新型干法水泥生产工艺.ppt

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1、第一章新型干法水泥生产工艺,第一节 硅酸盐水泥的国家标准,一、水泥的定义与分类 凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，称为水泥。水泥按其性能与用途可分为：通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥有硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥及石灰石水泥等七种。,二、水泥工业的发展历史与发展趋势,世界水泥工业的发展历史：1824年：普通立窑年产量约2千吨；1877年：干法中空回转窑年产量约1万吨；1910年：机械化立窑年产量约几万吨；1928年：立波尔窑年产量约达10万吨以上

2、；1950年：悬浮预热器窑年产量几十万吨，热耗更低；1971年：预分解窑年产量可达几百万吨，日产1万吨以上，质量高、热耗低、电耗少、环境优美，资源也得到了充分利用。,世界水泥工业的发展趋势,1、大型化：单机产量已达15000t/d；2、自动化：采用计算机及集散控制技术，大大提高了控制管理能力，提高了生产效率；3、高效节能化：到目前为止，世界先进水泥工业企业单位产量电耗最低可达60kwh/t.ck，煤耗最低可达80kg/t.ck；4、环保生态化：新型干法水泥企业采用先进收尘设备，严格控制粉尘排放与噪声污染，环境优美，资源也得到了充分利用。,我国水泥工业发展,1889年：河北唐山启新洋灰公司，现为

3、启新水泥厂，其后建设了大连、上海、中国、广州水泥厂等；至1949年全国解放：全国生产能力300多万吨，实际生产66万吨；1952年，年产量286万吨；至1987年：年产量1.86亿吨；2005年：10亿吨。2006年：12亿吨。,新型干法水泥生产总结为“八个字”优质、高产、低耗、环保,（一）硅酸盐水泥和普通水泥的标准发展过程 1952年采用日本强度试验方法和前苏联水泥标号。1956年以前苏联水泥标准为蓝本制订全国统一的水泥标准和检验方法。1979年建立第二部水泥国家标准。1992年针对我国水泥面向国际市场，建立第二部国家标准。1999年修订建立第四部水泥国家标准。标准分类：GB强制性国家标准、

4、JC建材行业标准、GB/T推荐性国家标准等。,三、硅酸盐水泥的国家标准,（二）基本概念,1、硅酸盐水泥的定义与代号 凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏混合磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。分为两种：不掺混合材料型硅酸盐水泥，代号P.；掺加不超过5%石灰石或粒化高炉矿渣型硅酸盐水泥，代号P.。2、组分材料（1）熟料 凡由适当成分生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的烧结物，称为硅酸盐水泥熟料，简称熟料。（2）混合材料 在粉磨时与熟料、石膏一起加入磨内以改善水泥性能、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物材料。（3）石膏 用作调节水泥凝结时间的组分材料。,3、国家标准

5、对硅酸盐水泥品质指标的要求,（1）不溶物P.I不超过0.75%，P.II不超过1.50%。（2）氧化镁熟料中氧化镁含量不得超过5.0%，经压蒸安定性检验合格，不得超过6.0%。（3）三氧化硫水泥中三氧化硫不得超过3.5%。（4）烧失量P.I不超过3.0%，P.II不超过3.5%。（PO5.0%）（5）细度0.08mm方孔筛余小于10.0%，比表面积大于300m2/kg。（6）凝结时间初凝不早于45min，终凝不迟于390min。（PO10h）（7）安定性经沸煮法检验必须合格。,（8）强度硅酸盐水泥强度指标如下：,（9）碱含量 以Na2O+0.658K2O表示。在使用活性骨料时，硅酸盐水泥中碱含

6、量应小于0.6%或由供需双方商定。,4、其他概念,（1）安定性水泥在加水后体积变化的均匀程度，称为体积安定性，简称安定性。（2）废品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定时，均为废品。（3）不合格品凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品标号规定的指标时称为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、标号、工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。,第二节 硅酸盐水泥熟料的形成过程,硅酸盐水泥主要由熟料组成，熟料的形成过程直接决定水泥的产量、质量、燃料与衬料的消耗以及窑的安全运转。只有掌握了生料在煅烧过程中的物理化学变化规律，才能

7、合理选择水泥熟料煅烧方法，正确操作，科学控制，最终达到优质、高产、低耗、环保的目的。生料在加热过程中，依次发生干燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结、熟料冷却结晶等重要物理化学反应。,一、干燥与脱水,1、干燥 主要是指排除生料中自由水分的工艺过程。生料中的自由水分随物料温度而逐渐蒸发，当温度升高至100150时，生料中自由水分全部被排除。特点：在预热器中蒸发生料中少量的水分，使生料迅速升温。2、脱水 指在预热器中热烟气作用下，粘土矿物分解放出化合水。脱水分两种：一种是脱去配位水，一般在400-600以上才能脱去；一种是吸附水，一般在100左右即可脱去。粘土矿物脱水中一个吸热过程，吸

8、热量较少，升温速度快。在900950时，无定形物质又转变为晶体，同时放出热量。（分解炉温度控制范围）,3、碳酸盐分解,生料中碳酸盐主要是碳酸钙和碳酸镁，它们在煅烧过程中分解并放出CO2的过程称为碳酸盐的分解过程。一般碳酸镁在600开始分解，到750分解剧烈进行，并吸收大量热；碳酸钙在750开始分解，到897时分解剧烈进行，同时也吸收大量热。由于碳酸钙在水泥生料中占80%左右，其分解过程需要吸收大量的热，这是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个环节，也是水泥熟料煅烧的一个最重要的环节。MgCO3=MgO+CO2-（10471214）J/gCaCO3=CaO+CO2-1645J/g（1）碳酸钙分解反应

9、的特点 这是一个可逆的、强吸热、烧失量大的反应，其分解温度与CO2的分压和矿物结晶程度有关。,（2）碳酸钙的分解过程,热气流从周围环境向碳酸钙颗粒表面传热；热量从颗粒表面向内部传递；在一定温度下碳酸钙吸热分解并放出CO2；CO2气体从颗粒内部向表面扩散；CO2气体从颗粒表面向四周扩散。外加剂 掺加少量外加剂如OH-等物质可以提高碳酸钙的分解速度。下图为正在分解的碳酸钙颗粒,4、固相反应,当窑内温度升高到一定程度时，生料中各种氧化物之间就会产生相互反应即固相反应，其固相反应过程如下：800：形成CA、CF、C2S；800-900：开始形成C12A7；900-1100：形成C2AS后又分解。开始形

10、成C3A和C4AF。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙达到最大值。1100-1200：大量形成C3A和C4AF，C2S含量达最大值。固相反应是放热反应。普通原料放热量约为420-500J/g。,影响固相反应的因素：（1）和生料的细度及其均匀程度 生料越细，生料的均匀性越好，其固相反应接触面积越大，反应越快。（2）原料的性质 原料中结晶SiO2越多，结晶越大，其易烧性越差，固相反应速度就越慢。（3）温度 反应温度越高，质点能量越高，扩散速度越快，可加快固相反应的速度。（4）矿化剂 采用适当的矿化剂，可以促使SiO2晶体活化，加速生料中的结晶SiO2分解，从而加快固相反应。,5、熟料的烧结,（1）熟料的

11、烧结过程 熟料的烧结就是在高温液相下，固相硅酸钙和氧化钙都逐步溶解于液相中，硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。其反应方程式如下：C2S+CaOC3S 熟料的烧成温度一般在125014501250，故通常把125014501250称为熟料的烧结温度。在此温度范围内大致需要10-20min完成熟料的烧结过程。,（2）影响熟料烧结过程的因素 最低共熔温度 最低共熔温度越小，液相出现越早，熟料的烧结就会越快。液相量 适当的液相量可以加速C3S的形成，一般熟料在烧成过程中液相量为20-30%。液相的粘度 液相的粘度对C3S的形成有很大的影响。粘度越小，质点扩散速度越快，C3S也就越易形

12、成。液相的表面张力 液相的表面张力越小，就越易润湿固相颗粒表面，也就越有利于C3S的形成。氧化钙和硅酸二钙溶于液相的速率 氧化钙和硅酸二钙的溶解速度加快，就会加快C3S的形成速度，熟料就越易烧结。,5、熟料的冷却,（1）冷却的作用 改善熟料质量与易磨性；降低熟料的温度，便于储存、运输和粉磨；部分回收熟料出窑带走的热量，预热二次空气，从而降低熟料的热耗，提高热效率。熟料冷却的方式分为三种：急 冷冷却速度很快；平衡冷却冷却速度适中；独立结晶冷却速度很慢。熟料在冷却过程中，将有部分熔剂矿物形成晶体析出，另一部分来不及析晶而呈玻璃态存在。,（2）急冷的作用 减少C3S分解。因为熟料在冷却时，其中的C3

13、S在1250左右时会分解成C2S，并产生二次f-CaO，降低了熟料的早强。避免C2S产生晶型转变。熟料在冷却时，其中的C2S在500-600左右时，会从-C2S转变为-C2S，其密度由3.24降低到2.97，体积膨胀约11%，而导致熟料胀裂崩溃而使熟料粉化。-C2S几乎没有水硬性，从而大大降低了熟料的强度。使MgO形成固溶体，降低熟料中方镁石的含量。熟料冷却速度快，可以使其中的MgO形成固溶体，不至于形成难以水化的方镁石，保证了熟料的安定性。使C3A形成固溶体，提高熟料的抗硫酸盐性，克服水泥快凝。熟料冷却速度快，可以使其中的C3A形成固溶体，提高了熟料的抗硫酸盐性。同时由于C3A形成了固溶体，

14、还可以使其水化速度减慢，防止熟料快凝。提高熟料的易磨性。熟料冷却速度快，可以在其内部产生内应力，从而改善了熟料的易磨性，提高水泥粉磨的效率，降低了粉磨成本。,第三节 硅酸盐水泥熟料的矿物组成,硅酸盐水泥熟料矿物主要由氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁四种氧化物组成，同时还含有约5%的少量如氧化镁、三氧化硫、氧化钛、氧化磷以及碱等。现代生产的硅酸盐水泥熟料，各主要氧化物含量波动范围为：CaO：62-67%；SiO2：20-24%；Al2O3：4-7%；Fe2O3：2.5-6.5%。,熟料矿物中，氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种或两种以上氧化物反应生成的多

15、种矿物集合体，其结晶细小，通常为30-60um。硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：硅酸三钙：3 CaO.SiO2；硅酸二钙：2 CaO.SiO2；铝酸三钙：3CaO.Al2O3；铁铝酸四钙：4 CaO.Al2O3.Fe2O3。另外，还有少量的游离氧化钙（f-CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物以及玻璃体等。以上四种主要矿物约占95%，其中硅酸钙约占75%，合称为硅酸盐矿物；铝酸三钙和铁铝酸四钙占22%左右，称为熔剂矿物。,第一节 熟料的矿物组成,一、硅酸三钙,硅酸三钙在干法水泥熟料中约占50-60%。通常和少量其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固溶体，称为阿利特或A矿。硅酸三钙的水化特点：1

16、、早期强度高，总强度高；2、水化速度较快；3、水化热较大；4、抗水性差。增大熟料中硅酸三钙含量，可以提高熟料的强度，但过高时，会给煅烧带来困难，同时熟料中游离氧化钙增高，从而降低水泥强度，甚至会影响水泥的安定性。,二、硅酸二钙,熟料中硅酸二钙约占20%左右。通常硅酸二钙与少量其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固溶体，称为贝利特或B矿。熟料中硅酸二钙的水化速度水化较慢，约为硅酸三钙的20分之一。至28d仅水化20%左右。硅酸二钙的水化特点：1、早期强度低，总强度较高；2、水化速度慢；3、水化热小；4、抗水性好。增大熟料中硅酸二钙含量，可以提高熟料的后期强度，但过高时，烧结范围会变窄，熟料易产生粉化

17、，从而降低水泥强度。,三、铝酸三钙,熟料中铝酸三钙与其它少量氧化物如Na2O等形成固溶体，由于在反光显微镜下呈暗灰色，故又称为黑色中间相。铝酸三钙水化迅速，放热量大，凝结很快，其强度在三天内大部分发挥出来，28d达到80%以上，故早强较高，但后期强度有倒缩现象。铝酸三钙的水化特性：（1）早强较高，但后期强度差；（2）水化速度快；（3）水化放热量大；（4）抗硫酸盐性差。,四、铁铝酸四钙,熟料中铁铝酸四钙与其它少量氧化物如Na2O等形成固溶体，由于在反光显微镜下呈亮白色，故又称为白色中间相。铁铝酸四钙水化较快，放热量较小，早强较高，介于硅酸三钙与铝酸三钙之间。铁铝酸四钙的水化特性：（1）早强较高，

18、后期强度较好；（2）水化速度较快；（3）水化放热量较小；（4）抗硫酸盐性好。,五、玻璃体,在硅酸盐水泥熟料中，熔融液相在冷却时来不及结晶，会产生玻璃体。玻璃体的主要成分为：Al2O3、Fe2O3、CaO，还有少量的MgO和碱（K2O和Na2O）等。一般情况下，玻璃体在熟料中的含量为20-30%。过多则液相量太大，易产生结大块；过少则熟料不易烧结，两种情况都会使熟料质量变差。玻璃体在水化时放热较高，其易磨性较好。,六、游离氧化钙,当配料不当，生料过粗或煅烧不良时，熟料中就会出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化钙，又称为游离石灰。它在偏光显微镜下为无色圆形颗粒，有明显解理。在反光显

19、微镜下用蒸馏水浸蚀后呈现彩虹色。死烧的游离氧化钙结构致密，水化慢，在加水三天后才有明显反应，水化生成氢氧化钙时，体积膨胀97.9%，产生膨胀应力，严重时影响水泥的安定性。一般应控制在1.5%以下。,七、方镁石,方镁石为游离状态的氧化镁晶体。其水化速度慢，水化时也会膨胀，影响水泥的安定性。一般含应控制在5.0%以下，经压蒸安定性检验合格后可放宽到6.0%。在反光显微镜下观察，方镁石呈不规则的多角形。用蒸馏水浸蚀后，呈粉红色镶黑边。,第三节 熟料的率值,水泥熟料是一种多矿物集合体，主要是由四种主要矿物组成。故在生产控制中，不仅要控制各氧化物的含量，还应控制各氧化物之间的比例即率值。常用的率值有：石

20、灰饱和系数（KH）、硅率（SM）、铝率或铁率（IM）；其他还有水硬率（HM）等。,一、石灰饱和系数,石灰饱和系数是指熟料中氧化硅被氧化钙饱和的程度，也就是氧化硅反应生成硅酸钙所需氧化钙的量与氧化硅完全饱和生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值。KH=考虑到熟料中还有游离氧化钙、游离氧化硅与石膏，故应将上式改为：KH=当KH=1.0时，形成的熟料矿物为C3S、C3A、C4AF，而无C2S；当KH=0.66时，形成的熟料矿物为C2S、C3A、C4AF，而无C3S。为使熟料顺利形成，不致因游离石灰而影响熟料质量，干法预分解窑的KH值一般在0.87-0.93之间。,KH值对熟料质量和煅烧的影响,在生产中

21、，适当提高KH值，可以改善熟料强度，提高熟料的质量。但KH值过高，则会使需要的煅烧温度升高，保温时间过长，耐火砖寿命减短，同时易产生f-CaO，降低熟料煅烧的产量和质量；KH值过低，虽然煅烧温度降低，升温速度加快，但熟料中硅酸盐矿物含量尤其是C3S降低，不仅煅烧时易结大块，同时也会使熟料易粉化，熟料的强度降低，同样也不可取。,二、硅酸率,简称硅率，用SM或n表示。它表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物之比。通常情况下，干法预分解窑硅酸盐水泥熟料中的n值一般为2.3-2.7。若熟料中硅率过高时，则煅烧时由于液相量显著减少，熟料煅烧困难，特别是当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易于粉化。粉化后的熟料

22、强度低，严重影响熟料的质量。当硅率低时，则熟料中硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等现象，严重影响窑的操作。,熟料的粉化,熟料的粉化是指当熟料中二氧化硅过多，冷却速度慢时，熟料中的C2S在500-600会由-C2S转变为-C2S，其密度由3.24增大到2.97，体积膨胀约11%，而使熟料胀裂崩溃，这就是熟料的粉化。熟料粉化后生成的-C2S几乎没有强度，因而严重影响熟料的质量。,三、铝氧率,也称为铝率、铁率。以IM或p表示。它是指熟料的熔剂矿物中C3A与C4AF之比。一般情况下，熟料的p值要求在1.5-1.8之间。熟料的铝率高，熟料中铝酸三钙多，相应铁铝酸四

23、钙就较少，液相粘度大，物料难烧。铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对硅酸三钙形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。,由于现代新型干法水泥生产广泛采用了高新技术，在生产全过程特别是预分解窑系统有很大的改进，熟料的率值由过去的“两高一中”即“高硅率、高铝率、中饱和比”：KH=0.86-0.88，SM=2.4-2.6，IM=1.5-1.6 调整改变为“三高”：KH=0.87-0.93，SM=2.3-2.7，IM=1.5-1.8 熟料中硅酸钙含量达到70%甚至75%以上，硅酸三钙达到60%甚至65%以上。,第二节 硅酸盐水泥的生产方法与过程,一、生产方法 分为三个阶段：

24、石灰质原料、粘土质原料和少量校正原料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分合适、质量均匀的生料，称为生料制备；生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以硅酸钙（C3S、C2S）为主要成分的硅酸盐水泥熟料，称为熟料煅烧；熟料加适量石膏、适量混合材料或外加剂共同磨细制成水泥，称为水泥制成。二、生产工艺过程 主要工艺过程为：生料制备（包括原料破碎烘干、原料预均化、原料的配合、生料粉磨和均化等）、熟料煅烧、水泥制成（包括水泥的粉磨与装运）。概括起来即“两磨一烧”。干法生料粉磨可以采用开路或闭路系统用球磨机粉磨，或用烘干兼粉磨系统。烘干兼粉磨系统可以在立磨（辊式磨内），也可在球磨机内进行。,1、生料制备

25、当干法生产的原料较复杂时，原料在入磨前，也可在预均化堆场预先进行均化。为保证入窑生料具有质量均匀、适当的化学组成，除应严格控制原、燃料的化学成分，进行精确的配料外，还应在生料库内进行调配并搅拌均化。2、熟料烧成 熟料的煅烧现在主要采用预分解窑烧成，其熟料煅烧热耗低，生产能力大，效率高，成本低。另外，世界各国还在积极研究探索新型煅烧方法，如沸腾式煅烧、电热、激光、低温煅烧等。3、水泥制成 水泥粉磨通常在球磨机内进行，可以采用开路或闭路系统。另外，许多企业采用辊压机与球磨机结合的预终粉磨或终粉磨系统，配合使用新型高效选粉机，其电耗低，成本低，效率高，效果好。4、水泥出厂 出磨水泥通常在水泥库内贮存

26、，进行必要的分析和检验，以保证出厂水泥质量合格，成品水泥可以经过包装或散装后发运出厂。,干法（窑外分解窑）生产工艺流程图A、石灰石矿山 B、粘土矿山 C、破碎车间 D、生料车间 E、烧成车间F、水泥车间 G、包装车间 H、修理车间 J、变电所 K、化验室与办公楼1、钻机2、电铲3、自卸汽车4、破碎机5、皮带6、预均化堆场7、电子计量秤8、辊式磨9、球磨机10、新型高效选粉机11、排风机12、电收尘器13、旋风收尘器14、立式磨15、生料均化储存库16、空气泵17、五级旋风预热器18、分解炉19、增湿塔20、电收尘21、烟囱22、回转窑23、冷却机24、三次风管25、熟料库26、煤粉制备27、燃

27、料28、水泥库29、铁路30、包装机,新型干法水泥生产工艺流程,第二章 原燃料及生料制备,根据水泥品种、原料的物理化学性能与具体的生产条件，确定所用原料的配合比，称为生料的配料。第一节 原燃料选择及其对干法生产的影响 制造硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅与氧化铝，也提供部分氧化铁）。当粘土中氧化硅不足时，可用高硅原料如砂岩、砂子等进行校正；当粘土中氧化铝含量偏低时，可掺入高铝原料如煤渣、粉煤灰、煤矸石渣等。此外，为改善易烧性，有时加入少量的矿化剂。,一、石灰质原料,常用的天然石灰质原料有石灰石、泥灰岩、白垩、贝壳等。水泥生产对石灰质原料的质量要求：

28、1、CaO48.0%；2、MgO3.0%；3、SO31.0%；4、R2O0.6%；5、f-SiO24.0%。,二、粘土质原料,天然粘土质原料有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。其中黄土与粘土应用最多最广泛。其中主要矿物为高岭土（石）、蒙脱石、伊利石等。水泥生产对粘土质原料的质量要求：一等品：n=2.7-3.5；p=1.5-3.5；MgO3.0%；R2O4.0%；SO33.0%；二等品：n=2.0-2.7或3.5-4.0；p值不限；MgO3.0%；R2O4.0%；SO33.0%；,三、校正原料,在生产中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

29、相应的原料，以补充某些不足的成分，这种原料称为校正原料。主要为铁质、硅质、铝质校正原料三种。1、铁质校正原料 质量要求：Fe2O340%不含有害杂质。常用的铁质校正原料有硫酸渣、铁矿石、铅矿渣、铜矿渣等。2、硅质校正原料 质量要求：n4.0或SiO2=70-90%；R2O4.0%。常用的硅质校正原料有粉砂岩、砂岩和河砂等。3、铝质校正原料 质量要求：Al2O330%且不含有害杂质。常用铝质校正原料有铝钒土、煤渣、煤矸石、粉煤灰等。,四、燃料,新型干法回转窑一般采用烟煤煅烧水泥，近几年来，由于产煤地区资源及价格的差异，经过大量研究与实践，我国已经成功开发出预分解窑利用无烟煤煅烧技术。由于无烟煤着

30、火点高，燃烧时间长，燃尽时间与反应类型、反应温度、煤种类、颗粒细度、过剩空气量等有关。无烟煤的燃尽时间约是烟煤的1.51.6倍。挥发分5%的无烟煤着火温度比普通烟煤(挥发分25)高出200，说明挥发分较低的煤通常着火温度较高，着火特性较差，无烟煤更差。一般为提高无烟煤在窑系统的燃烧速度，要求入窑炉煤粉细度达到0.08mm方孔筛余小于3-5%。对预分解窑来说，为防止结皮，还要求煤中含硫量小于1.5%。,五、微量元素的影响,（一）MgO熟料中含少量MgO，有以下作用：1、增加液相量。2、降低熟料熔融温度。3、改善水泥色泽。4、过多的MgO会影响水泥安定性。一般熟料中的MgO含量在2-3%以下。（二

31、）碱碱在熟料中有以下作用：1、微量碱可以降低烧成温度，增加液相量。2、过多碱使CaO难以吸收，不利于烧成。3、碱含量过高会降低水泥强度，使凝结时间不正常。4、硬化水泥表面起白霜，易开裂，产生碱集料反应。5、生料碱含量过高，在干法生产中，易结皮堵塞。,（三）SO3在熟料中含有的SO3有以下作用：1、降低液相粘度，增加液相量，有利于C3S的形成。2、降低熟料的烧成温度。3、降低水泥的凝结速度，延长凝结时间。4、过量的SO3会影响水泥的安定性。（四）TiO2在熟料中含有少量TiO2（0.5-1.0%）可以提高强度，过量则会降低熟料强度，故一般熟料中的TiO2不超过0.3%。（五）P2O5在熟料中含有

32、0.1-0.3%的P2O5可以提高强度，过多则会加速C3S分解，产生二次f-CaO，降低强度。,第二节 原燃料的破碎烘干及预均化,一、破碎1、破碎的目的 固体物料在外力作用下，克服了内聚力，而使固体物料破碎的过程，称为破碎。在水泥生产过程中，破碎物料的目的在于提高烘干和粉磨的效率，同时亦便于物料的均化、运输和储存。2、破碎的分类 粗碎100mm，中碎30mm，细碎 3mm,3、破碎方法破碎方法按施加外力的方法可分为：(a)压碎：适于脆性坚硬物料粗碎。(b)磨碎：适于细小物料细碎。(c)劈碎：适于软、脆物料。(d)击碎：较脆、硬物料。,二、烘干,原料烘干的目的：1、保证磨机正常安全运转，防止出现

33、包球、糊磨、饱磨等不正常现象。2、有利于粉状物料的输送、储存及均化。烘干后各原料的入磨水分要求应根据各生产工序合理确定。通常要求如下：石灰石粘土铁粉煤混合材0.51.0%1.5%5%3.0%2%,三、原燃料预均化,1、预均化的目的 降低原燃料成分波动，保证生料配料、粉磨及熟料煅烧的正常、高效，提高熟料产质量，降低消耗。2、预均化的作用：（1）缩短进厂原燃料成分的波动周期，为准确配料、生料粉磨提高良好的条件。（2）显著降低原燃料成分波动的振幅，缩小标准偏差，提高生料成分的均匀性，稳定熟料煅烧时的热工制度。（3）有利于扩大原燃料资源，利用低品位原燃料，降低生产消耗与成本，提高经济效益，增强企业的市

34、场竞争力。,3、预均化的条件一般根据原料的变异系数Cv来判定是否进行预均化。S标准偏差，各次测量的平均值。当Cv5%时，原燃料均匀性良好，不需要预均化。Cv5-10%时，原燃料成分有一定波动，若生料配料准确，均化效果好，可以不预均化，否则必须预均化。Cv10%时，原燃料均匀性差，成分波动大，必须进行预均化。,4、预均化原理 经破碎后的原燃料在堆放时，尽可能以最多的相互平行、上下重叠的同厚度料层构成料堆。在取料时按垂直于料层方向的截面对所有料层切取一定厚度的物料，循序渐进，依次切取，直到整个料层物料取完为止。即“平铺直取”。,5、预均化的工艺及设施 预均化堆场是一种机械化、自动化程度高的预均化设

35、施。送入堆场的原燃料，通过采用堆料机连续以薄层叠堆，形成200-500层的具有一定长度比的料堆，取料机则按垂直于料堆的纵向对各料层同时切取，实现各层物料的混合，达到均化的目的。预均化堆场有矩形与圆形两种。矩形预均化堆场设两个料堆，一个堆料，一个同时取料，交替进行，每个料堆的储量通常可使用5-7天。圆形预均化堆场与矩形相比，占地面积小，投资少，操作简便，有利于自动控制。但圆环形料堆的物料分布对称性与均匀性较差，若作为预配料堆场时，总是在堆料端布料，难以及时调整，且受厂房直径限制，容量比矩形堆场小，不易扩建。,矩形预均化堆场示意图,圆形预均化堆场示意图1、进料胶带机 2、固定溜子 3、堆料机 4、

36、中心柱 5、取料机 6、接料胶带机 7、厂房 8、料堆,圆型预均化堆场,圆形堆场的人字形堆料法,影响预均化效果的因素,1、物料的粒度、形态2、物料的含水率3、堆料层数4、堆、取料方法与设备5、减少死料堆,第三节 干法生产对生料的要求及配料,一、有害成分含量二、细度三、均化效果,配料方案，也就是熟料的矿物组成选择，一般根据水泥品种、原料与燃料的品质、生料的制备、生料的易烧性与熟料煅烧工艺等进行综合考虑，以达到保证水泥质量、提高产量、降低消耗和设备长期安全运转的目的。,一、确定配料方案的依据,配料方案主要是根据所要求生产的水泥品种、生产水泥所需的原燃料性质、生料质量以及生产所用的窑型和生产方式确定

37、。,二、熟料率值的选择,1、KH值的选择 工艺技术条件较好、入窑生料成分稳定、生料预烧性好、看火操作水平较高或在生料中掺加矿化剂的，应选择较高的KH值，反之应选择较低KH值。2、n值的选择 n值的选择应与KH值相适应：KH值偏高，n值应适当降低，否则会导致生料中熔剂矿物减少，生料的易烧性变差，熟料中fCaO也会增大。KH值偏低时，n值应适当增大，否则会导致生料中硅酸盐矿物减少，熟料的强度也会降低。3、p值的选择 选择p值时也应与KH值相适应。一般情况下，当提高KH值时，应相应选择p值，以降低液相出现的温度和粘度，有利于C3S的形成。,第四节 干法生料技术参数的控制和调节,各率值的范围要求：KH

38、=0.87-0.93，SM=2.3-2.7，IM=1.5-1.8,煤的工业分析,均化链各环节的功能,搭配开采：10%预均化：H=7-10，35-40%粉磨：H=1-2，15%均化：H=7-15，40%。,第三章 硅酸盐水泥熟料的煅烧,硅酸盐水泥主要由熟料组成，熟料的煅烧过程直接决定水泥的产量、质量、燃料与衬料的消耗以及窑的安全运转。只有掌握了生料在煅烧过程中的物理化学变化规律，才能合理选择水泥熟料煅烧方法与窑型，正确操作，达到优质、高产、低耗的目的。因此，了解并研究熟料的煅烧过程是非常必要的。虽然水泥生产窑型有很多种，但窑内形成熟料的反应基本是相同的。,二、影响回转窑产质量的因素1、生料的易烧

39、性 配合形成生料的各种原料品位越高，成分波动越小，其中晶体含量越少，结晶越不完全，以及生料越均匀，则生料的易烧性必须会大大提高。生料易烧性好，烧成熟料所需的热量越少，熟料越易于烧成，其产量也越高，质量越好。因而，在选择原料时，应尽可能选择质量好、成分波动小、含结晶氧化物越少的原料。同时加强原料的预均化与生料的均化，降低生料的波动，提高其均匀性，就能有效提高煅烧效率，提高窑的产质量。,2、风、煤、料的配合 在煅烧操作中，风、煤的配合越合理，煤的燃烧越完全，窑内的热力强度越大，越有利于熟料的烧成。煤与料的配合越恰当，就能够为熟料的烧成提供必需的热量，保证熟料中各种矿物能及时快速生成，也就能够提高窑

40、的生产效率。所以，在生产中要严格控制风、煤、料三者的比例及其波动，做到既保证生料烧成熟料有足够的热量，又让煤能够充分燃烧，不致造成能源浪费，才能提高窑的产、质量，降低消耗，降低成本。3、窑的传热能力 窑的传热能力越强，热交换越迅速，可以加速熟料的形成，有利于提高窑的产量、降低消耗与提高质量。要提高窑的传热能力，则必须使生料在形成熟料的过程中，充分与热空气接触，增大其传热面积，加快其传热速度。因此，要保证入窑生料的细度，增大生料在与热空气接触时的分散程度，保障热交换的时间，才能最终做到提高窑的传热能力，提高窑的产质量。,三、悬浮预热器窑1、生料预热的特点 颗粒细小、与热气流交换热量的面积大、升温

41、速度快、时间短。其结果是生料中的碳酸钙在入窑前，分解率得到较大幅度的提高（达到40%左右），大大减轻了窑的热负荷，从而提高窑的生产效率。生料在预热器内要反复经过分散悬浮换热气固分离四个过程。生料分散程度越高、与热空气的接触面积越大，气固分离越充分，传热效率就越高。2、悬浮预热器的类型 常用的悬浮预热器有旋风预热器，其上部为钢板卷制焊接而成的圆筒，下部为圆锥，故又简称旋风筒。根据理论计算，使用五到六级旋风筒，其传热效果，常用的是五级旋风筒，也有四级筒。,为使生料能充分分散，悬浮于管道内气流中，应注意：（1）在生料进入每级预热器的上升管道内安装生料分散装置，使生料在上面受到冲击而分散。如插板、缩口

42、、风翅及螺旋等装置。（2）物料进入管道应选择适宜的角度、位置。一般应使生料逆气流方向而入，增强气流对生料的冲击分散作用，延长生料在管道内的停留时间，保证热交换的充分进行。（3）保证两级旋风筒之间有足够长的管道，使生料易于悬浮，且有足够的热交换空间与时间。（4）旋风筒下部卸料装置应保证密封性，防止漏风。（5）保证热烟气量、温度与速度。一般来说，旋风筒内传热量约占10-20%，绝大部分传热是在烟气管道内进行的。,四、窑外分解窑 又称为预分解窑，它是一种能显著提高水泥回转窑产量的煅烧工艺设备。其主要特点是把大量吸热的碳酸钙分解反应从窑内传热速率较低的区域转移到悬浮预热器与窑之间的分解炉内进行。生料在

43、分解炉内分散率极高，传热速度很快，碳酸盐分解十分迅速。在生料入窑前，其碳酸钙分解率可达到90-95%，使生产能力在悬浮预热器的基础上更进一步得到大幅度提高，热耗也有较大的降低。预分解窑的工艺流程如下图5-3所示。,图5-3 带五级旋风预热器窑外分解窑的工艺流程图Q=3300t/d，q=3000kJ/kgCK（717kcal/kgCK）1、分解炉2、回转窑（燃料40%）3、冷却机 4、冷却机三次风入分解炉5、风机6、各级旋风预热器,图5-6 预分解窑系统工艺流程示意图,第四节 熟料冷却机,水泥出窑熟料温度约为1100-1300，每1kg熟料含有1170-1380KJ（280-330kcal）热量

44、，若得到充分回收熟料带走的热量可以预热二次空气，提高燃烧速度和温度以及窑和冷却机的热效率。同时也可改善熟料质量和易磨性，保障设备安全有效运转。常用的冷却机可分为两大类：筒式（回转式）和篦式冷却机。筒式冷却机又分类单筒式和多筒式冷却机两种。单筒式冷却机熟料出冷却机温度约为150-250，预热后的空气可达700-800，热效率可达55-70%。预分解窑常用篦式冷却机。,篦式冷却机又分为振动篦式、推动篦式和回转篦式冷却机等。振动篦式冷却机冷却速度快出冷却机熟料温度低，但冷却风量大，热效率低，且占地面积大，已逐渐改用推动篦式冷却机。推动篦式冷却机分为水平推动式、倾斜推动式、复合推动式三种。其特点是：料

45、层较厚、物料运动速度慢，冷却速度快、二次风温高（可达600-900），出冷却机熟料温度可降低至80-150，热效率较高可达65-75%。但设备结构复杂，篦板材质要求高。,第四章 硅酸盐水泥的制成,硅酸盐水泥的制成是将合适组成的硅酸盐水泥熟料与石膏、混合材料经粉磨、贮存、均化达到质量要求的过程，是水泥生产过程中的最后一个环节。,第一节 粉磨物料的性质,一、水泥组成材料的准备(一)硅酸盐水泥熟料(二)混合材料(三)石膏,经煅烧出窑后的熟料，需要储存处理。熟料储存处理的作用如下：1、保证窑、磨的生产平衡 生产中备有一定储量的熟料，在窑出现短时间(35d)内的停产情况下，可满足磨机生产需要的熟料量，保

46、证磨机连续工作。2、降低熟料温度，保证磨机的正常工作 从冷却机出来的熟料温度一般在100300之间。过热的熟料加入磨中一是会降低磨机产量；二是会使磨机筒体因热膨胀而伸长，对轴承产生压力，过热还会影响磨机的润滑，对磨机的安全运转不利；三是磨内温度过高，使石膏脱水过多，将引起水泥凝结时间不正常。,(一)硅酸盐水泥熟料,3、改善熟料质量，提高易磨性 出窑熟料中含有一定数量的f-CaO，储存时能吸收空气中部分水汽，使部分f-CaO消解为Ca(OH)2，在熟料内部产生膨胀应力，因而提高了熟料的易磨性，改善水泥安定性。4、有利于质量控制 根据出窑熟料质量等次不同，分别存放，以便搭配使用，保持水泥质量的稳定

47、。,(二)混合材料,磨制水泥时，掺加数量不超过国家标准规定的混合材料，一方面可以增加水泥产量，降低成本，改善和调节水泥的某些性质，另一方面综合利用了工业废渣，减少了环境污染。混合材料的准备，首先，要根据生产水泥的品种，确定选用混合材料的种类。其次，尽量选用运距近，进厂价格低的混合材料。第三，根据进厂混合材料的干湿状况进行干燥处理。第四，调配混合材料，使其质量均匀。,(三)石膏,石膏在水泥中，主要是起延缓水泥凝结时间的作用，同时有利于促进水泥早期强度的提高。磨制水泥时加入的石膏，要求来源定点，种类分清，质量均匀。通常是石膏经破碎设备破碎后在储库中备用。,二、水泥组成材料的配比,磨制水泥时，水泥的

48、组成材料要按照一定的比例配合入磨。主要有下列影响因素：1、水泥品种 2、水泥标号 3、随着水泥中粒化高炉矿矿渣掺量的增加，SO3的掺量可适当提高。4、水泥组成材料的种类、质量和成本。5、水泥品质指标要求。,第二节 粉磨细度与入磨物料的粒度,一、入磨粒度二、生料粉磨细度三、水泥粉磨细度,一、入磨粒度,入磨粒度小，球磨机可减小钢球直径，在钢球装载量相同时，个数增加，其总表面积增加，提高了钢球对物料的粉磨效果，从而提高了产量，降低了单位电耗。一般，球磨机物料的入磨粒度为5-25mm。对球磨机而言，大多要求入磨粒度小于25mm或30mm；立式磨可达100mm。1,二、生料粉磨细度,一般要求为0.2mm

49、方孔筛余1.0-1.5%，0.08mm方孔筛余10.0%，生产技术和设备条件好的厂可适当放宽。过粗会影响水泥熟料的煅烧，过细会降低磨机产量，提高电耗。,三、水泥粉磨细度,熟料必须经过粉磨，并在粉磨过程中加入少量石膏，达到一定细度，才成为水泥。通常水泥细度愈细，水化速度愈快，愈易水化完全，对水泥胶凝性质的有效利用率就愈高；水泥的强度，特别是早期强度也愈高，而且还能改善水泥的泌水性、和易性、粘结力等。粗颗粒水泥只能在颗粒表面水化，未水化部分只起填料的作用。但是水泥并不是越细越好。,水泥不能过细，其原因是：1、水泥太细，粉磨电耗太高，磨机产量低；2、水泥细度太大，水化时其需水量增加，早强有所增大，但

50、后期强度会降低；3、水泥有少量90um的粗颗粒，在水化时可起到桥梁骨架作用，有利于提高混凝土的强度。2,水泥是不是越细越好？为什么？,一般试验条件下，水泥颗粒大小与水化的关系是：60um，水化缓慢；90um，表面水化，只起微集料作用。,水泥比表面积与水泥有效利用率(一年龄期)的关系是：3000cm2/g时，只有44可水化发挥作用；7000cm2/g时，有效利用率可达80左右；10000cm2/g时，有效利用率可达9095。,图6-1 破碎粉磨系统经济粒度,图6-2 不同颗粒大小的水泥细度曲线1：30um；曲线2：3-9um；曲线3：9-25um；曲线4：25-50um,水泥冷却的目的与方法,水