北京科技大学学报

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1、第29卷增刊北京科技大学学报Vol.29Suppl.2007年6月JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingJun2007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)98873−=(1−α)−1；所用碳酸钙的热分解反应的速率常数为k=54325eRT．通过对(0

2、.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CO2在该石灰石生成CaO过程中的扩散系数和温度的关系为2506lgD=−+2.28，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O313.7符号表k⎯CaCO3热分解反应的速率常数；XB⎯t时刻CaCO3的分解率；t⎯石灰石分解时间，s；α⎯反应转化率；ρ⎯固体分解物B的密度，3200kg/m3；β⎯反应升温速率；BL⎯立方体的边长，0.02m；T⎯绝对温度；D⎯CO2气体在CaO中的扩散系数，m/s；A⎯指前因子；MB⎯Ca

3、CO3的摩尔量，0.1kg/mol；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(4NHCl⋅40±1℃，10min盐酸滴定值)、残的CO2气体从石灰石中放出，使C

4、aO形成了细小的余CO2含量≤2%．活性度体现了石灰在熔渣中与其晶粒(单晶大小约0.2～0.6µm)，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2气吸收法测定表面积约为1000cm/g)，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10µm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

5、会使石灰石不能烧透，形成“生烧”要的性能特点：3石灰．(1)体积密度小：1.5～1.7g/cm；活性石灰用于生产优特钢，与普通冶金石灰相(2)气孔率高：50%；2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：1.5～2.0m/kg；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Vol.29Suppl.1郭汉杰等：宣钢优特钢用活性石灰反应过程动力学研究•155•(4)矿物结晶细小：0.1～3µm；函数可以展开成(5)活性度高：≥300mL；e2−x⎛⎞!!!34px()=−⎜⎟1+−+…．xx22xx3(6)残余

6、CO2含量：≤2%．⎝⎠作者已经通过大量的实验进行了活性石灰的工当20≤x≤60时[1-2]艺研究，煅烧活性石灰最重要的是通过严格的时lg()px=−−2.3150.4567x(8)间制度和温度制度使烧制恰到好处，才能获得最佳综合式(6)(7)(8)得的优质石灰，既不能“生烧”，又不能“过烧”．下AEE面从两个方面通过实验研究活性石灰形成过程的动lgβ=−lg2.3150.4567−(9)RF()αRT力学及有关动力学参数，最后建立石灰石分解过程的动力学模型．首先对不同的升温速率β，分别作出α～1/T关系图，在图上对应若干组相同的失重率α下的β，作1石灰石分解的动力学方程相同的失重率α下l

7、gβ～1/T关系图，求出若干组的斜率为(−0.4567E/R)和截距为lg(AE/(RF(α))−2.315，对含有杂质的石灰石，其分解反应方程为：由斜率可求出平均活化能值．不同的截距表达式为：(CaCO3，SiO2，⋯)=(CaO，SiO2，⋯)+CO2(1)AElg−==2.315Bii(1,2,…).在热分析仪中，可以在等温条件和非等温条件RF()α程序控温下，对以上物质的热分解反应进行动力学整理得研究．下面用等温