整理水16泥工艺学复习资料Word文档格式.docx
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采用压蒸安定性试验进行检验。
（2））三氧化硫（SO3）不超过3.5%
（3）烧失量水泥烧失量是指水泥在950~1000℃高温下燃烧失去的质量百分数。
（4）细度细度即水泥的粗细程度，通常以比表面积或筛余数表示
（5）凝结时间
水泥凝结时间是水泥从和水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间，分初终时间和终凝时间两种。
初凝时间：
是指水泥加水拌和到标准稠度净浆开始失去塑性的时间。
终凝时间：
是指水泥加水拌和起到标准稠度净浆完全失去塑性的时间。
（6）安定性
水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，简称安定性。
引起水泥安定性不良的原因主要有三种:
熟料中游离氧化钙、方镁石过高及水泥中石膏掺加量过多。
（7）强度
水泥强度:
水泥强度是水泥试体净浆在单位面积上所能承受的外力。
通常用28d的强度作为水泥质量划分的强度等级。
“R”表示早强型
废品与不合格品：
（1）废品
凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定时，均为废品。
（2）不合格品
凡细度、终凝时间、不溶物、烧失量中的任一项不符合标准规定，或混合材料掺加量超过最大限量、强度低于商品强度等级的指标时，该水泥称为不合格品。
水泥包装标志中的水泥品种、强度等级、生产者名称、出厂编号不全的，也属于不合格品。
生产方法
1、按生料制备的方法分为：
湿法：
生料浆水分占32%~40%左右。
生料浆脱水烘干后破碎，入窑煅烧，称之为半湿法。
干法：
生料粉调配均匀并加入适量水，制成料球喂入立窑或立波尔窑内煅烧称为半干法，料球含水12%～15%。
干法、湿法优缺点比较
热耗低，但粉尘大，生料成分不均匀，熟料质量较湿法窑差。
热耗高，但电耗低，生料易于均化，熟料质量较较好且均匀，且输送方便，粉尘飞扬少。
2、按煅烧熟料窑的结构分为：
回转窑；
立窑。
水泥生产
原料主要有：
石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅、氧化铝及氧化铁），还有少量辅助原料。
硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是“两磨一烧”。
熟料的化学组成
主要氧化物：
CaOSiO2Al2O3Fe2O3其总和通常占熟料总量的95%以上。
其波动范围：
CaO（62%～67%）；
SiO2（20%～24%）；
Al2O3（4%～7%）；
Fe2O3（2.5%～6%）
主要矿物组成：
硅酸三钙：
3CaO·
SiO2（C3S）
硅酸二钙：
2CaO·
SiO2（C2S）
铝酸三钙：
3CaO·
Al2O3（C3A）
铁铝酸四钙：
4CaO·
Al2O3·
Fe2O3（C4AF）
其它：
游离氧化钙：
f-CaO
方镁石：
（即结晶氧化镁）
玻璃体：
四种熟料矿物特点：
水化较快，水化热高，抗水性较差。
早期强度高，后期强度也高，在四种主要矿物中C3S强度最高。
硅酸二钙：
水化较慢，凝结硬化慢，水化热低，抗水性好。
早期强度低，后期强度高。
铝酸三钙：
水化最快，水化热最高，抗水性差。
早期强度高，三天的强度大部分就发挥出来，三天的强度后的强度不再增长，甚至倒缩。
铁铝酸四钙：
水化介于C3S和C3A，早期强度类似于C3A，后期不如C3S，水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能好。
四种矿物性能比较：
28d内绝对强度：
C3S＞C4AF＞C3A＞C2S
水化速度：
C3A＞C4AF＞C3S＞C2S
水化热：
C3A＞C3S＞C4AF＞C2S
率值：
硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间比例关系的系数称作率值。
表示化学成分与矿物组成之间的关系，水泥熟料的性能及其对煅烧的影响。
我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（n）、铝率（p）三个率值。
配料：
根据水泥品种、原料的物理、化学性能与具体的生产条件，确定原料的配合比，称为生料的配合，简称配料。
原料名称
主要提供的成分
配比（%）
石灰质原料
CaO
~80
粘土质原料
SiO2、Al2O3、少量Fe2O3
10~15
校正
原料
铁质校正原料
Fe2O3
硅质校正原料
SiO2
铝制校正原料
Al2O3
矿化剂
矿化剂、晶种、助磨剂
如：
CaF2、熟料
生产硅酸盐水泥的主要原料：
石灰质原料和粘土质原料。
制造水泥的原料应满足以下工艺要求:
·
化学成分必须满足配料的要求；
·
有害杂质的含量应尽量少；
·
应具有良好的工艺性能。
一.石灰质原料
1.定义
二.粘土质原料
主要提供水泥熟料中SiO2、Al2O3和少量Fe2O3等成分原料的总称。
△天然粘土质原料
·
黄土粘土矿物：
伊利石为主
粘土
根据粘土中主导矿物不同，粘土可分为：
高岭石类；
蒙脱石类；
水云母类。
主导矿物：
粘土类同时含有几种粘土矿物时，其含量最多的矿物。
△选择粘土质原料时应注意的问题
●n、p值要适当。
●尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。
●旋窑生产时对可塑性不做要求。
校正原料：
当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分掺加相应的校正原料，这种以补充某些成分不足为主的原料称为校正原料。
生料的易烧性
一、生料的易烧性定义与表示方法
定义：
是指生料在窑内煅烧成熟料的过程中相对难易程度。
表示方法
实用易烧性：
在1350℃恒温下，在回转窑内煅烧生料CaO≤2％达到所需要的时间。
易烧性指数=
指数或系数越大,易烧性越差
二.影响生料易烧性的主要因素
生料的潜在矿物组成·
原料的性质和颗粒组成
生料中次要氧化物和微量元素·
生料的均匀性和生料的粉磨细度
矿化剂·
生料的热处理·
液相
燃煤的性质·
窑内气氛
熟料组成的选择：
一.水泥品种；
二.原料品质；
三.燃料品质
四.生料成分的均匀性；
五.窑型与规格；
六.生料的易烧性
配料计算
◇配料的目的
（1）工艺设计
（2）生产运行
◇配料的原则
（1）生料成分满足煅烧优质熟料的要求；
（2）生料具有良好的易磨性和易烧性；
（3）生产过程易于控制，便于操作，简化流程；
（4）经济、合理地使用矿山资源。
一.配料计算的依据与基准
1.依据:
物料平衡
2.常用基准:
干燥基准：
物料中的物理水分蒸发后处于干燥状态，以干燥状态质量所表示的计量单位。
灼烧基准：
去掉烧失量（结晶水、二氧化碳与挥发物质等）以后，生料处于灼烧状态。
以灼烧状态质量所表示的计算单位，称为灼烧基准。
湿基准：
用含水物料作计算基准时称为湿基准，简称湿基。
3.几个关系式
若不考虑生产损失，则干原料的质量应等于生料的质量，即：
干石灰石+干粘土+干铁粉=干生料
若不考虑生产损失，又无
凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。
水泥生产中常用的是含有碳酸钙的天然矿石。
△天然石灰质原料
石灰石：
由碳酸钙所组成的化学与生物化学沉积岩
主要成份:
CaCO3
主要矿物：
方解石（CaCO3）
制水泥用石灰石：
CaO≥45～48﹪
泥灰岩：
由碳酸钙和粘土物质同时沉积形成，属石灰岩向粘土过渡的岩石。
白垩：
由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩
主要成分：
碳酸钙，含量80%-90%，甚至高于90%。
性能：
易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的优质石灰质原料。
贝壳：
含碳酸钙90％左右
△人工石灰质原料
电石渣：
是化工厂乙炔发生车间消解石灰排出的含水约85%~90%的消石灰浆。
其主要成分Ca（OH）2，可替代部分石灰质原料。
常用于湿法生产。
石灰质原料的质量要求
灰分掺入，则:
灼烧石灰石+灼烧粘土+灼烧铁粉=灼烧生料=熟料
若不考虑生产损失，在采用有灰分掺入的燃煤时：
灼烧生料+煤灰（掺入熟料的）=熟料
二.配料方案的选择
◆配料方案:
即熟料的矿物组成或熟料的三率值。
◆配料方案的选择:
选择合理的熟料矿物组成，即确定熟料三率值KH、SM、IM值。
◆如何确定配料方案:
应根据水泥品种、原料与燃料品质、生料质量及易烧性、熟料煅烧工艺与设备等进行综合考虑。
确定率值应注意：
1、三个率值要互相匹配，吻合，不能只强调某一率值而忽视其他两个。
2、一般率值的波动范围：
KH=目标值±
0.01～0.02，
SM=目标值±
0.1，IM=目标值±
0.1。
煅烧过程中的物理化学变化主线：
旋风筒—换热管道—分解炉—回转窑—冷却机
六个带及各带物理化学变化:
1.干燥带自由水蒸发过程吸热
2.预热带粘土矿物脱水与碳酸镁分解分解过程吸热
3.碳酸盐分解带碳酸钙分解与固相反应强吸热
4.放热反应带固相反应放热
5.烧成带熟料烧结微吸热
6.冷却带熟料
熟料的烧结过程：
反应式：
C2S+Ca0→C3S
影响熟料烧结过程的因素：
1、最低共熔温度：
与组分的数目和性质有关
2、液相量：
与组分的性质、含量及熟料烧结温度有关
3、液相粘度：
粘度小，液相中质点的扩散速度增加，有利于硅酸三钙的形成。
影响粘度的因素：
温度、组成及其他微量元素氧化物
4、液相的表面张力
5、氧化钙溶于熟料液相的速率
最低共熔温度：
物料在加热过程中，两种或两种以上组分开始出现液相的温度。
烧结范围：
指水泥生料加热至出现烧结所必须的、最少的液相量时的温度（开始烧结的温度）与出现结大块（超过正常液相量）时温度的差值。
熟料的冷却：
冷却的目的:
：
1、回收熟料余热，预热二次空气，提高窑的热效率；
2、迅速冷却熟料以改善熟料质量与易磨性；
3、降低熟料温度，便于熟料的运输、储存和粉磨。
冷却方式：
急冷
急冷对改善熟料质量的作用：
1、防止或减少C3S的分解；
2、避免β-C2S转化成γ-C2S；
3、改善水泥的安定性；
4、使熟料晶体减少，提高水泥的抗硫酸盐性能；
5、改善熟料易磨性；
6、可克服水泥快凝或瞬凝。
回转窑
立波尔窑
煅烧工艺特点：
一台较短的回转窑与一台回转式炉篦子加热机连接工作。
注意：
（1）立波尔加热机料球与料块的透气性，对加强气流和物料的传热具有重要的意义。
（2）料层表面与料球底层温差达300～400℃，料球化学成分不均匀，故立波尔窑熟料的质量略低，但对含碱量高的原料仍可应用。
悬浮预热器窑
悬浮预热器必须具备三个功能：
1、使气、固两相能充分分散均布；
2、迅速换热；
3、高效分离
一台回转窑和一组悬浮预热器构成。
工作原理：
将生料粉与从回转窑窑尾排出的热烟气混合，并使生料悬浮在热烟气中进行热交换。
分类：
旋风预热器（同流型）、立筒预热器（逆流型）、混合型。
◇旋风预热器
由上下排列的四级旋风筒串联组成,自上而下而下称为一级、二级、三级、四级等，一般一级做成双筒，其余做成单筒。
旋风筒之间由气体管道连接，旋风筒的卸料口用生料管道与下一级的气体管道连接。
特点：
（1）热交换在顺流中发生，但从整体看则是逆流的。
（2）旋风预热器内气固相的传热主要在管道中进行。
缺点：
（1）流体阻力大。
（2）原料适应性差。
旋风预热器是由旋风筒和连接管道组成的热交换器。
换热管道除管道本身外还装设有下料管、撒料器、锁风阀
？
一级旋风筒一般为并联的双旋风筒。
分离效率愈高，生料在系统内、外循环量就愈少，收尘负荷减小，热效率提高；
最高一级旋风筒的分离效率决定着预热器系统的粉尘排出量，提高它的分离效率是降低外部循环的有效措施，因此一级旋风筒一般为并联的双旋风筒。
提高旋风预热器热效率的措施：
1.在生料进入每级预热器的上升管道处，装设板式撒料器和箱式撒料器。
2.选择生料进入管道的合适方位，使生料逆气流方向进入管道，以提高气固相的相对速度和生料在管道内停留时间。
3.两级旋风筒之间的管冷却放热
干燥：
物料中自由水分的蒸发
脱水：
是指粘土矿物分解放出化合水。
矿化剂：
一些外加物质在煅烧过程中加速熟料矿物的形成，而本身不参加反应或只参加中间物的反应。
加入氟化钙的作用：
1、促进碳酸盐的分解过程；
2、加速碱性长石、云母的分解过程；
3、加强碱的氧化物的挥发；
4、促进结晶氧化硅的Si-O键的断裂；
5、有利于固相反应等。
碳酸钙的分解过程：
①热气流向颗粒表面的传热过程；
②热量由表面以传导方式向分解面传递的过程；
③碳酸钙在一定温度下吸收热量，进行分解并放出CO2的化学过程；
④分解放出的CO2，穿过CaO层向表面扩散的传质过程；
⑤表面的CO2向周围介质气流扩散的过程。
即:
两个传热过程、一个传质过程和两个化学反应过程。
影响固相反应的主要因素：
生料细度及均匀性·
原料性质
温度和时间·
固相间的压力·
道必须有足够的长度，以保证生料悬浮起来，有足够的停留运行距离，充分发挥管道传热的优势。
4.锁风翻板排灰阀，要求结构合理、轻便灵活不漏风，生料能连续卸出，有料封作用。
预热器的结皮和旁路系统：
结皮原因：
（1）原料、燃料所带入的碱、氯、硫化合物在窑系统内循环富集。
（2）最低一级旋风筒内温度过高。
（3）燃料燃烧不完全。
•措施：
旁路放风
预分解（或称窑外分解）技术：
将已经过悬浮预热后的水泥生料，在达到分解温度前，进入到分解炉内与进入炉内的燃料混合，在悬浮状态下迅速吸收燃料燃烧热，使生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙的技术。
预分解窑的关键技术装备：
旋风筒、换热管道、分解炉、回转窑、冷却机。
◇预分解窑系统中回转窑功能:
1、燃料燃烧功能2、热交换功能
3、化学反应功能4、物料输送功能5、降解利用废弃物功能
分解炉：
分类：
悬浮：
旋流式（旋风式）、喷腾式、紊流式、涡流燃烧式、复合式（旋流-喷腾）
沸腾式：
流态化（浓相至稀相）
熟料冷却机
型式：
单筒式、多筒式、篦式以及立式冷却剂等。
迅速冷却熟料，对于改善熟料质量和易磨性也有良好的效果，冷却良好的熟料可以保证运输设备的安全运转，熟料冷却剂应能完成这些任务。
立窑
粉磨的目的与要求
粉磨的目的：
使物料表面积增大，促使化学反应的迅速完成。
粉磨产品细度常用筛余量和比表面积来表示
生料粉磨的目的和要求
目的：
使生料各组分间混合均匀，充分接触，加快反应，有利于煅烧。
要求:
细度：
管磨机:
0.08㎜方孔筛筛余10﹪左右，0.2㎜方孔筛筛余﹤1.5﹪为宜。
闭
细粉包球现象，降低效率。
）
闭路：
复杂，设备多，投资大等不存在过粉磨，输送，分选，热量散失，提高产量，降低电耗。
同规格，闭路可提高15%－25%
用易磨性或易磨性系数（或指数）来表示物料被粉磨的难易程度。
生料粉磨系统分类：
控制生料粉磨细度的意义：
•控制生料粉磨细度的意义：
影响煅烧速度，影响熟料的质量。
细，熟料形成快，产量提高，游离氧化钙下降。
过细，生料磨的产量下降，电耗明显升高。
•控制生料颗粒分布的意义：
生料细度不均匀，反应不一致。
粗，反应慢，影响熟料质量，熟料中游离氧化钙含量越高。
限制生料中粗颗粒的含量。
生料的粉磨细度及颗粒分布要求
•合理的生料粉磨细度，包括两个含义：
一是使生料的平均细度控制在一定范围内，二是要使颗粒大小均匀，尽量避免粗颗粒。
影响磨机产量和能耗的主要因素：
入磨物料粒度易磨性
入磨物料的温度入磨物料水分
磨内通风助磨剂衬板和研磨介质
影响水泥粉磨产质量的因素：
1.入磨物料粒度2.入磨物料的易磨性3.入磨物料温度
4.入磨物料水分5.产品细度与喂料均匀性6.助磨剂
7.磨机通风8.选粉效率与循环负荷率9.料球比及磨内物料流速
均化与预均化的基本概念
◇定义：
原燃料的预均化就是原料或燃料在粉磨之前所进行的均化。
◇作用：
降低原燃料成分波动，为准确配料、提高生料均匀性，稳定熟料煅烧提供良好的条件。
生料均化链：
矿山开采→原料预均化→生料粉磨→生料均化
预均化堆场的工作原理（堆取料方式）
“平铺直取”：
堆放时，尽可能地以最多的相互平行、上下重叠的同厚度的料层构成料堆；
取料时，按垂直于料层方向的截面对所有料层切取一定厚度的物料。
根据堆场形式不同堆料方法不同，最常用的堆料、取料形式为纵向堆料，端面取料。
堆料方式:
单人字型堆料
.标准偏差和均化效果
◇标准偏差：
衡量物料均匀性的指标。
标准偏差值越小，物料的成分越均匀
◇均化效果
是均化前物料的标准偏差与均化后物料的标准偏差之比。
H越大，表示均化效果越好。
三种均化作用：
空气搅拌、重力均化、劲相混合
预均化堆场的作用：
储存作用5～7天
·
均化作用H=5～8
预配料作用
生料均化的意义和方式：
意义：
1、提高熟料的质量，稳定窑的热工制度；
2、提高窑的运转率、产量，降低能耗；
3、生料的均化是干法水泥厂中不可缺少的重要工艺环节。
均化方式：
多库搭配、机械倒库、压缩空气搅拌库
路粉磨时，可适当放宽0.08㎜筛筛余，但应仍控制0.2㎜筛筛余。
水泥粉磨的目的及要求
目的：
促进水泥的水化与硬化，提高水泥的强度
水泥细度会影响：
水泥强度，特别是早强
水泥安定性
磨机的产量与电耗
•要求:
GB规定：
比表面积：
≥300㎡/㎏
0.08㎜方孔筛筛余：
≤10%
影响粉磨作业动力消耗和生产能力的因素：
1、物料的性质；
2、被粉磨物料的粒度与产品细度；
3、粉磨作业系统与设备性能
粉磨系统：
粉磨流程又称粉磨系统，有开路和闭路两种。
•开路系统：
在粉磨过程中，当物料一次通过磨机后即为产品。
•闭路系统：
物料出磨后经过分级设备选出产品，粗粉返回磨机再磨。
开路与闭路系统的比较：
开路：
流程简单，设备少，投资省，操作维护方便，但物料必须全达到产品细度才出磨，（过粉磨，磨内形成缓冲层，
水泥的水化、凝结、硬化
水化－物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。
凝结－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称
硬化－水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并产生一定的机械强度。
C3S的水化
水化产物：
水化硅酸钙（也称C-S-H凝胶）和氢氧化钙。
水化过程（水化速率很快，可以划分为五个阶段）
Ⅰ：
诱导前期（时间：
15分钟）
反应：
激烈—第一个放热峰，钙离子浓度迅速提高
浆体状态：
是具有流动性（Ca（OH）2没有饱和）
Ⅱ：
诱导期又称静止期（时间：
2—4小时）
极慢——放热底谷：
钙离子浓度增高慢
浆体状态：
Ca（OH）2达饱和：
此间：
具有流动性，结束：
失去流动性，达初凝
Ⅲ：
加速期（时间：
4~8小时）
又加快——第二放热高峰
Ca（OH）2过饱和最高：
生成Ca（OH）2、填充空隙、
中期：
失去可塑性、达终凝，后期：
开始硬化
Ⅳ：
减速期（时间：
12—24小时）
随时间的增长而下降原因：
在C3S表面包裹产物—阻碍水化。
Ⅴ:
稳定期
反应：
很慢—基本稳定（只到水化结束）原因：
产物层厚：
水很少—产物扩散困难。
C2S水化：
2C4AH13+C3A·
3CS·
H32→3C3A·
CS·
H12+CH+20H（单硫型水化硫铝酸钙Afm）
石膏掺量极少，所有的Aft都转化为Afm还有C3A剩余
C3A·
H12+C3A+CH+12H→2C3A（CS·
CH）H12
硅酸盐水泥的水化
水化反应体系的特点：
水泥的水化基本上是在Ca（OH）2和石膏的饱和溶液或过饱和溶液中进行的，并且还会有K+、Na+等离子。
水化过程实际上就是熟料解体——水化——水化产物凝聚——水泥石。
水化速率的意义：
水化速率影响水泥强度的发挥和安定性
表示方法：
水化速率：
单位时间内的水化程度或水化深度
水化程度：
在一定的时间内水泥发生水化作用的量和完全水化量的比值，以百分率表示。
水化深度：
水泥颗粒已水化层的厚度，以微米表示
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