9.水泥熟料煅燒

1、上節(jié)回顧 1. 1. 注漿成型注漿成型l空心注漿空心注漿和和實心注漿實心注漿兩種兩種 壓力注漿、真空注漿、離心注漿壓力注漿、真空注漿、離心注漿 水玻璃、碳酸鈉、焦磷酸鈉、腐植酸鈉、單寧酸鈉、六偏水玻璃、碳酸鈉、焦磷酸鈉、腐植酸鈉、單寧酸鈉、六偏磷酸鈉等都符合以上條件。磷酸鈉等都符合以上條件。l 常用電解質(zhì)常用電解質(zhì)使同樣含水量的泥漿變稀使同樣含水量的泥漿變稀 2. 2. 可塑成型可塑成型 利用模具或刀具等運(yùn)動所產(chǎn)生的外力（如壓力、剪切、利用模具或刀具等運(yùn)動所產(chǎn)生的外力（如壓力、剪切、擠壓等）使可塑泥料產(chǎn)生塑性變形而制成某種形狀的制品，擠壓等）使可塑泥料產(chǎn)生塑性變形而制成某種形狀的制品，稱為稱為

2、可塑成型可塑成型。1. 低溫預(yù)熱階段（室溫低溫預(yù)熱階段（室溫300）2. 氧化分解及晶型轉(zhuǎn)化期（氧化分解及晶型轉(zhuǎn)化期（300950）3. 成瓷期（成瓷期（950燒成溫度）燒成溫度）4. 高火保溫（高火保溫（0.52h）5. 冷卻期（燒成溫度至室溫）冷卻期（燒成溫度至室溫）一、坯體一、坯體燒成過程中的物理化學(xué)變化燒成過程中的物理化學(xué)變化上節(jié)回顧上節(jié)回顧二、二、燒成制度燒成制度上節(jié)回顧上節(jié)回顧 燒成制度燒成制度包括包括溫度制度溫度制度、氣氛制度氣氛制度和和壓力制度壓力制度。 影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵：影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵：T Tt t，atmosphereatmosphere 壓力制度壓力制度旨在保證窯爐

3、按照要求的溫度制度與氣氛制度進(jìn)旨在保證窯爐按照要求的溫度制度與氣氛制度進(jìn) 行燒成。行燒成。 溫度制度溫度制度包括升溫速度、燒成溫度、保溫時間及冷卻速度。包括升溫速度、燒成溫度、保溫時間及冷卻速度。三、三、燒結(jié)溫度及燒結(jié)溫度范圍燒結(jié)溫度及燒結(jié)溫度范圍 低溫長燒、高溫短燒低溫長燒、高溫短燒無機(jī)非金屬材料工學(xué)水泥熟料煅燒陳杰材料科學(xué)與工程學(xué)院硅酸鹽水泥的生產(chǎn)方法簡單地可以概括為生料制備、熟料煅燒、和水泥粉磨三個過程。所以，硅酸鹽水泥生產(chǎn)過程經(jīng)常被簡稱為“兩磨一燒”，即：生料制備熟料煅燒水泥粉磨占全部能耗的80%，直接決定水泥的質(zhì)量和產(chǎn)量工藝流程（一）生料制備過程石灰石 粘土鐵粉 其他輔助原料 破碎

4、破碎 烘干 破碎 烘干 烘干 烘干 配合粉磨均化入生料庫生料制備方法方法類型 干法 （水分1%） 1. 分類 濕法（制成料漿，水分3240%） 半干法（制成料球，水分1214%） 2.不同生產(chǎn)方法的區(qū)別依據(jù)：生料制備方法+入窯生料狀態(tài) 干法： 生料制備為干法，生料粉狀入窯（干法窯） 濕法： 生料制備為濕法，生料漿狀入窯（濕法窯） 半干法：生料制備為干法，入窯前生料中添加少量水 份，料球狀入窯（立窯、立波爾窯） 不同生產(chǎn)方法優(yōu)缺點(diǎn)比較1. 濕法：生料易于均化、成分均勻而穩(wěn)定，熟料質(zhì)量好、揚(yáng)塵點(diǎn)少，但熱耗高；2.干法：熱耗低、電耗高。早期的干法生產(chǎn)因均化效果不好，所以熟料質(zhì)量較差。近年來隨著干法均

5、化技術(shù)的提高，水泥質(zhì)量得到改善，完全可以與濕法熟料相比；3. 半干法：適宜于低水分原料，熱效率和空間效 率比較高； （二）熟料煅燒生料入窯干燥脫水預(yù)熱分解固相反應(yīng)熟料燒結(jié)熟料冷卻熟料出窯熟料入庫（三）水泥粉磨 熟料 石膏 混合材 破碎 破碎 烘干 配合粉磨均化水泥入庫9.1 概述 一、水泥的定義： 水泥：與適量的水調(diào)和后既能在空氣中硬化又能在水中硬 化，并能膠結(jié)其他塊狀或粉狀物料，最終形成具有抵 抗外力能力的凝固體的無機(jī)粉狀水硬性膠凝材料。 硅酸鹽水泥 鋁酸鹽水泥二、 按組成分為 硫鋁酸鹽水泥 氟鋁酸鹽水泥 鐵鋁酸鹽水泥 少熟料或無熟料水泥三、硅酸鹽水泥熟料（p164）1.定義：凡以適當(dāng)成分的

6、生料燒至部分熔融，冷卻后所得的 以硅酸鈣為主要成分的燒結(jié)物，即為硅酸鹽水泥熟 料，簡稱熟料 2. 硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)成分化學(xué)成分： （1）硅酸鹽水泥熟料化學(xué)成分 主要成分：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3約95% 次要成分：MgO、SO3、TiO2、P2O5、K2O、Na2O等約5% 各氧化物的波動范圍為： CaO: 6267% SiO2: 2024% Al2O3: 47% Fe2O3: 2.56.0%3.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成礦物組成 （1）主要礦物： 硅酸三鈣：3CaOSiO2C3S5060% 硅酸二鈣：2CaOSiO2C2S20% 鋁酸三鈣：3CaOAl2O3C3A 鐵鋁酸四

7、鈣：4CaOAl2O3Fe2O3C4AF 稱C3S和C2S為硅酸鹽礦物，稱C3A和C4AF為熔劑性礦物（在水泥熟料煅燒過程中該兩礦物于12501280開始熔融轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵?。?）次要礦物： 游離氧化鈣（f-CaO）、方鎂石（結(jié)晶態(tài)氧化鎂）、含堿礦物、硫酸鹽以及玻璃體等。（3）熟料礦物的波動范圍及特征C3S和C2S的合計含量： 75%，C3A和C4AF的合計含量： 22%。水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量、燃料水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量、燃料與襯料的消耗以及窯的安與襯料的消耗以及窯的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。全運(yùn)轉(zhuǎn)。熟料的煅燒過程熟料的煅燒過程 高嶺石脫水后的產(chǎn)物為無定形物質(zhì)，脫水后具有的活性高嶺石脫水后的產(chǎn)物為無定形物質(zhì)，脫水后具有的

8、活性較高。如果提高脫水過程的溫度梯度，在急燒時，有利于熟料較高。如果提高脫水過程的溫度梯度，在急燒時，有利于熟料的形成。的形成。 入窯生料中的水分入窯生料中的水分 干法窯干法窯 （水分（水分1%） 濕法窯濕法窯 （制成料漿，水分（制成料漿，水分3240%） 立窯（立波爾窯）（制成料球，水分立窯（立波爾窯）（制成料球，水分1214%） 生料中的碳酸鹽是指碳酸鈣與碳酸鎂，生料中的碳酸鹽是指碳酸鈣與碳酸鎂，碳酸鹽分解是指碳酸鹽分解是指碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過程中分解放出二氧化碳的反應(yīng)碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過程中分解放出二氧化碳的反應(yīng)，此，此反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)式如下：反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)式如下： MgC

9、O3 MgO + CO2 -1047-1214Jg (590時時) CaCO3 CaO + CO2 -1645Jg (890時時) 濕法生產(chǎn)濕法生產(chǎn)1/3能耗，新型干法窯的能耗，新型干法窯的1/2 碳酸鹽分解反應(yīng)特點(diǎn)碳酸鹽分解反應(yīng)特點(diǎn)：1.可逆反應(yīng)；可逆反應(yīng)；2.強(qiáng)吸熱反應(yīng)；強(qiáng)吸熱反應(yīng)；3反應(yīng)反應(yīng)起始溫度較低。起始溫度較低。 通常碳酸鈣在通常碳酸鈣在600時就開始有微弱的分解，至?xí)r就開始有微弱的分解，至894時，時，分解速度加快，分解出的分解速度加快，分解出的CO2分壓達(dá)一個大氣壓，分壓達(dá)一個大氣壓，11001200時，分解速度極為迅速。時，分解速度極為迅速。 v 氣流向顆粒表面的傳熱過程；氣

10、流向顆粒表面的傳熱過程；v 熱量由表面以傳導(dǎo)方式向分解面熱量由表面以傳導(dǎo)方式向分解面 傳遞的過程；傳遞的過程；v 碳酸鈣在一定溫度下，吸收熱量碳酸鈣在一定溫度下，吸收熱量 并進(jìn)行分解并放出并進(jìn)行分解并放出CO2的化學(xué)過程；的化學(xué)過程；v 分解放出分解放出CO2，穿透，穿透CaO層向表面層向表面 擴(kuò)散的傳質(zhì)過程；擴(kuò)散的傳質(zhì)過程；v 表面的表面的CO2向周圍介質(zhì)氣流擴(kuò)散的向周圍介質(zhì)氣流擴(kuò)散的 過程。過程。1溫度：溫度：隨溫度升高，分解速度常數(shù)增加，分解時間縮短，隨溫度升高，分解速度常數(shù)增加，分解時間縮短，分解速度增加。但應(yīng)注意溫度過高，將增加廢氣溫度和熱耗。分解速度增加。但應(yīng)注意溫度過高，將增加廢

11、氣溫度和熱耗。2窯系統(tǒng)的窯系統(tǒng)的CO2分壓分壓：通風(fēng)良好，：通風(fēng)良好，CO2分壓較低，有利于碳分壓較低，有利于碳酸鈣的分解。酸鈣的分解。3生料細(xì)度和顆粒級配生料細(xì)度和顆粒級配：生料細(xì)度細(xì)，顆粒均勻，粗粒少，：生料細(xì)度細(xì)，顆粒均勻，粗粒少，分解速度快。分解速度快。4生料懸浮分散程度：生料懸浮分散程度：生料懸浮分散差，相對地增大了顆粒生料懸浮分散差，相對地增大了顆粒 尺寸，減少了傳熱面積，降低了碳酸鈣的分解速度。尺寸，減少了傳熱面積，降低了碳酸鈣的分解速度。5石灰石的種類和物理性質(zhì)：石灰石的種類和物理性質(zhì)：結(jié)構(gòu)致密、結(jié)晶粗大，結(jié)構(gòu)致密、結(jié)晶粗大， 分解速度慢。分解速度慢。6生料中粘土質(zhì)組分的性質(zhì)：

12、生料中粘土質(zhì)組分的性質(zhì)：高嶺土類活性大、蒙脫石、伊利高嶺土類活性大、蒙脫石、伊利 石次之，石英砂較差?；钚栽酱蟮?，在石次之，石英砂較差?；钚栽酱蟮模?00下越能和氧化鈣下越能和氧化鈣 或直接與碳酸鈣進(jìn)行固相反應(yīng)，生成低鈣礦物，可以促進(jìn)碳酸或直接與碳酸鈣進(jìn)行固相反應(yīng)，生成低鈣礦物，可以促進(jìn)碳酸 鈣的分解過程。鈣的分解過程。反應(yīng)特點(diǎn)：反應(yīng)特點(diǎn)：v 多級反應(yīng)v 放熱反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物：反應(yīng)產(chǎn)物： C2S、C3A、C4AF f-SiO2、Al2O3、Fe2O3800 C2S開始形成800900 9001100 11001200 C2S達(dá)到最大值影響因素：影響因素：v 生料細(xì)度及均勻程度 優(yōu)化控制生料細(xì)度v

13、 原料性質(zhì) 如果相互進(jìn)行故相反應(yīng)的物質(zhì)都處于晶型轉(zhuǎn)變或剛分解的新生態(tài)時，由于其質(zhì)點(diǎn)間的相互作用較弱，反應(yīng)速度增加，能耗降低。v 溫度v 礦化劑 （4）熟料燒結(jié)過程（固液相反應(yīng)）熟料燒結(jié)過程（固液相反應(yīng)） 當(dāng)物料溫度升高到最低共熔溫度后，當(dāng)物料溫度升高到最低共熔溫度后，C3A、C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液相中，逐步溶解于液相中， C2S吸收吸收CaO形成形成C3S。 反應(yīng)式：反應(yīng)式： C2S+ CaO C3S（高溫液相的作用下）（高溫液相的作用下） 隨著溫度的升高和時間延長，液相量增加，液相粘度隨著溫度的升高和時間延長，液相量增加，液相粘度降低，

14、降低， C2S、CaO不斷溶解、擴(kuò)散，不斷溶解、擴(kuò)散， C3S晶核不斷形成，并晶核不斷形成，并逐漸發(fā)育、長大，形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶逐漸發(fā)育、長大，形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體。晶體不斷重排、收縮、密實化，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉(zhuǎn)體。晶體不斷重排、收縮、密實化，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽優(yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的熟料色澤灰黑、結(jié)構(gòu)致密的熟料。C3S的形成熟料燒結(jié) C3S形成條件：條件： 溫度：溫度：130014501300 液相量：液相量： 20%30% 時間：時間： 1020min 影響熟料燒結(jié)影響熟料燒結(jié) 過程的因素過程的因素最低共熔溫度液相量液相粘度液相的表面張力C2S、

15、CaO溶于液相的速率反應(yīng)物存在的狀態(tài) C2S+ f-CaO500 硅酸鹽水泥熟料的煅燒 二、水泥工業(yè)的發(fā)展概況 (一一)水泥工業(yè)水泥工業(yè)發(fā)展史發(fā)展史1、第一次產(chǎn)業(yè)革命時期： （1824年）硅酸鹽水泥問世，用間歇式的土立窯燒制熟料。 2、1877年：水泥的回轉(zhuǎn)窯燒制技術(shù)獲得專利。出現(xiàn)單筒冷卻機(jī)、立式磨、單倉鋼球磨 3、19世紀(jì)末20世紀(jì)初：機(jī)立窯（1910年）、立波爾窯（1928年）相繼誕生。 4、20世紀(jì)50年代初：懸浮預(yù)熱器窯出現(xiàn)，1950年全世界水泥年產(chǎn)量達(dá)1.33億噸。水泥工業(yè)的發(fā)展概況（續(xù)） 5、60年代初：以電子計算機(jī)為代表的新技術(shù)在水泥工業(yè)中開始得到應(yīng)用。 6、70年代初：（197

16、1年）日本在引進(jìn)西德懸浮預(yù)熱器技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出窯外分解技術(shù)，使水泥產(chǎn)量翻翻增長。 7、70年代中后期：帶懸浮預(yù)熱器的窯外分解窯在全世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。生產(chǎn)過程采用計算機(jī)集中或分散控制。1980年世界水泥產(chǎn)量達(dá)8.7億噸。2003年世界水泥產(chǎn)量14億噸。（二）水泥工業(yè)的整個發(fā)展過程可用下列框圖表示土立窯機(jī)立窯、回轉(zhuǎn)窯立波爾窯懸浮預(yù)熱器窯預(yù)分解窯（預(yù)熱器窯外分解爐）預(yù)分解窯計算機(jī)自動控制三 、中國水泥工業(yè)的發(fā)展(一）發(fā)展概述 1.1889年中國第一個水泥廠建于河北唐山，名為啟新洋灰公司（今啟新水泥廠前身）。隨后陸續(xù)建立大連、上海、廣州、中國（南京）等水泥廠。1952年到1980年28年間水泥總產(chǎn)

17、為5100萬噸。1981年一年年產(chǎn)量就達(dá)9700萬噸。2.50年代中期：濕法回轉(zhuǎn)窯和立波爾窯成套設(shè)備試制。3.50年代后期到60年代：預(yù)熱器窯試驗。4.70年代：預(yù)分解窯開發(fā)。中國水泥工業(yè)的發(fā)展（續(xù)） 5 . 7 0 年 代 末 ： （ 7 8 年 起 ） 陸 續(xù) 引 進(jìn) 日 產(chǎn)20004000噸熟料的預(yù)分解生產(chǎn)線。自行設(shè)計制造日產(chǎn)700噸和2000噸的預(yù)分解生產(chǎn)線。80年代末新型干法生產(chǎn)線占大中型水泥廠生產(chǎn)能力的1/4。90、91、92、93年水泥年產(chǎn)量分別為2.02、2.05、2.40、2.97億噸。96年水泥年產(chǎn)量超過4億噸。20002002年6.0、6.6、7.3噸，2004年已經(jīng)超過8億噸。目前單條水泥生產(chǎn)線規(guī)模為日產(chǎn)6000噸。中國水泥工業(yè)的發(fā)展（續(xù)） 6 6、水泥品種多達(dá)60余種，能滿足國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要。 7 7、基礎(chǔ)理論研究取得較好成績，某些方面處于前沿。（二）主要存在問題 1、人均產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界先進(jìn)水平。 2、水泥廠設(shè)備存舊、技術(shù)落后。 3、小水泥占相當(dāng)大部分 4、大水泥中濕法占一半以上。 5、環(huán)境污染嚴(yán)重、水泥質(zhì)量不夠穩(wěn)定。 6 、中小水