碳酸钙矿石晶粒尺寸与其受热后状态的关系研究
魏海平
摘 要: 碳酸钙矿石是炼钢造渣中常用的矿石类型之一，为研究不同尺寸的碳酸钙矿石晶粒和其加热后的变化状态之间的关系，对几种不同晶粒的碳酸钙矿石的晶粒尺寸、碎裂程度和煅烧后体积密度、活性度等要素进行了研究。
关键词: 碳酸钙矿石 晶粒尺寸 煅烧 炼钢 活性度 孔径
1 碳酸钙矿石晶粒煅烧反应
含有方解石和冰洲石的石灰原料在现代钢铁冶炼中得到广泛应用并创造了巨大的经济效益，但这些矿石原料经过高温加热粉化率高，难以产生粉化率较低且强度高的活性石灰，有学者提出利用氧气转炉和石灰石炼钢，可以提高二氧化碳的利用率，降低炼钢造渣量，具有较好的节能环保作用。有些富含碳酸钙的矿石生产出的石灰强度较低，利用转炉可以提高碳酸钙矿石的使用率，提高产品的强度和石灰活性，但不同尺寸的碳酸钙矿石晶粒经过煅烧加热后的破碎程度、活性和孔径等具有一定的差异，本文重点针对不同尺寸的碳酸钙矿石晶粒受热变化情况进行研究，了解碳酸钙晶粒尺寸对炼钢造渣的影响。下文对碳酸钙矿石晶粒受热进行研究。本次研究中需要取 6 份不同尺寸产自吉林、南宁等方解石和冰洲石作为碳酸钙矿石晶粒作为研究样本，并按照以下方法进行研究: ( 1)利用 X 射线荧光光谱分析。6 种碳酸钙矿石晶粒的成分，确定物种碳酸钙样本具有相同的 Ca C 成分，本文中研究使用的碳酸钙晶粒样本中的 Ca O 含量都在 55% 左右。( 2) 计算矿石晶粒尺寸。需要先将碳酸钙矿石晶粒进行切割打磨，通过扫描照镜和显微镜图像分析软件测量碳酸钙晶粒尺寸，并计算出碳酸钙晶粒尺寸的平均值。( 3) 碎裂性实验。将不同尺寸的碳酸钙晶粒取相同的量，用天平称重后在马弗炉中煅烧，温度控制在 1150℃ 左右，煅烧一小时后冷却称重，区分不同尺寸下的碳酸钙矿石晶粒的颗粒碎裂度和质量分数。( 4) 矿石煅烧后微观结构研究。按照石灰生产条件和煅烧要求选择尺寸 25 毫米左右的碳酸钙矿石晶粒作为研究样本，在马弗炉中煅烧一小时，受热温度控制在1150℃ ，等待冷却后将煅烧后的矿石磨制成相同体积的柱形结构，并用压泵仪测量样品的孔径、密度和孔隙率等微观结构数据。( 5) 矿石煅烧后活性研究。将 5 种矿石破碎为 4 毫米左右粒径大小的颗粒，在马弗炉内煅烧十分钟，煅烧温度保持在 1100℃ ，之后筛选出 1 ～ 5 毫米颗粒大小的矿石进行活性研究。
2 碳酸钙矿石晶粒受热研究结果
(1) 矿石煅烧碎裂程度比较。本实验中采用的 6 种不同矿石在煅烧前后的碎裂程度如下表中显示:
经过扫描电镜照片和显微镜图像分析软件对 6 种矿石的碳酸钙矿石晶粒尺寸进行计算，经过煅烧后的矿石碎裂程度统计表中的统计数据可以看出，碳酸钙矿石晶粒的尺寸越大，煅烧之后矿石的碎裂变化越明显，因为在矿石晶粒中含有的碳酸钙含量越大，受热时产生的二氧化碳含量越高，释放的二氧化碳对晶粒有一定的压力，对煅烧后的石灰颗粒的破坏力增加，可见在实际生产中选择晶粒较小的碳酸钙矿石粉化率较低，可以有效地提高石灰的利用率，节约矿石资源减少二氧化碳的排放量。(2) 矿石煅烧后的活性比较。试验中将 6 种矿石在 1100℃ 高温环境下煅烧十分钟，在进行矿石活性检测，得到的矿石晶粒尺寸和煅烧后的活性值之间的关系图如下所示:
从图中可知矿石晶粒的尺寸增加时煅烧后的活性度也随之增加，用转炉直接加热碳酸钙矿石进行造渣时，碳酸钙矿石的颗粒越大，转炉内的石灰活性度越高。本次实验中使用的 6 种矿石经过尺寸研究确定了各种矿石晶粒的尺寸大小，虽然选用的矿石都是石灰石或者方解石，但不同产地的矿石含有的碳酸钙成分具有细微差异，碳酸钙矿石的平均粒径差异较大。从石灰石和方解石的熔渣表面融化的实验中可以看出，碳酸钙矿石的尺寸越大，高温煅烧时更容易爆裂，能够帮助 Ca O 在熔渣过程中快速溶解，而且碳酸钙矿石的晶粒尺寸越大，煅烧后越容易破裂，经过煅烧后粒径大的矿石得到的石灰孔容较大，矿石的体积密度较小，且矿石孔隙率、平均孔径较大，矿石晶粒内部较为疏松，熔渣过程中更容易发生反应，晶粒具有较高的活性度，可见碳酸钙矿石晶粒的尺寸对煅烧后晶粒的孔隙率、平均孔径、体积密度等参数有直接的联系，对矿石晶粒的活性度和煅烧碎裂程度的变化状态联系紧密。
3 结束语
本文为了研究不同晶粒的碳酸钙矿石对造渣的影响，选择了 6 种不同的碳酸钙矿石进行实验，通过压泵、扫描电镜分析、煅烧等实验，分析不同尺寸的碳酸钙矿石晶粒对矿石煅烧后的碎裂程度、体积密度、孔隙率和活性之间的关系，实验结果证明碳酸钙矿石晶粒尺寸对矿石受热后的反应状态之间有着之间的联系，粒径越大煅烧后的矿石活性度越高。
来源：中国知网