第一節(jié)_水泥熟料的形成過程.ppt

1、第四章水泥熟料燒成過程和設(shè)備、水泥熟料燒成是復(fù)雜的氣固、液固和固相間的高溫反應(yīng)過程。 有一種天然礦物的分解和許多氧化物之間的合成。 最終形成的礦物，即熟料，其品種、數(shù)量和特征都應(yīng)保證符合規(guī)范要求，成品符合既定的性能指標(biāo)。 燒成過程的總理論消耗熱量雖然不多，但由于要求的反應(yīng)溫度高，因此每單位產(chǎn)品的實(shí)際燃油消耗量多。 水泥生產(chǎn)工業(yè)化以來(lái)，燒熟料的主要設(shè)備是立窯和回轉(zhuǎn)窯。 然而，自本世紀(jì)后半期以來(lái)，回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，在生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)指標(biāo)和產(chǎn)品質(zhì)量及相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)水平上也有了重大的進(jìn)展和突破。 第一節(jié)水泥熟料的形成過程、硅酸鹽水泥的制造過程、硅酸鹽水泥的制造過程、原料的制造、熟料燒成、

2、水泥粉研、制造方法、(因原料的制造方法而異)、干式法：將原料干燥為云同步，進(jìn)行粉研或先干燥，將粉制成原料粉，然后供給到干式法窯內(nèi)進(jìn)行燒成新型干式法、半干式法、傳統(tǒng)濕式干式燒成、硅酸鹽水泥的制造工藝流程、工藝流程：拉力賽粉研熟料燒熟料粉研、礦山破碎預(yù)均勻化、硅酸鹽水泥熟料的組成、水泥的質(zhì)量主要取決于熟料的質(zhì)量，因此化學(xué)組成：主要由氧化鈣元素(CaO )、二氧化硅(SiO2)、三氧化鋁(A12O3)和三氧化二鐵元素(Fe2O3種氧化物組成，通常占熟料的95以上，同時(shí)含有5以下的少量氧化物，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，4種主要氧化物的變動(dòng)范圍一般為Cao 3333 Al2O3:4-7； Fe2O3:2.5-6.0。

3、硅酸鹽水泥庫(kù)鏈接器的化學(xué)組成、硅酸鹽水泥庫(kù)鏈接器中，氧化鈣元素、氧化硅、氧化鋁和氧化鐵元素不是作為單獨(dú)的氧化物存在，而是高溫燃燒后，由2種以上的氧化物反應(yīng)生成的多種礦物集合體結(jié)晶細(xì)小，通常，在硅酸鹽水泥庫(kù)鏈接器中主要形成4種礦物硅酸二鈣元素2CaOSiO2可簡(jiǎn)稱為C2S、20-33%鋁酸三鈣元素3 Cao al2o3: c3a 33604-15 %鐵元素相固態(tài)溶液通常被取代為鐵元素鋁酸四鈣元素4CaO Al2O3 Fe2O3，可簡(jiǎn)稱為c4af:13 游離氧化鈣元素(f-CaO )、克莉絲云母(結(jié)晶過氧化鎂f-MgO )、合堿礦物和玻璃體等也少量存在。 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成、石灰石飽和系數(shù)的

4、意義和修正公式，以KH表示熟料中的氧化硅在氧化鈣元素中飽和形成硅酸三鈣元素的程度： KH=Cao-(1.65al2o 3.35fe2o 3.7 so3)/2.8 SiO 2，反映熟料在燒成過程中生成的C3S含量的多寡硅酸率的意義和修正公式，也稱為硅率，表示熟料中的氧化硅和氧化鋁、氧化鐵元素之和的質(zhì)量比，由SM或n表示，熟料中的硅酸鹽礦物和無(wú)損音頻壓縮編碼礦物的比例SiO2 n=Al2O3 Fe2O3硅酸率高，燒成困難，熟料的固化速率慢硅酸率的低液相量過多時(shí)，燒成時(shí)容易發(fā)生大塊、輪等現(xiàn)象，時(shí)鐘的強(qiáng)度降低，鋁氧率的意義和修正公式也稱為鐵元素率或鋁率。表示熟料中氧化鋁和氧化鐵元素的含量的質(zhì)量比的以I

5、M或p表示的： Al2O3 p=Fe2O3，與熟料的水合速度的速度和熟料燒成的容易度雙方有關(guān)，如果無(wú)損音頻壓縮編碼礦物的含量一定，則鋁氧率高的熟料液相黏性系數(shù)增加熟料燒成困難，相反熟料容易成形，但燒結(jié)范圍狹小，容易成大塊，硅酸鹽水泥熟料的燒成，本章主要介紹新型干式水泥制造過程中的熟料燒成技術(shù)及燒成過程中的物理化學(xué)變化，旋風(fēng)筒換熱管路旋轉(zhuǎn)爐蒸發(fā)制冷機(jī)一、水泥熟料的形成過程、熟料的燒成過程直接決定水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量、燃料和襯材的消耗和窯的安全運(yùn)行。 水泥窯具有反應(yīng)爐、熔煉爐、燃燒爐和傳熱設(shè)備、材料和瓦斯氣體的輸送設(shè)備等多種功能。 石灰石、粘土質(zhì)和少量的鐵元素質(zhì)原料，按一定比例(約75:20:5 )配

6、合，經(jīng)過均一化、粉研、調(diào)和，制成原料。 根據(jù)制造方法，原料可以是拉力賽(含有水分約3240 )、原料球(球水分約1214 )、原料粉(含有水分1 )。 供應(yīng)到水泥窯系統(tǒng)內(nèi)，相應(yīng)地進(jìn)行干燥、預(yù)熱、預(yù)燒制(包括預(yù)分解)，最后燒制成熟材料的全過程統(tǒng)稱為燒制過程。 拉力賽燒成過程中的物理化學(xué)變化，雖然燒成過程根據(jù)窯型的不同而不同，但物理化學(xué)變化過程基本相似.其過程開始分解為干燥和脫水、碳酸鹽分解、固相反應(yīng)、液相和鏈接器的燒結(jié)、庫(kù)鏈接器的蒸發(fā)制冷、和的SiO2、Al2O3等單獨(dú)氧化物。900左右碳酸鹽分解釋放CO2和新生態(tài)CaO；9001200、粘土的不定形脫水生成物結(jié)晶化，在各種氧化物間進(jìn)行固相反應(yīng)，

7、12501280、產(chǎn)生的礦物部分熔融后出現(xiàn)液相，12801450、液相量變多，C2S以液相吸收CaO形式變成C3S。 到熟料礦物全部形成為止，14501300，熟料礦物蒸發(fā)制冷。 原料的干燥和脫水，干燥，自由水的蒸發(fā)。 這個(gè)過程根據(jù)燒成方式而不同。 干式窯原料含水量一般為1.0以下的半干式法立柱式窯和立柱式窯為了使原料的造球容易，通常為12-15%的水，半濕式法立柱式窯過濾水分后的封搖滾樂通常為18-22%； 濕法通常為30-40%，以保證拉力賽的泵性。 自由水蒸氣發(fā)熱消耗：100點(diǎn)，2257kJ/kgH2O(539kCal/kg )，脫水是指黏土礦物分解放出化學(xué)結(jié)合水。 層間水在100左右可

8、以排除，但配位水不高于400600就不能脫離。 (2)蒙脫土脫水a(chǎn)l2o3.4SiO2. MH2OA l2o3.4SiO2m h2o (晶體結(jié)構(gòu)活性低)、(3)伊利石脫水生成物也是晶體結(jié)構(gòu)，隨著體積膨脹，(1)高嶺石脫水、黏土礦物的化合水存在形式：配位水：以O(shè)H狀態(tài)存在于晶體結(jié)構(gòu)中。 二、碳酸鹽的裂解反應(yīng)反應(yīng)歷程、碳酸鹽的分解主要是碳酸鈣元素和碳酸鎂的分解，其化學(xué)方程式為： 1、碳酸鹽的裂解反應(yīng)、碳酸鹽(主要是碳酸鈣元素、少量碳酸鎂)的裂解反應(yīng)為典型的縮染色體組型強(qiáng)吸熱的氣固反應(yīng)。分為5個(gè)階段進(jìn)行分解過程： (1)氣流向粒子表面的傳熱過程(2)熱從表面通過熱傳導(dǎo)傳遞到分解面的過程(3)碳酸鹽在

9、一定溫度下吸收熱、分解而釋放CO2的化學(xué)過程(4)分解的CO2通過CaO層擴(kuò)散到表面的傳遞過程(5)向表面的CO2的周圍介質(zhì)石灰石顆粒的分解反應(yīng)歷程、3、碳酸鈣元素裂解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系、碳酸鈣元素裂解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)方式，基于A Mlle大量試驗(yàn)結(jié)果，考慮溫度、粒度大小及環(huán)境條件，有如下實(shí)用關(guān)系，a反應(yīng)的頻率因子、3.05106Pam/s； e反應(yīng)激活能，171.850 j /摩爾； r瓦斯氣體常數(shù)，8.314 j /摩爾； t反應(yīng)溫度、粒徑、m； 碳酸鈣元素分解時(shí)，CO2平衡壓力，其值為溫度函數(shù)，Pa； 包括環(huán)境介質(zhì)中的CO2分壓、分解產(chǎn)生的CO2和瓦斯氣體中的CO2之和、Pa。 4、影響碳

10、酸鈣元素分解的因素探討：上式明確表達(dá)了影響碳酸鈣元素分解的各種因素及其相互關(guān)系。 據(jù)概算，反應(yīng)溫度每上升10，反應(yīng)時(shí)間可縮短50%；環(huán)境中CO2分壓每下降2%，反應(yīng)時(shí)間可縮短10%。 粒子的粗細(xì)越細(xì)，分解越快。 省略了其他要素。 影響碳酸鹽分解速度的因素是隨著溫度的上升，分解速率常數(shù)和壓力倒數(shù)差相應(yīng)地增大，分解速度和時(shí)間縮短(單粒子碳酸鹽分解動(dòng)力學(xué)方程式)、式中： t分解時(shí)間k分解常數(shù)PCO2的分壓分解率d拉力賽的等效粒徑； 窯系統(tǒng)的CO2分壓通風(fēng)良好，CO2分壓低，有利于碳酸鹽分解的原料精細(xì)度和粒子傾斜原料精細(xì)度細(xì)，粒子均勻，粗粒少，分解速度快的原料懸浮程度的原料懸浮分散良好，相對(duì)地減小粒子

11、尺寸，增大傳熱面積， 提高碳酸鹽分解速度石灰石的種類和物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)致密、結(jié)晶粗的石灰石，分解速度慢的原料中的粘土質(zhì)成分和性質(zhì)粘土質(zhì)中的礦物成分的活性按高嶺土、蒙脫土、富勒烯、灰水晶的順序降低，粘土質(zhì)原料的活性越大，碳酸鹽的分解過程越加速在形成900 1000 : 2CaO Al2O3SiO2(C2AS )之后進(jìn)行分解。 開始形成了3CaOAl2O3(C3A )和4CaO Al2O3Fe2O3(C4AF )。 所有碳酸鹽分解，游離氧化鈣元素達(dá)到最高值。 1100 1200:大量形成C3A和C4AF，C2S含量達(dá)到了最大值。 三、影響熟料礦物的形成、固相反應(yīng)的因素、原料的纖度原料越細(xì)，比表面積越大

12、，成分接觸面越大，表面質(zhì)點(diǎn)在云同步中的自由能越大，擴(kuò)散和反應(yīng)能力越強(qiáng)，因此反應(yīng)速度加快的原料的均勻化程度原料的均勻混合，可以增加各成分間的接觸， 對(duì)于加速反應(yīng)也有利的壓力是在固相反應(yīng)中，如果增大壓力則物質(zhì)的傳遞過程加速，熟料燒結(jié)過程是多相共存，多反應(yīng)向云同步進(jìn)行的過程即礦化劑礦化劑通過與反應(yīng)物形成固態(tài)溶液，使晶格活性化，形成能夠增強(qiáng)反應(yīng)能力的低共熔物， 使材料在較低溫度下形成液相，加速擴(kuò)散和固相的溶解作用，液相的形成和熟料的燒結(jié)，液相的組成：氧化鐵元素、氧化鋁、氧化鈣元素、過氧化鎂和堿等成分。 最低初熔溫度：材料加熱中2種以上成分開始產(chǎn)生液相的溫度稱為最低初熔溫度。 其大小取決于成分的性質(zhì)和數(shù)

13、量。 液相量：液相量與成分的性質(zhì)、含量、溫度等因素有關(guān)(一般為2030% )。對(duì)于CSAF四元體系，不同溫度下的液相量(l )取決于液相的形成、燒結(jié)范圍：水泥原料被加熱到燒結(jié)所需的最低液相量時(shí)的溫度(燒結(jié)開始溫度)、開始形成大塊(超過正常液相量)時(shí)的溫度差、液相的大小取決于液相的成分特性和溫度。 溫度越高，黏性系數(shù)越低，鋁率越高，黏性系數(shù)越大，很多微量元素體可以降低液相黏性系數(shù)。 1400L2.95Al2O32.20Fe2O3 R、1450L3.00Al2O32.25Fe2O3 R、1500 L3.30Al2O32.60Fe2O3 R、不同溫度下液相的修正公式：a) sio2主要分解為SiO的

14、Si-O價(jià)鍵強(qiáng)，在粘性流動(dòng)時(shí)不斷裂液相黏性系數(shù)高的b) Al2O3和Fe2O3為兩性化合物，可解離成MeO45-與Me3絡(luò)離子，兩者的比例因各自的金屬絡(luò)離子半徑與液相酸鹽基度而異。 以MeO45-絡(luò)離子狀態(tài)存在時(shí)，有4個(gè)o2-配位，構(gòu)成比較密的四面體片，Me-O價(jià)鍵強(qiáng)，粘性流動(dòng)時(shí)難以判斷，因此以液相黏性系數(shù)高的Me3絡(luò)離子狀態(tài)存在時(shí)，有6個(gè)O2配位，構(gòu)成松散的八面體，meo價(jià)鍵弱，粘性流動(dòng)時(shí)容易判斷，因此液相黏性系數(shù)低。 液相的堿性弱的情況下，例如有MgO、SO3時(shí)，Me2O3呈現(xiàn)堿性，更多地分解為Me3絡(luò)離子，因此液相的黏性系數(shù)降低，液相的堿性強(qiáng)，例如有Na2O、K2O時(shí)，Me2O3呈現(xiàn)酸性

15、，更多地分解為MeO45-絡(luò)離子. Al3半徑Fe3具有構(gòu)成很多MeO45-絡(luò)離子的傾向，因此提高IM時(shí)黏性系數(shù)上升，液相的表面張力：其大小與成分的性質(zhì)、溫度有關(guān)。 液相影響潤(rùn)濕固相的程度，表面張力越小潤(rùn)濕性越好，有利于C3S的形成。 t表面張力； 熟料中含有鎂、堿、硫等時(shí)，表面張力。 物理化學(xué)變化過程：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的上升，液相量逐漸增加，氧化鈣元素、硅酸二鈣元素不斷溶解、擴(kuò)散，硅酸三鈣元素結(jié)晶核不斷形成，小結(jié)晶逐漸成長(zhǎng)，最終形成數(shù)十微米大小、結(jié)晶良好的阿利特結(jié)晶。 硅酸三鈣元素的形成：影響因素：材料的化學(xué)組成、燒成方法、升溫速度、礦化劑和其他微量元素體等。防止熟料燒結(jié)、熟料的蒸發(fā)制冷

16、、C3S分解的減少c2s向-C2S的轉(zhuǎn)化，防止提高熟料質(zhì)量的方鎂石的結(jié)晶生長(zhǎng)，對(duì)水泥的穩(wěn)定性有利的急冷熟料的晶粒小，活性高的C3A主要呈現(xiàn)玻璃體，耐硫酸鹽性能提高的易磨損目的：回收熟料帶走的熱量，預(yù)熱二次風(fēng)，提高窯的熱效率，改善熟料的質(zhì)量和易切削性，便于熟料的運(yùn)輸、貯藏、粉磨。 過程：液相凝固和過渡相兩個(gè)過程.熟料為何驟冷，四，形成時(shí)鐘的熱化學(xué)，原料加熱過程中產(chǎn)生的物理化學(xué)變化吸熱和放熱反應(yīng)，水泥鏈接器形成各反應(yīng)的熱效應(yīng)經(jīng)訂正，形成時(shí)鐘鏈接器的理論熱： 1630-1800kJ/kg-庫(kù)克鏈接器， 在實(shí)際生產(chǎn)中形成的時(shí)鐘和排瓦斯氣體不能蒸發(fā)制冷到0的生產(chǎn)過程中，沒有材料損失和材料循環(huán)的存在是不可能的，因?yàn)槠錈圃O(shè)備進(jìn)一步向外部散熱，實(shí)際每1kg熟料的消耗熱量必然比熟料形成熱量大得多，干式水泥生產(chǎn)一般在2800-3500kJ/kg的范圍熟料的單位熱消耗越接近熟料形成熱，燒成設(shè)備的熱效率越高。 理論形成熱：指在一定的生產(chǎn)條件下，用一定標(biāo)準(zhǔn)溫度(一般為0