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到中国冶金科学和技术发展指引

到2020年中国冶金科学和技术发展指南

冶金石灰部分（草稿）

鞍山焦化耐火材料设计研究总院魏同吴运广2003.12.26

1现状和主要特点

近年来我国钢铁工业高速发展，2001年中国钢产量为1.50866亿吨。

2002年中国钢产量为1.81552亿吨。

预见我国2005年铁产量2.45亿吨/年、2010年3.05亿吨/年水平。

中长期内，钢铁工业仍是我国国民经济重要基础产业和支柱产业，钢铁技术发展进入了全面繁荣新时期，钢铁生产总体上处于中等发达国家水平。

2002年下半年后，由于钢铁市场需求的拉动，我国钢铁工业成为前所未有的投资热点，新增从烧结－炼铁－炼钢－轧钢成套生产能力约0.8～1亿吨，将在2004年陆续投产。

其中相当大比例是民营大厂投资。

冶金石灰是钢铁冶炼重要辅料，应该努力与之相适应。

预见2003年我国铁、钢产量突破2亿吨，消耗石灰2000万吨，其中炼钢消耗石灰（含轻烧白云石）约1300万吨，烧结消耗石灰630万吨，其他约70万吨。

基本上满足了近年来钢铁工业高速增长对石灰数量要求，但是，炼钢需求的优质活性石灰比例低，烧结用石灰靠大量外购土窑石灰，以及石灰石精料等问题仍急待解决。

1.1冶金石灰的产量

历来，将冶金部所属重点钢铁企业石灰厂列为“全国重点冶金石灰企业”，生产报表可信度高。

过去钢铁的发展，主要靠重点钢铁企业的推动。

从中国石灰协会整理的2001年～2003年9月前企业生产报表，“全国重点冶金石灰企业生产量”按窑型汇总情况见下表1。

我们将2000年～2002年全国钢产量、烧结矿、石灰产量和石灰消耗列于表2·

2003年我国钢产量可能突破2.3亿吨，1～9月份重点冶金石灰企业上报石灰产量698万吨。

预见全年石灰产量可能超过1000万吨，全年炼钢消耗石灰1330万吨。

2003年全国烧结矿按3亿吨推算，需要烧结用石灰630万吨。

表1全国重点冶金石灰企业生产量汇总表

窑型

2000年

2001年

2002年

2003年1～9月

产量

百分比,%

产量

百分比,%

产量

百分比,%

产量

百分比,%

竖窑

3455150

48.99

4096429

47.68

2190020

43.99

竖窑改进型

179652

258889

882185

气烧窑

912173

12.30

1375074

15.06

934423

13.38

引进竖窑

弗卡斯

90506

13.50

90988

14.91

394998

21.28

麦尔兹

719943

819204

593622

套筒窑

191340

451508

497265

回转窑

1870792

25.21

2040908

22.35

1398123

20.02

悬浮窑

92852

1.33

合计

5912617

7419556

100.00

9133000

100.00

6983488

100.00

表22000年～2002年钢产量、烧结矿、石灰产量和石灰消耗

项目

2000年

2001年

2002年

钢产量，亿吨

1.2850

1.5086

1.8155

转炉钢比例，％

81.8

83.5

~84

炼钢用灰单耗，kg/t

66.05

61.0

~60.0

炼钢用灰，万吨

849

920

1090

烧结矿，亿吨

~1.93

~2.26

~2.72

烧结矿用灰单耗，kg/t

～21

～21

～21

烧结矿用灰，万吨

～405

～475

～572

重点厂上报石灰产量，万吨

592

742

913

石灰厂统计厂家

34

50

60

宝钢百万吨级石灰厂是我国石灰厂的样板，2002年宝钢石灰用量及消耗指标列于表3

表32002年宝钢全年石灰供量及消耗指标

产品

一炼钢

二炼钢

电炉

烧结

水处理

万吨

化工

万吨

供量万吨

单耗kg/t

供量万吨

单耗kg/t

供量万吨

单耗kg/t

供量万吨

单耗kg/t

块灰

23.31

28

10.22

26.4

3.71

45

轻烧白云石

13.85

20

6.89

19

-

-

粉灰

37.07

28.4

0.7076

0.058

我国冶金石灰消耗总体水平与国际水平相比还有一定差距，国际消耗水平见表4

表4国际炼钢消耗冶金石灰水平

地区

冶金石灰消耗，kg/t

轻烧白云石，kg/t

工艺特点

欧共体

40

5

1）铁水全脱S

2）轻烧白云石的MgO含量高

日本

30

15

1）铁水全三脱

2）少渣炼钢

美国炼钢消耗冶金石灰水平介于欧共体与日本之间。

冶金石灰消耗与炼钢水平、石灰质量密切相关，宝钢已达到国际先进水平。

但国内总体冶金水平与国外先进水平还有相当差距，希望在中长期发展中得到解决。

近年来大、小钢铁厂一起上，发展迅猛，新上的石灰项目中一部分是老企业扩建，有相当部分是民营企业，还没有加入中国石灰协会，没有他们的生产报表。

新增产量的估算分3部分，近3年冶金系统某设计院施工设计工程16个合计370.7万吨（见表6）；由兄弟设计单位设计约200万吨；石灰厂推广气烧窑、废气调控窑约100万吨，合计新增产量700万吨。

这些项目对中长期冶金石灰产量增长和质量提升，将发挥巨大作用。

表5‘2001～‘2003冶金系统某设计院施工设计工程统计个/万吨

回转窑

麦尔兹

弗卡斯

新型气烧

大型机立窑

工程/产量

工程/产量

工程/产量

工程/产量

工程/产量

5/240.8

3/40.4

3/34.5

4/35

1/20

64.95％

10.90％

9.31％

9.44％

5.40％

总计：

16工程370.7万吨（其中有24万吨轻烧白云石）

1.2冶金石灰质量

1.2.1冶金石灰质量与冶炼的关系

氧气转炉炼钢成为世界各国炼钢的主要手段后，石灰的质量引起了重视。

由于氧气转炉炼钢冶炼时间缩短，工业发达国家在60～70年代开始采用活性石灰。

进入80年代后随着冶炼技术发展，特别是氧气顶底复合吹炼加炉外精炼，冶炼钢种范围不断扩大；超高功率电炉炼钢的发展；以及要求实现炼钢过程自动控制，这就要求石灰活性好、成分稳定、杂质含量低（尤其是S、P含量）、粒度

合适。

实践证明炼钢使用活性石灰比使用普通石灰带来的主要好处有：

缩短吹氧时间10％左右；钢水收得率提高～1％；石灰消耗节省20％～30％；废钢用量约增加2.5％；萤石消耗节省25％～30％；大幅度提高转炉炉衬寿命；提高脱S、脱P效果；提高炼钢温度命中率，由原来60％提高到75％，使炼钢过程自动控制有了可能等。

1.2.2冶金石灰品种、质量要求

冶金石灰有行业标准，详见《冶金石灰》YB/T042-1993。

在黑色冶金中，炼钢、烧结是消耗冶金石灰大户，其他少量用于铁水预处理、炉外精炼、水处理等。

炼钢对石灰质量要求最严。

近年来为了强化烧结、提高烧结矿产量和改善质量，在高碱度烧结矿生产中，用生石灰代替小粒石灰石，且质量要求不断提升。

各钢铁企业针对使用需要对石灰质量有具体技术要求。

《冶金石灰》包括普通冶金石灰和镁质冶金石灰，此外派生出钝化石灰、轻烧白云石等品种。

钝化石灰主要是提高强度并保持较高的活性度。

使用轻烧白云石提高渣的碱度，有利于提高转炉炉衬寿命，发展很快，目前国内已有一半钢厂采用。

以首钢和宝钢为例，对上述产品的要求列表如下

表6宝钢对石灰质量要求

原料名称、粒度，mm

化学组成,%

活性度

ml

Cao

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

P

S

CO2

转炉用石灰5-30

>91.3

<0.70

<2.80

_

_

0.05

<0.025

<2.0

>180

电炉用石灰15-30

>91.3

<0.70

<2.80

_

_

0.05

<0.025

<2.0

>180

烧结用灰<3.0

>88.5~90.5

<0.68

<2.70

_

_

_

_

<3.0~5.0

>160

转炉用轻烧白云石灰5-30

>52.4

>34.1

<5.7

<1.6

<2.7

<0.14

0.04

<2.0

>120

注：

活性度测定方法不同于行业标准，其方法为取25g生石灰4NHCl的滴定值

国外冶金石灰的质量列于下表7。

表7国外冶金石灰质量指标

国别

化学成分

活性度

CaO

MgO

SiO2

S

（P）

灼减

HCl4mol/ml

40±1℃

10min

温升法

美国

92~96

0.5~2

0.036

0.5～1.5

13~15

德国

94~97

<1.5

1~2.5

0.002max0.08

1max3

10~20

俄罗斯

>92

<8

<2

<0.06

<0.1

<5

日本（特级）

>93

<2

>360

1.2.3我国冶金石灰质量状况

2002年宝钢共使用石灰95.81万吨，其中宝钢石灰分厂供应93.9万吨，外购石灰～2万吨供烧结，两种石灰质量有明显的差别，详见表8。

表8宝钢石灰分厂石灰与外购石灰质量比较

石灰品种

Cao

SiO2

MgO

S

P

活性度（25g），ml

宝钢回转窑石灰

95～96

0.5

0.4

0.005～0.01

0.005

185

外购竖窑石灰

84

2～4

大部分>3

1.0

0.04～0.06

0.01

120

中国石灰协会收集整理的“全国重点冶金石灰企业生产量表”，生产数据分析如下：

根据“全国重点冶金石灰企业生产量表”，摘除未报活性度企业产量，余下企业产量用《冶金石灰》行业标准全面衡量。

其中有一些冶金石灰活性度符合高等级石灰，但因CaO含量低或灼减高，或因CaO含量和灼减量二项同时都

差，也有少数是SiO2含量高而降级。

经整理得出表9。

表9部分重点冶金石灰企业质量汇总表

项目

2001年

2002年

2003年1～9月

检查量，t

6633071

8214473

6008851

其中：

冶金石灰

数量t

百分比,％

数量t

百分比,％

数量t

百分比％

5913513

89.15

7261261

88.40

4625933

76.99

平均活性度309.2ml

平均活性度301.4ml

平均活性度317.2ml

其中：

镁质冶金石灰

数量t

百分比,％

数量t

百分比,％

数量t

百分比％

719558

10.85

953212

11.60

1382918

23.01

平均活性度258.4ml

平均活性度250.9ml

平均活性度261.8ml

满足各项指标

数量t

百分比,％

数量t

百分比,％

数量t

百分比％

冶

金

石

灰

特级

1100657

16.59

1174895

14.30

1037329

17.26

一级

1238827

18.68

1442791

17.56

1219450

20.17

二级

1874636

28.26

2595082

31.59

1336366

22.24

三级

1455010

21.94

1705688

20.76

620157

10.32

级外品

244383

3.68

342805

4.17

420136

6.99

镁质

冶

金

石

灰

特级

0

0

0

0

0

0

一级

53505

0.81

87000

1.06

208549

3.47

二级

191340

2.88

274915

3.35

664211

11.05

三级

474713

7.16

591297

7.20

510158

8.49

注：

1）“检查量”指全国冶金石灰企业报表中有活性度指标的产量；

2）表中列出的冶金石灰平均活性度和镁质冶金石灰平均活性度是各自算术平均数。

按表9，“重点冶金石灰”2003年特级、一级冶金石灰40.9％，二、三级冶金石灰52.1％，级外品6.99％。

“非重点冶金石灰”由于基本都是50～60年代旧式机立窑或旧式气烧窑，产出石灰基本是二、三级冶金石灰。

估计2003年特级、一级冶金石灰约20％，二、三级冶金石灰80％。

目前估计特级、一级冶金石灰约～35％，二、三级以下冶金石灰65％。

近年来新增约700万吨冶金石灰，如天钢、南京钢厂、宁波建龙、沙钢等项目采用新型石灰窑或回转窑，多数应为特、一级冶金石灰。

估计2004年投产后特级、一级冶金石灰约60％，二、三级冶金石灰40％。

2004年以后总体估计，特、一级冶金石灰～45％，二、三级以下冶金石灰～55％。

1.3冶金石灰生产企业的装备

冶金石灰生产的装备以热工窑炉为主，从表1可见，我国的石灰窑炉形式多样，其中不乏世界著名的炉型，不同窑型有不同的结果。

就生产厂实际石灰质量比较列于表10。

工艺条件对窑型能力的发挥有相当的关系,从表10还不能判断具体窑型的潜力，但可以看出旧式机立窑产出石灰质量指标太差。

目前技术先进的石灰窑炉的产量，占总产量不到30％。

装备落后是多年来的话题，冶金石灰生产企业装备应进行调整。

国际上几种先进的石灰窑，我国都已掌握，对于提高冶金石灰质量起了很大作用。

表10不同窑型石灰质量情况

窑型

指标

燃料

CaO％

MgO％

SiO2％

S％

活性度

ml

生过烧

率，％

种类

热耗

kJ/kg

回转窑

宝钢

95.1

0.71

0.3

0.006

370

1.7

混合煤气

5016～5225

武钢

90.7

1.2

0.014

362

焦炉煤气

鞍钢

87.7

3.84

1.62

0.013

303

重油、混合煤气

马钢

90.5

0.69

1.0

0.032

369

混合煤气

8795

麦尔兹窑

太钢

93.7

1.22

1.2

0.025

370

6.1

混合煤气

3553～3825

唐钢

82.0

9.0

2.0

326

12.6

煤粉

杭钢

88.0

0.38

0.3

342

15.7

煤粉

包钢

87.4

3.38

3.4

0.065

341

煤粉

昆钢

95.4

0.75

1.1

0.068

煤粉

广钢

92.9

2.41

0.4

0.050

325

煤粉

套筒窑

梅钢

96.5

0.010

395

混合煤气

3344～4389

马钢

95.2

1.90

1.3

365

3.0

混合煤气

首钢

89.3

4.71

1.5

343

5.2

混合煤气

本钢

91.6

1.21

1.0

0.037

372

混合煤气

弗卡斯窑

石钢

88.3

3.40

1.73

345

11.2

转炉煤气、煤粉

3678～4138

承德

82.4

8.75

2.52

332

17.1

转炉煤气

北营

未报数据

续表10不同窑型石灰质量情况

窑型

指标

燃料

CaO％

MgO％

SiO2％

S％

活性度

ml

生过烧

率，％

种类

热耗

kJ/kg

废气调控窑

安钢

～92

～3

～1.3

~0.05

~313

~7

焦炭

3900～4200

新型气烧窑

天铁

84.7

1.4

298

混合煤气

4600～5000

煤气旧式窑

新余

91.2

1.86

1.6

288

8.7

煤气

4600～6500

萍钢

86.7

3.34

1.8

7.9

涟钢

92.0

2.31

0.5

0.070

350

6.1

湘钢

90.0

0.049

357

7.6

新临钢

88.1

3.27

1.6

0.031

298

旧式竖窑

一般厂

80~88

2~4

1.7~3

190~250

8~25

焦炭、煤

3900～5000

1.4石灰石、白云石矿山

石灰石质量要求，根据化学成分分为普通石灰石和镁质石灰石，两类石灰石各分为五个品级，其指标详见YB/T5278-1999。

白云石质量要求，根据化学成分分为白云石和镁化白云石，白云石分为五个品级，镁化白云石分为二个品级其指标详见YB/T5278-1999。

有些冶金石灰企业有经过详探的固定矿山，如宝钢的船山、武钢的乌龙泉等，对石灰石产品有高标准的要求，质量稳定。

大多数冶金石灰企业没有高品位矿山。

各钢铁企业又有自己的技术要求,以宝钢三期和武钢为例，对石灰石、白云石技术条件要求如下表11、表12、表13：

表11宝钢石灰石、白云石原料条件

原料

名称

化学组成,%

Cao

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

P

S

10-30mm石灰石

>52.4

0.4

1.1-1.5

_

_

<0.0027

<0.020

10-30mm石灰石

>52.4

0.4

1.1-1.5

_

_

<0.0027

<0.015

0-10mm石灰石

>52.4

0.4

1.1-1.5

_

_

<0.0027

<0.020

10-30mm白云石

30.0-31.0

19.5-20.0

2.0-3.0

0.85

0.5-1.2

<0.070

<0.025

镇江船山石灰石矿和南京幕府山白云石矿

表12宝钢一、二期石灰石、白云石粒度及含泥量

原料

名称

粒度组成,%

产地

灰的活性度

粒度/ml

30-10mm

<0.15（泥分）

石灰石

>85

<2.5

镇江船山

3-30/>180<3/>160>40目/—

白云石

>85

<4.0

南京幕府山

>120

表13武钢石灰石原料条件（乌龙泉）

原料

名称

化学组成,%

Cao

%

MgO

%

SiO2+Al2O3+Fe2O3

%

P

S

%

烧减

%

石灰石

≥54.5

≤0.7

≤1.1

痕迹

≤0.025

43.67

以上,无论是《冶金石灰》标准还是企业要求，都没有对石灰石强度、耐热不迸裂性、以及结晶状态等提出要求。

单纯从石灰石矿物结晶，目前还难以指导确定石灰石的煅烧条件。

因此在勘探石灰石矿的同时，委托研究部门对特定矿山石灰石的全面研究十分必要。

要求进行石灰石、白云石性能试验，并根据试验结果，确定工艺设计。

目前有相当多的冶金石灰企业，或石灰石矿点品位不高,或在市场上多矿点

采购石灰石原料，质量不稳定。

1.5石灰深加工

石灰是一种普通的初级品，附加值不高。

很多人在考虑石灰深加工，寻求新的增长点，我们的看法如下：

1.5.1重质碳酸钙、轻质碳酸钙

重质碳酸钙用于塑料行业、造纸业。

据1996.02.30《无机化工信息》有报道：

国内重质碳酸钙的开发远比发达国家落后,无论是应用的数量、开发的品种还是生产技术都与发达国家有较大差距：

a）重质碳酸钙产量—进入九十年代后，我国年产1500～1800kt,日本年产6000kt,美国年产5000kt/a以上;

b）重质碳酸钙质量—我国以初级产品为主,细度在200～400目之间,发达国

家产品细度<5～10μm,平均为2～3μm,大都为超细、高纯、表面改性的产品。

轻质碳酸钙是我国目前需要量最大的无机填料，大量应用于塑料、橡胶、造纸、油墨及其它部门，且使用不同规格的轻质碳酸钙作填料。

日本白石株式会社一个厂就有二、三十个不同规格的轻质碳酸钙。

我国目前只有七、八个规格，产品规格少，系列化程度不高。

[1]

因此,国内重质碳酸钙、轻质碳酸钙的开发有很大的发展空间。

1.5.2回收二氧化碳

钢铁企业内的石灰车间，回收CO2用于复吹转炉炼钢，代替Ar气从转炉底部吹入，起搅拌钢水的作用。

以宝钢为例，使用CO2价格1000元/t，而Ar气是6000元/t。

有明显的经济效益。

鞍钢有人认为采用CO2用于复吹优于N气。

宝钢（10000吨/年）、广钢、重钢三钢厂采用PSA法回收，该法对工艺操作要求非常严格，1999年宝钢回收二氧化碳装置中脱NOX的A吸附塔发生爆炸，造成这三个厂相继停产。

鞍钢（化学吸收法）回收二氧化碳，产量为5000吨/年，目前已停产。

原因是氧气厂的氮气富裕；采用CO2用于复吹价格高于N气；和CO2质量不稳定。

需要注意的是钢铁厂用CO2多年，还没有制定行业标准。

二氧化碳在工业、农业、食品、医药卫生、消防等都有广泛的用途。

但以二氧化碳为原料合成许多有机产品，是很多人感兴趣的话题。

世界各国竞相投入人力、物力进行开发研究工作，并逐步形成了二氧化碳化学学科。

各种窑型产生的废气组成、二氧化碳浓度，对于选择回收工艺、技术经济指标有重大影响，见表14。

表14各种窑型废气的CO2浓度及产量

项目

窑型

回转窑

双膛竖窑

普通竖窑

CO2浓度%

14-20

20-25

30-38

石灰产量，t/d

600

（180000t/a）

120

50

150

100

300

250

生产厂举例

宝钢，武钢

唐、太、杭、包、等钢厂

有报道，美国生产液体二氧化碳的能力有7446kt/a,日本生产液体二氧化碳

的能力有1165kt/a，西欧的二氧化碳总消耗量在1200kt/a,而我国只有150～200kt/a。

从我国正处在发展中来考虑，我国的二氧化碳市场应该是广阔的。

但从美国、日本液化二氧化碳生产部门来看，由于石灰窑废气中二氧化碳浓度低，不是回收二氧化碳来源。

我国有很多回收条件比石灰窑优越得多的企业和地质气藏没有开发。

因此我国石灰窑回收二氧化碳应选择样板，在技术经济上慎重考虑。

1.5.3冶金石灰粉料的利用

粉料来源有出窑粉料、加工石灰粒度产生的粉料及烟气除尘所得的粉料。

以<3mm粉料计算，不同窑型产出率不同，估计产出率在～10％以上。

经压球可以获得炼钢用块灰。

宝钢为了解决＜3mm轻烧白云石的利用问题，采用了辊式压球机