2022年5月18日，中国设备管理协会钙粉产业发展促进中心、钙粉圈微信平台邀请了北京科技大学石灰专家，河南金汇产业集团首席科学家郭汉杰教授来到国联云冶金焦化直播现场。郭教授为代表们带来了“活性石灰生成理论与工艺”的直播讲座。以下为钙粉圈整理的部分具有代表性问题及郭教授回复，敬请参考。点此查看讲座报道→“云端论术”北科大郭汉杰教授在国联云直播授课圆满举办（附回放）
1 安徽省元进金元钙业有限公司 副总工程师 陶**-----硫化钙也会跟盐酸反应吧？低温闷烧也能达到很高的活性度以及四川马氏窑土窑能到 400ml 的活性（据说是低温慢烧），请老师分析一下：
答： 这个问题非常好！
（1）CaS 和盐酸会发生反应的， CaS+2HCl=CaCl2+H2S，所以如果用硫含量高的能源（如煤、 高炉煤气等），石灰中肯定有部分CaS，会造成活性度测量的假性偏高，需要结合化学分析， 把石灰中 CaS 分析出来，在活性度中扣除 CaS 部分。扣除的量可以根据该化学反应的计量计算，我的计算为：石灰中 1%CaS，应该扣除 4.46ml 的活性度。
（2）从理论上说， 在“分解温度<T≤沸腾分解温度”烧制， 即是所谓的“低温慢烧”，此 时控制好烧制时间， 会减少烧制完成后由于过烧引起的活性降低。按照阿罗尼乌斯公式，化学反应的速率与反应温度是指数成正比，如果烧制温度过大， 过烧后活性 CaO 聚集长大的 反应速率会很快；但在烧制温度低的情况下， 即使过烧， 活性 CaO 聚集长大的速率以指数 关系远低于高温时的速率。所用如果对石灰的活性要求高，应该选择处于分解温度和沸腾温 度之间的低温烧制。
2 包头东盛科技有限公司 生产经理 姜**-----套筒窑负压控制多少为好？怎么确定？煤烧套筒窑的废气排量少会造成什么情况 ？会表皮过烧中间夹生吗？反应生成的 CO2 排放不及时会中断分解吗？谢谢郭教授
答：（1）理论上说，负压越大， 烧制应该越容易进行，而且会使理论沸腾分解温度变低， 节能降耗， 极端情况下， 真空烧制更好！ 所以在可允许的范围内， 负压控制越低越好， 但要 注意， 负压一旦确定，相应的烧制温度和时间都要相应调整， 不能负压低了，烧制温度和时 间不变，就会造成过烧， 能耗增加的同时，石灰的质量也变差了。
（2）煤烧套筒窑的废气排量多少，首先是根据煤的热值确定的， 因为烧制每吨石灰需要的热量是一定的，热值高的煤使用量少， 废气排放少；热值低的煤总的能耗会非线性增大。 以极端的褐煤为例，煤本身含有大量的结晶水和物理水， 石灰的烧制温度远大于褐煤结晶水 的分解温度，石灰烧制时就花费很多能量用于这些水的分解、气化， 而碳氧反应的氧又用的是空气，1Nm³ 的空气中有 79%N2 ，能量消耗越大，由（CO2+N2 ）等组成的废气量就会快速增加。所以烧制石灰使用高级别的能源介质会使能耗降低，但价格可能高些，需要进行成本核算确定！
（3）废气产生多的原因已经明白了，它会造成什么情况？ 会表皮过烧中间夹生吗？先说第 一个问题， 废气量的增加，毫无疑问，吨石灰的能耗一定高， 大量的废气排放带走了很多高 温热量，使生产效率降低，同样大小的窑的产量降低； 窑的温度不容易控制，表皮过烧，内 心生烧的概率会大大增加。
（4）从碳酸钙的分解反应 CaCO3=CaO+CO2 可以看出，反应生成的 CO2 排放不及时，有可能会抑制反应的进行， 但如果说中断分解，需要进一步研究确认。
3 首钢股份 炼钢技术员 杨**-----郭老师：对石灰石在转炉炼钢生产中是否有研究？转炉什么时候加入最合适？粒度有什么要求？谢谢郭老师
答： 要回答这个问题，需要把转炉炼钢的机理分析清楚。转炉炼钢过程吹氧首先是以脱硅为主， 其次是以脱磷为主， 最后是脱碳为主。加入石灰是为了强化脱硅和脱磷，按照炉渣“离子-分子共存理论”和热力学原理，石灰中的 CaO 和 SiO2 生成硅酸钙和偏硅酸钙， 可以促进和加快转炉炼钢的硅氧反应；转炉冶炼的脱磷也是同样道理， CaO 和 P2O5 形成磷酸四钙， 可以促进或加快脱磷。明白了这个道理，还要补充一个知识，就是这些都是多相间的反应， 就反应动力学而言需要最大的界面，界面越大，反应越快。近些年开展的从转炉底部吹石灰粉的研究， 就是这个原理。至于石灰的粒度， 理论上当然越小越好，但要兼顾其加入后又被转炉煤气带出来进入除尘管道的问题。如果炉底喷吹， 粒度越小，界面积越大， 反应速率就越快。至于石灰的加入时机， 在脱硅和脱磷前就必须要到位。
4 武安市政府 石**-----用煤烧石灰，两项相加， CO2 排放是多少方？
答：这在课件中已经明确，如果烧制运行在理论能耗（101.93Ce/t 石灰）上，用纯碳酸钙 烧制每吨石灰：
（1）碳酸钙分解产生的 CO2 ：400Nm³；
（2）煤的燃烧产生的 CO2 ：170Nm³；
（3）煤燃烧所用空气带入 N2 :640Nm³。
废气排放总量为：1210Nm³ （其中 47.1%CO2,52.9%N2）
实际上，任何窑炉都达不到这个能耗。在对不同能耗的废气排放量的进行计算时：第一 项不会变， 第二项和第三项按照能耗大小等比例增加。
5 河津市康庄新材料有限公司 主管 张先生----郭老师：烧煤气与煤粉， 如何配置空气量 ？燃烧焦炉煤气与煤粉，哪一种用空气量比较多？
答：空气量的配置是根据能源中组分的含量所进行的化学反应决定的，煤粉中可作为能源进 行燃烧的组分是 C 和挥发分， 在使用前，应对其进行分析化验， 将其组分分析清楚， 固定碳 是多少，挥发分是什么， 其他各为多少？
（1）对于煤中固定碳所用空气的计算 碳的完全燃烧反应为
C+O2=CO2
1molC(0.012Kg)完全燃烧，需要 1molO2 (0.0224Nm3)，如果所用的煤的固定碳为 70%，1Kg煤中含有 0.7KgC，需要的氧气为：
图片
由于空气中仅有 21%O2 ，用空气取代氧气，需要 1.3/0.21=6.2Nm3 空气。
（2）对于煤中的挥发分所用空气的计算，化学分析得到煤的一份完整的分析报告，其中挥发分的含量标的很清楚。。
其中， 可以用于发热产生能量的组分为：CO 、CH4+C2H6 、H2，分析报告应该有每一项 在总挥发分中占有的百分比， 以甲烷 CH4 为例，计算其燃烧需要配置的空气量。甲烷的完全 燃烧反应为
CH4+2O2=CO2+2H2O
按照化学计量关系，1molCH4（0.0224Nm³）完全燃烧需要 2mol(0.0448Nm³ )O2，则 1Nm³的 CH4 需要配置 2Nm3O2，考虑到空气中的氧气为 21%，1Nm³ 的 CH4 完全燃烧需要的空气为：
2/0.21=9.5Nm3 空气/Nm3CH4
如果所使用煤的挥发分总量为 0.3Nm3/Kg 煤，而 CH4 在挥发分中的量为 10%，则燃烧1Kg 煤时， 其中的 CH4 ，需要配置的空气量为
0.3×0.1×9.5=0.28Nm3 空气/Kg 煤中 CH4
同样的道理，把 1 公斤煤中的其他挥发分所用的空气量都计算出来，之和就是每公斤煤 所需要的理论空气配置。一般空气的配置都要有个过剩系数，根据所使用的能源介质的质量 和窑炉的特点、经验确定，过剩系数 1.05~1.3 不等，按照经验确定。以上计算方法， 同样适合于各种煤气，包括天然气。
6 包钢集团乌海矿业公司 部长 段**-----请问郭教授：您说的温度 800 或 900 或 1100 等等， 您指的是哪的温度？ 烧成带还是尾温？
答： 这里的温度， 是实验炉所控制的温度。由于我们实验是在电阻炉中进行的实验时，把石灰石就放在 800 或 900 或 1100℃的温度空间进行的，也就是烧制石灰所在区域真实的温度。
7 贵州科学院先进技术与材料研究所 工程师 张**-----石灰石放在真空中不稳定会自动分解吗？
答： 理论上说，真空度越高，烧制温度越低。由不同真空度下的石灰石的分解温度为
T开始分解 = 21040/(18.04-lnP真空度）
注意， 此时的真空度一定窑用无量纲压强单位。
所以， 理论上说， 如果真空度足够高， 常温下也可以得到活性石灰，就是不知道分解反应的速率需要实验。
8 首钢迁钢公司 技术员 于**-----老师，石灰活性度测定过程中如果有生烧的话，碳酸钙也会和完全反应，这是不是就使测定 数值虚高呢？还有一个测定的方法是温升法， 您认为这两种方法哪个更合适呢？
答：这是一个很有挑战性的问题，也涉及到国标所规定的活度活性度测量是否还有需要改进的方面，这个问题 我没有深入研究过， 不能贸然回答。但我认为，要弄清楚这个问题需要进行单独的实验研究，把 4N盐酸在 40℃温度下与固体石灰石反应，按照YB/T 105- 2005 设置的测试方法，得到纯石灰石活性度的一个准确是数，再研究不同纯度石灰石在此条件下的活性度值， 以此可以对国标测量方法的补充， 然后写一篇研究论文，供大家学习参考。实验时要注意一个问题， 所选取的 50g 的石灰石的粒度，要和国标一致。 粒度对测试结果有可能产生 很大影响，因为活性度的测试标准规定：“记录恰好到第 10min 时消耗的 4N/L 盐酸毫升数”， 如果粒度小，消耗的盐酸的速率会快。
9 江西切尔纳米科技有限公司 于**-----您好， 一般生产一吨白灰需要多少石灰石？一般生产一吨白灰需要多少高炉煤气？
答：（1）理论上，1 吨纯CaCO3可以生产得到 0.56 吨的 CaO；1 吨MgCO3可以得到 0.476 吨 MgO 。一般石灰石都是以 CaCO3 为主的混合物，如果石灰石化验得到 CaO 含量为%CaO， MgO含量为%MgO，其他成分为（100-%CaO-%MgO）,则可以计算得到，1 吨石灰石可以烧制得到的石灰的量为
其中， 石灰中 CaO 和 MgO 的含量分别为：87.8%CaO；11.0%MgO；其他组元为 1.2%。
（2）烧石灰如果用高炉煤气，需要看高炉煤气的热值。如果高炉煤气热值为 700Kcal/Nm3， 理论上烧制 1 吨石灰需要 101.9KgCe ，1KgCe=7000Kcal，所以使用高炉煤气理论用量为
但是，实际生产过程要远大于这个值，原因是高炉煤气中发热组元 CO+H2 仅为 30%左右， 其他为（N2+CO2）， 用空气中的氧助燃，还会带来 79%N2 ，这些多余的 CO2 、N2 都需要同时加热， 会浪费很多能源。但这些多余的废气作为烧制石灰的“过客”，被浪费的能源都可以根据热化学原理精确计算， 不再赘述。
10 唐山丰南宏烨炉料有限公司 生产主任 王** -----郭教授好！ 电窑、天然气烧白灰成本得多高？回转窑能用高炉煤气来烧？
答： 你说的没错，电窑、天然气烧白灰成本会很高！ 这要根据企业的具体情况和产品的用途 而定，在没有高炉煤气、转炉煤气或焦炉煤气的企业只能使用天然气或其他能源。就石灰的 用途而言， 据我所知，10 多年前，有的企业 RH 中使用的一些高端石灰售价居然达到 2000 元/吨左右，虽然不知道使用的是什么能源，但肯定一点就是，其活性度和其中含有的杂质 组元一定很低， 所用的能源肯定是很讲究的。
11 神木神信新材料有限公司 负责人 肖** -----现在冶金石灰的国家能耗标准是多少？
答： 我的博士生是中国冶金规划院的专家，他给我发的资料， 供参考。
根据 GB/T50632-2019 钢铁企业节能设计标准， 6.5.8冶金石灰工序综合能耗设计指标
12 新疆石河子 陆**
①电石渣制石灰过程中除杂、煅烧分解、成块诸环节的方法和设备，不知郭老师有什么教导？
②石屑(0~20 毫米碎石烧石灰，除杂和煅烧环节不知郭老师有什么好的方法和教导， 如果将石 屑磨成 100 目的粉末状再进行煅烧分解，需要什么样的窑炉？ 郭老师有没有好的建议和方 法？
③电石炉的净化灰除了制水泥和焚烧以外还有什么更好的利用方案？
④生产碳酸钙晶须的原料是碳酸钙？对石灰石钙含量的最低要求是多少？郭老师有什么建议 和成果可以分享吗？
答：（1）先生的问题比较专业， 建议先把“电石渣”、“石屑”及“电石炉的净化灰”的 成分能否发给我，我看看能否回答， 然后我们再对相关问题单独讨论；
（2）我对生产碳酸钙晶须没有研究， 但如果有机会到贵单位参观学习，看能否利用我的理 论知识提一些建议。
13 超细粉末国家工程研究中心 副主任 宣**-----郭老师讲得非常好！ 我想问个问题：你们以前试验过程中，测试过失重率最高的时候石灰的 活性？ 这个时候石灰活性是不是最高的？
答：我们虽然陆续进行了 10 余年的研究，但要把活性石灰搞清楚， 我认为还有很多工作要做。 前期我们的工作主要分两个方面：（1）石灰石分解机理方面研究， 使用 DTA ，式样小 于 100mg，所以分解完成后不能再做活性度测试，只是为了验证分解温度和分解速率；（2） 对于石灰石分解的宏观研究，在一个石灰企业做的，主要研究 900℃及以下低温烧制和 1000℃ 以上高温烧制时， 活性 CaO 粒度的演变规律，分解完成后是否聚和长大，这个工作只是开 了个头， 仅仅看到个现象，后来实在没有时间和精力了， 把这个研究就放下了， 但我认为需 要继续深入研究。当时所用的石灰石在 900~1000℃烧制时活性度已经接近极限，说明宏观 上失重率已经完成了；但 1000℃烧制时，烧制完成，所谓的过烧， 活性度急速下降，这些问题的细节也需要继续研究。
14 贵州省修文县马鞍山水泥制品厂 厂长 马**-----请问郭教授，活性石灰对转炉的经济效益有多大影响？
答：我认为活性石灰对转炉的经济效益的影响有限，但对钢的精炼有可能会产生影响， 越是高端的钢影响越大。
15 河北新武安钢铁集团 厂长 刘**-----郭教授好，麦窑能用天然气烧吗？天然气烧麦窑的喷枪内径多少？ 喷枪长度多少？
答： 麦尔兹双膛窑是先进的石灰竖窑之一，其先进在于设计思想采用了蓄热式燃烧原理，将能源利用到极致。 其燃料适应性很广， 可以用煤粉、天然气、焦炉煤气、电石炉尾气、重油等气、固、液燃料。2019年邯钢矿业分公司冯天伟等专家在“耐火与石灰”杂质上发表了 麦尔兹窑使用天然气的论文， 写的很好， 我觉得可以回答您的问题，请查阅。
冯天伟，何迎军，李振兴等.以天然气为燃料的麦尔兹窑煅烧工艺参数优化控制[J].耐火与 石灰， 2019，10（5）：25`28
16、广东南方东海钢铁 石灰主管 李**-----郭老师：煤气， 煤粉混烧的有没有？怎么设计，调配？
答： 煤气， 煤粉混烧的思想非常好， 可以充分发挥两种燃料的特点，但设计与设备需要这方 面优秀专业公司去实现， 很抱歉，我对工艺、 装备不熟。
学习是一种修炼，分享是一种美德。感谢郭教授的精彩报告和耐心解答，感谢业界代表的支持！无论何时，无论何地，钙粉圈微信平台一直与您在一起！另外，还有在直播中未能提出或获得解答的问题，也可以在评论区中发出，国联云会邀请老师做出文字回答，问答整理好后会在评论区给您回复！24小时服务热线：010-63701356
京公网安备 11010602030059号
