第1章　活性石灰生成的基本理论
第2章　石灰石中CaCO3的分解机理
第2篇　活性石灰的制备工艺
第3章　石灰的活性度
第4章　活性石灰生产工艺
第5章　活性石灰生产设备
第3篇　活性石灰的应用
第6章　活性石灰的应用
注释

　　前言
　　石灰的出现已经有2000余年的历史。
　　在笔者的印象中，烧石灰犹如铁匠打铁一样，在有的地方都不能算作一门技术了。这个想法在笔者小的时候就产生了，因为一次到附近一个村庄，发现那里的人们，家家都会烧石灰。然而一件事情的发生，彻底改变了笔者的观点，并使笔者在长达8年的时间里，花费了科研生涯中的一段黄金时间，开展了对石灰的系统研究。
　　那是2004年新年伊始，笔者在对中国几家著名的大型钢铁企业的考察之后参加了有众多钢铁界的精英参加的研讨会上，接触到几位国内钢铁业界颇具影响力的前辈，他们异口同声地表示，我国之所以不是钢铁强国的根本原因之一，是没有从根本上认识到原料的重要性，特别是石灰原料。一些企业在生产中贪图便宜，随便乱用企业附近的小企业用土窑烧制的石灰，而不是活性石灰，生产的钢的质量出了严重的问题之后，依然找不到原因所在。笔者开始关注冶金中的石灰问题，于是请教了很多专家、学者，并讨论什么是活性石灰。令笔者惊讶的是，在与笔者交流的众多学者和专家中，竟然没有一位能对活性石灰解释得清楚。由于作为一名大学老师的职业的特性，笔者在考虑，如果在课堂上学生也问同样的问题，该如何回答。高等学府与此基础课题相关的任课老师都回答不了这个问题，也就难怪社会上的人不能圆满回答这个问题了。而活性石灰对中国的钢铁企业又如此重要，如果不把这个问题搞清楚，岂不影响中国钢铁技术的进步？
　　于是，作为高校冶金物理化学的一名主讲老师，从2004年暑假，笔者从对活性石灰的兴趣、对社会负责的态度出发，用严格的、科学的态度开始了对活性石灰的系统研究。
　　笔者首先对碳酸钙分解热力学进行了计算。对于关键的一些热力学函数进行了对比、校正。如作为研究碳酸钙分解的最基本的热力学参数——标准吉布斯自由能，用目前文献中所有能找到的数据进行计算，发现它们相互之间都达不到统一，即使从分解反应中各组元的等压热容Cp出发，用定积分或不定积分从头计算，诸家的数据也无法统一。越是研究，就越感觉到不要说活性石灰了，即使普通的石灰也有很多的问题没有搞清楚，越有必要从物理化学的角度出发进行研究。比如说以下这些问题。
　　①煅烧石灰到底在什么温度下最好？
　　②找到了最好的温度，煅烧多长时间最佳？
　　③理论上纯的碳酸钙分解温度是多少？当有杂质时对分解温度的影响又如何？
　　④活性石灰是怎样定义的？怎样煅烧才能得到活性石灰？
　　⑤现在的煅烧石灰的工艺合理吗？
　　……
　　从笔者真正开始研究石灰到逐渐入门，才发现，这一传统的问题研究，目前竟然在许多方面还是空白！
　　就如以下笔者的科研团队对活性石灰的所进行的工作都是首次完成的：
　　①从中国国家标准定义的石灰的活性度的测量方法出发，计算了纯碳酸钙分解得到的石灰的理论活性度；
　　②从热力学的角度计算了碳酸钙的理论分解温度；
　　③从热力学的角度推导了细小颗粒的石灰石分解与大颗粒石灰石分解的理论条件的差异；
　　④用物理化学的方法和碳酸钙分解机理对“活性石灰”进行了定义；
　　⑤用电子显微镜得到了活性石灰、非活性石灰的微观图像，从微观上看到了轻烧和过烧状态下石灰的形态；
　　⑥实验研究了在有杂质元素存在的情况下石灰石分解反应的表观活化能；
　　⑦用热分析的方法研究了SiO2含量对表观活化能的影响；
　　⑧综合研究了活性石灰在烧结、铁水脱硫、炼钢精炼中如何应用和应用的效果。
　　8年来，这些问题的研究有些是笔者本人进行的，有些是笔者的学生协助完成的，有些是在笔者的指导下由学生完成的。
　　在此要感谢时任宣化钢铁实业公司总经理尹志明，虽然这其中的部分工艺研究也是他的硕士论文的工作，但在刚开始研究缺乏经费、实验条件不好的情况下，给予了完全无私的帮助！
　　2005年，首先进行了一些碳酸钙分解的热力学研究工作。
　　2006年，指导的本科生王宏伟在宣化钢铁实业公司石灰厂完成了一部分活性石灰的工艺研究。
　　2007年，指导的研究生尹志明在继续完成工艺研究的同时，进行了部分石灰石分解的动力学研究。
　　2008年，指导的研究生叶小叶在包头钢铁公司进行了铁水同时喷吹活性石灰-颗粒镁用于铁水预处理脱硫的研究。
　　2009年，指导的博士生李闯用活性石灰进行了铁水“五脱”（脱硫、脱磷、脱硅、脱锰、脱钛）的研究。
　　2010年，指导的研究生储莹研究了首钢迁安钢铁公司LF炉用活性石灰脱硫时的一些工艺问题。
　　2011年，指导4名本科生对石灰石分解的动力学、分解机理以及轻烧、过烧状态下的微观图像进行全面研究。其中刘文同学对不同粒度的石灰石的分解机理和动力学参数进行了研究；马来西亚留学生郑文杰同学对SiO2含量与石灰石中碳酸钙分解的动力学参数的关系进行了研究；郭勇同学对轻烧情况下石灰石分解的微观结构及分解机理进行了研究；陶飞同学对过烧情况下石灰石分解的机理和动力学参数进行了研究。
　　2012年指导研究生聂健康、本科生李彬，以首钢迁安钢铁公司煅烧活性石灰的套筒窑为研究对象，研究了活性石灰烧制过程的工艺与其中的主要组元和CO2的残留量对活性度影响的数学模型，并得到了使用活性石灰的KR法铁水预处理脱硫的数学模型。
　　2013年，指导博士生李宁，研究了使用活性石灰进行KR法脱硫的热力学条件，从理论上推导了脱硫所需的最低氧含量的问题；并推导了炼钢LF炉精炼过程，利用石灰脱硫的动力学模型和首钢迁安钢铁公司LF炉脱硫的控速环节。
　　当把本书的最后一章整理完成，从电脑桌前站起来的时候，一个想法油然而生，笔者和自己的学生实际上只是花了8年多的时间计算了一道“碳酸钙分解反应生成氧化钙”的物理化学题，而这些离完美的答案还有很大的距离！殷切希望读者提出更多宝贵意见，也希望有更多学者去给这道题更加完美的解。
　　笔者首先要感谢这些为完成这道物理化学题而曾经夜以继日工作的学生们，他们的聪明才智是构筑本书的一砖一瓦，而笔者更多的时候只是一个建筑工。
　　感谢钢铁冶金国家重点实验室对本书出版提供的资助！
　　本书在编写过程中还得到了很多同行的大力支持并提出了宝贵意见和建议，在此一并致谢！
　　郭汉杰
　　于北京科技大学