《熟料烧成培训豪西蒙》熟料形成.ppt

生产行业劳动力培训产品,操作范围:熟料制品:操作步骤以及控制组件/组替件:熟料形成名称:熟料形成类型:1.1日期:09-07-03,为什么学习熟料烧成?,常规的窑操作化学成分，细度，矿物成分的改变的影响。新的混合组分的影响(pozzolan灰分,AFR,沙,等等.)反常的窑操作知道导致熟料过烧的原因。了解为什么成环或者结块。可以检测计量器。,了解窑操作条件的改变的影响,自然矿物,人工合成的液态矿物,温度(T),时间(t),压力(p),为什么学习熟料的煅烧？,在熟料转变过程中的两个重要阶段,1最初结构的分解机械的碾压和破碎受热分解在受热状态下结构的重组,2新的结构的 形成中间产物的出现熟料矿物的生长与发展结晶物的液态阶段,熟料形成过程的特征描述,复杂的系统(各式各样的机械设备)!需要机械的，热的和电的能量。反应比率慢(必要的高温,微细的外排物料)熟料矿物是否稳定在一定的温度范围内。产品质量取决于：熟料的化学成分 熟料的微观结构,煅烧过程的控制,物料的技术参量生料煅烧的表现 煅烧能力 粉料的形成 包裹行为 烧料晶粒的生长等等液相量及其属性,烧成过程的技术参量温度范围窑气氛燃料类型火焰特征等等,反应原理,反应流程,要完整的描述熟料的形成流程，必须考虑以下几个方面。混合生料的化学和矿物学组分。反应总的次序。中间产物的化学和矿物学特性。,反应基本流程,混合生料(20C),回转窑中发生反应的流程,加热(C)20-100水的蒸发H2O100-300吸附水的排除400-900泥土等矿物结构水的排除 500 硅酸盐矿物结构的改变 600-900 硅酸盐的分解800贝利特的形成，中间产物铝酸盐和铁酸盐形成1250液相的形成(铝酸盐和铁酸盐的溶解)1450阿利特和贝利特反应以及生长完成。冷却(C)1300-1240液相结晶成大量的铝酸盐和铁酸盐。,L.o.I.35.533.837.3SiO214.412.816.0Al2O33.22.44.6Fe2O31.81.03.8CaO42.439.044.2SO30.370.081.1Na2O0.170.040.58LS94.085.4103.4SR2.91.83.9AR1.90.73.2,混合生料的化学特性,参数 x x 最小的.x 最大的,中间产物形成的原因,中间产物是加快反应速率的一种动态的良好产物。中间产品是反应产品的局部粗粉选择，是一种局部平衡但是永远不能达到最终平衡。(例如.gehlenite 的形成)中间产品是在给定温度和气压下的真正的平衡产品，但不是在熟料的温度范围内(例如.spurrite 的形成),液相,混合生料成分的确定。大量液相在给定的温度下形成。液相在一些特殊温度下的物理性质，特别是粘度。,液相,尽管大量混合生料显示了相同的液相形成的最低温度（熔点）,大量的液相在此温度形成并且在更高的温度发生转变，通过混合生料的化学成分。在波特兰水泥C-S-A-F 系统中的相关部分中，其熔化温度开始于1338 C,液相成分如下:CaO-55%SiO2-6%氧化铝比Al2O3-22%(AR)=1.38Fe2O3-16%,液相粘度,液相的粘度伴随着温度的升高而降低，并且其变动的情况如下：Na2O CaO MgO Fe2O3 MnO通过增加熔融状态SiO2 以及Al2O3,从而达到增加粘度。,反应方式 定义,物质形态固相确定的体积和外形液相确定的体积，所在容器的形状。气相 体积和外形都不确定。,反应方式 定义,反应分类根据反应类型分类:结构的改变 高石英 低 石英分解CaCO3 CaO+CO2结合2CaO+SiO2 C2S,反应方式 定义,反应的分类依照物质的状态分类:固相-固相 石英和游离CaO 贝利特 固相 液相液相 结晶的铝酸盐和铁酸盐固相 气相CaCO3 CaO+CO2液相-液相-液相-气相 干燥过程,碱的挥发气相-气相CO+1/2 O2 CO2,反应方式 定义,物质的分类依照控制阶段比率进行分类(动力学反应)扩散阿利特的形成晶界石英+游离 CaO 贝利特(初反应）成核液相 结晶的铝酸盐和铁酸盐 阿利特的形成,反应方式 例子,分解反应(在熟料生产过程中)固相/气相 类型粘土质矿物的脱羟基(高岭石,等等.)碳酸盐矿物的分解(菱镁矿,白云石,方解石,spurrite)固相/固相 类型阿利特的分解这种反应的特征位一种单一反应物转化成两种产品。,反应方式 例子,贝利特的形成是石灰石和混合生料中的二氧化硅发生化合反应的结果。,反应方式 例子,化合反应:阿利特的形成,阿利特只有在T 1250 C(低稳定界限)是快速形成.在此温度下,液相也开始形成:阿利特的形成是液固反应。,阿利特及其稳定区域的形成取决于液相反应。反应速率取决于:扩散类型所经过的路径距离。液相量及其粘度。,熟料烧成的动力学,混合生料(1-),熟料,kT,kT=T温度下的比例常数T=反应温度 A=频率因素R=气体常数Ea=活化能,动态化学平衡,理论结果:伴随温度的升高反应速率也增加(但成本也同时增加!)活化能越高反应机率越少。(不同的混合生料矿物成分)碰撞频率越高反应机率越大。(接触面积大，混合程度高),熟料烧成的动力学,反应的机率增加混合生料成分的温度和接触面积。(频率因素 A)减少具有更高活化能Ea的混合生料成分。,为了补偿较少反应矿物的较慢的反应能力，高的烧成温度和较长的烧成周期是必需的。,熟料烧成的动力学,在实践中，下列反应最便利的方法是测定游离氧化钙的减少比率。(游离石灰).这种配以插图在下列两组生料数据，I 和 II,相似的化学组成(LS=95,SR=3.2 and AR=2.2)和相似的细度。(R200m0.5%,R907%and R6015%).明显的差别在于矿物组成以及晶粒的大小影响反应速率和反应机理,尤其是在熟料开始形成的阶段。,熟料烧成的动力学,40 x,混合生料 1,混合生料 2,页岩 S方解石 10%白云石-石英 55%亚氯酸盐 10%Illite和云母 20%黄铁矿traces长石traces,石灰石方解石97%白云石 2%石英微量亚氯酸盐-Illite和云母-黄铁矿微量长石-,页岩 A方解石 40%白云石-石英 25%亚氯酸盐 20%Illite 和云母 10%黄铁矿 2%长石 2%,40 x,40 x,熟料烧成的动力学,熟料烧成的动力学,吸热-放热-反应,放热反应的例子(热量释放)煤(C)+O2CO2石灰石(CaO)+H2OCa(OH)2水泥+H2O水泥水化物液态 K2SO4固态 K2SO4吸热反应的例子(热量接收)H2O(液态)H2O(气态)CaCO3CaO+CO2,熟料形成的热力学,在熟料生产过程中，同时伴随着吸热和放热。,温度.(C)反应类型热量转变20-100自由H2 O的蒸发吸热100-300吸附 H2O的排除吸热400-900结构H2O的排除吸热(粘土质物料中的H2O,OH 基团)600-900CO2 从碳酸盐中的分解吸热 800中间产物的形成,贝利特,铝酸盐和铁酸盐 放热 1250液相的形成 吸热(铝酸盐和铁酸盐 的熔化)阿利特的形成放热1300-1240 大部分铝酸盐和铁酸盐 的液相结晶（冷却周期）放热,熟料形成的热力学,典型水泥生料的DTA 曲线,最好的煅烧要求发生在850-900 C,主要是为了碳酸盐矿物的分解，脱水所要求的总热量，脱碳素和熔化所需热量超出了贝利特和中间产品以及最终产品形成所释放的热量。,熟料形成的热力学,吸热过程kJ/kg熟料泥土的脱水 170方解石去碳 1990熔化热 105生料的加热 0-1450 C 2050吸热总量 4315放热过程kJ/kg熟料脱水泥土结晶化-40熟料矿物的煅烧-420结晶矿物的熔化-105熟料的冷却-1400CO2 的冷却(方解石除外)-500H2O 的冷却(方解石除外)-85总放热量-2550熟料形成的理论热量+1765,熟料形成的热力学,干法窑和湿法窑中的热平衡(kJ/kg 熟料;近似量)干法窑 湿法窑H2O的蒸发 20(0.6%)2100(38%)(0.4%干法窑和 35%湿法窑)反应热 1765(54%)1765(32%)通过气体，熟料，粉尘等等的热损失840(26%)1250(23%)散热和传送热损失650(20%)360(7%)3275kJ/kg 5475kJ/kg,主要物相和次要物相对水泥特性的影响,主要物相 C3S-早期强度,凝结性 C2S-后期强度,耐久性 C3A-早凝,水化速度快 C4AF-颜色,次要物相 CaOfree(free lime)-凝结时间,早期强度 碱/硫酸盐-早期强度 MgO-安定性,湿法&窑外分解窑的比较,立波尔窑&窑外分解窑的比较,CALCINING,煅烧继续，直到全部石灰石转化为石灰和二氧化碳。,只要分解过程开始，那么温度将保持在750 900C 的波动范围内。,在大约 800 C 石灰石分解为游离石灰和二氧化碳。CaCO3 CaO+CO2,煅烧,CaCO3 CaO+CO2,一旦煅烧开始，粘土质原料结构将被破坏，生成可利用的 Al2O3,Fe2O3 和 SiO2.,粘土的成分,在升高温度的过程中,石灰将和二氧化硅反应生成 C2S 贝利特。,石灰&硅石反应,石灰&硅石,(贝利特),在温度升高的过程中石灰将和铝矿和铁矿通过反应生成一些中间产物。最终合成矿物C3A 和C4AF 不仅在水泥中而且在液相烧结过程中也是十分关键的成分。,C3A,石灰,铝&铁,C2S 将以二氧化硅和石灰连接的形式继续生长，这是一个吸热反应。固相反应在很大程度上取决于微粒大小.。基于这个原因，典型的窑喂料的细度为R90 m=15%.,C2S 形成,C2S结构的形成大约在 1250 C,铝和铁的钙盐在达到液相转变点。在BZ的中心区域,20 30%的熟料是液相状态。,液相阶段,C2S,游离氧化钙 C3S,在液相环境,C2S 与剩余石灰反应生成C3S.这是一个化合反应。,在BZ 的中心区域，20 30%的熟料将变为液相。,45-65%,10-25%,未被结合的石灰0.75-1.5%,C2S,游离氧化钙 C3S,(阿利特),冷却,一旦C3S完全形成，延长此温度升高的过程已经没有任何价值了。,这个最后的过程叫做冷却,不仅仅是降低温度,而且晶体冷却生长和转换液相后的固体便于输送。在这个点,C3A 和 C4AF 冷却到固态形状。,目前的目标是停止更远的C3S 晶体的生长并且解决一些未解决的MgO 的安定性问题。.,阿利特,贝利特,铝酸三钙,铁铝酸四钙,如何制备高质量的熟料？,1.化学成分,2.粉料细度,3.良好的煅烧条件:温度 时间 气氛(氧化)冷却,煅烧能力,化学反应:650-1050 C,1.Al2O3.2SiO2.2H2O+5CaCO3,CA+2C2S+2H2O+5CO2,2.Fe2O3+2CaCO3,C2F+2CO2,3.SiO2+2CaCO3,C2S+2CO2,4.CaCO3,CaO+CO2,注意:成分的混合和简称。,化学反应:1250-1450 C C,注意:成分的混合和简称。,在 1450 C熔化,熟料中的游离氧化钙,游离 CaO 是熟料中产生的：过高的LSF(100以上)不可能结合所有的CaO，使其充分利用。煅烧不足窑没有足够的热量结合所有的 CaO较少的原因是阿利特的分解，太大的石灰石颗粒和可能不同种类组成的窑喂料。最佳范围 0.75-1.5%1.5%可能导致水泥不正常。,定义,粘土质包含,制成,或相似于泥土。“粘土”一词覆盖了水泥生料的领域。那些化学成分组成包含了不足量的石灰质成分，也就是说粘土 材料基本上提供SiO2,Al2O3 和 Fe2O3(“二氧化硅”,“氧化铝”和“氧化铁).,定义,易熔的混合物质拥有一个最小的熔点。关于、相关的、,或建立在一个可能的对于一些混合成分的集结的最低的温度.尤其是利用一些合金或者材料的熔点比其他一些材料或合金的熔点低的特性产生不同比例的相同稳定度。,定义,多形性化合物晶体至少有两个以上的形状。,定义,石灰质稳定的,包含,或碳酸钙，钙，或者石灰石，大理石粉的特征描述。石灰质的分类通常根据其化学组分，也就是依照其碳酸盐组分。(“滴定评价).,定义,放热的 释放热:一放热反应.描绘特征 或组成的热进程;也可以说一个吸热反应。吸热的消耗热量伴随有热量吸收的反应。,水泥速记符号,C2S通常被称为-贝利特,2CaOSiO2=C2S,水泥速记符号,C3S 通常被称为-阿利特,C2SCaO=C3S,