1、第四章 硅酸鹽水泥熟料的煅燒學(xué)習(xí)本章的意義1.煅燒直接決議水泥的產(chǎn)質(zhì)量、燃料耗費(fèi)和窯的平安運(yùn)轉(zhuǎn)，有必要了解和研討；2.煅燒過程因窯型不同有差別，但根本反響是類同的，有必要了解六個根本反響。學(xué)習(xí)的目的和要求1.了解物料在煅燒過程中所閱歷的一系列物理化學(xué)變化；2.了解各種水泥窯的消費(fèi)方法；3.了解影響熟料煅燒過程的主要工藝要素。.第一節(jié) 物料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化一、枯燥生料中自在水的蒸發(fā)。100150 窯型生料狀態(tài)生料所含水分（）立窯、立波爾窯料球1215濕法回轉(zhuǎn)窯料漿3040干法回轉(zhuǎn)窯干粉 1熱耗：100 ，蒸發(fā)1kg水熱耗為2257kJ。含水分35的料漿，消費(fèi)1kg熟料蒸發(fā)水分熱耗221

2、0kJ，占濕法窯熱耗的35。降低生料水分，從而降低熱耗，提高窯產(chǎn)量?；剞D(zhuǎn)窯型的開展朝此方向不斷改良。.二、粘土礦物脫水兩種化合水層間吸附水晶體配位水以H2O分子形狀吸附在晶體構(gòu)造間，100 脫去以O(shè)H-離子形狀存在于晶體構(gòu)造內(nèi)，400600 脫去高嶺石600 脫水無定形偏高嶺石晶體莫來石10001100 晶型轉(zhuǎn)變吸熱放熱蒙脫石、伊利石脫水仍是晶體構(gòu)造活性高活性低.急燒，提高脫水過程的溫度梯度，使高嶺石脫水溫度滯后，脫水后的產(chǎn)物偏高嶺石來不及進(jìn)展晶型轉(zhuǎn)變，就曾經(jīng)進(jìn)入碳酸鈣分解溫度，使無定形偏高嶺石和碳酸鈣分解產(chǎn)物CaO，均處于高活性形狀而進(jìn)展反響，有利于熟料的構(gòu)成。.三、碳酸鹽分解CaCO3 C

3、aO+CO2-1645kJ/kg 890 MgCO3 MgO+CO2-10471214kJ/kg 590 1.碳酸鹽分解反響的特點1可逆反響：受溫度、CO2分壓影響 堅持較高溫度，降低CO2分壓或CO2濃度2強(qiáng)吸熱反響：熱耗占濕法回轉(zhuǎn)窯的1/3，干法回轉(zhuǎn)窯的1/2 堅持較高溫度，供應(yīng)足夠熱量3反響在600左右開場但速度緩慢，900以后快速進(jìn)展。.2.碳酸鈣的分解過程熱氣流顆粒外表分解面CO2顆粒外表周圍介質(zhì)QQ反響分散分散兩個傳熱過程,一個化學(xué)反響,兩個傳質(zhì)過程反響速度受控于最慢的一個過程濕法回轉(zhuǎn)窯物料呈堆積形狀,傳熱面積小,傳熱系數(shù)低取決傳熱過程立窯立波爾窯料球球徑較大,傳熱速度慢,傳質(zhì)阻力

4、大取決傳熱和傳質(zhì)過程干法回轉(zhuǎn)窯生料懸浮于氣流中,傳熱面積大,傳熱系數(shù)高,傳質(zhì)阻力小取決化學(xué)反響速度.3.影響碳酸鈣分解反響的要素石灰石構(gòu)造構(gòu)造致密,結(jié)晶粗大,晶體缺陷少,分解反響困難生料細(xì)度細(xì)度小且均勻,比外表積大,傳熱和傳質(zhì)速度快,有利于分解反響反響條件溫度高,化學(xué)反響速度快,CO2分散快;通風(fēng)好,及時排出CO2生料懸浮分散程度粘土質(zhì)組分的性質(zhì)懸浮分散好,傳熱面積大,傳質(zhì)阻力小活性高的高嶺石,可加速分解反響;蒙托石、伊利石，影響分解反響速度.四、固相反響1.定義：無論有無氣、液相參與，一種或一種以上物質(zhì)轉(zhuǎn)變成為一種或一種以上物質(zhì)的反響。2.反響過程：碳酸鈣分解產(chǎn)物CaO，與生料中的SiO2、

5、Fe2O3和Al2O3經(jīng)過質(zhì)點的相互分散進(jìn)展固相反響，構(gòu)成熟料礦物。800， CA、CF和C2S開場構(gòu)成；800900， C12A7、C2F開場構(gòu)成；9001100， C3A、C4AF開場構(gòu)成；CaCO3全部分解，CaO 達(dá)最高值；11001200，大量構(gòu)成C3A和C4AF，C2S達(dá)最大值。.3.影響固相反響的主要要素原料性質(zhì)結(jié)晶質(zhì)SiO2,方解石結(jié)晶粗大,影響固相反響速度生料細(xì)度、均勻性溫度和時間礦化劑接觸面積大,外表自在能高,反響和分散才干加強(qiáng)較高的溫度,一定的時間可加速固相反響.礦化劑：能改善水泥生料的易燒性，加速熟料礦物構(gòu)成的少量外加劑。與反響物構(gòu)成固溶體活化晶格,添加反響才干提高反響

6、速度降低液相出現(xiàn)溫度，加速分散和溶解作用與反響物構(gòu)成低共熔物使反響物斷鍵礦化劑加速固相反應(yīng).五、熟料的燒成溫度升高至12501280時，到達(dá)最低共熔溫度，C3A、C4AF熔成液相，出現(xiàn)主要由Fe2O3、Al2O3、CaO組成，還有MgO和堿等的液相。在高溫液相的作用下，熟料逐漸燒結(jié)；同時，C2S與fCaO溶解于液相，以Ca2離子分散與SiO44離子、C2S反響，構(gòu)成C3S。C2S + CaOC3S液相.1.液相出現(xiàn)溫度取決于組分的性質(zhì)和數(shù)目系統(tǒng)液相出現(xiàn)溫度（ ）C3S-C2S-C3A-Na2O1430C3S-C2S-C3A-MgO1375C3S-C2S-C3A-Na2O-MgO13652.液相

7、量取決于組分的性質(zhì)、含量和煅燒溫度溫度（ ）液相量1400P=2.95A+2.2F1450P=3.0A+2.25F1500P=3.3A+2.6F.MgO 和堿等組分可以為全部變成液相，所以MgO和堿的存在及其含量影響液相量的多少。普通熟料的液相量約為2030，白水泥熟料的液相量只需15左右采用白土，熟料中Fe2O31.38，應(yīng)急冷，可添加C3S (液相粘度大，溫度梯度大，析出C3S);對高鐵配方，IM1.38，應(yīng)適當(dāng)慢冷，可添加C3S (液相粘度小，溫度梯度小，回吸C2S析出C3S)。2相變反響影響熟料質(zhì)量C2S + fCaOC3S 1250(1)反響條件：冷卻速度慢，復(fù)原氣氛， 1250；(

8、2)后果：降低水硬性，不影響安定性，由于反響生成的fCaO較快水化(消解)；(3)措施：急冷。.(1)反響條件：冷卻速度慢，復(fù)原氣氛， 500；(2)后果： C2S 密度減小，體積增大，導(dǎo)致熟料粉化，強(qiáng)度下降；(3)措施：急冷；引入少量Ba2+、Na+替代Ca2+,BO45-、PO43-替代SiO44-,穩(wěn)定C2S。 C2S 500 C2S .第二節(jié) 其它少量組分和礦化劑 對熟料煅燒和質(zhì)量的影響礦化劑：能改善水泥生料的易燒性，加速熟料礦物構(gòu)成 的少量外加劑。助熔劑：能降低液相出現(xiàn)溫度的少量外加劑。按作用分單一礦化劑復(fù)合礦化劑按組成分氟化物：CaF2、NaF、Na2SiO6硫化物：CaSO4、F

9、eS2、FeS有些工業(yè)廢渣：含少量金屬礦 化 劑 種 類.一、氟化鈣1.破壞SiO2晶格；2.加速CaCO3分解；CaF2+H2O CaO+2HF4HF+SiO2 SiF4+2 H2OSiF4+2CaO 2CaF2+ SiO2再生新生態(tài)CaF2+H2O CaO+2HFCaCO3+2HF CaF2+CO2 + H2O CaCO3 CaO+ CO2 .3.降低液相出現(xiàn)溫度和粘度，添加液相量；4.構(gòu)成中間過渡相，加速C3S構(gòu)成；參與0.61.2的CaF2，可降低燒成溫度50100，擴(kuò)展了燒成溫度范圍，添加了反響時間。3(-C2S)+3CaF2+CaO 3C3S CaF23C3S CaF2 3C3S+

10、CaF2 液相晶種.5.添加A礦含量；6.促使含堿礦物分解；7.生成早強(qiáng)礦物。C12A7+CaF2 C11A7 CaF2 +CaO C2S+CaO C3SC12A7+CaF2 C11A7 CaF2 +CaOKC23S12+CaF2 KF+12C2SNC8A3+CaF2 NaF+3C3A.二、硫1.降低液相出現(xiàn)溫度和粘度，添加液相量；2.構(gòu)成中間過渡化合物；3.生成早強(qiáng)礦物；4.降低液相外表張力，有利于A礦生長成大晶體；5.含硫酸鹽的A礦晶體水硬性較弱。4CaO+2SiO2+CaSO4 2 (,-C2S)+CaSO42 (,-C2S)+CaSO4 2 C2S CaSO4 105012004CaO

11、+3Al2O3+CaSO4 4CaSO43Al2O3SO3.三、螢石、石膏復(fù)合礦化劑摻氟硫復(fù)合礦化劑，構(gòu)成熟料礦物的影響要素較多：熟料組成、CaF2/SO3的比值、燒成溫度的高低。1多采用高飽和系數(shù)、低硅率和高鋁率配料。2石膏摻量，以熟料中SO31.01.5為宜；螢石摻量，以熟料中 CaF20.40.8為宜；CaF2/SO30.350.6為宜。3降低液相出現(xiàn)的溫度，降低液相粘度，使A礦構(gòu)成溫度降低150 200，促進(jìn)A礦構(gòu)成。有時出現(xiàn)不正常凝結(jié)景象：CaF2/SO3比偏高，煅燒溫度偏低，KH偏低，IM偏高，窯內(nèi)出現(xiàn)復(fù)原氣氛，形成較多的C11A7 CaF2 ，假設(shè)所加石膏缺乏以阻止其迅速水化，就

12、會發(fā)生閃凝。CaF2/SO3比偏高，煅燒溫度過高，KH偏高，IM偏低，構(gòu)成C6AF2，C3A少； C6AF2和氟固溶在C3S中，減緩C3S的水化，從而慢凝。.四、堿1降低液相出現(xiàn)的溫度，添加液相量，起助熔作用；2添加液相粘度，液相中質(zhì)點分散困難,燒結(jié)后料散；當(dāng)有礦 化劑時，R2O轉(zhuǎn)變?yōu)镽2SO4，液相粘度下降；3粘附在旋風(fēng)預(yù)熱器上構(gòu)成結(jié)皮，嚴(yán)重時堵塞卸料管，影響 窯正常消費(fèi)；4取代CaO構(gòu)成KC23S12 、NC8A3等無膠凝性含堿化合物，析出 CaO，使C2S難以再吸收CaO構(gòu)成C3S，添加fCaO含量，C3S發(fā)育 差，影響28天強(qiáng)度；當(dāng)有礦化劑時，可促使含堿礦物分解；5水泥中含堿量高，易生

13、成鉀石膏K2SO4CaSO4H2O， 使水泥快凝；6在混凝土中，水泥中的堿能與活性集料發(fā)生“堿集料反響， 使混凝土膨脹破壞；7堿還能使混凝土外表起霜白斑。.五、氧化鎂1降低熟料燒成溫度，添加液相量，降低液相粘度，具有助 熔作用；2主要固溶于鐵相，能改善水泥色澤；3MgO過多，構(gòu)成游離方鎂石結(jié)晶，影響水泥的安定性。六、氧化磷1熟料中P2O5=0.10.3，能對-C2S起穩(wěn)定作用，可提高水泥 強(qiáng)度；2P2O5會使C3S分解，導(dǎo)致C3S含量減少，C2S含量添加，強(qiáng)度開展 較慢；配料中適當(dāng)減少原料中CaO含量，以免fCaO過高；參與 螢石，減少C3S的分解，抵消部分P2O5的不良影響。.1含量較少，熟

14、料中TiO2=0.51.0，能與各熟料礦物構(gòu)成固 溶體，特別是對-C2S起穩(wěn)定作用，可提高水泥強(qiáng)度；2含量過多，因其與CaO反響生成無水硬性的鈣鈦礦CaOTiO2， 耗費(fèi)了CaO，減少了熟料中的A礦，影響水泥強(qiáng)度。七、氧化鈦.第三節(jié) 水泥窯與煅燒工藝一、水泥窯的類型和作用回轉(zhuǎn)窯立窯窯筒體臥置，略帶斜度，并能作回轉(zhuǎn)運(yùn)動窯筒體立置，不轉(zhuǎn)動類型作用熔爐熄滅設(shè)備傳熱設(shè)備保送設(shè)備反響器生料 熟料溫度高達(dá)1450，物料部分熔融燃料熄滅熱量傳送給物料物料運(yùn)動：窯尾生料進(jìn) 窯頭熟料出氣體流動：助燃空氣進(jìn)入窯內(nèi)，廢氣排出窯外物理化學(xué)變化.二、水泥窯的開展概略立窯1826年間歇式土立窯1910年機(jī)立窯先進(jìn)立窯回轉(zhuǎn)

15、窯1885年干法中空窯熱效率低1928年立波爾窯半干法20世紀(jì)50年代初懸浮預(yù)熱器窯(SP窯)1971年窯外分解窯NSP窯很快被濕法窯替代熟料質(zhì)量好20世紀(jì)五六十年代濕法長窯(大型化高產(chǎn))國際：7.66.9232m，日產(chǎn)熟料3600噸；國內(nèi)：4.44.15180m，日產(chǎn)熟料1000多噸。電耗大，熱耗大，窯襯壽命短熱耗比濕法窯低，篦式加熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)事故多，加熱不均勻，要求原料成球性能好。傳熱效率高，熱耗低，產(chǎn)量高。熱耗顯著降低，產(chǎn)量成倍添加。.三、回轉(zhuǎn)窯按生料制備方法干法回轉(zhuǎn)窯濕法回轉(zhuǎn)窯按窯內(nèi)和窯尾熱交換安裝濕法長回轉(zhuǎn)窯帶料漿蒸發(fā)機(jī)回轉(zhuǎn)窯中空回轉(zhuǎn)窯立波爾窯帶懸浮預(yù)熱器窯預(yù)分解窯.冷卻帶 燒成帶 固相

16、 分解帶 預(yù)熱枯燥帶 1111111111111111反響帶 1.1 1.0 2.0 5.6 1.25 1.1 1.0 1.5窯頭窯尾斜度：3.54.0轉(zhuǎn)速：13轉(zhuǎn)/分溫度：高 低燃料、一次風(fēng) 廢氣熟料 生料漿1.濕法回轉(zhuǎn)窯1任務(wù)原理物料經(jīng)過窯的相對運(yùn)動速度.2物料流速燒成帶物料流速最慢；分解帶內(nèi)，碳酸鈣大量分解，使生料顆粒外表被氣體包裹而呈微流態(tài)化，因此物料流速最快。3各帶長度及溫度分布帶占窯長度(%)溫度()干燥帶3035 120預(yù)熱帶14100550分解帶255501100固相反應(yīng)燒成帶201100125014501250冷卻帶813001100.4煅燒特點a.物料從生料燒制成熟料過程中

17、所發(fā)生的物理化學(xué)變化在同一設(shè)備中進(jìn)展；b.分解帶內(nèi)，碳酸鈣分解需求吸收大量的熱量，窯內(nèi)傳熱速度低(因此需求停留較長時間)，而物料在分解帶內(nèi)的流速很快(導(dǎo)致分解帶長)，從而呵斥窯消費(fèi)才干的浪費(fèi)，影響窯的產(chǎn)量；c.生料漿使各原料之間混合很好，生料成分均勻，燒成的熟料質(zhì)量穩(wěn)定；且生料磨無粉塵，粉磨效率高，但窯內(nèi)水分蒸發(fā)慢，傳熱效率低，導(dǎo)致預(yù)熱帶長；d.回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量與熟料熱耗之間存在一個最正確關(guān)系；e.回轉(zhuǎn)窯的預(yù)熱才干與燒成才干之間存在很大矛盾：預(yù)熱才干缺乏，燒成才干有余。.5提高窯的傳熱才干鏈條安裝熱交換器垂掛鏈幕花環(huán)鏈幕料漿過濾預(yù)熱器格子式熱交換器陶瓷揚(yáng)料器添加傳熱面積傳熱作用，保送物料，防止結(jié)圈.

18、2.立波爾窯煅燒工藝：一臺較短的回轉(zhuǎn)窯與一臺回轉(zhuǎn)式爐篦子加熱機(jī)銜接任務(wù)。把料球較均勻地鋪散在爐篦子機(jī)上，由窯尾排出的廢氣進(jìn)入加熱機(jī)，將物料枯燥、預(yù)熱和部分分解(30%)，生料再進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒成熟料。煅燒特點：a.降低了生料中的水分，緩解了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)預(yù)熱才干與燒成才干之間的矛盾，從而使熟料熱耗降低，窯的產(chǎn)量提高；b.出加熱機(jī)的廢氣溫度降低，煙氣中粉塵含量較少，對收塵設(shè)備要求不高；c.回轉(zhuǎn)窯長度大大縮短，普通為4070米；d.生料入加熱機(jī)前需先成球，添加了工藝流程的復(fù)雜性，且對原料塑性有較高要求。此外，篦子加熱機(jī)缺點較多，維持任務(wù)特別大；e.熟料成分難以穩(wěn)定，導(dǎo)致質(zhì)量動搖較大。.立波爾窯1鼓風(fēng)機(jī)；

19、2回轉(zhuǎn)窯；3提升機(jī)；4加熱機(jī)；5成球盤.3.帶懸浮預(yù)熱器窯煅燒工藝：由一臺回轉(zhuǎn)窯與一組懸浮預(yù)熱器構(gòu)成。生料粉在預(yù)熱器中呈懸浮形狀與出回轉(zhuǎn)窯的熱煙氣進(jìn)展熱交換，完成預(yù)熱、粘土脫水和部分碳酸鹽分解(4050%)之后，再進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒成熟料。煅燒特點：a. 大大添加了料粉與熱煙氣的傳熱系數(shù)(較傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯提高了1323倍)和傳熱面積(相當(dāng)于傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的2400倍)，從而大大提高了傳熱效率；假設(shè)料粉聚集成團(tuán)，影響分散程度；b.回轉(zhuǎn)窯長度更為縮短；c.煙氣、粉塵濃度較高，對收塵的要求比較嚴(yán)厲；d.對生料中氟、硫、堿等組分含量有較嚴(yán)厲要求。旋風(fēng)預(yù)熱器立筒預(yù)熱器.帶旋風(fēng)預(yù)熱器回轉(zhuǎn)窯 帶立筒預(yù)熱器回轉(zhuǎn)窯1回轉(zhuǎn)

20、窯；2生料進(jìn)口；3廢氣出口.4.預(yù)分解窯煅燒工藝：在預(yù)熱器后加設(shè)一個分解爐，在分解爐中同時通入預(yù)熱后的生料、一定量的燃料及適量的熱空氣。在900以下的溫度，使生料、燃料處于懸浮或沸騰形狀下，進(jìn)展無焰熄滅，同時高速完成傳熱于碳酸鈣的分解過程，在幾秒鐘內(nèi)，碳酸鈣分解率就可達(dá)8595。煅燒特點：a.把大量吸熱的碳酸鈣分解反響從窯內(nèi)傳熱速度低的區(qū)域移到懸浮預(yù)熱器與窯之間的分解爐中進(jìn)展； b.生料處于懸浮或沸騰分散形狀，高速傳熱，迅速分解；c.大大減輕了回轉(zhuǎn)窯的熱負(fù)荷，熟料熱耗大大降低，回轉(zhuǎn)窯消費(fèi)才干大大提高；d.可以運(yùn)用劣質(zhì)燃料。.預(yù)分解窯1回轉(zhuǎn)窯；2分解爐；3旋風(fēng)預(yù)熱器；4冷卻機(jī)；5三次風(fēng)管；6電收

21、塵器；7排風(fēng)機(jī)；8煙囪；9生料進(jìn)口.幾種不同回轉(zhuǎn)窯工藝流程的比較濕法回轉(zhuǎn)窯立波爾窯帶懸浮預(yù)熱器窯預(yù)分解窯篦子加熱機(jī)(30)懸浮預(yù)熱器(4050)分解爐(90%)懸浮預(yù)熱器.5.立窯煅燒工藝：是一種填滿料球的豎式固定床設(shè)備。含煤的生料球從窯頂喂入，空氣從窯下部用高壓風(fēng)機(jī)鼓入，窯內(nèi)物料借自重自上而下挪動，料球在窯內(nèi)經(jīng)預(yù)熱、分解、燒成和冷卻等一系列物理化學(xué)變化，構(gòu)成熟料，從窯底部卸出。廢氣經(jīng)窯罩、煙囪排出。優(yōu)點：熱耗較低，構(gòu)造簡單，占地面積小，單位投資少，建廠較快。缺陷：規(guī)模較小，勞動消費(fèi)率低，窯內(nèi)煅燒溫度不均勻，熟料質(zhì)量均勻性差。1料球之間空隙阻力大于料球與窯內(nèi)壁阻力；2熟料燒結(jié)會產(chǎn)生收縮，料球與窯內(nèi)壁空隙更大。導(dǎo)致邊風(fēng)過剩，中風(fēng)缺乏，所以將上窯口擴(kuò)展成喇叭口以改善中部通風(fēng)。.生料球熟料廢氣空氣立窯煅燒熟料表示圖1成球盤；2加料安裝；3窯罩及煙囪；4窯體；5卸料安裝；6卸料密封安裝；7高壓風(fēng)；8與燒帶；9煅燒帶；10冷卻帶；11廢氣出口.生料制備方法：白生料：與干法回轉(zhuǎn)窯類似，把制備好的物料與煤?；旌喜⒅瞥闪锨颉０牒谏希翰糠置簠⑴c配料、粉磨，部分煤成球時才參與。全黑生料：全部煤與其它原