熟料的煅燒.課件

1、第五章 硅酸鹽水泥熟料的煅燒5.1 干燥與脫水5.2 碳酸鹽分解5.3 固相反應(yīng)5.4 熟料的燒結(jié)5.5 熟料的冷卻 第1頁，共62頁。5.1 干燥與脫水一、干燥 在入窯生料中都含有一定量的水分， 干法窯 生料水分不超過1%， 立窯和立波爾窯 生料水分12%15%， 濕法窯 料漿水分30%40%。 生料入窯后，物料溫度逐漸升高，當(dāng)溫度升高到100150時，生料中水分全部被排除，這一過程稱為干燥過程。每1kg水分蒸發(fā)潛熱高達(dá)2257kJ(100)，濕法窯每生產(chǎn)1kg熟料用于蒸發(fā)水分的熱量高達(dá)2100kJ，占總熱耗的35%以上，因而，降低料漿水分或過濾成料塊，可以降低熟料熱耗，增加窯的產(chǎn)量。第2頁

2、，共62頁。二、黏土礦物脫水 粘土礦物的化合水有兩種，一種以O(shè)H離子狀態(tài)存在于晶體結(jié)構(gòu)中，稱為晶體配位水；一種以水分子狀態(tài)吸附在晶層結(jié)構(gòu)間，稱為晶層間水或?qū)娱g吸附水。 層間吸附水 以水分子狀態(tài)存在 脫水溫度：100左右 晶體配位水 以O(shè)H狀態(tài)存在 脫水溫度：400600第3頁，共62頁。生料干燥后，繼續(xù)被加熱，溫度上升較快，當(dāng)溫度升到500時，粘土中的主要組成礦物高嶺土發(fā)生脫水分解反應(yīng)，其反應(yīng)式為： Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO22H2O 高嶺土 偏高嶺土 高嶺土在失去化學(xué)結(jié)合水的同時，本身晶體結(jié)構(gòu)也受到破壞，生成無定形偏高嶺土。因此，高嶺土脫水后的活性較高，當(dāng)繼續(xù)加熱到9

3、701050時，由無定形物質(zhì)轉(zhuǎn)換成晶體莫來石，同時放出熱量。第4頁，共62頁。 蒙脫石和伊利石脫水后，仍然具有晶體結(jié)構(gòu)，因而，它們的活性較高嶺土差。伊利石脫水時還伴隨有體積膨脹，而高嶺土和蒙脫石則是體積收縮，所以，立窯和立波爾窯生產(chǎn)時，不宜采用以伊利石為主導(dǎo)礦物的粘土，否則料球的熱穩(wěn)定性差，入窯后會引起炸裂，嚴(yán)重影響窯內(nèi)通風(fēng)。 粘土礦物脫水分解反應(yīng)是個吸熱過程，每1kg高嶺土在450時吸熱為934kJ，但因粘土質(zhì)原料在生料中含量較少，所以其吸熱反應(yīng)不顯著。第5頁，共62頁。5.2 碳酸鹽分解 溫度繼續(xù)升至600左右時，生料中的碳酸鹽開始分解，主要是石灰石中的碳酸鈣和原料中夾雜的碳酸鎂進(jìn)行分解，

4、其反應(yīng)如下： 第6頁，共62頁。一、碳酸鹽分解反應(yīng)的特點(diǎn)（1）可逆反應(yīng) 受系統(tǒng)溫度和周圍介質(zhì)中CO2的分壓影響較大，為使分解順利進(jìn)行，必須保持較高的反應(yīng)溫度，降低周圍介質(zhì)中CO2分壓或減少CO2濃度。（2）強(qiáng)吸熱反應(yīng) 碳酸鹽分解時，需要吸取大量的熱量，是熟料形成過程中消耗熱量最多的一個工藝過程，所需熱量約占濕法生產(chǎn)總熱耗的1/3，約占懸浮預(yù)熱窯或預(yù)分解窯的1/2。因此，為保證碳酸鈣分解反應(yīng)能完全地進(jìn)行，必須供給足夠的熱量。第7頁，共62頁。（3）反應(yīng)的起始溫度較低，約在600時就有CaCO3進(jìn)行分解反應(yīng)，但速度非常緩慢。至894時，分解放出的CO2分壓達(dá)0.1MPa，分解速度加快。110012

5、00時，分解速度極為迅速。由試驗(yàn)可知，溫度每增加50，分解速度常數(shù)約增加1倍，分解時間約縮短50%。第8頁，共62頁。二、碳酸鈣的分解過程碳酸鈣的分解過程包括：兩個傳熱過程熱氣流向顆粒表面?zhèn)鳠?，熱量以傳?dǎo)方式由物料表面向分解面的傳熱過程；一個化學(xué)反應(yīng)過程分解面上CaCO3分解，并放出CO2；兩個傳質(zhì)過程分解放出的CO2氣體穿過分解層向表面擴(kuò)散和表面CO2向大氣中擴(kuò)散。第9頁，共62頁。 這五個過程中，傳熱和傳質(zhì)皆為物理傳遞過程，僅有一個化學(xué)反應(yīng)過程。由于各個過程的阻力不同，所以CaCO3的分解速度受控于其中最慢的一個過程。在一般回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，由于物料在窯內(nèi)呈堆積狀態(tài)，傳熱面積非常小，傳熱系數(shù)也很低

6、，所以CaCO3的分解速度主要取決于傳熱過程；立窯和立波爾窯生料需成球，由于球徑較大，故傳熱速度慢，傳質(zhì)阻力也很大，所以CaCO3分解速度決定于傳熱和傳質(zhì)過程；在新型干法生產(chǎn)時，由于生料粉能夠懸浮在氣流中，傳熱面積大，傳熱系數(shù)高，傳質(zhì)阻力小，所以，CaCO3的分解速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度。第10頁，共62頁。三、影響碳酸鈣分解反應(yīng)的因素（1）石灰石的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì) 結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)點(diǎn)排列整齊、結(jié)晶粗大、晶體缺陷少的石灰石，質(zhì)地堅硬，分解反應(yīng)困難，如大理石等。質(zhì)地松軟的白堊和內(nèi)含其他組分較多的泥灰?guī)r，則分解所需的活化能較低，分解反應(yīng)容易。（2）生料細(xì)度 生料細(xì)度細(xì)，顆粒均勻，粗粒少，生料的比表面積增加

7、，使傳熱和傳質(zhì)速度加快，有利于分解反應(yīng)。（3）反應(yīng)條件 提高反應(yīng)溫度，分解反應(yīng)的速度加快，同時促使CO2擴(kuò)散速度加快；加強(qiáng)通風(fēng)，及時地排出反應(yīng)生成的CO2氣體，也可加速分解反應(yīng)。第11頁，共62頁。（4）生料懸浮分散程度 在新型干法生產(chǎn)時，生料粉在預(yù)熱器和分解爐內(nèi)的懸浮分散性好，則可增加傳熱面積，減少傳質(zhì)阻力，提高分解速度。（5）黏土質(zhì)組分的性質(zhì) 如粘土質(zhì)原料的主導(dǎo)礦物是活性大的高嶺土，由于其容易和分解產(chǎn)物CaO直接進(jìn)行固相反應(yīng)生成低鈣礦物，可加速CaCO3的分解反應(yīng)。反之，如果粘土的主導(dǎo)礦物是活性差的蒙脫石和伊利石，則要影響CaCO3分解的速度，由結(jié)晶SiO2組成的石英砂的反應(yīng)活性最低。第1

8、2頁，共62頁。5.3 固相反應(yīng)一、反應(yīng)過程 在熟料形成過程中，從碳酸鈣開始分解起，物料中便出現(xiàn)了性質(zhì)活潑的游離氧化鈣，它與生料中的SiO2、Fe2O3和Al2O3等通過質(zhì)點(diǎn)的相互擴(kuò)散而進(jìn)行固相反應(yīng)，形成熟料礦物。第13頁，共62頁。固相反應(yīng)的過程比較復(fù)雜，其過程大致如下：800：CaOA12O3（CA）、CaOFe2O3（CF）與2CaOSiO2（C2S）開始形成。800900：開始形成12CaO7A12O3（C12A7）、2CaOFe2O3（C2F）。9001100：2CaOA12O3SiO2（C2AS）形成后又分解。開始形成C3A和C4AF。所有碳酸鈣均分解，游離氧化鈣達(dá)最大值。1100

9、1200：大量形成C3A和C4AF，C2S含量達(dá)最大值。第14頁，共62頁。熟料礦物C3A和C4AF及C2S的形成是一個復(fù)雜的多級反應(yīng)，反應(yīng)過程是交叉進(jìn)行的。熟料礦物的固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)用普通原料時，固相反應(yīng)的放熱量約為420500kJ/kg。由于固體原子、分子或離子之間具有很大的作用力，因而，固相反應(yīng)的反應(yīng)活性較低，反應(yīng)速度較慢。通常，固相反應(yīng)總是發(fā)生在兩組分界面上，為非均相反應(yīng)。對于粒狀物料，反應(yīng)首先是通過顆粒間的接觸點(diǎn)或面進(jìn)行，隨后是反應(yīng)物通過產(chǎn)物層進(jìn)行擴(kuò)散遷移，因此，固相反應(yīng)一般包括界面上的反應(yīng)和物質(zhì)遷移兩個過程。第15頁，共62頁。熟料煅燒第16頁，共62頁。二、影響固相反應(yīng)的主

10、要因素1. 生料的細(xì)度和均勻性 生料愈細(xì)，則其顆粒尺寸愈小，比表面積愈大，各組分之間的接觸面積愈大，同時表面的質(zhì)點(diǎn)自由能亦大，使反應(yīng)和擴(kuò)散能力增強(qiáng)，因此反應(yīng)速度愈快。但是，當(dāng)生料磨細(xì)到一定程度后，如繼續(xù)再細(xì)磨，則對固相反應(yīng)的速度增加不明顯，而磨機(jī)產(chǎn)量卻會大大降低，粉磨電耗劇增。因此，必須綜合平衡，優(yōu)化控制生料細(xì)度。生料的均勻性好，即生料內(nèi)各組分混合均勻，可以增加各組分之間的接觸，所以能加速固相反應(yīng)。第17頁，共62頁。 2.溫度和時間 當(dāng)溫度較低時，固體的化學(xué)活性低，質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和遷移速度很慢，因此固相反應(yīng)通常需要在較高的溫度下進(jìn)行。提高反應(yīng)溫度，可加速固相反應(yīng)。由于固相反應(yīng)時離子的擴(kuò)散和遷移需

11、要時間，所以，必須保證一定的時間才能使固相反應(yīng)進(jìn)行完全。 3.原料性質(zhì) 當(dāng)原料中含有結(jié)晶SiO2(如燧石、石英砂等)和結(jié)晶方解石時，由于破壞其晶格比較困難，所以使固相反應(yīng)的速度明顯降低，特別是原料中含有粗粒石英砂時，其影響更大。第18頁，共62頁。 4.礦化劑(mineralizer) 能加速結(jié)晶化合物的形成，使水泥生料易燒的少量外加物稱為礦化劑。礦化劑可以通過與反應(yīng)物形成固溶體而使晶格活化，從而增加反應(yīng)能力；或是與反應(yīng)物形成低共熔物，使物料在較低溫度下出現(xiàn)液相，加速擴(kuò)散和對固相的溶解作用；或是可促使反應(yīng)物斷鍵而提高其反應(yīng)速度。因此，加入礦化劑可以加速固相反應(yīng)。第19頁，共62頁。5.4 熟料

12、的燒結(jié) 當(dāng)物料溫度升高到12501280時，即達(dá)到其最低共熔溫度后，開始出現(xiàn)以氧化鋁、氧化鐵和氧化鈣為主體的液相，液相的組分中還有氧化鎂和堿等。在高溫液相的作用下，物料逐漸燒結(jié)，并逐漸由疏松狀轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的熟料，此過程伴隨有體積收縮。同時，硅酸二鈣和游離氧化鈣都逐步溶解于液相，以Ca2+離子擴(kuò)散與硅酸根離子反應(yīng)，即硅酸二鈣吸收氧化鈣而形成硅酸鹽水泥熟料的主要礦物硅酸三鈣。第20頁，共62頁。其反應(yīng)式如下： C2SCaO C3S 隨著溫度升高和時間的延長，液相量增加，液相粘度減小，氧化鈣、硅酸二鈣不斷溶解和擴(kuò)散，硅酸三鈣不斷形成，并使小晶體逐漸發(fā)育長大，最終形成幾十微米大小的發(fā)育良好

13、的阿利特晶體，完成熟料的燒結(jié)過程。 第21頁，共62頁。硅酸鹽水泥熟料第22頁，共62頁。一、最低共熔溫度 物料在加熱過程中，兩種或兩種以上組分開始出現(xiàn)液相的溫度稱為最低共熔溫度。表4.1列出一些系統(tǒng)的最低共熔溫度(minimum eutectic temperature)?？芍?組分性質(zhì)與數(shù)目都影響系統(tǒng)的最低共溶溫度。硅酸鹽水泥熟料由于含有氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、硫矸、氧化鈦、氧化磷等次要氧化物，因此其最低共熔溫度約為12501280。礦化劑和其他微量元素對降低共熔溫度有一定作用。第23頁，共62頁。表4.1 一些系統(tǒng)的最低共熔溫度第24頁，共62頁。二、液相量 熟料煅燒過程中液相量(liq

14、uid content)增加，能溶解的氧化鈣和硅酸二鈣亦多，形成C3S就快。但是液相量過多，則煅燒時容易結(jié)大塊，造成回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，立窯煉邊、結(jié)爐瘤等，影響正常生產(chǎn)。第25頁，共62頁。 液相量不僅與組分的性質(zhì)，而且與組分的含量、熟料燒結(jié)溫度等有關(guān)。在燒成溫度下的液相量P，可按下式計算： 1400 P2.95A2.2F 1450 P3.0A2.25F 1500 P3.3A2.6F A、F為熟料中的Al2O3和Fe2O3含量。第26頁，共62頁。 由于熟料中還含有氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉等其他成分，可以認(rèn)為這些成分全部變成液相，因而計算時還需要加氧化鎂含量M與堿含量R，如： 1400 P2.95A2.

15、2FMR 一般熟料在燒成階段的液相量約為20%30%，而白水泥熟料由于Fe2O3含量低，燒成時液相量可能只有15%左右。第27頁，共62頁。三、液相粘度 液相粘度(liquid viscosity)直接影響硅酸三鈣的形成速度和晶體的尺寸。粘度小，則粘滯阻力小，液相中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散速度增加，有利于硅酸三鈣的形成和晶體的發(fā)育成長；反之則使硅酸三鈣形成困難。熟料液相粘度隨溫度和組成（包括少量氧化物）而變化。溫度高，粘度降低；熟料鋁率增加，液相粘度增大。第28頁，共62頁。四、液相的表面張力 液相表面張力(surface tension)愈小，愈容易潤濕熟料顆料或固相物質(zhì)，有利于固相反應(yīng)與固液相反應(yīng)，促進(jìn)

16、熟料礦物特別是硅酸三鈣的形成。試驗(yàn)表明，隨著溫度的升高，液相的表面張力降低；熟料中有鎂、堿、硫等物質(zhì)時，也會降低液相的表面張力，從而促進(jìn)熟料的燒結(jié)。但液相表面張力降低，會使熟料結(jié)粒的直徑變小，如果液相表面張力過小，由于熟料粒徑過小，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)會產(chǎn)生飛砂料。第29頁，共62頁。五、氧化鈣溶解于熟料液相的速率 氧化鈣在熟料液相中的溶解量，或者說氧化鈣溶解于熟料液相的速率，對氧化鈣與硅酸二鈣生成硅酸三鈣的反應(yīng)有十分重要的影響。這個速率與CaO顆粒大小和煅燒溫度有關(guān)。原料中石灰石顆粒小，熟料煅燒溫度高，則溶解速度快。第30頁，共62頁。六、反應(yīng)物存在的狀態(tài) 研究發(fā)現(xiàn)，在熟料燒結(jié)時，氧化鈣與貝利特晶體尺寸

17、小，處于晶體缺陷多的新生態(tài)，其活性大，活化能小，易熔于液相中，因而反應(yīng)能力很強(qiáng)，有利于硅酸三鈣的形成。試驗(yàn)還表明，極快速升溫（600/min以上），可使粘土礦物的脫水、碳酸鹽的分解、固相反應(yīng)、固液相反應(yīng)幾乎重合，使反應(yīng)產(chǎn)物處于新生的高活性狀態(tài)，在極短的時間內(nèi)，可同時生成液相、貝利特和阿利特。熟料的形成過程基本上始終處于固液相反應(yīng)的過程中，大大加快了質(zhì)點(diǎn)或離子的擴(kuò)散速度，降低離子擴(kuò)散活化能，加快反應(yīng)速度，促使阿利特快速形成。第31頁，共62頁。5.5 熟料的冷卻 一般所說的冷卻過程是指液相凝固以后（1300）。但是嚴(yán)格地講，當(dāng)熟料過了最高溫度1450后，就算進(jìn)入了冷卻階段。熟料的冷卻并不單純是溫

18、度的降低，而是伴隨著一系列的物理化學(xué)變化，同時進(jìn)行液相的凝固和相變兩個過程。第32頁，共62頁。熟料冷卻有以下作用：（一）提高熟料的質(zhì)量 熟料冷卻時，形成的礦物要進(jìn)行相變，如慢冷時-C2S轉(zhuǎn)化為-C2S，同時體積膨脹約10%，使熟料“粉化”。因-C2S幾乎無水硬性，會使熟料質(zhì)量下降。如采用快速冷卻并固溶一些離子，可以避免型C2S向型C2S轉(zhuǎn)化，從而獲得較高的水硬性。 硅酸三鈣在1250以下不穩(wěn)定，會緩慢分解為硅酸二鈣與二次游離氧化鈣，使水硬性降低。所以提高冷卻速度可防止硅酸三鈣的分解。第33頁，共62頁。 水泥的安定性受方鎂石晶體大小的影響較大，晶體愈大影響愈嚴(yán)重。如快速冷卻，可使MgO來不及

19、結(jié)晶而存在于玻璃體中，或使結(jié)晶細(xì)小而分散，減少其危害性。 熟料快冷能增強(qiáng)水泥的抗硫酸鹽性。因?yàn)槭炝峡炖鋾r，C3A主要呈玻璃體，因而其抗硫酸鹽溶液腐蝕的能力較強(qiáng)。第34頁，共62頁。（二）改善熟料的易磨性 急冷熟料的玻璃體含量較高，同時造成熟料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，而且熟料礦物晶體較小，所以快冷可顯著地改善熟料的易磨性。（三）回收余熱 熟料從1300冷卻，進(jìn)入冷卻機(jī)時尚處于1100以上的高溫。如把它冷卻到室溫，則尚有約837kJ/kg熟料熱量可用二次空氣來回收，有利于窯內(nèi)燃料的燃燒，提高窯的熱效率。 第35頁，共62頁。（四）有利于熟料的輸送、儲存和粉磨 為確保輸送設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，要使熟料溫度低于100。

20、儲存熟料的鋼筋混凝土圓庫如溫度較高，容易出現(xiàn)裂紋；為防止水泥粉磨時，磨內(nèi)溫度過高而造成水泥的“假凝”現(xiàn)象，以及磨內(nèi)溫度過高，產(chǎn)生包球，降低磨機(jī)產(chǎn)量，必須將熟料冷卻到較低的溫度。第36頁，共62頁。5.6 其他組分的作用一、氟化鈣 螢石（CaF2）是使用最廣泛、效果最好的一種礦化劑。在熟料煅燒過程中，氟離子可破壞各原料組分的晶格，提高生料的活性，促進(jìn)碳酸鹽的分解過程，加速固相反應(yīng)。 當(dāng)原料中有長石等含堿礦物（如鉀長石）時，加入螢石能降低它們的分解溫度，加速它們的分解和揮發(fā)。CaF2在10001200時還能促使C3A分解成C12A7和CaO，使析出的CaO與C2S結(jié)合成C3S，增加A礦的含量，這在

21、煅燒Al203含量高的生料時（如生產(chǎn)白水泥），影響較明顯。第37頁，共62頁。 氟化鈣可顯著降低液相出現(xiàn)的溫度和熟料燒成溫度。加入0.6%1.2% CaF2，可降低燒成溫度50100，擴(kuò)大了燒成溫度范圍，相當(dāng)于延長了燒成帶的長度，增加物料的反應(yīng)時間。此外，氟化鈣還可降低液相粘度，有利于液相中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散，加速硅酸三鈣的形成。 近來的研究表明，加入氟化鈣，能使硅酸三鈣在低于1200的溫度下形成，硅酸鹽水泥熟料可在1350左右燒成。其熟料組成中含有C3S、C2S、C11A7CaF2、C4AF等礦物，有時也可生成C3A礦物，熟料質(zhì)量良好，安定性合格。也可以使熟料在1400以上溫度燒成，獲得普通礦物組成

22、的水泥熟料。 摻氟化鈣礦化劑時，熟料應(yīng)急冷，有利于增加C3S的含量。第38頁，共62頁。二、硫化物 粘土原料或頁巖中含有少量硫，燃料中帶入的硫通常較原料中多。在氧化氣氛中，含硫化合物最終都被氧化成為SO3，并分布在熟料、廢氣及飛灰中。硫?qū)κ炝闲纬捎袕?qiáng)化作用：SO3能降低液相粘度，增加液相數(shù)量，有利于C3S形成?？梢孕纬?C2SCaSO4及無水硫鋁酸鈣4CaO3Al2O3SO3（簡寫為C4A3 ）。2C2SCaSO4為中間過渡化合物，它于1050左右開始形成，于1300左右分解為-C2S和CaSO4。第39頁，共62頁。 C4A3 大約在950左右形成，在1350仍然保持穩(wěn)定，在接近1400時，

23、C4A3 開始分解為鋁酸鈣、氧化鈣和三氧化硫。于1400以上時大量分解。C4A3 是一種早強(qiáng)礦物，因而，在水泥熟料中含有適當(dāng)數(shù)量的無水硫鋁酸鈣是有利的。 加入SO3能降低液相出現(xiàn)溫度，并能使液相粘度和表面張力降低。因此，SO3能明顯地促進(jìn)阿利特晶體的生長過程，有利于長成大顆粒晶體。但含硫酸鹽的阿利特晶體的水硬性較弱，因此，單獨(dú)使用硫化物作礦化劑時必須注意這一點(diǎn)。第40頁，共62頁。三、螢石、石膏復(fù)合礦化劑 兩種或兩種以上的礦化劑一起使用時，稱為復(fù)合礦化劑，最常用的是氟化鈣（螢石）和石膏復(fù)合礦化劑。 摻加螢石、石膏復(fù)合礦化劑，熟料的形成過程比較復(fù)雜，影響因素較多。如：與熟料組成（KH高低，IM大

24、小等）、CaF2/SO3比值、燒成溫度高低等均有關(guān)系。不同條件生成的熟料礦物并不完全相同。加入氟硫復(fù)合礦化劑時，大約在900950形成3C2S3CaSO4CaF2，當(dāng)該四元過渡相在1150左右消失的同時，物料內(nèi)出現(xiàn)較大的液相量。氟硫復(fù)合礦化劑的加入能顯著降低熟料燒成時液相出現(xiàn)的溫度、降低液相的粘度，從而使阿利特的形成溫度降低了150200，促進(jìn)了阿利特的形成。第41頁，共62頁。 試驗(yàn)表明，摻氟硫復(fù)合礦化劑后，硅酸鹽水泥熟料可以在13001350的較低溫度下燒成，阿利特含量高，熟料中游離氧化鈣含量低，還可形成C4A3和C11A7CaF2，或者兩者之一的早強(qiáng)礦物，因而熟料早期強(qiáng)度高。如果煅燒溫度

25、超過1400，雖然早強(qiáng)礦物C4A3和C11A7CaF2分解，但形成的阿利特數(shù)量多，而且晶體發(fā)育良好，也同樣可獲得高質(zhì)量的水泥熟料，其最終強(qiáng)度還高于低溫?zé)傻氖炝稀?摻氟硫復(fù)合礦化劑的硅酸鹽水泥熟料，多采用高飽和系數(shù)、低硅率和高鋁率配料方案。其石膏摻量，以熟料中含SO31.5%2.5%為宜；螢石的摻量，以熟料中CaF2含量0.6%1.2%為宜，氟硫比（CaF2/SO3）以0.350.6為宜。第42頁，共62頁。 值得注意的是，摻氟硫復(fù)合礦化劑的熟料，有時會出現(xiàn)閃凝，有時會出現(xiàn)慢凝的不正常凝結(jié)現(xiàn)象。般飽和系數(shù)偏低、煅燒溫度偏低、窯內(nèi)出現(xiàn)還原氣氛、鋁率偏高時，易出現(xiàn)閃凝現(xiàn)象。當(dāng)煅燒溫度過高、鋁率偏低

26、、飽和比偏高、Mg0和CaF2含量偏高時，會出現(xiàn)慢凝現(xiàn)象。另外，還要注意氟硫復(fù)合礦化劑對窯襯的腐蝕和對大氣的污染。 第43頁，共62頁。四、堿 水泥熟料中的堿主要是指鉀和鈉這兩種元素（以R表示），它們主要來源于原料。粘土和石灰石中的長石、云母等雜質(zhì)都是含堿的鋁酸鹽。在使用煤作燃料時，也有少量堿。物料在煅燒過程中，苛性堿、氯堿首先揮發(fā)，堿的碳酸鹽和硫酸鹽次之，而存在于長石、云母、伊利石中的堿要在較高的溫度下才能揮發(fā)。揮發(fā)的堿只有少量排入大氣，其余部分隨窯內(nèi)煙氣向窯低溫區(qū)域運(yùn)動時，會凝結(jié)在溫度較低的生料上。對預(yù)熱器窯，通常在最低二級預(yù)熱器內(nèi)就冷凝，然后又和生料一起進(jìn)入窯內(nèi)，溫度升高時又揮發(fā)，這樣就

27、產(chǎn)生了堿循環(huán)。當(dāng)堿循環(huán)富集到一定程度時，就會引起氯化堿(RCl)和硫酸堿(R2SO4)等化合物粘附在最低二級預(yù)熱器錐體部分或卸料溜子上，形成結(jié)皮，嚴(yán)重時會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。因此，原料含堿量高時，對帶旋風(fēng)預(yù)熱器的窯應(yīng)采取旁路放風(fēng)排堿。第44頁，共62頁。 微量的堿能降低最低共熔溫度，降低熟料燒成溫度，增加液相量，起助熔作用，對熟料性能并不造成多少危害。但堿含量高時，會出現(xiàn)煅燒困難，同時，堿和熟料礦物反應(yīng)生成含堿礦物和固溶體KC23S12和NC8A3，將使C3S難以形成，并增加游離氧化鈣含量，因而影響熟料強(qiáng)度。 熟料中硫的存在，由于生成堿的硫化物，可以緩和堿的不利影響。水泥中含堿量高，由

28、于堿易生成鉀石膏（K2SO4CaSO4H2O），使水泥庫結(jié)塊和造成水泥快凝。堿還能使混凝土表面起霜（白斑）。當(dāng)制造水工混凝土?xí)r，水泥中的堿能和活性集料發(fā)生“堿-集料反應(yīng)”，產(chǎn)生局部膨脹，引起構(gòu)筑物變形開裂。 通常，熟料堿含量以Na2O計應(yīng)小于1.3%；生產(chǎn)低熱水泥用于水工建筑時，應(yīng)小于0.6%；對旋風(fēng)預(yù)熱器窯和預(yù)分解窯，生料中堿含量(K2ONa2O)應(yīng)小于1%。第45頁，共62頁。五、氧化鎂 石灰石中常含有一定數(shù)量的碳酸鎂，分解出的氧化鎂參與熟料的煅燒過程。一部分與熟料礦物結(jié)合成固溶體，一部分溶于玻璃相中。少量氧化鎂能降低熟料的燒成溫度，增加液相數(shù)量，降低液相粘度，可起助熔作用，有利于C3S的

29、形成。但在預(yù)分解窯中，由于燒成溫度很高，MgO的作用就變成有害了，因?yàn)樗c預(yù)分解窯要求液相量低且粘度高的情況相反，所以MgO會使預(yù)分解窯熟料質(zhì)量和產(chǎn)量降低。第46頁，共62頁。氧化鎂還能改善水泥色澤。少量氧化鎂與C4AF形成固溶體，能使C4AF從棕色變?yōu)殚蠙炀G色，從而使水泥的顏色變?yōu)槟G色。在硅酸鹽水泥熟料中，氧化鎂的溶解量可達(dá)2%，多余的氧化鎂以方鎂石存在，呈游離狀態(tài)，因此，氧化鎂含量過大時，會影響水泥的安定性。第47頁，共62頁。六、氧化磷 熟料中氧化磷的含量一般極少。當(dāng)原料中含有磷(P2O5)，例如采用磷石灰或用含磷化合物作礦化劑時，可帶入少量磷。當(dāng)熟料中氧化磷(P2O5)含量在0.1%

30、0.3%時，可以提高熟料強(qiáng)度。但含P2O5高的熟料會導(dǎo)致C3S分解，因而每增加1%的P2O5 ，將會減少9.9%的C3S，增加10.9%的C2S。當(dāng)P2O5含量達(dá)7%左右時，熟料中C3S含量將會減少到零。因此，當(dāng)用含磷原料時，應(yīng)注意適當(dāng)減少原料中氧化鈣含量，以免游離氧化鈣過高。由于這種熟料C3S/C2S的比值較低，因而強(qiáng)度發(fā)展較慢。當(dāng)磷灰石含有氟時，可以減少C3S的分解，同時使液相生成溫度降低，所以，當(dāng)原料中含磷時，可加入螢石以抵消部分P2O5的不良影響。第48頁，共62頁。七、氧化鈦 粘土原料中含有少量的氧化鈦(TiO2)，一般熟料中氧化鈦含量不超過0.3%。當(dāng)熟料中含有少量的氧化鈦(0.5

31、%1.0%)，由于它能與各種水泥熟料礦物形成固溶體，特別是對-C2S起穩(wěn)定作用，可提高熟料的質(zhì)量。但含量過多，則因與氧化鈣反應(yīng)生成不具水硬性的鈣鈦礦(CaO TiO2)等，消耗了氧化鈣，減少了熟料中的阿利特含量，從而影響水泥強(qiáng)度。因此，氧化鈦在熟料中的含量應(yīng)小于1%。第49頁，共62頁。復(fù)習(xí)題1.生料要經(jīng)過哪些物理、化學(xué)變化后才能形成熟料？2.急冷熟料有什么好處?3. 何謂“粉化料”，生產(chǎn)上如何避免粉化料？4.采用CaF2作礦化劑時，應(yīng)注意哪些問題？5.堿含量的高低對熟料有什么影響？第50頁，共62頁。5.7 熟料熱耗（一）熟料的理論熱耗 水泥原料在加熱過程中所發(fā)生的一系列物理化學(xué)變化，有吸熱

32、反應(yīng)和放熱反應(yīng)。各反應(yīng)發(fā)生的溫度和熱變化情況見表4.2。第51頁，共62頁。表4.2 水泥熟料的形成溫度和熱變化第52頁，共62頁。熟料在煅燒過程中， 1000以下的變化 吸熱反應(yīng)， 1000以上 放熱反應(yīng)。 因此，在整個熟料煅燒過程中，大量熱量消耗在生料的預(yù)熱和分解上，特別是碳酸鈣的分解上?？梢姡谛纬墒炝系V物時，只需保持一定的溫度（1450）和時間，就可使其化學(xué)反應(yīng)完全。所以，保證生料的預(yù)熱，特別是碳酸鈣的完全分解對熟料形成具有重大意義。 根據(jù)生成1kg熟料的理論生料消耗量及生料在加熱過程中的化學(xué)反應(yīng)熱和物理熱，就可計算出1kg熟料的理論熱耗。假定生成1kg熟料所需的生料量為1.55kg，第53頁，共62頁?；鶞?zhǔn)：1kg熟料，20。則熟料理論熱耗計算如下：第54頁，共62頁。理論熱耗量 = 支出熱耗 收入熱耗 = 43072551= 1756（kJ/kg-熟料）第55頁，共62頁。 不同成分的熟料，煅燒時的理論熱耗有所不同