第6章_硅酸鹽水泥熟料的煅燒

1、第第6章章 硅酸鹽水泥熟料的煅燒硅酸鹽水泥熟料的煅燒陶瓷陶瓷142；米玉蘭；米玉蘭n生料生料在水泥窯窯內(nèi)經(jīng)過連續(xù)加熱加熱，高溫煅燒至部分熔熔融融，經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)物理化學(xué)反應(yīng)，得以硅酸鈣硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料熟料的工藝過程過程叫硅酸鹽水泥熟料的煅燒，簡稱煅燒。煅燒煅燒n干燥（自由水蒸發(fā)）干燥（自由水蒸發(fā)） 吸熱n粘土質(zhì)原料脫水粘土質(zhì)原料脫水 吸熱吸熱n碳酸鹽分解碳酸鹽分解 強吸熱強吸熱n固相反應(yīng)固相反應(yīng) 放熱放熱n熟料燒結(jié)熟料燒結(jié) 微吸熱n熟料冷卻熟料冷卻 放熱1 生料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化n（一）干燥n自由水的蒸發(fā)。n含水量與生產(chǎn)方法和窯型有關(guān)（含水量增加熱耗增加）n（

2、二）脫水n粘土質(zhì)原料脫去化合水（結(jié)構(gòu)水和層間吸附水）n高嶺土（Al2O32SiO22H2O）脫水后變成無定形的Al2O32SiO2 （偏高嶺土） ，這些無定形物具有較高的活性 （高嶺土活性高；蒙脫石和伊利石脫水后仍具有晶體結(jié)構(gòu)，活性低）O2H2OAlO2H2OAl22326005002232SiOSiO一、干燥與脫水一、干燥與脫水n反應(yīng)式：反應(yīng)式：MgCO3MgO+CO2 CaCO3CaO +CO2n反應(yīng)溫度：反應(yīng)溫度： MgCO3 始于402408最高700 CaCO3 600 開始，812928 快速分解二、碳酸鹽分解二、碳酸鹽分解n反應(yīng)特點： 可逆反應(yīng)（溫度， CO2分壓 ） 強吸熱反應(yīng)

3、 燒失量大(CO2) 分解溫度與 CO2分壓 和礦物結(jié)晶程度有關(guān) (圖5.1)n（ CO2分壓 大，分解溫度高，伴生礦物和雜質(zhì)降低分解溫度，結(jié)晶，分解溫度高）( (一一) )碳酸鈣分解反應(yīng)的特點碳酸鈣分解反應(yīng)的特點n1、氣流向顆粒表面?zhèn)鳠幔ㄎ锢磉^程） n2、熱量由表面以傳導(dǎo)方式向分解面?zhèn)鬟f； （物理過程） n3、碳酸鈣在一定溫度下，繼續(xù)分解、吸收熱量并放出CO2； （化學(xué)過程） n4、放出的CO2從分解面通過CaO層，向四周進行內(nèi)部擴散； （物理過程） n5、擴散到顆粒邊緣的CO2，通過邊界層向介質(zhì)擴散。 （物理過程） ( (二二) )碳酸鈣分解過程碳酸鈣分解過程n石灰質(zhì)原料的特性（伴生礦物和

4、雜質(zhì)、結(jié)晶）n生料細度和顆粒級配（比表面積）n生料懸浮分散程度（傳熱面積）n溫度（高，快，熱耗增，結(jié)皮，堵塞）n窯系統(tǒng)的CO2分壓n生料中粘土質(zhì)組分的性質(zhì)（活性高，則能直接與碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)，可以促進碳酸鈣的分解過程 ）（三）影響反應(yīng)速度的因素（三）影響反應(yīng)速度的因素（一）反應(yīng)過程（一）反應(yīng)過程nCaOCaO與與SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3、FeFe2 2OO3 3進行固相反應(yīng)生成進行固相反應(yīng)生成（C C3 3S S）、（）、（C C2 2S S）、（）、（C C3 3A A）、（）、（C C4 4AFAF）。）。三固三固 相相 反反 應(yīng)應(yīng)n反應(yīng)特點反應(yīng)特點放熱反應(yīng)非均相反應(yīng)（傳

5、熱和傳質(zhì)過程均會影響）急劇煅燒 n（二）影響固相反應(yīng)的主要因素n1、生料細度及其均勻程度；（比表面積、充分接觸；物料反應(yīng)速度與其尺寸的平方成反比）n2、原料物理性質(zhì)（結(jié)晶，慢，磨細）；n3、溫度對固相反應(yīng)的影響；n4、礦化劑。四固四固 相相 反反 應(yīng)應(yīng)n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。C2S、CaO逐步溶解于液相中， C2S吸收CaO形成C3S。 反應(yīng)式： C2S+ CaO C3Sn隨著溫度的升高和時間延長，液相量增加，液相粘度降低， C2S、CaO不斷溶解、擴散， C3S晶核不斷形成，并逐漸發(fā)育、長大，形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體。晶體

6、不斷重排、收縮、密實化，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的熟料。C3S的形成熟料燒結(jié)四、熟四、熟 料料 燒燒 結(jié)結(jié)煅燒條件 溫度： 130014501300 液相量： 20%30% 時間： 1020min四、熟四、熟 料料 燒燒 結(jié)結(jié)n1. 1.最低共熔溫度（組分多，溫度低）最低共熔溫度（組分多，溫度低）影響熟料燒結(jié)過程的因素影響熟料燒結(jié)過程的因素n存在次要氧化物，最低共熔溫度一般1250 n礦化劑、氧化釩、氧化鋅也有影響。2 2液相量（一般為液相量（一般為202030%30% ）（液相量與煅燒溫度、組分含量有關(guān)）（液相量與煅燒溫度、組分含量有關(guān)）3 3液相粘度液相粘度n液相粘度小，

7、則液相粘滯力小液相粘度小，則液相粘滯力小影響熟料燒結(jié)過程的因素影響熟料燒結(jié)過程的因素3.液相粘度（小，擴散快，有利于C3S形成）（1）溫度（2）鋁率（3）加入MgO、SO3、硫酸鉀、硫酸鈉，粘度降低降低（4）加入氧化鉀、氧化鈉，粘度增加。影響熟料燒結(jié)過程的因素影響熟料燒結(jié)過程的因素n燒結(jié)范圍燒結(jié)范圍：水泥生料加熱至出現(xiàn)燒結(jié)所必須的、最少的液相量時的溫度（開始燒結(jié)的溫度）與開始出現(xiàn)結(jié)大塊（超過正常液相量）時的溫度的差值。n生料液相量隨溫度升高緩慢增加，燒結(jié)范圍寬；反之窄。n氧化鐵含量高，窄；氧化鋁含量高；寬。n硅酸鹽水泥熟料：約150 4.4.液相的表面張力（小，潤濕，利于固液反應(yīng)）液相的表面張

8、力（小，潤濕，利于固液反應(yīng)）（1 1）溫度）溫度（2 2）鎂、堿、硫增加，表面張力下降）鎂、堿、硫增加，表面張力下降影響熟料燒結(jié)過程的因素影響熟料燒結(jié)過程的因素氧化鈣溶解于熟料液相的速率氧化鈣溶解于熟料液相的速率（1 1）顆粒大?。╊w粒大小（2 2）鎂、堿、硫增加，表面張力下降）鎂、堿、硫增加，表面張力下降影響熟料燒結(jié)過程的因素影響熟料燒結(jié)過程的因素n熟料的冷卻熟料的冷卻燒成溫度燒成溫度常溫；液相常溫；液相凝固凝固熟料顆粒結(jié)構(gòu)形成（凝固和相變）熟料顆粒結(jié)構(gòu)形成（凝固和相變）C C2 2S S的多晶轉(zhuǎn)變的多晶轉(zhuǎn)變C C3 3S S分解分解n冷卻目的冷卻目的 改善熟料質(zhì)量與易磨性；降低熟料的溫度，

9、便于改善熟料質(zhì)量與易磨性；降低熟料的溫度，便于運輸（安全）、儲存（砼開裂）運輸（安全）、儲存（砼開裂） 和粉磨（假凝）和粉磨（假凝）回收熱量，預(yù)熱二次空氣，降低熱耗、提高熱利回收熱量，預(yù)熱二次空氣，降低熱耗、提高熱利用率。用率。五、熟五、熟 料料 的的 冷冷 卻卻n冷卻方式冷卻方式平衡冷卻平衡冷卻淬冷淬冷獨立結(jié)晶獨立結(jié)晶n冷卻方式不同，熟料礦物組成不同冷卻方式不同，熟料礦物組成不同n熟料鋁率在熟料鋁率在0.643.50.643.5之間，對于鋁率較高的或之間，對于鋁率較高的或者中等的熟料，快冷時，者中等的熟料，快冷時，C C3 3S S含量高。含量高。n防止或減少C3S的分解，增加其含量；n避免

10、-C2S轉(zhuǎn)變成 -C2S ；n改善了水泥安定性；(MgO玻璃體易水化)n使熟料C3A晶體減少，提高水泥抗硫酸鹽性能；n改善熟料易磨性(阿利特結(jié)晶小)；n熟料活性高，水泥強度高。n快冷對改善熟料質(zhì)量的作用n熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式系的方程式n生料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化n吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)n 熟料形成的熱化學(xué)熟料形成的熱化學(xué)更多精彩由老師來分享n1、定義定義：在一定生產(chǎn)條件下，用某一：在一定生產(chǎn)條件下，用某一基準(zhǔn)溫度基準(zhǔn)溫度（一般是（一般是0或或20）的）的干燥物料干燥物料，在，在沒有沒有任何任何

11、物料損失物料損失和和熱量損失熱量損失的條的條件下，制成件下，制成1kg1kg同溫度同溫度的的熟料熟料所需要的所需要的熱量熱量稱為熟料的形成稱為熟料的形成熱（熟料理論熱耗）。熱（熟料理論熱耗）。n2、計算原理計算原理：理論熱耗理論熱耗=吸收的總熱量放出的總熱量吸收的總熱量放出的總熱量，一，一般為般為16301800kJ/kg-ck。n3、影響因素影響因素：熟料的形成熱是熟料形成在理論上消耗的熱，：熟料的形成熱是熟料形成在理論上消耗的熱，它僅與原、燃料的品種、性質(zhì)及熟料的化學(xué)成分與礦物組成、它僅與原、燃料的品種、性質(zhì)及熟料的化學(xué)成分與礦物組成、生產(chǎn)條件有關(guān)。生產(chǎn)條件有關(guān)。n一、熟料的形成熱（理論熱

12、耗）一、熟料的形成熱（理論熱耗）n定義：每煅燒1kg1kg熟料熟料窯內(nèi)實際消耗的熱量稱為熟料實際熱耗，簡稱熟料熱耗，也叫熟料單位熱耗。n熱損失熱耗熟料形成熱，n降低熱耗，降低各種熱損失（廢氣、散熱等）。理論熱耗：理論熱耗：1630-1800 KJ/kg 1630-1800 KJ/kg ；實際熱耗：實際熱耗：3400-7500KJ/kg3400-7500KJ/kg%100實際熱耗理論熱耗熱效率碳酸鈣分解吸熱量最大碳酸鈣分解吸熱量最大熟料冷卻放熱量最大熟料冷卻放熱量最大n二、熟料熱耗（二、熟料熱耗（實際熱耗）n1 1、生產(chǎn)方法與窯型；、生產(chǎn)方法與窯型；（干、濕）（干、濕）n2 2、廢氣余熱的利用；

13、、廢氣余熱的利用；n3 3、生料組成（、生料組成（礦渣代替部分石灰石、石灰礦渣代替部分石灰石、石灰）、細）、細度及生料易燒性；度及生料易燒性；n4 4、燃料的燃燒情況；、燃料的燃燒情況；（不完全燃燒）（不完全燃燒）n5 5、窯體的散熱損失、窯體的散熱損失（保溫）（保溫）；n6 6、礦體劑及微量元素的作用。、礦體劑及微量元素的作用。n（二）、影響熟料熱耗的因素一、氟化鈣一、氟化鈣n在生產(chǎn)高KH熟料和白水泥時，為改善生料易燒性，或提高熟料質(zhì)量、降低能耗，有時需要加入礦化劑。n礦化劑種類 堿金屬或堿土金屬的氟鹽以及氟硅酸鹽 5.3 微量元素和礦化劑對熟料煅燒對熟料煅燒和質(zhì)量的影響和質(zhì)量的影響 1.

14、1. 加速加速CaCOCaCO3 3分解；加速堿性長石、云母的分解過程；分解；加速堿性長石、云母的分解過程；加速堿的氧化物的揮發(fā)；促進結(jié)晶氧化硅的加速堿的氧化物的揮發(fā)；促進結(jié)晶氧化硅的Si-OSi-O鍵的斷鍵的斷裂，促進固相反應(yīng)。裂，促進固相反應(yīng)。 反應(yīng)生成反應(yīng)生成SiFSiF4 4和和CaFCaF2 2的在高溫，蒸汽作用下分解生成活的在高溫，蒸汽作用下分解生成活性的性的SiOSiO2 2，CaOCaO。2223242222242COOHCaFCaCOHFOHSiFSiOHFHFCaOOHCaF2. 2. 降低液相出現(xiàn)的溫度和粘度，促進降低液相出現(xiàn)的溫度和粘度，促進C C3 3S S形成形成n

15、加入氟化鈣，加入氟化鈣，1%3%，燒成溫度下降，燒成溫度下降50100。n生成生成氟硅酸鈣氟硅酸鈣、氟鋁酸鈣氟鋁酸鈣（C C11 11A A7 7CaFCaF2 2）等中間化合物。等中間化合物。液相含氟固溶體)(333)(32224311752323113022221040222295085022FSCCaFSCCaFSCCaFCaOSCCaFSCCaFSCCaFSCCaFSiOCaO 二、氟化鈣的礦化作用二、硫化物二、硫化物n氧化氣氛氧化氣氛 SOSO3 3CaSOCaSO4 4 n預(yù)熱器結(jié)皮堵塞預(yù)熱器結(jié)皮堵塞nSOSO3 3有利于降低液相粘度，增加液相量，有利于有利于降低液相粘度，增加液相

16、量，有利于C C3 3S S的形的形成成n形成形成C C2 2S SCaSOCaSO4 4， 4CaO4CaO3Al3Al2 2OO3 3SOSO3 3n無水硫鋁酸鈣早強，適量有利無水硫鋁酸鈣早強，適量有利1050形成，形成，1400 分解分解SAC34三、三、 復(fù)合礦化劑復(fù)合礦化劑n石膏和螢石復(fù)合礦化劑（石膏和螢石復(fù)合礦化劑（氟硅酸鈣氟硅酸鈣，硫硅酸鈣硫硅酸鈣，氟硫硅氟硫硅酸鈣酸鈣；低溫?zé)傻蜏責(zé)?，高溫?zé)筛邷責(zé)桑?n重晶石和螢石（重晶石和螢石（BaOBaO可提高水泥早期和后期強度）可提高水泥早期和后期強度）n氧化鋅及其復(fù)合礦化劑（阻止氧化鋅及其復(fù)合礦化劑（阻止C C2 2S S轉(zhuǎn)化、促

17、進轉(zhuǎn)化、促進C C3 3S S形成，形成，提高水泥早期強度、降低水泥需水量。過多會影響水泥提高水泥早期強度、降低水泥需水量。過多會影響水泥凝結(jié)核強度。）凝結(jié)核強度。）n由原、燃料帶入的伴生組分。n結(jié)皮堵塞n降低最低共熔溫度，降低熟料燒成溫度，增加液相量，起助熔作用。n含堿過多，除了生成硫酸堿，多余的堿取代CaO形成含堿化合物，析出CaO，使C2S難以形成C3S，并增加游離氧化鈣含量。n形成硫酸堿，可緩和堿的不利影響n堿與硫酸鈣形成鉀石膏（K2SO4CaSO4H2O），使水泥庫結(jié)塊，水泥快凝。n堿集料反應(yīng)四、四、 堿堿n限制原燃料中堿、氯、硫的含量；限制原燃料中堿、氯、硫的含量；n新型干法水泥生產(chǎn)：新型干法水泥生產(chǎn)：n生料中：生料中：K K2 2O+NaO+Na2 2OO1.0%1.0%nClCl- - 0.015%0.020%0.015%0.020%n生料和燃料的硫堿比要生料和燃料的硫