水泥工艺学课件全.ppt

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1、2010年12月,水泥工艺学,目录,绪论第一章 水泥基础知识第一节 基本概念第二节 硅酸盐水泥的技术指标第二章 硅酸盐水泥熟料的组成第三节 硅酸盐水泥熟料的化学成分第四节 熟料的矿物组成第五节 熟料的率值第三章 硅酸盐水泥的生产方 法及工艺第六节 生产方法分类第四章 硅酸盐水泥熟料的主要原料第七节 原料的种类第八节 原料的开采和运输,第九节 原料的预均化第十节 生料的制备、调整和均化第五章 硅酸盐水泥熟料的制备第十一节 硅酸盐水泥熟料的煅烧第六章 水泥制成和包装第十二节 水泥制成工艺第十三节 水泥的包装和贮运第七章 新型干法旋窑生产主要设备第十四节悬浮预热器第十五节分解炉第十六节 回转窑第十七

2、节熟料冷却机第十八节 水泥熟料煅烧过程第八章 硅酸盐水泥水化第十九节 硅酸盐水泥水化硬化第二十节 硅酸盐水泥性能第九章 水泥基材料的耐久性第十章 水泥混合材与辅助胶凝材料,绪 言,水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、素有“建筑工业的粮食”之称。生产水泥虽需要较多的能源，但水泥与砂、石等材料的混泥土是一种低能耗新型建筑材料。例如，在相同荷载的条件下，混泥土柱的耗能量仅为钢柱的1/5-1/6,砖柱的1/4。根据预测，在未来的几十年内，水泥依旧是主要建筑材料。水泥具有较好的可塑性，与砂、石等胶合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺寸的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性

3、较强，适用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种条件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水泥复合材料；水泥耐久性较好，维修工作量小，不易生锈、耐腐朽。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程中。近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有特种性能的水泥复合材料的需求也越来越大。因此，水泥工业在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要的建筑材料。,原始水泥可追溯到5000年前，埃及的金字塔、古希腊和古罗马时代用石灰掺砂制成的混和沙浆，曾被用于砌筑石块和砖块，这种用来做砌筑用的胶凝材料被称为原始水泥。它为现代水泥的发明奠定

4、了基础。1824年，英国泥水工J.阿斯普丁发明了一种把石灰石和粘土混和后加以煅烧来制造水泥的方法，并获得了专利权。这种水泥同英国附近波特兰小城盛产的石材颜色相近，故称为波特兰水泥。人类最早是利用间歇式土窑（后发展成土立窑）煅烧水泥熟料。1877年回转窑烧制水泥熟料获得了专利权，继而出现了单筒冷却机、立式磨及单仓钢球磨等，从而有效地提高了水泥的产量和质量。,1905年湿法回转窑出现。1910年土立窑得到了改进，实现了立窑机械化 连续生产。1928年德国的立列波博士和波利休斯公司对立窑、回转窑综合分析研究后，创造了带回转炉箅子的回转窑，为了纪念发明者与创造公司，取名为“立波尔窑”。1950年，悬浮

5、预热器由德国发明成功并开始应用，大幅度降低了熟料生产的热耗，极大地提高了生产规模。20世纪60年代初，日本将德国的悬浮预热器回转窑技术引进后，于1971年开发了水泥窑外分解技术，从而揭开了现代水泥工业的新篇章，并且很快在世界范围内出现了各具特点的预分解窑，形成了新型干法生产技术。随着原料与均化、生料均化、高功能破碎和粉磨，环境保护技术和X射线荧光分析等在线检测方法的配套发展，加上电子计算机和自动化控制仪表等技术的广泛应用，使新型干法水泥生产的熟料质量明显提高，能耗明显下降，生产规模不断扩大。,我国从上世纪70年代初研制新型干法水泥技术 装备开始，在国家有关部门的支持和推动下，水泥行业科研创新与

6、技术开发能力不断提高，技术装备已达到世界先进水平。目前日产2000吨新型干法水泥生产技术装备已全部国产化，日产4000吨、5000吨新型干法水泥生产技术装备国产化率达到90%以上，日产8000吨水泥熟料生产线和日产10000吨水泥熟料生产线已经投产。日产10000吨水泥熟料生产线全球只有7条，我国就拥有4条。新型干法水泥生产工艺正在逐步取代湿法、老式干法和立窑等生产工艺。改革开放以来，在州委、州人民政府正确领导和高度重视下，我州水泥工业得到了快速发展。特别是进入“九五”以来，发展更加迅速。不论从生产规模、工艺技术、产品质量、节约降耗和社会贡献等方面，都取得了令人瞩目的成绩。,到2005年末，全

7、州共有水泥生产企业25户，其中：旋窑5户、立窑13户、粉磨站7户。全 行业拥有熟料生产线24条（其中：新型干法旋窑7条，机立窑17条），熟料设计生产能力354万吨，其中：旋窑204万吨，立窑150万吨，各占58%和42%。水泥设计生产能力550万吨，其中：旋窑水泥290万吨、立窑水泥190万吨、粉磨站水泥70万吨。大小熟料结构比例调整为58：42，大小水泥结构比例调整为53:47，大小水泥、熟料结构优于全省和全国，企业的技术结构、组织结构和所有制结构得到显著提升和优化，行业的整体实力和竞争力明显增强，水泥支柱产业的地位不断加强。相信到“十一五”末，我州水泥产业一定能够迈上更快更高的发展台阶！,

8、第二节水泥基础知识,第一节 基本概念一、胶凝材料 在物理化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其它物料而有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。它分为无机和有机两大类。无机胶凝材料又按照硬化条件，又可分为水硬性和非水硬性两种。水硬性胶凝材料指在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的材料，如水泥。非水硬性胶凝材料不能在水中硬化，而只能在空气中硬化，故称为气硬性胶凝材料，如石灰、石膏等。二、水泥 广义上说，水泥泛指一切能够硬化的无机胶凝材料；而狭义的水泥则专指现代水泥，即具有水硬性的胶凝材料。,三、水泥的品种和分类对水泥的分类通常有两种方法：一是按用途及性能分类，二是按其主要水硬性物质名称分类。

9、1、按水泥用途分为：通用水泥、专用水泥、特性水泥三大类。通用水泥：是指适用于大多数工业、民用建筑工程的硅酸盐系列品种水泥。主要有硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥。专用水泥:是指有专门用途的水泥，如油井水泥、中热硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。,特性水泥：是指某种性能较突出的一类水泥。如快硬水泥系列、膨胀水泥系列、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。专用特种水泥包括：快硬高强水泥、膨胀水泥、自应力水泥、水工水泥、油井水泥、装饰水泥、砌筑水泥、低碱水泥、道路水泥等种类。2、按其主要水硬性物质名称分为:硅酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系

10、列、铁铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、其他系列六大类。,四、硅酸盐水泥,（一）通用硅酸盐水泥1、硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0%5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，分P.I和P.II,即国外通称的波特兰水泥。2、普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）,代号：P.O。3、矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为矿渣硅酸盐水泥，代号：P.S。,4、粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水 泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的 水硬性胶凝材料

11、，称为粉煤灰硅酸盐水泥，代号：P.F。5、火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥，代号：P.P。6、复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C,(二)六大类硅酸盐水泥中主要混合材掺量如下：,1、硅酸盐水泥类，石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏，掺量为：0-5%2、普通硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：6-15%3、矿渣硅酸盐水泥类，粒化高炉矿渣掺量为：20-70%4、粉煤灰硅酸盐水泥类，粉煤灰掺量为：20-40%5、火山灰质硅酸

12、盐水泥类，火山灰质混合材料掺量为：20-50%6、复合硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：15-50%,（三）专用和特种硅酸盐水泥,1、低热矿渣硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。2、快硬硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成早强度高的以3天抗压强度表示标号的水泥。3、抗硫酸盐硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能良好的水泥。4、白色硅酸盐水泥：由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的白色水泥。,5、道路硅酸盐水泥：由道路硅酸盐水泥熟料，0%10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝

13、材料,称为道路硅酸盐水泥，（简称道路水泥）。6、砌筑水泥：由活性混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成主要用于砌筑砂浆的低标号水泥。7、油井水泥：由适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。8、石膏矿渣水泥：以粒化高炉矿渣为主要组分材料，加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰磨细制成的水泥。,第二节 硅酸盐水泥的技术指标,一、制造水泥的组分材料 1、硅酸盐水泥熟料：凡适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物称为硅酸盐水泥熟料（简称熟料）。2、石膏：包括天然石膏和工业副产石膏、质量必须符合标准。3、活性混合材：

14、系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。如高炉矿渣、火山灰和粉煤灰。,制造水泥的组分材料 4、非活性混合材：系指活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰的水泥混合材料，以及砂岩和石灰石。5、窑灰：从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘。6、助磨剂：水泥粉磨时允许加入起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂。其加入量不得超过水泥质量的1%。,二、硅酸盐水泥的标号,国家标准中把硅酸盐水泥的标号设置为325、325R；425、425R；525、525R；625、625R；725、725R几等。标号是根据水泥28D抗压强值确定的。,三、硅酸盐水泥的技术指标（品质指标）,1、化学指标：是保证水泥质量和性能的重要

15、依据（1）氧化镁含量：在水泥熟料中，常含有少量与其他矿物结合的游离氧化镁，它是高温时形成的方镁石，它水化为氢氧化镁的速度很慢，常在水泥硬化以后才开始水化，在水化时产生体积膨胀，可导致水泥石结构产生裂缝甚至破坏，因此，它是引起水泥安定性不良的原因之一。因此，国家标准（GB175-1999）规定，水泥中氧化镁的含量不得超过5%。如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6%。,（2）三氧化硫含量：水泥中的SO3主要是在生产时为调节凝结时间加入石膏而带来的，也可能是煅烧熟料时加入石膏矿化剂而带入熟料的。适量石膏虽能改善水泥性能（如提高水泥强度、降低收缩性、改善抗冻耐蚀和抗渗性等），

16、但石膏超过一定含量后，水泥性能会变差，甚至引起硬化水泥石膨胀，导致结构破坏。因此水泥中SO3的含量必须加以限制。现行国家标准规定，水泥中SO3的含量不得超过3.5%。,（3）烧失量：水泥煅烧不佳或受潮后，均会导致烧失量增加。烧失量测定是以水泥试样在950-1000下灼烧15-20min，冷至室温称量。如此反复灼烧直至恒重，按下式计算烧失量：X（mo-m1）/mo100 式中：X烧失量%mo灼烧前试样质量g m1灼烧后试样质量g普通水泥、矿渣水泥中的烧失量，回转窑厂不得大于5%，立窑大不得大于7%。,硅酸盐水泥的技术指标（品质指标）,2、物理指标（1）细度：水泥细度是表示水泥磨细后的程度或水泥分

17、散度的指标。它对水泥的水化硬化速度、水泥需水量、和易性、放热速率及强度都有影响。水泥细度可用筛析法和比表面积法表示。现行标准规定，普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥，在0.08mm方孔筛上筛余量不得超过10%；硅酸盐水泥细度不少于3002/g。,（2）凝结时间：是指水泥从加水开始，到水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水开始到水泥浆失去可塑性所需的时间；终凝时间是从水泥加水开始到水泥浆完全失去塑性的时间。我国标准规定，采用凝结时间测定仪来测定。标准规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于390分钟（6.5小时）；普通硅酸盐水泥

18、初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。,（3）安定性：安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥与水拌制成的水泥浆体，在凝结硬化过程中，一般都会发生体积变化。如果这种体积变化是在凝结硬化过程中，则对建筑的质量并没有什么影响。但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部产了剧烈的、不均匀的体积变化时，在建筑物内部产生破坏应力，导致建设物强度降低，甚至会引起建筑物开裂，崩塌等严重事故。,水泥体积安定性不良的原因在于：水泥熟料中游离Cao、MgO含量过多或掺入的石膏含量过多。熟料中的游离CaO、MgO经过高温煅烧后均呈“过烧”状态，水化十分缓慢。在水泥已经

19、硬化后才进行水化，体积膨胀，引起不均匀的体积变化，使水泥石开裂。石膏含量过多时，在水泥硬化后，它还会与固体的水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1.5倍，引起水泥石开裂。,安定性的检验方法：沸煮法：（不常用）主要用来检验由游离CaO引起的体积变化。试饼法。雷氏法：用雷氏夹测定，试件两指针尖端距离增加的平均值5mm时，安定性合格。压蒸法：主要用来检验由游离MgO引起的体积变化。（4）强度：强度是水泥技术中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。国际上都采用砂浆法作为水泥强度的标准检验方法。我国亦采用水泥胶砂来评定水泥强度。,我国现行标准（GB177-1999）规定，以1

20、3的水泥和ISO标准砂，按规定的水灰比0.50，用标准制作方法制成4cm4cm16cm的标准试件。在标准养护条件下，达到规定龄期（3d、28d）时，测定其抗折和抗压强度，按国家标准规定的最低强度值来评定其所属的强度等级。为提高水泥的早期强度，我国现行标准将水泥分为普通型和早强型（R）。早强型水泥的3d抗压强度较同强度等级的普通型强度提高10-24%，可达28d抗压强度的50%。道路水泥多用早强水泥。,需要强调的是，我国现行国家标准规定，凡是氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任何一项指标不符合标准规定的，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任何一项不符合标准规定的，或混合材掺加量超

21、过最大限量，或强度低于等级规定的指标时称为不合格产品。废品水泥在工程中严禁使用。,第二章 硅酸盐水泥熟料的组成,第三节 硅酸盐水泥熟料的化学成分 水泥的质量主要决定熟料的质量。优质的熟料应该具有合适的矿物组成和岩相结构。因此控制熟料的化学成分，是水泥生产的中心环节之一。一、熟料的化学组成 硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙（CaO），一般范围为62-67%；二氧化硅（SiO2），一般范围为20-24%；三氧化二铝（Al2O3）一般范围为4-7%；三氧化二铁（Fe2O3），一般范围为2.5-6%。这四种氧化物组成通常在熟料中占95%以上，同时含有5%以下的少数氧化物，如氧化镁（MgO）、硫酐（

22、SO3）、氧化钛（TiO2）、氧化磷（P2O5）以及碱（K2O、Na2O）等。,这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分。它们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配比生产的。配比不恰当，都会直接影响到熟料的质量进而影响到水泥的质量。如熟料中若CaO含量过高，则CaO不能充分与硅酸性氧化物化合，部分呈现游离状态存在于熟料中，成“死烧状态”。这种“死烧状态”的氧化钙，其水化作用非常缓慢，常发生在水泥凝结硬化过程之后的水泥石中，致使水泥石膨胀变形、破裂。如氧化铝和氧化铁，它们是熟料烧成过程中产生液相的主要氧化物，如果它们的含量过高，则产生的液相量过多，使物料易结大块而影响操作；如果含量过低，

23、则产生液相量过少，使烧成困难，熟料易于“粉化”。所以在熟料生产中化验人员要对原料进行认真分析计算，作出科学合理的配料方案，指导熟料生产。,第四节 熟料的矿物组成,一、熟料中的主要矿物 原料中CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，这四种氧化物，经过高温煅烧后发生化合反应：硅酸盐矿物（CaO、SiO2）生成：硅酸二钙（2CaOSiO2），简写为C2S和硅酸三钙（3CaOSiO2），可简写为C3S，合计占75%左右。熔剂矿物（Al2O3和Fe2O3）生成：铝酸三钙(3CaO Al2O3)，可简写为C3A、铁铝酸四钙(4CaO Al2O3 Fe2O3)简写为C4AF，合计占22%左右。,从以上熟料

24、的矿物组成中可以看出，在水泥熟料中，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3这四种氧化物，不是以单独的氧物形式存在，而是经过高温煅烧后，两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为3060 m。因此水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小人造岩石。,第五节 熟料的率值,硅酸盐水泥熟料中各氧化物不是以单独状态存在，而是由两种或两种以上的氧化物合成的多矿物集合体。因此，在水泥生产中不仅要控制各氧化物的含量，还要控制多氧化物之间的比例，即率值。这样更能表示出水泥的性质及对煅烧的影响。率值就是用来表示水泥熟料中多氧化物之间相对含量的系数。它是生产控制的一种指标。,一、水硬率表示水泥熟料

25、中氧化钙与酸性氧化物（SiO2、Al2O3、Fe2O3）之和的质量百分数的比值，用HM或m表示。计算公式如下：HM（m）=CaO/SiO2+Al2O3+Fe2O3通常波动值在1.82.4之间。,二、硅率（硅硅率）和铝率（或称铁率）1、硅率表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。也表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例。用SM或n表示：计算公式如下：SM(n)=SiO2/Al2O3+Fe2O3通常硅酸盐水泥熟料的硅率在1.72.7之间。2、铝率铝率又称铁率或铝氧率。表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比，液表示熟料溶剂矿物中铝酸三钙与铁铝四钙的比例，用IM或者p表示。计算公式如下：IM(p

26、)=Al2O3/Fe2O3通常硅酸盐水泥熟料的铝率在0.91.7之间。,三、石灰饱和系数KH值为熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C2S和C3S）所需的氧化钙含量与全部氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。计算公式为：KH=（CaO 1.65Al2O3-0.35Fe2O3）/2.8SiO2为使熟料顺利形成，不出现过量游离石灰，通常KH值控制在0.820.96之间。,第三章 硅酸盐水泥的生产方法及工艺,第六节生产方法分类 由于各地条件、原料资源和采用的主机设备情况的不同，水泥生产方法也有所不同。大致有以下几类：一、按生料的制备方法分为湿法和干法 1

27、、湿法：将原料加水粉磨成生料浆（含水33-40%）后喂入湿法回转窑煅烧成熟料，则称为湿法；将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧，称为半湿法，亦归入湿法。2、干法：将原料同时烘干与粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，而后喂入干法窑内煅烧成熟料，则称为干法生产；将生料粉加入适量水分制成生料球，而后喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟料的方法叫半干法，亦归入干法。,二、按煅烧熟料窑的结构分类 1、立窑：有普通立窑和机械化立窑。2、回转窑：中空式窑 湿法回转窑 带热交换装置的窑 带余热锅炉的窑回转窑 干法回转窑 带预热器的窑 带分解炉的窑 半干法回转窑 立波尔窑,三、各种生产方法的特点（一）立窑生产的特点 1

28、、优点（1）基本建设投资小，投入生产快。（2）立窑内填充系数高，因而单位体积产量高。（3）可以就地取材，充分利用地方资源。（4）窑内传热效率高，散热损失小，约为总热值的3%（回转窑为15%），可节约烧成用燃料。（5）需要设备和动力容量少，故可节约钢材和动力。,立窑生产的特点,2、缺点：（1）生产规模小。（2）熟料质量较差。（3）劳动生产率低，劳动强度大，单机产量低。（4）环保达标难。,（二）回转窑的特点,湿法回转窑生产热耗高，但电耗较低，生料易于均化，成分均匀，熟料质量较高且输送方便，粉尘少。所以此生产方法在20世纪30年代左右得以迅速发展。缺点是能耗高。新型干法回转窑是当前世界各国竞相发展的

29、窑型。悬浮预势器窑和窑外分解窑技术的开发成功，使水泥生产方法开始逐步发生变化，出现了向干法发展及湿法改干法的发展趋势。新型干法回转窑的优点是节能、产量高、质量稳定、环保、生产率高。,四、硅酸盐水泥的生产工艺过程,第四章 硅酸盐水泥熟料的主要原料,水泥的质量主要取决于熟料的质量。煅烧优质熟料必须制备适当成分的水泥生料。而生料的化学成分是由原料提供的。只有当原料提供的成分符合要求，加上良好的煅烧与粉磨，才能生产出优质水泥。因此，水泥原料的开采和合理使用，是水泥生产首先需要解决的问题。自然界中很难找到一种单一原料，能完全满足水泥生产的要求。因此需要采取几种不同的原料，根据所生产水泥的种类和性能，进行

30、合理搭配，即通过配料，组成配合原料，再把它粉磨成一定细度，才能制得适当成分的生料。因此，生料配料是为了确定各原料各组分的数量比例，以保证得到成分和质量合乎要求的水泥熟料。,第七节 原料的种类,生产硅酸盐水泥用的原料，主要是石类质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅、氧化铝和少量氧化铁）。我国粘土质原料及燃料灰分一般氧化铝较高，含氧化铁不足。因此，当用这两种原料配合后，其成分满足不了水泥熟料成分要求时，需用铁质校正原料，即采用石灰质原料，粘土质原料和铁质校正原料进行配料。,一、石灰质原料 凡是以炭配钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。常用的天然石灰质原料有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳

31、等。我国水泥生产中应用最普遍的是石灰岩。我州石灰岩储量丰富，在省内名列第二，水泥产业具有得天独厚的发展条件。石灰岩。石灰岩是一种沉积岩。主要矿物是方解石、粘土和石英或燧石等杂质。纯净的石灰石是白色的，由于含不同的杂质而呈灰白、青灰、淡黄、红褐等颜色。常见的为青灰色，密度2.6-2.8，硬度8-10，一般呈块状，有白色条痕。,纯的方解石含有56%CaO和44%CO2。生产硅酸盐水泥用石灰岩中氧化钙含量，应大于等于48%。对于氧化钙低于48%的石灰岩可与氧化钙含量大于48%的石灰岩搭配使用，搭配后的石灰岩其CaO含量必须在48%以上。石灰石的质量要求如下表：,二、粘土质原料 我国天然粘土质原料的种

32、类较多，有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，其中应用最广泛的是黄土和粘土。粘土是由花岗岩、玄武岩等经风化分解后，再经搬运或残积形成。黄土主要分布在华北和西北地区。粘土类包括华北、西北地区的红土、东北地区的粘土、南方地区的红壤、黄壤等。衡量粘土质量主要看粘土的化学成分（硅率、铝率）、含砂量、碱含量及粘土的可塑性、热稳定性、正常流动的需水量等工艺性能，如要求硅率2.5-3.5%（最好2.7-3.1）；铝率1.5-3%等。粘土质原料的质量要求如下：,三、校正材料当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分，掺加相应的校正原料，以补充某些成分的不足，常用较

33、正原料有低品位铁矿石、铁厂尾矿、硫铁矿渣；硅藻土、硅藻石、砂岩、粉砂岩、铝矾土、铝渣等。校正原料的质量要求如下：,第八节 原料的开采和运输,水泥厂一般要求都有自己的原料矿山。水泥厂的原料均属非金属矿床。非金属矿床的开采按开采对象和开采方法，可分为露天开采和地下开采。露天开采又可分为机械开采和水力开采。目前使用最多的是机械开采。机械开采是用一定的采掘运输设备，按一定的生产工艺，从地面将矿体四周的岩体及覆盖层剥离掉，把矿石采出来并通过露天沟道或运输设备运到厂区料场的开采方法。矿石运输：根据采石场距工厂的距离长短来选择运输设备。一般采石场距工厂300-500时，则可采用皮带输送机、相距在3Km以内时

34、，采用自动卸料汽车或小型内燃机车运输。矿山管理要贯彻“采剥并举，剥离先行”的原则，矿山要实行计划开采，不同质量的矿石要分别开采和存放，搭配使用。稳定进厂原料成分，达到配料要求。,第九节 原料的预均化,经破碎的原料的化学成分是很不均齐的。为使原料成分初步趋于均齐，充分发挥原料堆场在储存和取用原料两方面的功能，采用一定的堆放和取用方式，使生料得到均齐，叫原料的预均化。原料预均化的基本原理是“平铺直取”。即采取堆料机将料一层一层地铺起来，用料时，采用取料机垂直切取料层，这样取得的生料就较均齐，接着送入生料磨进行粉磨。,第十节 生料的制备、调整和均化,一、生料制备 生料制备是将原料（石灰质原料、粘土质

35、原料及少量较正原料，立窑煅烧水泥熟料时还加有一定量的燃料）经过一系列的加工过程后，制成具有一定细度、适当化学成分，并且均匀的生料，使其满足多种窑型的煅烧要求。,（一）对生料的要求（1）生料成分的均匀性。生料成分均匀稳定对熟料烧成具有重要影响。衡量生料成分稳定性的重要指标是碳酸钙滴定值，出磨生料碳酸钙滴定值波动范围，湿法窑不大于0.15%；干法窑不大于0.4%；立窑不大于0.5%。（2）细度：一般生料以0.08mm方孔筛筛余量应控制在8-10%，0.2mm方孔筛筛余不大于10%为宜。（3）生料的水分：湿法，料浆含水份33-40%；干法一般控制在1.2%以内。,（二）生料制备的过程。1、破碎：是用

36、机械方法缩小物料粒度的过程。破碎物料主要有压碎、击碎、磨碎、劈碎四种方式。采用的破碎设备有颚式破碎机、锥式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机等。（动画图）破碎作业有一级、二级甚至三级破碎的程序。采用几级破碎，主要取决于破碎机的技术性能。一般级数越少越好。但不论选用几级或选用什么样的破碎机，石灰石破碎系统的出料粒度必须满足生料磨入磨要求，在我国一般为20-25mm。2、烘干 在干法粉磨时，入磨物料平均水分应控制在1-2%以内，但天然物料水分一般都远远超过这一范围，因此物料必须烘干，满足这一要求。,水泥厂采用的烘干方法有两种：一种是粉磨过程中同时进行烘干，即利用烘干兼粉磨的设备；另一种是

37、采用单独的烘干设备，物料烘干后再进行入磨。主要的烘干设备有：回转式烘干机、悬浮式烘干机和硫态化烘干机。（动画图）,3、粉磨 破碎与烘干后的物料，通过配料过程和配料设备送至生料磨进行粉磨。粉磨系统主要有开路和闭路两种。在粉磨过程中，当物料一次通过磨机后即为产品时，称为开路系统，当物料出磨后经过分级设备（选粉机）选出产品，而使粗料返回磨内再磨时称为闭路系统。（动画图）,生料的细度：一般控制在0.08mm方孔筛筛余10%左右，0.2mm方孔筛筛余小于1.5%以内为宜。三、生料均化 出磨的生料粉或生料浆，其化学成分难免有些波动，为保证入窑生料化学成分均齐、合格，生料应在贮存均化库内进行均化。（CF均化

38、库动画图）干法生料的均化可采用多库搭配，机械倒库和压缩空气搅拌库。,第五章 硅酸盐水泥熟料的制备,第十一节 硅酸盐水泥熟料的煅烧 熟料煅烧是硅酸盐水泥生产工艺过程的第二阶段。是指将生料制备过程中制得的生料送入煅烧窑，经高温煅烧，发生一系列物理的、化学的和物理化学变化后形成熟料的工艺过程。虽然生产方法和各种煅烧窑各有不同，但熟料煅烧过程大体相同。下面以湿法回转窑为例，来说明熟料的煅烧过程：熟料煅烧物料可分为：水分蒸发生料预热生料分解熟料煅烧熟料冷却五个功能单元。相应分为干燥带、预势带、分解带和放热带，烧成带和冷却带。,一、干燥带（物料温度150）承担生料中水分的蒸发任务。湿法窑物料含32-40%

39、的水分，经干燥后，物料水分减到22-26%，浆料失水变成球状。干法窑由于入窑生料水分小于1%，几乎没有干燥带。半干法窑的干燥过程在加热机上进行，在回转窑内无干燥带。预热器窑、窑外分解窑干燥在预热器内进行，因此回转窑内无干燥带。二、预热带（物料温度150-750）承担粘土质等原料中化学水的分解脱水任务。当温度升到400-550时，粘土开始脱水分解出活性SiO2和Al2O3，当温度升到600-700时，MgCO3继续分解。带悬浮预热器和加热机的窑，预热都在窑外进行，回转窑内预热带很短或者没有。反应式：2 SiO2 Al2O3 2H2O 2 SiO2 Al2O3 2H2O,三、分解带（物料温度750

40、-1000）主要承担MgCO3和CaCO3的分解任务。在预热带未分解完的MgCO3在该带继续分解，但主要是CaCO3的分解。这一带末端，分解产物之间产生固相反应，生成碱性的CA、CF、C2S。带悬浮预热器和加热机的窑，分解反应有一部分在预热器和加势机内进行，而带窑外分解炉的窑绝大部分的分解反应是在分解炉内进行。四、放热反应带（过渡带）（物料温度1000-1300）在分解带分解出的大量CaO、SiO2、Al2O3等氧化物在该带进行固相反应，生成大量C3A、C4AF和C2S。这些反应是放热反应，故称“固相反应带”。由于固相反应放热，物料温度迅速上升，使该带在窑内占的比例较小。,五、烧成带（物料温度

41、13001450-1300）该带又称烧结带，是回转窑内温度最高的一带，物料进入这带就出现液相，在液相中C2S和游离氧化钙作用形成C3S即：CaOC2SC3S，因此，此带也叫“石灰吸收带”。为C3S的生成反应完全，物料在此停留的时间，也就是烧成带应有一定长度，因此，要求回转窑内燃料燃烧的火焰应有一定的长度和温度。六、冷却带（物料温度13001000）在烧成带形成的C3S、C2S、C3A、C4AF四种主要矿物的晶体继续向前运动与温度较低的二次空气相遇，熟料温度下降，这一区域称为冷却带。在该带快速冷却后，形成含C3S、C2S、C3A、C4AF圆形颗粒和玻璃体阿利特晶体，落入冷却机内。立窑内煅烧大体与

42、回转窑相同，此不再叙述。,附：1、回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况图,2、看回转窑动画图,第六章 水泥制成和包装,第十二节 水泥制成工艺水泥制成工艺是水泥生产的最后一环。是指把熟料、石膏、混和材共同粉磨制成水泥，再进行包装或散装出厂。工艺过程如下：熟料（冷却）包装机成品库出厂石膏 水泥磨机水泥库均化 混合材 散装车出厂,水泥制成工艺过程中，粉磨是关键工序。在生产中影响粉磨的因素很多，主要有：一、物料的粒度一般要求在25mm以下，最好小于10mm。二、入磨物料的易磨性影响易磨性的因素有C3S含量、熟料制成中的液相量等因素有关。三、物料温度一般控制在80以下。四、入磨物料的水分,五

43、、粉磨产品的细度要求太细会产生“过粉碎”现象和“缓冲作用”。其它如磨内风速、采用的助磨剂等都影响熟料粉磨。,第十三节 水泥的包装和贮运,一、水泥的包装水泥是一种粉状物，在运输和储存方面须有不同形式的容器，我国一般出厂水泥有袋装和散装两种，国外还有桶装和集装袋等。袋装水泥一般采用纸装或塑料编织袋包装，散装一般有火车散装及船运散装等。包装的设备有固定式和回转式两种。固定式包装机有单咀、2咀、4咀三种规格。生产率低，劳动条件差。回转式包装机有6咀、10咀、14咀三种规格。自动化程度高、包装能力大、劳动条件好。（有动画图）一、水泥的贮存水泥包装结束后，有的在厂内存放，有的由使用单位存放。水泥存放的地点

44、总体要求要干燥、密封。一般水泥的存放有效期为3个月。高强度水泥为2个月。,第七章 新型干法旋窑生产的主要设备第十四节 悬浮预热器一、悬浮预热器的功能与特征1、功能。悬浮预热器的主要功能在于充分利用回转窑及分解炉内排出的炽热气流中所具有的热焓（热量）加热生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解，然后进入分解炉或回转窑内继续加热分解，完成熟料烧成任务。因它具有使气固两相能充分分散均布、迅速换热、高效分离等三大功能。2、特征。各种悬浮预热器窑的不同特性，主要取决于同它配套的悬浮预热器的特性，而多种悬浮预热器的特性，又取决于它的结构及换热方式。构成多种悬浮预热的热交换单元设备有旋风筒（包括联接管道）及立筒（

45、涡室）两种，所有悬浮预热气窑都是由这两种热交换单元设备中的一种单独组成或混合组成。,二、结构和工作原理下面以旋风筒工作示意图，介绍其工作原理。（动画图）无论是以旋风筒为主或以立筒为主组成的悬浮预热器，都是由多级换热单元组成的。使用多级换热单元的目的在于提高预热器的热效率。,三、悬浮预热器的分类分类方法有三种：1、按制造厂商名分类：早期有洪堡型、史密斯型、多波尔型、维达格型、盖波尔型、ZAB型等数种。2、按热交换工作原理分类：有以同流热交换为主的，以逆流热交换为主的及混流热交换的三种。3、按预热器组成分类：有数级旋风筒组合式、以立筒为主的组合式及旋风筒与立筒（或涡室）混合组合式三种。,附1：早期

46、悬浮预热器综合分类表,附2：悬浮预热器工作原理示意动画图,第十五节 分解炉,预分解窑是当代水泥工业用于煅烧水泥熟料的最为先进的工艺装备，具有高效、优质、低耗等一系列优良性能。一、分解窑的功能与特征1、功能。承担预分解系统中繁重的燃烧、换热和碳酸盐分解任务。2、特征。一是在结构方面，它是在悬浮预热窑的悬浮预热器与回转窑之间，增设了一个分解炉，承担了原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务；二是在热工方面，分解炉是预分窑系统的“第二热源”，将传统上全部由窑头加入燃料的做法，改变为少部分从窑头加入，大部分从分解炉内加入，从而改善了窑系统内的热力分布格局；三是工艺方面，把熟料煅烧工艺过程中耗热最多的碳酸盐分

47、解过程，移至分解炉内进行之后，由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程都得到优化，使熟料煅烧工艺更趋完善。,二、分解炉的分类1、按制造厂名分类：如：SF型（其改进型有N-SF、C-SF型），日本石川岛公司与秩父水泥公司研制。MFC型（其改进型有N-MFC型），日本三菱公司研制等等。2、按分解炉内气流的主要运动形式分类：分为：旋风式、喷腾式、悬浮式及沸腾式（或称流态化床式）四种。3、按全窑系统气体流动方式分类：（1）第一种类型在线型。分解炉需要的三次风由回转窑内通过，不再增设三次风管道，一般也不设专门的分解炉，而是利用窑尾与最下一级的旋风筒之间的上升烟道，经

48、过适当改进或加长作为分解室。如动画所示。,（2）第二种类型半离线型。设有单独的三次风管，从冷却机抽取的热风在炉前或炉内与窑气混合。如动画所示。,（3）第三种类型离线型。设有单独的三次风管，但窑气不在炉前或炉内与三次风混合，炉内燃料燃烧全部用从冷却机抽取的三次风。如动画所示。,三、分解炉的结构和工作原理以RSP半离线型炉为例来说明其工作原理。（动画图）此窑最早是由日本小野田公司和川琦重工业公司共同研制。我州滇水、州水泥厂等企业就采用此型炉窑。,第十六节回转窑,回转窑是一个长的钢质圆筒，内砌耐火砖衬里，与水平略呈倾斜，可围绕窑轴线以一定的速度转动。现代窑的直径可达6m，长度可超过180m，熟料生产

49、能力可达5000t/d。一、回转窑的功能和特征回转窑作为水泥煅烧的关键装备，它的功能如下：（1）作为燃料燃烧装置。它具有广阔的空间和热力场，可以供应足够的空气，装设优良的燃烧装置，保证燃料充分燃烧，为水泥煅烧提供必要的热量。,（2）作为热交换装备，它具有比较均匀的温度场，可以满足水泥熟料生产过程各个阶段的换热要求。（3）作为化学反应器，随着水泥熟料矿物形成不同阶段的不同需要，它既可分阶段地满足不同矿物形成对热量、温度的要求，又可以满足它们对时间的要求。（4）作为输送设备，它具有更大的潜力。到目前为止，熟料煅烧的最后烧制过程，仍采用回转窑来完成，尚无可以替代的设备。,二、回转窑的工作原理水泥熟料

50、的形成过程，实际上是将石灰质、粘土质、硅质和铁质四种原料中的CaO、SiO2、Al2O3、和Fe2O3等四种主要组成，通过粉磨成细粉，在高温状态下煅烧，使之发生化学反应，形成C3S、C2S、C3A、C4AF等四种硅酸盐水泥熟料主要矿物的过程。这个过程干法回转窑可分为三个带，即过渡带、烧成带和冷却带。熟料在各带的停留时间大约分别为15min、12min和2min；（料在预热带和分解带的时间约为1min和2min。）这里回转窑主要起到熟料烧结的功能。在此对回转窑的工作原理就不重复了。,回顾 回转窑动画图,第十七节 熟料冷却机,水泥工业的回转窑诞生之初，并没有任何熟料冷却设备，热的熟料靠倾卸于露天堆