活性石灰生產理論與工藝（簡體書）

石灰的出現已經有2000余年的歷史。
在筆者的印象中，燒石灰猶如鐵匠打鐵一樣，在有的地方都不能算作一門技術了。這個想法在筆者小的時候就產生了，因為一次到附近一個村莊，發現那里的人們，家家都會燒石灰。然而一件事情的發生，徹底改變了筆者的觀點，并使筆者在長達8年的時間里，花費了科研生涯中的一段黃金時間，開展了對石灰的系統研究。
那是2004年新年伊始，筆者在對中國幾家著名的大型鋼鐵企業的考察之后參加了有眾多鋼鐵界的精英參加的研討會上，接觸到幾位國內鋼鐵業界頗具影響力的前輩，他們異口同聲地表示，我國之所以不是鋼鐵強國的根本原因之一，是沒有從根本上認識到原料的重要性，特別是石灰原料。一些企業在生產中貪圖便宜，隨便亂用企業附近的小企業用土窯燒制的石灰，而不是活性石灰，生產的鋼的質量出了嚴重的問題之后，依然找不到原因所在。筆者開始關注冶金中的石灰問題，于是請教了很多專家、學者，并討論什么是活性石灰。令筆者驚訝的是，在與筆者交流的眾多學者和專家中，竟然沒有一位能對活性石灰解釋得清楚。由于作為一名大學老師的職業的特性，筆者在考慮，如果在課堂上學生也問同樣的問題，該如何回答。高等學府與此基礎課題相關的任課老師都回答不了這個問題，也就難怪社會上的人不能圓滿回答這個問題了。而活性石灰對中國的鋼鐵企業又如此重要，如果不把這個問題搞清楚，豈不影響中國鋼鐵技術的進步？
于是，作為高校冶金物理化學的一名主講老師，從2004年暑假，筆者從對活性石灰的興趣、對社會負責的態度出發，用嚴格的、科學的態度開始了對活性石灰的系統研究。
筆者首先對碳酸鈣分解熱力學進行了計算。對于關鍵的一些熱力學函數進行了對比、校正。如作為研究碳酸鈣分解的最基本的熱力學參數——標準吉布斯自由能ΔG，用目前文獻中所有能找到的數據進行計算，發現它們相互之間都達不到統一，即使從分解反應中各組元的等壓熱容Cp出發，用定積分或不定積分從頭計算，諸家的數據也無法統一。越是研究，就越感覺到不要說活性石灰了，即使普通的石灰也有很多的問題沒有搞清楚，越有必要從物理化學的角度出發進行研究。比如說以下這些問題。
① 煅燒石灰到底在什么溫度下最好？
② 找到了最好的溫度，煅燒多長時間最佳？
③ 理論上純的碳酸鈣分解溫度是多少？當有雜質時對分解溫度的影響又如何？
④ 活性石灰是怎樣定義的？怎樣煅燒才能得到活性石灰？
⑤ 現在的煅燒石灰的工藝合理嗎？
……
從筆者真正開始研究石灰到逐漸入門，才發現，這一傳統的問題研究，目前竟然在許多方面還是空白！
就如以下筆者的科研團隊對活性石灰的所進行的工作都是首次完成的：
① 從中國國家標準定義的石灰的活性度的測量方法出發，計算了純碳酸鈣分解得到的石灰的理論活性度；
② 從熱力學的角度計算了碳酸鈣的理論分解溫度；
③ 從熱力學的角度推導了細小顆粒的石灰石分解與大顆粒石灰石分解的理論條件的差異；
④ 用物理化學的方法和碳酸鈣分解機理對“活性石灰”進行了定義；
⑤ 用電子顯微鏡得到了活性石灰、非活性石灰的微觀圖像，從微觀上看到了輕燒和過燒狀態下石灰的形態；
⑥ 實驗研究了在有雜質元素存在的情況下石灰石分解反應的表觀活化能；
⑦ 用熱分析的方法研究了SiO2含量對表觀活化能的影響；
⑧ 綜合研究了活性石灰在燒結、鐵水脫硫、煉鋼精煉中如何應用和應用的效果。
8年來，這些問題的研究有些是筆者本人進行的，有些是筆者的學生協助完成的，有些是在筆者的指導下由學生完成的。
在此要感謝時任宣化鋼鐵實業公司總經理尹志明，雖然這其中的部分工藝研究也是他的碩士論文的工作，但在剛開始研究缺乏經費、實驗條件不好的情況下，給予了完全無私的幫助！
2005年，首先進行了一些碳酸鈣分解的熱力學研究工作。
2006年，指導的本科生王宏偉在宣化鋼鐵實業公司石灰廠完成了一部分活性石灰的工藝研究。
2007年，指導的研究生尹志明在繼續完成工藝研究的同時，進行了部分石灰石分解的動力學研究。
2008年，指導的研究生葉小葉在包頭鋼鐵公司進行了鐵水同時噴吹活性石灰顆粒鎂用于鐵水預處理脫硫的研究。
2009年，指導的博士生李闖用活性石灰進行了鐵水“五脫”(脫硫、脫磷、脫硅、脫錳、脫鈦)的研究。
2010年，指導的研究生儲瑩研究了首鋼遷安鋼鐵公司LF爐用活性石灰脫硫時的一些工藝問題。
2011年，指導4名本科生對石灰石分解的動力學、分解機理以及輕燒、過燒狀態下的微觀圖像進行全面研究。其中劉文同學對不同粒度的石灰石的分解機理和動力學參數進行了研究；馬來西亞留學生鄭文杰同學對SiO2含量與石灰石中碳酸鈣分解的動力學參數的關系進行了研究；郭勇同學對輕燒情況下石灰石分解的微觀結構及分解機理進行了研究；陶飛同學對過燒情況下石灰石分解的機理和動力學參數進行了研究。
2012年指導研究生聶健康、本科生李彬，以首鋼遷安鋼鐵公司煅燒活性石灰的套筒窯為研究對象，研究了活性石灰燒制過程的工藝與其中的主要組元和CO2的殘留量對活性度影響的數學模型，并得到了使用活性石灰的KR法鐵水預處理脫硫的數學模型。
2013年，指導博士生李寧，研究了使用活性石灰進行KR法脫硫的熱力學條件，從理論上推導了脫硫所需的最低氧含量的問題；并推導了煉鋼LF爐精煉過程，利用石灰脫硫的動力學模型和首鋼遷安鋼鐵公司LF爐脫硫的控速環節。
當把本書的最后一章整理完成，從電腦桌前站起來的時候，一個想法油然而生，筆者和自己的學生實際上只是花了8年多的時間計算了一道“碳酸鈣分解反應生成氧化鈣”的物理化學題，而這些離完美的答案還有很大的距離！殷切希望讀者提出更多寶貴意見，也希望有更多學者去給這道題更加完美的解。
筆者首先要感謝這些為完成這道物理化學題而曾經夜以繼日工作的學生們，他們的聰明才智是構筑本書的一磚一瓦，而筆者更多的時候只是一個建筑工。
感謝鋼鐵冶金國家重點實驗室對本書出版提供的資助！
本書在編寫過程中還得到了很多同行的大力支持并提出了寶貴意見和建議,在此一并致謝!

郭漢杰
于北京科技大學