石灰煅烧机理

石灰是碳酸盐（主要是碳酸钙CaCO3）矿物经过一定温度的煅烧，放出二氧化碳（CO2）后形成的氧化物（主要成分是：CaO）称为生石灰，俗称：石灰。按成分分类：钙质石灰（MgO%≤5％）、镁质石灰（MgO%＞5％），在钢铁冶金行业，因石灰有很强的脱磷、脱硫能力又不危害炉衬，所以炼钢中添加石灰造渣，石灰是炼钢生产的主要造渣原料。

（1）生产工艺

石灰生产的工艺过程包括四部分,一是加料部分；二是煅烧部分；三是出灰部分；四是燃料燃烧部分 ;如下：

(4) 燃料

加料 (1) 煅烧 出灰 (3) 成品 (2) A 加料部分

将原、燃料通过输送或提升设备送至窑顶，为石灰窑提供原、燃料，生产中要求连续、稳定、均衡(包括均匀)、可靠的供应，加料部分的性能好坏，对焙烧工序会产生影响，最终影响产品的质量、能源的消耗、设备运转率。

加料方式：1#~4#窑自动称重（弗卡斯窑按设定振动时间）加料，通过卷扬设备送至窑顶，窑顶密闭，机械（布料器）布料。 B出灰部分

经过焙烧的石灰需要及时排出,若在窑内过久停留表面会产生重结晶,体积密度增大,形成过烧石灰；相反,若石灰反应没有完全结束,提

前排出窑外,就会形成夹心，未烧透的石灰,称为生烧石灰,因此出灰部分在工艺中与焙烧部分联系紧密。

每次出灰量应与窑的生产能力相匹配，进、出料应平衡。出灰量多，后出的石灰在窑内未充分冷却，带来灰温偏高，窑顶料位波动大，影响窑况的顺行；出灰量少，总的产量会下降，灰温偏低，过烧的可能性大。如果出灰时多时少，不能稳定，必然会带来窑况产量的波动。所以，出灰流量是操作、控制的另一个原则。

Ｃ煅烧

石灰的煅烧是一系列的物理变化与化学反应的过程，在石灰窑内燃料燃烧的传热方式既有对流传热又有辐射传热两种主要传热方式。石灰煅烧原理是石灰石在窑内经过三带。在预热带物料借助烟气温度，蒸发水分，挥发挥发份;在煅烧带石灰石借助燃料燃烧放出的热量进行煅烧，将石灰石分解生成石灰;在冷却带石灰与进入窑内的冷空气进行热交换被冷却。石灰石一般在600℃时开始分解出CO2，白云石在500℃时开始分解出CO2。 ★ 碳酸钙的分解反应和反应机制 CaCO3 ＋Q CaO＋CO2－10KJ 式中：Q为分解热

对CaCO3,QCaCO3=1655kJ/kgCaCO3 对MgCO3,QMgCO3=1421kJ/kgMgCO3

理论上,分解1mol的钙酸钙需要10kJ的热量；分解1000g(1kg)石灰石需要100kJ热量。

实际生产中,由于窑壁的热辐射,废气带走损失的热,出灰带走热量,燃料

不完全燃烧损失热量,实际热耗比理论计算热耗高出许多。

理论上1kg石灰石可生产0.56kg石灰,产出比为1.78左右,如石灰生烧时,则石灰石消耗降低,可按下式计算： 石灰石消耗=1.78(1-X)＋X 式中：X为生烧率%

相关化学反应 反应方程式 1 碳酸钙的分解: CaCO3≒CaO＋CO2↑ 2 碳酸镁的分解: MgCO3≒MgO＋CO2↑

3 白云石的选择分解: CaMg（CO3）2≒CaCO3＋MgO＋CO2↑

（2）石灰的煅烧度一般分类为软烧，硬烧和死烧，石灰石分解时释放占其重量40%左右的CO2，在分解瞬间的生石灰具有结晶细、比表面积大、空隙度大（但各个晶粒间空隙小）、假比重小、反应性能强等性质，这种状态的生石灰称为软烧石灰。这种石灰若在高温下长时间煅烧，细的晶粒逐渐熔合，总体积收缩，这种状态的石灰一般称为硬烧石灰。再进一步提高煅烧度，水化反应速度变得极低，此谓之死烧石灰。

（3）石灰煅烧发生的物理变化

石灰石在煅烧过程中，随着煅烧温度和时间的变化，CO2逸出后的气孔体积和CaO晶体也随着增长。 石灰煅烧时晶体结构变化： （A）开始为常温下的石灰石。

（B）入窑受热后，发生分解前的膨胀，体积比常温体积大。 （C）受热达到一定温度开始分解，石灰石试块的体积变化很小，分

解的石灰附着在尚未分解的石灰石核心上，但气孔体积却在增加。 （D）至煅烧分解结束，CaO晶体开始增长，试块体积变化仍然不大，而气孔体积达到了最大。

（E）继续煅烧，CaO晶体体积继续增长，并烧结成块，试样体积缩小，气孔的体积也随之缩小。

煅烧温度和煅烧时间对生石灰晶体结构有着极大的影响，煅烧温度越高，煅烧时间越长，CaO晶体也逐渐长大，到一定时间颗粒停止增长，继续煅烧也只是有微小的变化。 质地相同的石灰石分解时其晶体结构取诀于煅烧温度和煅烧时间，而其它物理性质又取决于烧结度。 （4）碳酸钙分解热力学

石灰石在高温下分解产生氧化钙(石灰)和二氧化碳，其分解的决定条件是温度。

为了使反应迅速进行，根据化学平衡原理，一方面应将分解后的二氧化碳气体迅速地排除。

正压操作: 鼓风量多少以CO2、CO浓度控制。 负压操作: 烟囱(风机抽风)以CO2、CO浓度控制。 石灰石中CaCO3的分解过程是一个吸热反应，其反应式为:

CaCO3→CaO＋CO2↑－1777.4kJ/kgCaCO3

为了使这个反应向所需要的方向进行，并使之连续不断地进行，就应在整个反应中不断地提供一定的热量，这个反应在一定温度下进行。当加热达到CaCO3的分解温度时（在一个标准大气压下，纯CO2气相中，CaCO3的分解温度为8-910℃），CaCO3分解生成的CO2气体压力逐渐增加。当达到一定温度，CaCO3分解到某一程度不再分解，这时CO2压力不再增加，即反应达到平衡，此时CO2的分压力称为CaCO3的分解压力。

CO2的平衡压力与温度的关系 CO2的压力随温度升至600～700℃时提高缓慢，温度再升高时，压力从逐渐增大到骤然增加，当温度达到8℃时，达到一个大气压(101.3kpa)，随着温度进一步提高，CO2的压力也直线上升。

在石灰窑加温条件下，为了使这个反应达到一定的反应速度，并有较高的CaCO3分解，工业生产中窑内石灰煅烧温度保持在1050～1250℃范围之内，这是因为高温不仅加快了反应本身，而且能使热量迅速传入石灰石块内部，使之超过分解温度，因此，提高温度对分解是有利的。

煅烧传热方式：石灰石主要通过窑内流动的热气体与石灰石表面进行对流换热，石灰石由表及里主要由热传导的方式换热。

石灰石煅烧过程中，除主要成份CaCO3分解之外，MgCO3同时也分解，MgCO3在石灰石中含量一般小于3%， MgCO3吸热较CaCO3少，分解温度在加热到700℃时MgCO3会剧烈地分解。 （5）石灰石煅烧速度与温度的关系

通常煅烧温度为900°C，每小时只能烧透石灰石约3.3mm; 若煅烧温度为1000°C，每小时只能烧透石灰石约6.6mm;速度加快一倍，若煅烧温度为1100°C，则每小时煅烧速度约10mm;实际上因热传入内部愈深入，二氧化碳逸出阻力愈大，反应速度就愈慢，实际煅烧150mm的石灰石须要24小时以上。

升高温度分解压力增大，分解速度加快，当碳酸盐分解压等于外界总压时，即PCO2＞P’CO2(窑气气相中二氧化碳分压) 碳酸盐进行激烈地分解，叫做化学沸腾，此时的温度叫做沸腾温度，当碳酸盐在大气中分解时，其化学沸腾温度为910°C.在炉窑中由于燃料燃烧废气中CO2浓度增大，因此碳酸盐开始分解温度有所提高。