工艺技术-水泥工艺学教材(ppt 页)

目录 w 绪论 w 第一章 水泥基础知识 w 第一节 基本概念 w 第二节 硅酸盐水泥的技术指 标 w 第二章 硅酸盐水泥熟料的组 成 w 第三节 硅酸盐水泥熟料的化 学成分 w 第四节 熟料的矿物组成 w 第五节 熟料的率值 w 第三章 硅酸盐水泥的生产方 法及工艺 w 第六节 生产方法分类 w 第四章 硅酸盐水泥熟料的主 要原料 w 第七节 原料的种类 w 第八节 原料的开采和运输 w 第九节 原料的预均化 w 第十节 生料的制备、调整和均化 w 第五章 硅酸盐水泥熟料的制备 w 第十一节 硅酸盐水泥熟料的煅烧 w 第六章 水泥制成和包装 w 第十二节 水泥制成工艺 w 第十三节 水泥的包装和贮运 w 第七章 新型干法旋窑生产主要设备 w 第十四节 悬浮预热器 w 第十五节 分解炉 w 第十六节 回转窑 w 第十七节 熟料冷却机 w 第十八节 水泥熟料煅烧过程 w 第八章 硅酸盐水泥水化 w 第十九节 硅酸盐水泥水化硬化 w 第二十节 硅酸盐水泥性能 w 第九章 水泥基材料的耐久性 w 第十章 水泥混合材与辅助胶凝材料 绪 言 w 水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、 素有 “建筑工业的粮食 ”之称。生产水泥虽需要较多的能源， 但水泥与砂、石等材料的混泥土是一种低能耗新型建筑材料 。例如，在相同荷载的条件下，混泥土柱的耗能量仅为钢柱 的 1/5-1/6,砖柱的 1/4。根据预测，在未来的几十年内，水泥 依旧是主要建筑材料。 水泥具有较好的可塑性， 与砂、石等 胶合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺 寸的构件，以满足设计上的不同要求； 水泥的适应性较强 ， 适用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种 条件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水 泥复合材料； 水泥耐久性较好 ，维修工作量小，不易生锈、 耐腐朽。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等 工程中。近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有 特种性能的水泥复合材料的需求也越来越大。因此，水泥工 业在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来 相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要的建筑材料。 w 原始水泥可追溯到 5000年前，埃及的金字塔、 古希腊和古罗马时代用石灰掺砂制成的混和沙浆 ，曾被用于砌筑石块和砖块，这种用来做砌筑用 的胶凝材料被称为原始水泥。它为现代水泥的发 明奠定了基础。 w 1824年，英国泥水工 J.阿斯普丁发明了一种把石 灰石和粘土混和后加以煅烧来制造水泥的方法， 并获得了专利权。这种水泥同英国附近波特兰小 城盛产的石材颜色相近，故称为波特兰水泥。人 类最早是利用间歇式土窑（后发展成土立窑）煅 烧水泥熟料。 w 1877年回转窑烧制水泥熟料获得了专利权，继而 出现了单筒冷却机、立式磨及单仓钢球磨等，从 而有效地提高了水泥的产量和质量。 w 1905年湿法回转窑出现。 w 1910年土立窑得到了改进，实现了立窑机械化 连续生产。 w 1928年德国的立列波博士和波利休斯公司对立窑、回 转窑综合分析研究后，创造了带回转炉箅子的回转窑 ，为了纪念发明者与创造公司，取名为 “立波尔窑 ”。 w 1950年，悬浮预热器由德国发明成功并开始应用，大 幅度降低了熟料生产的热耗，极大地提高了生产规模 。 w 20世纪 60年代初，日本将德国的悬浮预热器回转窑技 术引进后，于 1971年开发了水泥窑外分解技术，从而 揭开了现代水泥工业的新篇章，并且很快在世界范围 内出现了各具特点的预分解窑，形成了新型干法生产 技术。随着原料与均化、生料均化、高功能破碎和粉 磨，环境保护技术和 X射线荧光分析等在线检测方法 的配套发展，加上电子计算机和自动化控制仪表等技 术的广泛应用，使新型干法水泥生产的熟料质量明显 提高，能耗明显下降，生产规模不断扩大。 w 我国从上世纪 70年代初研制新型干法水泥技术 装备开始，在国家有关部门的支持和推动下， 水泥行业科研创新与技术开发能力不断提高，技术 装备已达到世界先进水平。目前日产 2000吨新型 干法水泥生产技术装备已全部国产化，日产 4000 吨、 5000吨新型干法水泥生产技术装备国产化率 达到 90%以上，日产 8000吨水泥熟料生产线和日 产 10000吨水泥熟料生产线已经投产。日产 10000 吨水泥熟料生产线全球只有 7条，我国就拥有 4条。 新型干法水泥生产工艺正在逐步取代湿法、老式干 法和立窑等生产工艺。 w 改革开放以来，在州委、州人民政府正确领导和高 度重视下，我州水泥工业得到了快速发展。特别是 进入 “九五 ”以来，发展更加迅速。不论从生产规模 、工艺技术、产品质量、节约降耗和社会贡献等方 面，都取得了令人瞩目的成绩。 w 到 2005年末，全州共有水泥生产企业 25户， 其中：旋窑 5户、立窑 13户、粉磨站 7户。全 行业拥有熟料生产线 24条（其中：新型干法旋窑 7条，机立窑 17条），熟料设计生产能力 354万 吨，其中：旋窑 204万吨，立窑 150万吨，各占 58%和 42%。水泥设计生产能力 550万吨，其中 ：旋窑水泥 290万吨、立窑水泥 190万吨、粉磨 站水泥 70万吨。大小熟料结构比例调整为 58： 42，大小水泥结构比例调整为 53:47，大小水泥 、熟料结构优于全省和全国，企业的技术结构、 组织结构和所有制结构得到显著提升和优化，行 业的整体实力和竞争力明显增强，水泥支柱产业 的地位不断加强。相信到 “十一五 ”末，我州水泥 产业一定能够迈上更快更高的发展台阶！ 第二节水泥基础知识 w 第一节 基本概念 w 一、胶凝材料 在物理化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并 能胶结其它物料而有一定机械强度的物质，统称为胶凝 材料。它分为无机和有机两大类。无机胶凝材料又按照 硬化条件，又可分为水硬性和非水硬性两种。水硬性胶 凝材料指在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的材料 ，如水泥。非水硬性胶凝材料不能在水中硬化，而只能 在空气中硬化，故称为气硬性胶凝材料，如石灰、石膏 等。 w 二、水泥 广义上说，水泥泛指一切能够硬化的无机胶凝材料 ；而狭义的水泥则专指现代水泥，即具有水硬性的胶凝 材料。 w 三、水泥的品种和分类 w 对水泥的分类通常有两种方法：一是按用途及性 能分类，二是按其主要水硬性物质名称分类。 w 1、按水泥用途分为 ：通用水泥、专用水泥、特 性水泥三大类。 w 通用水泥：是指适用于大多数工业、民用建筑工 程的硅酸盐系列品种水泥。主要有硅酸盐水泥， 普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅 酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水 泥。 w 专用水泥 :是指有专门用途的水泥，如油井水泥 、中热硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。 w 特性水泥：是指某种性能较突出的一类水泥。 如快硬水泥系列、膨胀水泥系列、抗硫酸盐硅酸 盐水泥等。 w 专用特种水泥包括：快硬高强水泥、膨胀水泥、 自应力水泥、水工水泥、油井水泥、装饰水泥、 砌筑水泥、低碱水泥、道路水泥等种类。 w 2、按其主要水硬性物质名称分为 :硅酸盐水泥系 列、硫铝酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、铁铝 酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、其他系列六 大类。 四、硅酸盐水泥 w （一）通用硅酸盐水泥 w 1、 硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、 0% 5% 石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水 硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，分 P.I和 P.II,即 国外通称的波特兰水泥。 w 2、普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、 6% 15%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝 材料 ,称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥） ,代 号： P.O。 w 3、矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、粒化 高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 , 称为 矿渣硅酸盐水泥，代号： P.S。 w 4、 粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水 泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的 水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥 ，代号： P.F。 w 5、火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟 料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制 成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸 盐水泥，代号： P.P。 w 6、复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、 两种或两种以上规定的混合材料和适量石 膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合 硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号 P.C (二 )六大类硅酸盐水泥中主要混合材掺量如下： w 1、硅酸盐水泥类，石灰石或粒化高炉矿渣、 适量石膏，掺量为： 0-5% w 2、普通硅酸盐水泥类，混合材料掺量为： 6- 15% w 3、矿渣硅酸盐水泥类，粒化高炉矿渣掺量为 ： 20-70% w 4、粉煤灰硅酸盐水泥类，粉煤灰掺量为： 20- 40% w 5、火山灰质硅酸盐水泥类，火山灰质混合材 料掺量为： 20-50% w 6、复合硅酸盐水泥类，混合材料掺量为： 15- 50% （三）专用和特种硅酸盐水泥 w 1、低热矿渣硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸 盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有低水 化热的水硬性胶凝材料。 2、快硬硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料加 入适量石膏，磨细制成早强度高的以 3天抗压强 度表示标号的水泥。 3、 抗硫酸盐硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟 料，加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能 良好的水泥。 4、白色硅酸盐水泥：由氧化铁含量少的硅 酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的白色水 泥。 w 5、道路硅酸盐水泥：由道路硅酸盐水泥熟料 ， 0% 10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的 水硬性胶凝材料 ,称为道路硅酸盐水泥，（简称道 路水泥）。 6、砌筑水泥：由活性混合材料，加入适量硅 酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成主要用于砌筑砂 浆的低标号水泥。 w 7、油井水泥：由适当矿物组成的硅酸盐水泥 熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于 一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。 8、石膏矿渣水泥：以粒化高炉矿渣为主要 组分材料，加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石 灰磨细制成的水泥。 第二节 硅酸盐水泥的技术指标 w 一、制造水泥的组分材料 w 1、硅酸盐水泥熟料：凡适当成分的生 料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成 分的产物称为硅酸盐水泥熟料（简称熟料 ）。 w 2、石膏：包括天然石膏和工业副产石 膏、质量必须符合标准。 w 3、活性混合材：系指具有火山灰性或 潜在水硬性的混合材料。如高炉矿渣、火 山灰和粉煤灰。 w 制造水泥的组分材料 w 4、非活性混合材：系指活性指标不符合 标准要求的潜在水硬性或火山灰的水泥混 合材料，以及砂岩和石灰石。 w 5、窑灰：从水泥回转窑窑尾废气中收 集下的粉尘。 w 6、助磨剂：水泥粉磨时允许加入起助 磨作用而不损害水泥性能的助磨剂。其加 入量不得超过水泥质量的 1%。 二、硅酸盐水泥的标号 w 国家标准中把硅酸盐水泥的标号设置为 325、 325R； 425、 425R； 525、 525R； 625、 625R； 725、 725R几等。标号是根 据水泥 28D抗压强值确定的。 三、硅酸盐水泥的技术指标（品质指标 ） w 1、化学指标： 是保证水泥质量和性能的重要依 据 w （ 1）氧化镁含量：在水泥熟料中，常含有少 量与其他矿物结合的游离氧化镁，它是高温时形 成的方镁石，它水化为氢氧化镁的速度很慢，常 在水泥硬化以后才开始水化，在水化时产生体积 膨胀，可导致水泥石结构产生裂缝甚至破坏，因 此，它是引起水泥安定性不良的原因之一。 w 因此，国家标准（ GB175-1999）规定，水泥 中氧化镁的含量不得超过 5%。如果水泥经压蒸 安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放 宽到 6%。 w （ 2）三氧化硫含量：水泥中的 SO3主要是 在生产时为调节凝结时间加入石膏而带来 的，也可能是煅烧熟料时加入石膏矿化剂 而带入熟料的。适量石膏虽能改善水泥性 能（如提高水泥强度、降低收缩性、改善 抗冻耐蚀和抗渗性等），但石膏超过一定 含量后，水泥性能会变差，甚至引起硬化 水泥石膨胀，导致结构破坏。因此水泥中 SO3的含量必须加以限制。 w 现行国家标准规定，水泥中 SO3的含量不 得超过 3.5%。 w （ 3） 烧 失量：水泥煅 烧 不佳或受潮后， 均会 导 致 烧 失量增加。 烧 失量 测 定是以水 泥 试样 在 950-1000 下灼 烧 15-20min，冷 至室温称量。如此反复灼 烧 直至恒重，按 下式 计 算 烧 失量： X（ mo-m1） /mo100 w 式中： X 烧 失量 % w mo 灼 烧 前 试样质 量 g w m1 灼 烧 后 试样质 量 g w 普通水泥、 矿 渣水泥中的 烧 失量，回 转 窑 厂不得大于 5% ， 立窑大不得大于 7% 。 硅酸盐水泥的技术指标（品质指标 ） w 2、物理指标 w （ 1）细度：水泥细度是表示水泥磨细 后的程度或水泥分散度的指标。它对水泥 的水化硬化速度、水泥需水量、和易性、 放热速率及强度都有影响。水泥细度可用 筛析法 和 比表面积法 表示。现行标准规定 ，普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉 煤灰水泥，在 0.08mm方孔筛上筛余量不 得超过 10%；硅酸盐水泥细度不少于 300 2/g。 w （ 2）凝结时间：是指水泥从加水开始，到 水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间 分为初凝时间和终凝时间。 w 初凝时间是从水泥加水开始到水泥浆失 去可塑性所需的时间；终凝时间是从水泥 加水开始到水泥浆完全失去塑性的时间。 我国标准规定，采用 凝结时间测定仪 来测 定。标准规定，硅酸盐水泥初凝时间不得 早于 45分钟，终凝时间不得迟于 390分钟 （ 6.5小时）；普通硅酸盐水泥初凝时间不 得早于 45分钟，终凝时间不得迟于 10小时 。 w （ 3）安定性：安定性是指水泥在凝结硬化 过程中体积变化的均匀性。 w 水泥与水拌制成的水泥浆体，在凝结硬 化过程中，一般都会发生体积变化。如果 这种体积变化是在凝结硬化过程中，则对 建筑的质量并没有什么影响。但是如果混 凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的 作用，在水泥石内部产了剧烈的、不均匀 的体积变化时，在建筑物内部产生破坏应 力，导致建设物强度降低，甚至会引起建 筑物开裂，崩塌等严重事故。 w 水泥体积安定性不良的原因在于：水泥熟 料中游离 Cao、 MgO含量过多或掺入的石 膏含量过多。熟料中的游离 CaO、 MgO经 过高温煅烧后均呈 “过烧 ”状态，水化十分 缓慢。在水泥已经硬化后才进行水化，体 积膨胀，引起不均匀的体积变化，使水泥 石开裂。石膏含量过多时，在水泥硬化后 ，它还会与固体的水化铝酸钙反应，生成 高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大 1.5倍， 引起水泥石开裂。 w 安定性的检验方法： w 沸煮法：（不常用）主要用来检验由游离 CaO引起的体积变化。 w 试饼法。 w 雷氏法：用雷氏夹测定，试件两指针尖端距 离增加的平均值 5mm时，安定性合格。 w 压蒸法：主要用来检验由游离 MgO引起的 体积变化。 w （ 4）强度：强度是水泥技术中最基本的指标 ，它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。国 际上都采用砂浆法作为水泥强度的标准检验方法 。我国亦采用水泥胶砂来评定水泥强度。 w 我国现行标准（ GB177-1999）规定，以 13的 水泥和 ISO标准砂，按规定的水灰比 0.50，用标 准制作方法制成 4cm4cm16cm的标准试件。 在标准养护条件下，达到规定龄期（ 3d、 28d） 时，测定其抗折和抗压强度，按国家标准规定的 最低强度值来评定其所属的强度等级。 w 为提高水泥的早期强度，我国现行标准将水泥 分为普通型和早强型（ R）。早强型水泥的 3d抗 压强度较同强度等级的普通型强度提高 10-24% ，可达 28d抗压强度的 50%。道路水泥多用早强 水泥。 w 需要强调的是， 我国现行国家标准规定， 凡是氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定 性中的任何一项指标不符合标准规定的， 均为废品 。 w 凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中 的任何一项不符合标准规定的，或混合材 掺加量超过最大限量，或强度低于等级规 定的指标时称为 不合格产品 。废品水泥在 工程中严禁使用。 第二章 硅酸盐水泥熟料的组成 第三节 硅酸盐水泥熟料的化学成分 w 水泥的质量主要决定熟料的质量。优质的熟料 应该具有合适的矿物组成和岩相结构。因此控制 熟料的化学成分，是水泥生产的中心环节之一。 一、熟料的化学组成 w 硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙（ CaO），一般范围为 62-67%；二氧化硅（ SiO2 ），一般范围为 20-24%；三氧化二铝（ Al2O3） 一般范围为 4-7%；三氧化二铁（ Fe2O3），一般 范围为 2.5-6%。这四种氧化物组成通常在熟料中 占 95%以上，同时含有 5%以下的少数氧化物， 如氧化镁（ MgO）、硫酐（ SO3）、氧化钛（ TiO2）、氧化磷（ P2O5）以及碱（ K2O、 Na2O ） 等。 w 这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分 。它们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比 例进行配比生产的。配比不恰当，都会直接影响 到熟料的质量进而影响到水泥的质量。如熟料中 若 CaO含量过高，则 CaO不能充分与硅酸性氧化 物化合，部分呈现游离状态存在于熟料中，成 “ 死烧状态 ”。这种 “死烧状态 ”的氧化钙，其水化作 用非常缓慢，常发生在水泥凝结硬化过程之后的 水泥石中，致使水泥石膨胀变形、破裂。如氧化 铝和氧化铁，它们是熟料烧成过程中产生液相的 主要氧化物，如果它们的含量过高，则产生的液 相量过多，使物料易结大块而影响操作；如果含 量过低，则产生液相量过少，使烧成困难，熟料 易于 “粉化 ”。所以在熟料生产中化验人员要对原 料进行认真分析计算，作出科学合理的配料方案 ，指导熟料生产。 第四节 熟料的矿物组成 w 一、熟料中的主要矿物 w 原料中 CaO、 SiO2、 Al2O3和 Fe2O3，这四种氧 化物， 经过高温煅烧后发生化合反应： w 硅酸盐矿物（ CaO、 SiO2） 生成：硅酸二钙 （ 2CaOSiO2），简写为 C2S和硅酸三钙（ 3CaOSiO2），可简写为 C3S，合计占 75%左右 。 w 熔剂矿物（ Al2O3和 Fe2O3）生成：铝酸三钙 (3CaO Al2O3)，可简写为 C3A、铁铝酸四钙 (4CaO Al2O3 Fe2O3)简写为 C4AF，合计占 22% 左右。 w 从以上熟料的矿物组成中可以看出，在水 泥熟料中， CaO、 SiO2、 Al2O3、 Fe2O3这 四种氧化物，不是以单独的氧物形式存在 ，而是经过高温煅烧后，两种或两种以上 的氧化物反应生成的多种矿物集合体，其 结晶细小，通常为 30 60 m。因此水泥 熟料是一种多矿物组成的结晶细小人造岩 石。 第五节 熟料的率值 w 硅酸盐水泥熟料中各氧化物不是以单独状 态存在，而是由两种或两种以上的氧化物 合成的多矿物集合体。因此，在水泥生产 中不仅要控制各氧化物的含量，还要控制 多氧化物之间的比例，即率值。这样更能 表示出水泥的性质及对煅烧的影响。 w 率值就是用来表示水泥熟料中多氧化物之 间相对含量的系数。它是生产控制的一种 指标。 w 一、水硬率 w 表示水泥熟料中氧化 钙 与酸性氧化物（ SiO2、 Al2O3、 Fe2O3）之和的 质 量百分数 的比 值 ，用 HM或 m表示。 w 计 算公式如下： HM（ m） =CaO/ SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 w 通常波 动值 在 1.8 2.4之 间 。 w 二、硅率（硅硅率）和铝率（或称铁率 ） w 1、硅率 w 表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的 质量比。也表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的 比例。用 SM或 n表示：计算公式如下： w SM(n)= SiO2/ Al2O3+ Fe2O3 w 通常硅酸盐水泥熟料的硅率在 1.7 2.7之间。 w 2、铝率 w 铝率又称铁率或铝氧率。表示熟料中氧化铝和氧 化铁含量的质量比，液表示熟料溶剂矿物中铝酸 三钙与铁铝四钙的比例，用 IM或者 p表示。计算 公式如下： w IM(p)= Al2O3 / Fe2O3 w 通常硅酸盐水泥熟料的铝率在 0.9 1.7之间。 w 三、石灰饱和系数 KH值 w 为熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（ C2S和 C3S）所需的氧化钙含量与全部氧化硅生 成硅酸三钙所需氧化钙含量的比值，也即 表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸 三钙的程度。计算公式为： w KH= （ CaO 1.65Al2O3-0.35Fe2O3） /2.8SiO2 w 为使熟料顺利形成，不出现过量游离石灰 ，通常 KH值控制在 0.82 0.96之间。 第三章 硅酸盐水泥的生产方法及工艺 w 第六节 生产方法分类 w 由于各地条件、原料资源和采用的主机设备情况 的不同，水泥生产方法也有所不同。大致有以下 几类： w 一、按生料的制备方法分为湿法和干法 w 1、湿法：将原料加水粉磨成生料浆（含水 33- 40%）后喂入湿法回转窑煅烧成熟料，则称为湿 法；将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入 窑煅烧，称为半湿法，亦归入湿法。 w 2、干法：将原料同时烘干与粉磨或先烘干后 粉磨成生料粉，而后喂入干法窑内煅烧成熟料， 则称为干法生产；将生料粉加入适量水分制成生 料球，而后喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟料的 方法叫半干法，亦归入干法。 w 二、按煅烧熟料窑的结构分类 w 1、立窑：有普通立窑和机械化立窑。 w 2、回转窑： w 中空式窑 w 湿法回转窑 带热交换装置的窑 w 带余热锅炉的窑 w 回转窑 干法回转窑 带预热器的窑 w 带分解炉的窑 w 半干法回转窑 立波尔窑 w 三、各种生产方法的特点 w （一）立窑生产的特点 w 1、优点 w （ 1）基本建设投资小，投入生产快。 w （ 2）立窑内填充系数高，因而单位体积产量 高。 w （ 3）可以就地取材，充分利用地方资源。 w （ 4）窑内传热效率高，散热损失小，约为总 热值的 3%（回转窑为 15%），可节约烧成用燃 料。 w （ 5）需要设备和动力容量少，故可节约钢材 和动力。 立窑生产的特点 w 2、缺点： w （ 1）生产规模小。 w （ 2）熟料质量较差。 w （ 3）劳动生产率低，劳动强度大，单机产 量低。 w （ 4）环保达标难。 （二）回转窑的特点 w 湿法回转窑生产热耗高，但电耗较低，生料易 于均化，成分均匀，熟料质量较高且输送方便， 粉尘少。所以此生产方法在 20世纪 30年代左右得 以迅速发展。缺点是能耗高。 w 新型干法回转窑是当前世界各国竞相发展的窑 型。悬浮预势器窑和窑外分解窑技术的开发成功 ，使水泥生产方法开始逐步发生变化，出现了向 干法发展及湿法改干法的发展趋势。新型干法回 转窑的优点是节能、产量高、质量稳定、环保、 生产率高。 四、硅酸盐水泥的生产工艺过程 第四章 硅酸盐水泥熟料的主要原料 w 水泥的质量主要取决于熟料的质量。煅烧优质 熟料必须制备适当成分的水泥生料。而生料的化 学成分是由原料提供的。只有当原料提供的成分 符合要求，加上良好的煅烧与粉磨，才能生产出 优质水泥。因此，水泥原料的开采和合理使用， 是水泥生产首先需要解决的问题。 w 自然界中很难找到一种单一原料，能完全满足 水泥生产的要求。因此需要采取几种不同的原料 ，根据所生产水泥的种类和性能，进行合理搭配 ，即通过配料，组成配合原料，再把它粉磨成一 定细度，才能制得适当成分的生料。因此，生料 配料是为了确定各原料各组分的数量比例，以保 证得到成分和质量合乎要求的水泥熟料。 第七节 原料的种类 w 生产硅酸盐水泥用的原料，主要是石类质 原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（ 主要提供氧化硅、氧化铝和少量氧化铁） 。我国粘土质原料及燃料灰分一般氧化铝 较高，含氧化铁不足。因此，当用这两种 原料配合后，其成分满足不了水泥熟料成 分要求时，需用铁质校正原料，即采用石 灰质原料，粘土质原料和铁质校正原料进 行配料。 w 一、石灰质原料 w 凡是以炭配钙为主要成分的原料都属于石灰质 原料。常用的天然石灰质原料有石灰岩、泥灰岩 、白垩、贝壳等。我国水泥生产中应用最普遍的 是石灰岩。我州石灰岩储量丰富，在省内名列第 二，水泥产业具有得天独厚的发展条件。 w 石灰岩。石灰岩是一种沉积岩。主要矿物是方 解石、粘土和石英或燧石等杂质。纯净的石灰石 是白色的，由于含不同的杂质而呈灰白、青灰、 淡黄、红褐等颜色。常见的为青灰色，密度 2.6- 2.8，硬度 8-10，一般呈块状，有白色条痕。 w 纯的方解石含有 56%CaO和 44%CO2。生 产硅酸盐水泥用石灰岩中氧化钙含量，应 大于等于 48%。对于氧化钙低于 48%的石 灰岩可与氧化钙含量大于 48%的石灰岩搭 配使用，搭配后的石灰岩其 CaO含量必须 在 48%以上。 w 石灰石的质量要求如下表 ： w 二、粘土质原料 w 我国天然粘土质原料的种类较多，有黄土、粘 土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，其中应用最 广泛的是黄土和粘土。 w 粘土是由花岗岩、玄武岩等经风化分解后，再 经搬运或残积形成。黄土主要分布在华北和西北 地区。粘土类包括华北、西北地区的红土、东北 地区的粘土、南方地区的红壤、黄壤等。衡量粘 土质量主要看粘土的化学成分（硅率、铝率）、 含砂量、碱含量及粘土的可塑性、热稳定性、正 常流动的需水量等工艺性能，如要求硅率 2.5- 3.5%（最好 2.7-3.1）；铝率 1.5-3%等。 w 粘土质原料的质量要求如下： w 三、校正材料 w 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，以 补充某些成分的不足，常用较正原料有低 品位铁矿石、铁厂尾矿、硫铁矿渣；硅藻 土、硅藻石、砂岩、粉砂岩、铝矾土、铝 渣等。 w 校正原料的质量要求如下： 第八节 原料的开采和运输 w 水泥厂一般要求都有自己的原料矿山。水泥厂的原料 均属非金属矿床。非金属矿床的开采按开采对象和开采 方法，可分为露天开采和地下开采。露天开采又可分为 机械开采和水力开采。目前使用最多的是机械开采。机 械开采是用一定的采掘运输设备，按一定的生产工艺， 从地面将矿体四周的岩体及覆盖层剥离掉，把矿石采出 来并通过露天沟道或运输设备运到厂区料场的开采方法 。 w 矿石运输：根据采石场距工厂的距离长短来选择运输 设备。一般采石场距工厂 300-500时，则可采用皮带输 送机、相距在 3Km以内时，采用自动卸料汽车或小型内 燃机车运输。 w 矿山管理要贯彻 “采剥并举，剥离先行 ”的原则，矿山要 实行计划开采，不同质量的矿石要分别开采和存放，搭 配使用。稳定进厂原料成分，达到配料要求。 第九节 原料的预均化 w 经破碎的原料的化学成分是很不均齐的。为使原 料成分初步趋于均齐，充分发挥原料堆场在储存和 取用原料两方面的功能，采用一定的堆放和取用方 式，使生料得到均齐， 叫原料的预均化 。原料预均 化的基本原理是 “平铺直取 ”。即采取堆料机将料一 层一层地铺起来，用料时，采用取料机垂直切取料 层，这样取得的生料就较均齐，接着送入生料磨进 行粉磨。 第十节 生料的制备、调整和均化 w 一、生料制备 w 生料制备是将原料（石灰质原料、粘土质 原料及少量较正原料，立窑煅烧水泥熟料时 还加有一定量的燃料）经过一系列的加工过 程后，制成具有一定细度、适当化学成分， 并且均匀的生料，使其满足多种窑型的煅烧 要求。 w （一）对生料的要求 w （ 1）生料成分的均匀性。生料成分均匀稳定 对熟料烧成具有重要影响。衡量生料成分稳定性 的重要指标是碳酸钙滴定值，出磨生料碳酸钙滴 定值波动范围，湿法窑不大于 0.15%；干法窑 不大于 0.4%；立窑不大于 0.5%。 w （ 2）细度：一般生料以 0.08mm方孔筛筛余 量应控制在 8-10%， 0.2mm方孔筛筛余不大于 10%为宜。 w （ 3）生料的水分：湿法，料浆含水份 33-40% ；干法一般控制在 1.2%以内。 w （二）生料制备的过程。 w 1、破碎：是用机械方法缩小物料粒度的过程 。破碎物料主要有压碎、击碎、磨碎、劈碎四种 方式。采用的破碎设备有颚式破碎机、锥式破碎 机、辊式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机等 。（动画图） w 破碎作业有一级、二级甚至三级破碎的程序。 采用几级破碎，主要取决于破碎机的技术性能。 一般级数越少越好。但不论选用几级或选用什么 样的破碎机，石灰石破碎系统的出料粒度必须满 足生料磨入磨要求，在我国一般为 20-25mm。 w 2、烘干 w 在干法粉磨时，入磨物料平均水分应控制在 1- 2%以内，但天然物料水分一般都远远超过这一 范围，因此物料必须烘干，满足这一要求。 w 水泥厂采用的烘干方法有两种：一种是粉 磨过程中同时进行烘干，即利用烘干兼粉 磨的设备；另一种是采用单独的烘干设备 ，物料烘干后再进行入磨。主要的烘干设 备有：回转式烘干机、悬浮式烘干机和硫 态化烘干机。（动画图） w w 3、粉磨 w 破碎与烘干后的物料，通过配料过程和 配料设备送至生料磨进行粉磨。粉磨系统 主要有开路和闭路两种。在粉磨过程中， 当物料一次通过磨机后即为产品时，称为 开路系统，当物料出磨后经过分级设备（ 选粉机）选出产品，而使粗料返回磨内再 磨时称为闭路系统。（动画图） w 生料的细度：一般控制在 0.08mm方孔筛 筛余 10%左右， 0.2mm方孔筛筛余小于 1.5%以内为宜。 w 三、生料均化 w 出磨的生料粉或生料浆，其化学成分难 免有些波动，为保证入窑生料化学成分均 齐、合格，生料应在贮存均化库内进行均 化。（ CF均化库动画图） w 干法生料的均化可采用多库搭配，机械 倒库和压缩空气搅拌库。 第五章 硅酸盐水泥熟料的制备 w 第十一节 硅酸盐水泥熟料的煅烧 w 熟料煅烧是硅酸盐水泥生产工艺过程的第二阶 段。是指将生料制备过程中制得的生料送入煅烧 窑，经高温煅烧，发生一系列物理的、化学的和 物理化学变化后形成熟料的工艺过程。虽然生产 方法和各种煅烧窑各有不同，但熟料煅烧过程大 体相同。下面以湿法回转窑为例，来说明熟料的 煅烧过程： w 熟料煅烧物料可分为：水分蒸发 生料预热 生料分解 熟料煅烧 熟料冷却五个功能单元。 相应分为干燥带、预势带、分解带和放热带，烧 成带和冷却带。 w 一、干燥带（物料温度 150 ） w 承担生料中水分的蒸发任务。湿法窑物料含 32- 40%的水分，经干燥后，物料水分减到 22-26%， 浆料失水变成球状。 w 干法窑由于入窑生料水分小于 1%，几乎没有干 燥带。半干法窑的干燥过程在加热机上进行，在回 转窑内无干燥带。预热器窑、窑外分解窑干燥在预 热器内进行，因此回转窑内无干燥带。 w 二、预热带（物料温度 150-750 ） w 承担粘土质等原料中化学水的分解脱水任务。当 温度升到 400-550 时，粘土开始脱水分解出活性 SiO2和 Al2O3，当温度升到 600-700 时， MgCO3 继续分解。带悬浮预热器和加热机的窑，预热都在 窑外进行，回转窑内预热带很短或者没有。 w 反应式： 2 SiO2 Al2O3 2H2O 2 SiO 2 Al2O3 2H2O w 三、分解带（物料温度 750-1000 ） w 主要承担 MgCO3和 CaCO3的分解任务。在预热 带未分解完的 MgCO3在该带继续分解，但主要是 CaCO3的分解。这一带末端，分解产物之间产生 固相反应，生成碱性的 CA、 CF、 C2S。 w 带悬浮预热器和加热机的窑，分解反应有一部 分在预热器和加势机内进行，而带窑外分解炉的 窑绝大部分的分解反应是在分解炉内进行。 w 四、放热反应带（过渡带）（物料温度 1000- 1300 ） w 在分解带分解出的大量 CaO、 SiO2、 Al2O3等氧 化物在该带进行固相反应，生成大量 C3A、 C4AF 和 C2S。这些反应是放热反应，故称 “固相反应带 ” 。由于固相反应放热，物料温度迅速上升，使该 带在窑内占的比例较小。 w 五、烧成带（物料温度 1300 1450 -1300 ） w 该带又称烧结带，是回转窑内温度最高的一带， 物料进入这带就出现液相，在液相中 C2S和游离 氧化钙作用形成 C3S即： CaO C2SC 3S，因 此，此带也叫 “石灰吸收带 ”。为 C3S的生成反应 完全，物料在此停留的时间，也就是烧成带应有 一定长度，因此，要求回转窑内燃料燃烧的火焰 应有一定的长度和温度。 w 六、冷却带（物料温度 13001000 ） w 在烧成带形成的 C3S、 C2S、 C3A、 C4AF四种主 要矿物的晶体继续向前运动与温度较低的二次空 气相遇，熟料温度下降，这一区域称为冷却带。 在该带快速冷却后，形成含 C3S、 C2S、 C3A、 C4AF圆形颗粒和玻璃体阿利特晶体，落入 冷却机内。 w 立窑内煅烧大体与回转窑相同，此不再叙述。 附： 1、回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况图 2、看回转窑动画图 第六章 水泥制成和包装 w 第十二节 水泥制成工艺 w 水泥制成工艺是水泥生产的最后一环。是 指把熟料、石膏、混和材共同粉磨制成水 泥，再进行包装或散装出厂。工艺过程如 下： w 熟料 （冷却） 包装机 成品库 出厂 w 石膏 水泥磨机 水泥库均化 w 混合材 散装车 出厂 水泥制成工 艺过 程中，粉磨是关 键 工序。在生 产 中影响粉磨的因 素很多，主要有： 一、物料的粒度 一般要求在 25mm以下，最好小于 10mm。 二、入磨物料的易磨性 影响易磨性的因素有 C3S含量、熟料制成中的液相量等因素有关。 三、物料温度 一般控制在 80 以下。 四、入磨物料的水分 入磨物料名称 允许水分 入磨物料名称 允许水分 熟料 0.5 粘土 1.0 粒状矿渣 2.0 石膏 10 天然火山灰 2.0 煤（干燥 过 ） 1.0 2.0 石灰石 1.5 煤（ 风扫 磨用） 10.0 12.0 五、粉磨产品的细度 要求太细会产生 “过粉碎 ”现象和 “缓冲作用 ”。其它如磨内风速、采用的助 磨剂等都影响熟料粉磨。 第十三节 水泥的包装和贮运 w 一、水泥的包装 w 水泥是一种粉状物，在运输和储存方面须有不同形式的容 器，我国一般出厂水泥有袋装和散装两种，国外还有桶装 和集装袋等。袋装水泥一般采用纸装或塑料编织袋包装， 散装一般有火车散装及船运散装等。 w 包装的设备有固定式和回转式两种。固定式包装机有单咀 、 2咀、 4咀三种规格。生产率低，劳动条件差。 w 回转式包装机有 6咀、 10咀、 14咀三种规格。自动化程度 高、包装能力大、劳动条件好。（有动画图） w 一、 水泥的贮存 w 水泥包装结束后，有的在厂内存放，有的由使用单位存放 。水泥存放的地点总体要求要干燥、密封。一般水泥的存 放有效期为 3个月。高强度水泥为 2个月。 w 第七章 新型干法旋窑生产的主要设备 w 第十四节 悬浮预热器 w 一、悬浮预热器的功能与特征 w 1、功能。悬浮预热器的主要功能在于充分利用回转窑及 分解炉内排出的炽热气流中所具有的热焓（热量）加热 生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解，然后进入分解 炉或回转窑内继续加热分解，完成熟料烧成任务。因它 具有使气固两相能充分分散均布、迅速换热、高效分离 等三大功能。 w 2、特征。各种悬浮预热器窑的不同特性，主要取决于同 它配套的悬浮预热器的特性，而多种悬浮预热器的特性 ，又取决于它的结构及换热方式。构成多种悬浮预热的 热交换单元设备有旋风筒（包括联接管道）及立筒（涡 室）两种，所有悬浮预热气窑都是由这两种热交换单元 设备中的一种单独组成或混合组成。 w 二、结构和工作原理 w 下面以旋风筒工作示意图，介绍其工作原 理。（动画图） w 无论是以旋风筒为主或以立筒为主组成的 悬浮预热器，都是由多级换热单元组成的 。使用多级换热单元的目的在于提高预热 器的热效率。 w 三、悬浮预热器的分类 w 分类方法有三种： w 1、按制造厂商名分类：早期有洪堡型、史 密斯型、多波尔型、维达格型、盖波尔型 、 ZAB型等数种。 w 2、按热交换工作原理分类：有以同流热交 换为主的，以逆流热交换为主的及混流热 交换的三种。 w 3、按预热器组成分类：有数级旋风筒组合 式、以立筒为主的组合式及旋风筒与立筒 （或涡室）混合组合式三种。 附 1：早期悬浮预热器综合分类表 按制造商命名 分类 按热交换方式 分类 按预器组成分 类 洪堡 史密斯 EVS/SVS 维达格 同流热交换为 主型 以数级旋风筒 组合 盖波尔 ZAB 普列洛夫 逆流热交换为 主型 以立筒为主组 合 多波尔 米亚格 混流热交换型 旋风筒与立筒 混合组合型 附 2：悬浮预热器工作原理示意动画图 第十五节 分解炉 w 预分解窑是当代水泥工业用于煅烧水泥熟料的最为先进 的工艺装备，具有高效、优质、低耗等一系列优良性能 。 w 一、分解窑的功能与特征 w 1、功能。承担预分解系统中繁重的燃烧、换热和碳酸盐 分解任务。 w 2、特征。 一是在结构方面， 它是在悬浮预热窑的悬浮预 热器与回转窑之间，增设了一个分解炉，承担了原来在 回转窑内进行的碳酸盐分解任务； 二是在热工方面， 分 解炉是预分窑系统的 “第二热源 ”，将传统上全部由窑头加 入燃料的做法，改变为少部分从窑头加入，大部分从分 解炉内加入，从而改善了窑系统内的热力分布格局； 三 是工艺方面 ，