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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2003.12.261 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表2 2000年〜2002年钢产量、烧结矿、石灰产量和石灰消耗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3 2002年宝钢全年石灰供量及消耗指标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。
提高高炉炉料中球团矿配比、促进节能减排（资料来源：冶金管理，王维兴）一、优化炼铁炉料结构的原则高炉炼铁炉料是由烧结矿、球团矿和块矿组成，各高炉要根据不同的生产条件，决定各种炉料的配比，实现优化炼铁生产和低成本。
世界各国、各钢铁企业没有一个标准的炼铁炉料结构，都要根据各企业的具体情况制定适宜的炉料结构，同时还要根据外界情况的变化，进行及时调整。
2017 年中钢协会员单位高炉的炉料中平均有13%左右的球团矿，78%烧结矿，9%块矿。
在高炉生产时，各企业要根据其具体生产条件下，实现科学高炉炼铁操作（满足炼铁学基本原理），完成环境友好、低成本生产的目的。
实现低成本炼铁的方法包括：优化配矿、优化高炉操作、设备维护完好、生产效率高。
而实现高产低耗就要高炉入炉矿含铁品位高，有优质的炉料，包括高质量烧结矿要实现高碱度（1.8-2.2倍）。
但炼铁炉渣碱度要求在1.0-1.1 倍，炉料就需要配低碱度的球团矿（或块矿）。
高炉生产实现低燃料比，要求原燃料质量要好（入炉铁品位要高、冶金性能好、低MgO 和Al2O3、低渣量、焦炭质量好、含有害杂质少等），成分稳定，粒度均匀等。
要实现资源的合理利用，就要合理回收利用企业内含铁尘泥等等资源。
建议将含有害杂质高的烧结机头灰、高炉布袋灰，加石灰混合，造球，干燥，给转炉生产用，切断炼铁系统有害杂质的循环富集。
此外，球团工艺相比烧结工艺具有一定的优越性：1）产品冶金性能一般来说，烧结矿综合冶金性能优于球团矿，因此，高炉炼铁炉料中以高碱度烧结矿（在1.8-2.2 倍）为主。
但是，炼铁炉渣碱度要求在1.0 左右，必须搭配一部分酸性球团矿，这样结构炉料的冶金性能才最优，使高炉生产正常进行。
球团矿的缺点是膨胀率高，易粉化。
目前，北美和欧洲一些高炉使用100%自熔性球团矿，冶金性能完全能满足高炉炼铁的要求，也取得了较好的高炉生产指标。
2）生产运行费用球团工序能耗是烧结的2/3，环保治理费用低，球团矿铁品位比烧结矿高5-9 个百分点（原料品位、碱度相同条件下），炼铁生产效益高10 元/t。
冶金学作业（冶金07-3 尤大利）1.炼钢工艺技术发展一、早期冶炼工艺炼铁技术的发展经历了漫长的过程。
人类最早使用的是熟鉄，人们在土坑里将木炭引燃并鼓入空气，在不高的温度下还原铁矿，得到海绵状的熟铁，经锻打可以制造工具。
在世界历史上，中国、印度、埃及是最早用鉄的国家，也是最早掌握冶炼技术的国家，比欧洲要早1900多年。
根据出土历史文物和考古专家的研究，中国殷代时期就有了铁器。
远在2500年以前，中国已采用较大规模的冶铁鼓风炉，发明和掌握了冶铸技术，逐步由青铜时代过渡到铁器时代。
公元前200多年的战国时代，中国已经掌握了生铁脱碳技术，发明了“自然钢”的冶炼法，造出了非常坚韧而锋利的宝剑。
东汉初期，南阳地区已经制造出水力鼓风机，扩大了冶炼生产规模，产量和质量都得到了提高，使炼铁生产向前迈进了一大步。
北宋时期冶鉄技术进一步发展，由皮囊鼓风机改为木风箱鼓风，并广泛以石炭（煤）为炼铁燃料，当时的冶铁规模是空前的。
在大通（山西交城西北）、徐州的利国、兖州的莱芜（山东莱芜南）、扬州的利安（河南安阳附近）设四监，全国设十二冶、十务、三十五场，经营冶铁业。
当时规模最大的冶铁中心——利国监，设有三十六个冶场，工匠约四千人。
元朝初年，意大利人马可波罗到了中国，看到了中国用“黑石”（煤炭）做燃料来冶铁，诧为奇事。
二、底吹空气转炉的发明最早可以熔炼钢水的方法是1740年出现的坩埚法，它是将生铁和废铁装入石墨和黏土制成坩埚，内用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料铸成钢锭，但此种方法不能去除钢中的有害杂质。
第一次解决用铁水直接冶炼钢水这一难题的是1856年英国人H.Bessemer发明的底吹酸性空气转炉炼钢法。
将空气吹入铁水，使铁水中锰、硅、碳高速氧化，依靠这些元素放出的热量将液体金属加热到能顺利地进行浇注所需要的温度，从此开创了大规模炼钢的新时代。
由于采用酸性炉衬和酸性渣操作，吹炼过程中不能去除硫、磷，同时为了保证有足够的热量来源要求铁水有较高的含硅量。
冶金学科的演变与发展-概述说明以及解释1.引言1.1 概述冶金学科作为一门研究金属材料的学科，起源于人类发展初期对金属的认识和利用。
随着时间的推移，冶金学科得以不断发展和演变，形成了如今的冶金学体系。
冶金学的发展与进步在人类历史的长河中扮演着重要的角色，它不仅推动了社会经济的发展，还为其他学科的发展提供了坚实的基础。
冶金学科的概念囊括了金属材料的提取、制备与加工等方面的知识。
其核心研究内容主要包括金属材料的物理性质、化学性质、热力学性质以及在工程实践中的应用等。
通过对金属材料的深入研究和探索，冶金学科不断为人类社会的发展和进步做出了突出贡献。
在过去的几千年中，冶金学科经历了从简单的冶炼工艺到现代化冶金科技的演变过程。
其间，人们通过不断尝试和实践，逐渐掌握了金属材料的提取和炼制技术，并应用于农业、制造业、能源等各个领域。
冶金学科的发展不仅满足了社会对于金属材料的需求，也促进了人类社会的进步和发展。
冶金学科的发展对于现代社会的发展至关重要。
金属材料广泛应用于工业制造、建筑、航空航天、电子技术等领域，为这些领域的发展提供了坚实基础。
同时，冶金学科的不断发展也为人类社会面临的各种挑战提供了解决方案。
例如，新材料的开发和应用有助于能源资源的利用效率提升和环境保护。
展望未来，随着科技的不断进步和人类对材料需求的不断增加，冶金学科也面临着许多新的变革和挑战。
研究人员将继续探索和发展新的冶金材料和技术，以满足不断增长的社会需求。
同时，随着数字化和智能化技术的兴起，冶金学科将与其他学科进行深度融合，推动材料科学的进一步发展。
总之，冶金学科的演变与发展是人类社会发展的必然产物。
它提供了丰富的金属材料知识，推动了工业制造和科技进步，同时也为其他学科的发展提供了重要支撑。
随着不断的创新和探索，冶金学科必将为人类社会的可持续发展作出更加突出的贡献。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构部分旨在介绍本文的整体组织架构和内容安排，确保读者能清楚了解接下来的文章内容。
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2003.12.261 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表2 2000年～2002年钢产量、烧结矿、石灰产量和石灰消耗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3 2002年宝钢全年石灰供量及消耗指标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SiO 2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续表10不同窑型石灰质量情况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、白云石原料条件表12 宝钢一、二期石灰石、白云石粒度及含泥量表13 武钢石灰石原料条件（乌龙泉）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1500～1800 kt ,日本年产6000 kt ,美国年产5000 kt/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，该法对工艺操作的A吸附塔发生爆炸，造要求非常严格，1999年宝钢回收二氧化碳装置中脱NOX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。
有报道，美国生产液体二氧化碳的能力有7446 kt/a ,日本生产液体二氧化碳的能力有1165 kt/a ，西欧的二氧化碳总消耗量在1200 kt/a ,而我国只有150～200 kt/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。
