转炉高温烟气石灰石粉分解特性及实验研究

作     者：陈晓庆 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周建安

授予年度：2023年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：转炉 高温烟气 石灰石粉 分解特性 

摘      要：目前,生产石灰的方法主要是通过在石灰窑内煅烧石灰石进行制备,但这种方法具有投资大,能耗高,产品质量不稳定等问题。在炼钢生产中,转炉汽化冷却烟道会排放大量温度在1400～1600℃的高温烟气,且热能利用率低。考虑以上两点问题,本文提出在转炉汽化冷却烟道内喷吹石灰石粉,利用高温烟气余热煅烧石灰石来制备石灰的新方法,通过理论分析及实验研究了石灰石的分解特性以及工艺的可行性。本课题主要开展以下三部分的研究:1)热力学计算了反应的吉布斯自由能,模拟了石灰石中碳酸钙的分解以及二氧化碳的释放规律;2)热重实验研究了碳酸钙在不同气氛、不同原料成分、不同升温速率下的热分解特性,并利用热分析曲线计算了反应活化能;3)管式炉静态煅烧和沉降炉流化态煅烧分别研究了不同煅烧状态下温度、粒径、气氛、烟尘含量等因素对石灰石粉分解行为及特性的影响。热力学研究表明,在CO气氛下Ca CO在800～900℃之间开始分解,随着温度的升高,分解率增大;添加烟尘后,Ca CO的起始分解温度在600～700℃之间,同时,在分解过程中烟尘中的主要成分氧化铁等物质与Ca O反应生成了多元系低熔点化合物,使反应的分解压增大,促进了反应的进行。热重实验研究表明,Ca CO的起始分解温度随升温速率的增大而升高,在升温速率相同时CO气氛下Ca CO的起始分解温度和活化能均高于N气氛,起始分解温度提高约200℃,终止温度相当,活化能增大400 k J/mol左右,说明Ca CO的起始分解过程在CO气氛下要比在N气氛下更加剧烈,需要吸收更多热量。管式炉实验研究表明,煅烧温度高时石灰石可快速分解,在1300℃且煅烧一分钟时,石灰石的分解率为80%左右;高温煅烧时间过长,会导致石灰石粒表面出现爆裂和烧结现象;高温下,微量CO气氛变化不影响石灰石的分解。沉降炉流化态石灰石粉煅烧研究表明,炉内温度越高、石灰石粒径越小,分解率和活性更大,因此选取煅烧温度为1400℃,石灰石粒径为200～300目。通过两种煅烧实验研究表明,转炉汽化烟道内的气氛条件对石灰石粉的分解特性影响不明显,且烟尘对石灰石粉的分解有促进作用。因此,本研究验证了在模拟转炉汽化冷却烟道内环境的条件下可以实现石灰石粉的较充分分解,在转炉汽化冷却烟道内喷吹石灰石粉制备活性石灰的方法是可行的。