工艺技术_水泥工艺资料培训资料

1、什么是水泥11 水泥的定义和分类凡细磨材料、加入适量水后，成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固的胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。水泥的种类很多。按性质和用途可分为一般用途水泥和特种用途水泥。一般用途水泥如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。特种用途水泥如用于快速和抢修工程的早强水泥和快硬快凝水泥、用于水利工程的水工水泥、用于防渗堵漏的膨胀水泥、用于自应力压力管的自应力水泥、用于油井开发的油井水泥、用于炉衬材料的耐火水泥以及其他专用水泥等；也可按组成分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。目前水泥品种已达一百多种。用水泥制成的砂浆和混凝土，坚固耐用，是重要的建筑材料和工程材料。1-2 新标准中水泥的分类及用途：1 石灰石、粘土和铁质原料经混合粉碎、煅烧、加上石膏粉磨后所形成的水泥称为硅酸盐水泥，俗称纯熟料水泥，国际上称波特兰水泥。2 硅酸盐水泥中掺加少量混合材而形成混合型水泥称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。活性混合材不超过15%，非活性不超过10%。3 硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，石膏磨成的水泥称为矿渣硅酸盐水泥，添加量20-70%。硅酸盐水泥（1）硅酸盐水泥在土木建筑工程上是用量最多的水泥，墙面进行处理时所使用的水泥，通常也是硅酸盐水泥。华强水泥有限公司生产的水泥即是这种水泥熟料。（2） 早强硅酸盐水泥增加生料中的CaO，也就是提高熟料中的C3S矿物含量，同时提高水泥的细度和比表面积，这种水泥具有早期强度高的特点。例如，普通硅酸盐水泥三天能达到的强度，早强水泥只需一天即可达到；普通硅酸盐水泥七天能达到的强度，早强硅酸盐水泥只需三天即可达到。这种水泥广泛用于紧急工程，冬季寒冷工程，水泥混凝土制品。因为这种水泥比普通硅酸盐水泥提高了水硬率和细度，所以生产所耗用的电力、燃料、耐火材料、钢球等相应增加，从而引起生产成本增加。早强硅酸盐水泥由于水化反应较快，需注意因水化热高而引起的裂缝，这种水泥不适合于大体积混凝土建筑。（3） 中热硅酸盐水泥中热波特兰水泥中的C3S、C3A较低，水化热比较低，同时这种水泥的早期强度比普通硅酸盐水泥低，主要用于大体积水泥混凝土。中热水泥具有干缩小、抗硫酸盐性好等特点，在水库等大体积混凝土工程中是不可缺少的水泥。a) 除此以外，还有耐硫酸盐水泥、低碱早强硅酸盐水泥等。华强水泥有限公司计划生产矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。1 高炉矿渣水泥高炉矿渣水泥中掺有经水急速降温的高炉矿渣，掺入矿渣的量应控制在2070%之间。高炉矿渣水泥与硅酸盐水泥相比，早期强度低，但经过四周以后，与硅酸盐水泥达到同样的强度。高炉矿渣水泥水化反应较慢，不易出现裂缝，和中热水泥一样，多用于大体积混凝土或者不太着急的工程。高炉矿渣因为碱性（K2O、Na2O）低，作为对水泥的降碱是有益处的。如果炼刚厂距水泥厂近的话，矿渣运费较低，这样可以降低水泥的成本。2 粉煤灰水泥粉煤灰水泥中掺加了火力发电厂锅炉所排出的煤灰，煤灰呈微细球形，掺入水泥里，就可以生产出用水量少、流动性强、施工方便的混凝土。在中热水泥中掺入粉煤灰成为中热粉煤灰水泥，广泛使用于大体积混凝土工程。但是粉煤灰中不能有未燃尽的煤。特种水泥1 固化材料固化材料属于水泥系列，是一种将含水量大的松软地盘、有机质土壤地盘固化并改变成坚固地盘的材料，另外还有将沼泽改变成松散的土，以便于容易处理的材料，这种材料的需求量正在逐步增加。固化材料比普通水泥中的SO3增加了7-10%，比表面积提高到4000-4500cm2/g。（普通波特兰水泥的SO3为2%左右，比表面积为3400-3600 cm2/g）2 超速硬水泥超速硬水泥水化反应迅速，在短期内即可达到一定强度，2-3小时压缩强度可达到100Kgf/cm2以上。超速硬水泥以普通硅酸盐水泥为基本材料，用硬化促进剂和缓凝剂来控制凝结速度。这种水泥用于需要急速凝结的工程，例如道路铺设的部分修补、往建筑物裂缝里填泥浆材料等。除此以外，还有白水泥、膨胀水泥、铝质水泥等。1-3 水泥的性质（1） 水泥的物理性质水泥加水搅拌后放置2-3小时开始凝固，此时还可以用小刀简单地切开，随着时间的推移，水泥浆的硬度会增加。水泥的这种遇水凝固的性质叫做水硬性。水泥所要求的性质中首先是强度，水泥几乎没有单一使用的，多以沙浆或混凝土的形式使用，所以在强调试验时，是以水泥沙浆的形式进行。一般将水泥沙浆搅拌后测定三天、七天、二十八天的强度。水泥中加入适当的水和其他材料后，必须马上施工，所以自搅拌至施工之间的凝结时间是非常重要的要素。凝结时间过长、过短对工程都有很大的影响，所以要测定水泥的凝结时间。一般来讲煅烧不充分的水泥中有很多未反应的f-CaO，f-CaO水化时膨胀率高，容易造成混凝土出现裂缝，检查裂缝可能出现的程度的试验叫做安定性试验。根据国标还需测定水泥的粉末细度。测定粉末细度用80微米标准筛，根据筛余量进行细度试验，同时可以用比表面积方法进行比表面积试验。（2） 水泥的化学性质硅酸盐水泥的定义是由水泥熟料加上适量的石膏后经粉磨而产生的。水泥为什么能够凝结，人们已经知道熟料中的矿物与水化合后产生水合矿物质，但是对于水合矿物质的具体结构还不能说是十分明了。因此，对于水泥的化学成分的管理具有非常重要的意义。只要充分管理好化学成分，生产水泥就不是太难的事情。水泥的大致化学成分如表所示：普通硅酸盐水泥分析值CaOSiO2AL2O3Fe2O3SO363-6621-235-63左右1.5-2.3除此以外，还含有其他少量的组分，但决定水泥性质的主要是以上成分，理解水泥的性质，用下列率值表示则方便的多：水硬率：HM=C/（S+A+F） 熟料时 HM=（C-（56/80）SO3）/（S+A+F） 水泥时 C：CaO S：SiO2 A：AL2O3 F：Fe2O3自从发现了水硬率，质量的均匀和稳定都有了很大的改善，至今仍被重视，一般来讲，这个系数越大，越难烧成，但水泥的初期强度较高。硅率：SM=S/(A+F)硅率是表示二氧化硅含量高低的率值，这个率值越高，水泥的长期强度就越高，收缩就越小。铁率：IM=A/F铁率与熟料的液相量有关，也是与熟料易烧性有关的率值。浙江华强水泥率值目标值大致如下，但根据物理试验的结果，目标值可改变。HMSMIMFe2O32.102.601.603.30华强水泥生产线中所预定使用的富阳石灰石，品位比较高，不存在问题。另外，Fe2O3、MgO对熟料的颜色和易烧性都有关系，应尽量减少波动，MgO对水泥的安定性有影响，一般来讲，生料的MgO含量应控制在3%左右，熟料的MgO调整在2.5%以下。2水泥原料2-1 石灰石石灰石大部分是由CaCO3形成的水成岩。大致可分为由含有碳酸石灰质的孔虫、珊瑚礁、石灰藻等生物化石形成的和海水中的钙物质因某种原因经化学反应沉淀而形成的两种。石灰石自地球形成开始，经古生代、中生代、新生代至现代，在地球的各处经过各个时代而生成，数量最多的要数古生代。石灰石的需求范围很广，用于水泥的生产、建筑材料、石灰、防止公害脱硫等。富阳石灰石和普通石灰石化学成分比较如下：（%）Ig-lossCaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO燕地石灰石38424651591左右0.5左右1.53普通石灰石63662123563左右1.53 烧失量是指物质被灼烧时重量的减少，通常在900时，灼烧一个小时作为检验的标准。 石灰石的主要成分CaCO3经灼烧后发生如下化学变化，CO2蒸发，留下CaO。 CaCO3- CaOCO2 石灰石有致密质和结晶质两种，石灰石原本是有机物的残骸，受低压、温度等的影响，形成非常细小的方解石结晶，这种结构就叫做致密质。方解石的结晶可以用肉眼看到的结构叫做结晶质。 致密质的石灰石在破碎时无需太大的动力，但粉磨时需要大的动力。2-2 粉煤灰（FA） 粉煤灰又叫做“飞散灰”。是火力发电车的煤灰经收尘器收集的物质。其比表面积为10000cm2/g球型微粉。和火力发电厂煤炭的成分不同。优质的煤灰（未含碳素而且质量稳定）可以直接掺入水泥中生产水泥。夹河粉煤灰和烟台新发电厂的粉煤灰的大致成分如下：Ig-lossCaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO夹河粉煤灰22013455525305120.51烟台新发电厂682022475010左右71022.5表1-2 粉煤灰的烧失量高，未燃尽碳素残留的可能性就大，如果将这种粉煤灰直接掺入水泥中，水泥混凝土施工时未燃碳素会浮到表面，给施工带来问题，同时对强度带来不良影响。粉煤灰碱含量低（R2O），粉磨所消耗的功几乎为零，作为AL2O3、SiO2的来源是有益的原料。 2-3 矿山表土通常SiO2、AL2O3的来源一般使用粘土，烟台三菱水泥有相当的矿山表土。由于粉煤灰中AL2O3高、SiO2低，而SiO2在水泥的主要化学成分中占第二位，因此矿山表土是很重要的。对矿山表土有以下要求：1 易磨性好 石灰石是比较容易粉磨的，这样当SiO2、Al2O3、Fe2O3等主要原料呈粗颗粒时，熟料烧成时固相反应比较迟缓，不容易烧出好的熟料矿物，所以要求粘土具有较好的易磨性。2 运输、使用方便 如果粘土含水量大，在输送过程中容易发生故障。在日本缺乏优良的粘土，所以各个工厂都在积极地采取措施。 燕地石灰石矿山表土的概略分析质如下：Ig-lossCaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO燕地矿山表土11.5657211144611.52-4铁质原料 铁质原料一般熔点低，在烧成过程中最先形成液相，然后与其他成分化合，对熟料矿物的生成起促进作用。水泥中的Fe2O3约占3%，粉煤灰和矿山表土所提供的还不到3%，所以要补充铁质原料。通常是将煅烧硫铁矿而生成的硫酸铁或铁矿石用做铁质原料。在日本主要用黄铜矿提炼后的铜矿渣。烟台三菱水泥拟使用的铁质原料的分析值如下：Ig-lossCaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO乳山硫酸厂1左右1左右35405750左右11.5莱州化工厂0.941.9741.528.3341.050.66莱州化工厂的试样分析因仅做一次，只做参考分析值。3、 原料工程 31 原料方面的主要设备石灰石自矿山用矿车运送到工厂，粉碎到25mm以下，用堆料机堆料。作为主要原料的石灰石，经过粉碎后，在石灰石预均化堆场得到充分均化，这是保证主机设备（原料磨、回转窑、水泥磨）长期稳定运转并生产优质水泥的首要条件。烟台三菱水泥计划使用的燕地石灰石有以下三个问题：1 不同的采掘现场石灰石的易碎性差异性较大。2 烟台三菱水泥计划用的石灰石CaO%在45%-50%之间，纯石灰石CaO%含量为56%，由于烟台三菱水泥的矿石中含有矿山表土以及粘土夹层，所以矿石品位降低。3 在不同的采掘现场MgO%在1.5%4.0%之间波动。为了克服以上问题，在石灰石进厂处理过程中设有破碎机，石灰石堆取料机和预均化厂。 破碎机破碎机的设备费用比较低，战地少，用较少的动力就可粉碎石灰石或熟料。破碎机的种类如图4-1所示，有各种各样 。烟台三菱水泥石灰石和熟料预定用锤式破碎机（HC），锤式破碎机回转的锤头和篦子板挤碎而达到粉碎的目的。蓖条的间隙大小决定了破碎粒度的大小。破碎机的锤头被磨损后，破碎能力就会降低，所以有必要定期更换锤头。（A）旋回式破碎机 （C）辊式破碎机（B）颚式破碎机 （E）锤式破碎机（C）锥式破碎机 （F）叶轮式破碎机堆取料机 为了使石灰石在进入原料磨以前得到均化、成分稳定，将碎石在预均化堆场进行处理。预均化堆场设有堆料机，已经得到均化的石灰石经石灰石取料机取出。 石灰石堆料机具有可以升降的堆料臂，堆料机沿着固定轨道往复运动，石灰石在堆料机顶部落入堆料臂上的运输皮带，再由皮带将石灰石堆到预均化堆场。从石灰石料堆的断面层来看，不同质量的石灰石呈层状堆积起来，所以沿着石灰石料堆纵向的方向，无论何处都呈大致相同的层状。 石灰石取料机是将预均化堆场料堆的石灰石横向用刮板机按层面刮落，再由地面输送皮带运出，取料量的大小是通过取料机的行走速度来控制。另外，也有通过调整刮板速度来调节取料量的方法。这样，通过堆取料机的共同作用，大致可以使石灰石在进入原料磨以前得到均化。堆取料如图4-3所示，堆料机落料点在堆场的正中，边行走边取料，如图4-4所示是用断面刮落出料的方法。这种堆取料方式叫做基普隆方式或叫做屋顶式堆取料方式。除此以外，还有将堆料臂进行升降变化，如图4-5所示可改变卸料顶端位置来堆料。还有如图4-6所示的堆料方式，被称为非垂直方式。4、 原料磨设备熟料是各种原料按适当比例充分混合、粉磨、煅烧至部分呈熔融状态，这也就是熟料的烧成。熟料烧成过程中固体之间要发生反应（固相反应），生料充分地磨细是进行反应的前提条件。另外水泥在加水搅拌使用过程中，为了促进水化反应也必须具有一定的细度和比表面积。因此生料和水泥都必须充分磨细。将原料和水泥粉磨的机械设备称做磨机。一般的水泥工厂的磨机都是球磨机。球磨机呈圆筒横置状，磨内装入钢球，通过磨机旋转的方式进行粉磨，球磨机可以连续、大量地粉磨，又比较耐用，所以长期以来采用这种方式。水泥厂所消耗的电力70%用于生料和熟料的粉磨，据理论分析球磨机所消耗的电力中只有1%用人粉磨和粉碎所做的功，其他的能量都变成热量和噪音消耗掉了。由此可知，提高磨机的粉磨效率对降低生产成本是非常有效的。近几年来，磨机研究有了很大的发展，新建水泥厂多使用立式磨。现在开发了各种各样的立式磨，广泛使用的是电耗低，小时产量高的辊式磨机。4-1辊式磨机1 辊式磨机的特点：1、 粉磨效率高，磨机系统粉磨电力消耗仅占球磨机的70%左右。2、 设备占地面积比球磨机少，磨机内装有选粉机使得设备更加紧凑。3、 设备投资省。4、 单机小时产量高，有可达500t/d以上的原料磨机。5、 设备运转噪音小。相反辊式磨机有以下缺点：1、 耐磨钢的材质虽经改善，但寿命仍较短。2、 如果进料的含水量、粒度等有较大波动时，磨机本身振动也较大。2 辊式磨机的工作原理1、 辊式磨机的喂料首先落到磨盘上，磨辊和磨盘的相对运动将 喂进的原料挤压磨碎。辊式磨机有回转辊辗转型和固定型两种。被辗碎的原料被下面吹上来的热风边干燥边上升，在通过选粉机的过程中，粗粉被打下而再次被粉碎。辊和磨盘如下图所示：图4-1是露塞磨机，图4-2，图4-3是雷蒙磨机是由弹簧固定。烟台三菱水泥生产线采用的是露塞磨机，露塞磨机是由西德开发，在日本是由宇部铁工制造销售。三菱材料公司是于1974年在东古工厂开始使用，当时东古工厂处于增产状态，需要增加原料磨，但因为没有地方放置以往的球磨机，所以引进了露塞磨机，露塞磨机的磨盘旋转，带动辊子转动，辊子由自重和油压的作用，将磨盘上的料挤压粉碎。磨盘上被粉碎的料由于离心力的作用，被甩出磨盘，甩出磨盘的料被从下面吹上来的热风带到磨内选粉机，进行选粉，细粉由旋风分离器收集，最后被送入均化库，粗粉被选粉机打下再次粉碎。为防止磨机空转时磨辊与磨盘产生摩擦，这样磨辊与磨盘之间留有一定的间隙。磨机机身上的选粉机可以通过改变转子的转数来调节生料的细度。露塞磨机的原单位电力消耗与球磨机相比，仅占球磨机的50%左右，但由于排风机的动力消耗比较大，所以露塞磨机整体电耗约为球磨机的70%。4-2球磨机的结构和粉碎结构 球磨机结构如图所示，前后两头是由机座支撑的圆筒，里边装入钢球旋转，旋转时铸球由上向下，撞击原料、粉碎。铸球必须比进料粒度大才能有粉碎效果，通常为进料粒度的5-7倍钢球大小如果一致，球与球之间会产生间隙，如果都是直径70mm的球时，其间隙约为40%，这样球与球之间的料就不易被粉碎，所以一般将大小球混装在一起。 再看一看磨机的转数和粉碎效果的关系。提高磨机的转数如图4-7所示；在55%NC（NC：球在磨机内完全贴在磨机筒体上作圆周运动时的速度）时，钢球被适当带动提升后，从其他球上滚落。这种情况适合与微粉粉碎，但由于没有冲击作用，不适于粗粉粉碎。 提高转速至70%NC时，虽有一部分球呈自上而下自由落下的状态。但球正好打到磨机底部，自由落下的距离最大，效果最好，所以通常选择上述磨机旋转速度。把旋转速度提高到85%时，钢球就会乱飞，直接撞到磨机侧面，起不到粉碎的效果，只能靠冲击，进行粗粉粉碎。 再进一步提高转速，由于离心作用，球都贴在磨机内侧旋转，没有粉碎作用。上述的磨机的旋转速度称做临界速度（NC），已知磨机的内径D就可以用以下公式求出：NC42.3 D 在设计磨机时，决定按临界速度的百分之多少进行旋转是很重要的条件。考虑粉磨能力、磨机衬板、球磨损、电力消耗等，来决定旋转速度。一般在设计时选择自由下落距离为最大的7273%。磨机筒体内侧装有耐磨损的特殊衬板，磨损后只换衬板就可以，这个衬板不是平衬板，有各种形式，如果是平板，不等钢球提升就会滑落。降低粉磨效率，为此，衬板设有凹凸结构，防止钢球滑落。衬板形状不同，球的提升方法也不同。粗粉碎时，将球向上提升。粉磨时磨机内的料面呈平缓状态，使球中途滑落，靠摩擦作用粉磨。物料由磨头的中空轴喂入，粉磨后的细料卸出方式如下：（1） 溢流方式细粉由磨尾的中空轴排出方式料与水呈湿式状态喂入，磨好的泥浆由另一端中空轴溢流。由于料被水浸着，球落下的力量被减低，因此粉磨效率不高。（2） 周围附近卸出方式在筒体四周，有排出粉状物料的小孔，从小孔里排料时磨机内的料呈倾斜状态快速通过，经粗粉碎后立即排出。与选粉机以闭路方式连结，但物料在磨机内通过速度过快，一般不采用这种。 （3） 提升排料方式提升排料方式是（1）和（2）的中间方式，磨机出口一侧有小间隔，流入隔间的细料随着磨机的转动被提升排出。磨机内的物料呈平缓的倾斜状是粉碎时的最佳状态。出口处的格子叫隔盘。最理想的是物料入口处为粉碎大的物料所用的大的钢球，出料口应装小的钢球。锥形磨机是改变磨机直径，使大的钢球集中在入料口一侧，而圆筒式磨机如图4-9用衬板将大的球集中在入料口一侧，这类衬板叫做分级.此外，还有分为粉碎室（一室），粉磨室（二室）的磨机，将大球集中在一室，将大球集中在一室，将小球装在二室，这种磨机叫做复式磨机。也有分三室的，但如果使用选粉机，采用闭路方式连接的，一般为两个室。多仓磨机因被分室隔离，所以磨机室长圆型，磨机的长度与直径比（L/D），当为两个室时约为3个左右。粉碎用钢球的选择也很重要，把25MM的料加入磨机内，粗粉碎时，球径应时被粉碎物粒度的57倍，所以一室中的球应该是9050MM ，二室中的球应为4020MM。粉磨时也有不用钢球的，而用钢棒进行的。球的数量是提高粉磨效率的重要因素。球的体积与磨机内的有效体积之比称做媒体填充率，一般为2530%，但有时为了提高粉磨能力，也有提高到40%的时候。钢球磨损后，磨机的电力下降，粉碎效果也不佳，所以在适当的时候要给予不充。球的磨损量按原料磨和水泥磨一为30g/t100g/t.磨机出料都应该是细粉，但有时也混有碎片或铁片等所以在选粉机粗粉溜子处采用磁铁排出铁器等异物的办法，加装吸铁器。（4） 球磨机的驱动方式 磨机是由重钢板卷成的圆筒内部衬板，大量的钢三部分组成，要使其转动，需要很大的动力为达到每分钟1220转，所以需要减少电机的转速。驱动方式有以下三类：1、 侧驱动方式磨机筒体上装有大齿轮，电机驱动轴上装有小齿轮，双方咬合驱动。该方只能用于1500km以下的磨机。2、 中心驱动方式磨机上装有驱动轴，电机和减速机带动驱动方式。多用于大型磨机。电机分为同步电机和异步电机，后者虽便宜但效率不高，所以大型磨机一般用同步电机。这种电机正常运转时有力，但启动时有缺点。为此，改变电线连接线，作为启动快的异步电机启动，进入正常运转后，切换成效率高的同步电机。磨机修理或加球时，为使磨门停在适当的位置，备有微机电机。（5） 两用旋转磨机是德国布路基斯公司开发的壁虎闭合循环方式的磨机。原料的烘干和粉磨可同时进行，类似两台槽式磨机组合的结构，所以叫做两用旋转磨机。由烘干室、一室、二室、中间排料口组成。由定量工料机，将混合好的原料，供料至烘干室，烘干室内装有提升器，原料随磨机旋转提升，从提升器处落下，与热风接触被烘干。然后进入一室，进行粗碎，由中间排料口排出。为使球提升，增加冲击度，一室内安装有大突起的衬板，二室内安装有低突起的波形衬板。由中间排料口排出的料粉，经斗式提升机提升，在选粉机内分为粗粉和细粉，细粉进入料仓，粗粉进入主要二室，其中一部分返回一室，再次粉碎。象以上由选粉机分级，粗粉再次粉碎的方式叫做闭路方式（闭合循环方式）热气经过烘干后，在经过一室，从中间排料口排到粗颗粒分离机（细度分离器），另外一部分热气为了弥补烘干室不足和提高粉碎效果进入二室，然后排到颗粒细度分离器。在颗粒细度分离器中分离粗粉，旋风分离器中分离了微粉的气体，经过排风机（IDF）由电收尘器（EP）充分吸收微粉后排出。用旋转磨机的特点（1） 消耗动力少因为粗碎在一室进行后，立即进入分离器，仅将粗粉再次粉碎，闭合循环式和气体式组合在一起，所以比其它形式的磨机消耗动力少。但与新的立式磨机相比消耗动力高。（2） 原料烘干和粉碎可同时进行，原料水分在不超过5%时，可同时烘粉碎。（3） 作为烘干用热源，预热器排出的气体可以得到利用。通过利用预热器排出气体，可以收回70Kcal/kg-cli左右的热量，并且还可以起到降低EP入口温度，提高EP收尘效果的作用。（4） 因为是闭合循环方式，可以有效地管理磨机出料的粉末细度。4-3 选粉机磨机粉碎需大量的电力，所以没有必要粉碎过细，为此，将原料适当粉碎后通过分级，选出精粉，将粗粉送回到磨机进行再粉碎。这种操作方法称做闭路粉磨。闭路粉磨中安装的选粉机（分级器）有各种形式和名称，分级的原理是根据离心和气流的原理，根据不同的生产厂家，有各种各样的产品。（1） STARTE BAND式选粉机STARTE BAND式选粉机，标准构造如图4-12所示。原料粉末（入粉）由中空轴部向旋转的分散盘上落下沿四周方向排放，上部主叶片的旋转产生的循环气流通过下部的导流叶片形成旋转上升。将浮游状态的微粉送至上部。内筒的上部有分选叶片，强制旋转气流使粗粉向内筒分离。其上部有可调节内径的分割板（调节阀），调节该分离板可进行粉末细度的管理，大幅度调整时，变更分选叶片的叶数。微粉上升至该内径的颈部，落入外筒的圆周壁内，从精粉出口排出。用在水泥磨时，引入空气（外气），冷却水泥，但用作原料磨时，没有冷却的必要，所以没有连接空气（外气）输入管。主轴的旋转数为150rpm250rpm。（2） 涡轮选粉机PLGS公司开发的类似STARTEBAND式（如图4-13）型号。STARTEBAND式是主叶片呈放射状的叶板式离心通风机式的。将这个主叶片改成涡流风机，改进效率的既是涡轮选粉机。为了使原料粉分散的更好，在分散板下部装有风机。另外，分选叶片安装位置可自由地呈放射状调整半径方向或接线方向，可随意调整精粉细度，最近新开发了装有主叶片和分选叶片的分散盘分别驱动，可自由改变各自的转数，达到调整粉末细度的方式。（3） 旋风选粉机到目前为止，气流选粉机是由装在内部的风机旋转，用该风回收精粉的办法，但这类选粉机结构上效率差，并且是在大量的粉尘中旋转，所以叶片容易磨损。旋风选粉机将上升气流引至装在顶部外围的68个旋风筒中，在这里分离精粉，将几乎没有粉尘的空气由风机抽走，再次返回选粉机的分级室。精粉细度的调节，可以通过改变风量或分选叶片的转速。这种选粉机主要用于水泥磨中。 如图4-14所示为旋风选粉机的结构示意图。（4） OSEPA选粉机OAEPA选粉机是由小野田水泥公司开发的新型选粉机。由磨机过来的原料自选粉机上面的入料口投入到分散盘上，分级所用空气的导入口设在选粉机上部，一次空气导入口和二次空气导入口处在切线方向上。下部锥体处装有三次空气导入口。机身内部装有导流叶片，将一次空气、二次空气均匀地整流分配给分级室。为了将喂入的原料均匀地分配给分散盘，整流板和涡流调整叶片均装在变速电机驱动的回转主轴上，原料从投入口投入，经过高速旋转的分散盘和冲突板后以分散状态进到分散用空气内。分级用空气分一次、二次空气，沿切线方向流动，经过导流叶片形成一次涡流。再经过高速旋转的整流板形成回转二次涡流，根据颗粒的离心力与流动空气的阻力之间的平衡而达到分级的目的。细粉由中心部随气流排出，由机外的收尘器收集起来即是产品。粗粉随导流叶片内侧旋转下降，由三次空气再次分选，细粉随气流上升，最终剩余的作为粗粉，返回磨机再次粉磨。（5） 粉机分级效果的判定方法作为分级效果的表示方法，其中之一是TORONPU分配率曲线，方便易懂。说明如下：进入选粉机的入料粒子，在选粉机中分级。分返回粉和精粉，返回粉中各粒径的粒子占入料的百分之多少，将作为返回粉的比率，也叫做返回粉的分配率。按每个粒度计算该值，画出图表，就是TORONPU分配率曲线。假定某粒径以dp为界，分级比较理想，则比dp小的粒子全部是精粉，比dp大的全部是粗粉。所以如图4-16比dp小的部分中，返粉率为零，比dp大的部分中返粉率为100%。但实际上如图4-17所示往往呈S状，这是因为粒径小的混在精粉中，允许最大的粒度称为分离粒度，以分离粒度为中心出现平缓曲线，可以通过曲线是直线还是水平线判断分级效果。4-4 磨机的喂料设备精粉有一定的细度（比表面积）和化学成分要求，并且受循环提升机能力的限制，需要调整喂料量。作为喂料设备，最初是通过调节圆盘的转数，即容量控制型的。其后提出了定量喂料机（CFW）的方案，就是测出皮带机上的料量，根据这个料量来调节物料出口挡板，使之达到喂料量设定值的方法。初期的CFW多为机械式的，由于机械磨损等原因，精度不能另人满意。其次又提出了用皮带机速度调整误差的方法。1950年左右开发了电子管，但由于电子管的质量低劣容易出现误差。近年，运用了电子装置，精度及稳定性有了非常大的进步，原理如图4-19所示。皮带输送机上的料量由差压变送器测出，皮带输送机的速度由电机测出，重量和速度信号送入电子计算机，通过控制变送器差压而达到控制喂料量的目的，这种控制方式叫做速度控制式CFW。如果是球磨机，站在钢球撞击侧时，通常（喂料量适当时）可以听到咣当咣当的声音，如果进一步减少喂料量时，嘎嘎声非常刺耳。停止喂料，如果磨机继续运转，则不仅造成电力的浪费，也会加速损伤磨机衬板和钢球。若增加喂料量，磨机的声音渐渐迟钝，到最后磨机的出料量小于喂料量时，磨机就会堵塞了。所以通过磨机的声音，判断喂料量是否合适有很重要的意义。另外，使用立式磨时若原料供给量过少时，由于震动会造成机械损伤。喂料量过多时，堵塞了磨机降低了通风效果，为处理这种情况需要投入很大的劳力。要想喂料量适当，在球磨机时有以下方法：（1） 控制循环提升机的电力，使之稳定在一定量上来达到控制喂料量的方法。（2） 控制磨机一室的音响，使之维持在一定的程度上，达到控制喂料量的方法。（3） （1）和（2）的组合方法立式磨时的控制有下方法：（！）控制气体的磨机入口、出口压差，使之维持在一定的程度上，达到控制喂料量的目的。立式磨运转中为保护机械等原因需要连续测定振动或声音，但没有利用振动或声音而控制喂料量的。5 空气均化 5-1 为什么空气需要均化 在工厂每天要配合很多的原料，粉碎后生产原料精粉。每日入库的原料，有子矿山采掘来的，也有工厂废弃物，所以质量有很大的变化。入厂使虽然进行了严格的质量管理，在进入原料磨粉碎前用CFW计量配合，但也很难生产出均原料精粉均化的目的有以下理由：（1） 原料有易烧或难烧的，若原料精粉的质量不是均一的话，在窑烧成熟料的过程中，火一时大一时小，由此产生的很多问题。要保证窑的长期运转，必须保证原料精粉的质量均一。（2） 原料精粉质量的不均一的话，熟的质量不能均一。质量不稳定的产品，会严重损坏公司的信誉。根据以上理由，三菱公司子1963年东谷厂开始，装备了西德PLGS德空气均化装置。 原料精粉采用空气均化装置，从水泥制造历史看达到了比较新的时代。湿法窑的时代，为了是原料质量均一化，使用了高耗能的掺有大量水的浆剂，通过搅拌原料达到了均化的目的。空气均化装置的发明使烧成方式实现了向悬浮时预热器方向的转变。5-2 空气均化的原理简单的说空气均化是利用了粉体流动现象引起粉体激烈移动原理的混合方法。在容器的底部放置多孔板（有孔多孔板）或类似帆布的整流器，将粉体填充在上面，将类似空气的流体通过整流器，吹填充层，流速小的时侯，流体穿过填充层的空隙，粉体层静止不动，这时的压力损失非常小。渐渐地增加流体的流量，压力损失也相应增加，这种状态叫做固定层。进一步增加流速，粉体层已不能保持静止状态，出现部分运动现象，这时为流动开始点，此时的流体速度叫做流动开始速度Umf。开始流动的粉体随着流速的增加，粉体的运动类似沸腾的流体，渐渐地向各方面混合、运动。流动层的高度是静止时高度的1.21.6倍左右。流动层的压力损失对流速而言基本是一个定值，大致与静止层的填充压力相等。这个性质对流动层的设计或操作是有意义的，即使层内的状态在完全看不见的专政内也会产生好的流动层。可以判断其流动状态。单纯将流动化的流体流动，未必就产生流动层，例如粉体潮湿，筒仓的形状，散气盘等出现问题时，就不一定产生好的流动层。流沟现象这是喷吹状态的一种现象，流体通过粉体层阻力小的部分，向层外喷吹，出现流体道沟的现象，这是由于通过阻力不平衡等引起的。起泡现象在充填层内出现大气泡的现象，这是由于通过整流器的流体气泡的大小以及整流器的通过阻力不平衡等引起的。 沸腾现象粉体和水一样激烈沸腾的流动层，这是由于流体压力损失有较大的变化。造渣现象在小型的流动层，填充层高度L与直径D的比例L/D过大或粉体的密度高的时候容易出现的现象，在普通的混合筒仓内不会发生这种现象。乱飞现象如果加快流动层的流速，粒子就会乱飞，流动层的压力损失就小。5-3 空气均化的方法在筒仓内通过空气均化的方法大致分为间歇均化和连续均化两大类。间歇均化间歇均化有两个以上的筒仓，每个筒仓内装有定量的原料粉末，经过混合调整，达到一定的成分，质量检查的结果若表明生料达到要求就可以排料，向下道工序输送，然后再均化另一个筒仓的生料，这种均化方法被称为间歇均化。间歇均化自入库到排料有一定的时间，尽管筒仓内的生料质量有变化，也可以通过混合，达到均一的目的。另外若均化的原料成分与目标值有出入时也可以进行调整。调整时主要调整CaCO3，调整用原料主要是添加优质石灰石或低质石灰石原料。直达到一定的范围，可反复调整，所以混合筒仓内调整精度可以达到非常高的程度，相反也有增加设备费用的缺点。同时，由于精粉的接受通仓也不是集中在一个通仓内，往各个通仓分别少量加入，如图5-3各通仓间间隔一定的水平差，满仓后停止入库，开始均化，用该方法，各个通仓分别进行入库操作，达到各通仓间成分尽可能均一。连续均化连续均化是原料精粉制造工序过程中，用一个混合筒仓调整均化原料精粉的均化方式。连续均化筒仓通常保持流动状态，从通仓的一头投入新的原料精粉，从另一头将混合好的原料精粉排料。该方式如果筒仓的容积较小会造成原料成分的波动，所以尽可能设置大型的混合筒仓。最近发展了X线分析装置等分析技术，另外由于使用了电子计算机，质量情况立刻可以了解，并迅速对质量偏差做出对应措施，所以现在进入了广泛使用连续混合通仓的时代。连续混合通仓比间隙式混合通仓设备大幅度下降，但需充分注意原料工序的品质管理，装备了连续式通仓则需大幅度地增加分析频率。连续混合类型中，根据不同的排料方法分为溢流式和底流式。溢流式是在通仓的一定位置上装有溢流管，流动层高度增加的部分有溢流管排放。底流式是在通仓底部的排料口排料方式。5-4 散气盘 为使粉体流动化，散气盘的选择很重要。 作为混合通仓用的散气盘必须具备以下条件：（1） 必须具有能够充分承受填充重量的机械强度。（2） 散气盘应尽可能将流体均匀分散，必须使流体和粒子群均匀的接触。原料粉体的粒子直径使以微米为单位，若散气盘的眼过大，则会出现原料倒流或堵塞等情况的发生，为防止这类情况发生，散气盘由有孔板和帆布组成。有孔平板用钢铁板式铸造的框架固定，使从下面流入的空气通过该有孔板，达到整流。以前有孔板的强度是个问题，最近因使用了高氧化铝质的瓷砖，所以强度问题已经解决。帆布散气盘是厚6MM左右的涤特纶帆布整流空气，所以机械强度较强。5-5 罗茨风机 罗茨风机由两个转子组合，共同转动，将吸入的一定容量的空气向出口排出，转子与箱体之间有0.30.5mm的缝隙，所以不是完全密封的，入口与出口之间的压差约为0.8Kgf/cm2，如果需要更大的压力，需串联两台以上的罗茨风机来提高压力，这时可提高压力到1.2 Kgf/cm21.5 Kgf/cm2。混合筒仓使用罗茨风机的理由是因为罗茨风机在结构上空气与油不接触，所以不会将油混入粉体中，如果使用空压机，由于在汽缸中空气要接触，油呈雾状分散，有可能沾在散气盘里面，堵塞空眼。6、 原料精粉的化学成分调整生产均匀优质的原料精粉对熟料烧成的重要意义已在前面叙述。原料精粉中最重要的化学组成。为了尽可能达到均匀一致，各水泥厂多采用以下手段：（1） 选择尽可能波动少的原料。（2） 原料的储存、使用时尽可能投放已均化的原料。（3） 预先检测原料的化学变化，改变原料配比。（4） 分析出磨精粉的化学成分，修正配比。（5） 将原料精粉在筒仓内混合均匀，需要时添加修正原料，使化学成分达到目标值。经常观察由（4）得出的分析结果，越经常调节配比，原料精粉的化学组成的波动就越小。如果由人工根据重量法、容量法分析CaO、SiO2、AL2O3、Fe2O3的含量约需4个小时。为了尽早得出分析结果，很多工厂使用荧光X线进行分析。最近，由于电子计算机的使用和分析装置的进步，已完全可以自动化。6-1原料精粉的质量管理原料精粉的质量管理主要是进行化学组成和粉末细度的管理。化学组成的管理在水泥的化学性质中已讲述过，用以下率值进行管理：HM=CaO/（SiO2+ AL2O3+ Fe2O3）- 水硬率SM= SiO2/（AL2O3+ Fe2O3）-硅酸率IM= AL2O3/ Fe2O3 - 铁率AM= SiO2/ AL2O3-活性系数MgO（%）-安定性 粉末细度是通过测定比表面积（cm2/g）和90um,50um筛余来管理。HM是最重要的率值，管理时必须使之与目标值没有偏差和波动。决定目标值，首先决定熟料目标值，预先从实际结果掌握熟料和原料精粉的率值变化，以熟料达到目标值为前提，决定原料精粉率值的目标值。 熟料和原料精粉的率值之间有一定的差，这是因为喂入预热器的精粉中的微细粒子被预热器的废气带走了。烟台三菱水泥生产线有较多的微细粉末煤灰被排掉，预计熟料的HM比原料精粉的HM的高。 原料精粉是和点收尘收集的灰同时送入均化库，在进入之前被连续取样。将有代表性的试样由荧光X线分析装置分析，分析值立即进入电子计算机，根据与目标值之间的差，调整原料磨机前各原料CFW控制用的比例设定器的设定值。烟台三菱水泥是将预先混合的原料，进入磨头仓再喂入磨机的，所以即使改变原料配比，但实际上，到原料磨产出需要相当的时间，应在充分考虑这个问题的基础上进行作业。6-2 荧光X线分析（1） 荧光X线分析时的式样前处理 荧光X线分析装置进行原料精粉分析时，式样的前处理方法有以下三种：1 非粉碎法 这是将抽取的式样直接压缩成型，做出平滑表面，装入装置室。这个方法比较简单，但严格来讲，由于不是平滑的表面，分析结果误差会很大。2 粉碎法将式样再次微粉碎压缩成型，做出平滑表面，装入装置内的方法，可部分解决非粉碎法的缺点。 微粉碎时普遍使用小型振动磨粉碎2分钟。3 熔融法以硼酸钠或硼酸锂作为溶剂，加到式样内熔融，然后冷却成圆片状的方法，分析结果几乎没有误差，前处理约需要10分钟，这是个问题。（2） 荧光X线分析原理 X线和光以及电波一样是一种电磁波，X线再电磁波中属于波长比较短的一组，具有普通光线类似的性质。将X线照射到某物质上从该物质上产生X线，这个X线的波长具有一定的范围，其中具有特定的波长的X线的有特别高的强度，把这个特别强的X线叫做特性X线，各种元素都有各自的特定波长的特性X线。 荧光X线分析时，将X线照射到式样上，由于X线照射而产生的X线叫做荧光X线（二次X线） ，从式样中产生的荧光X线是式样中含有的元素产生的特性X线。将混杂的特性 X线，用分光晶体按波长分离，得出各元素的特性X线。类似于将太阳用三棱镜分析，如分出七色光的方法，再用X线检测器测定这类特性X线的强度。式样的组成范围较窄时，式样中的元素含有量和特性X线强度可以考虑为成比例的，将该比例关系预先查出，就可以将特性X线强度换算成含量。（3） 一次X线的产生照射式样的X线称做一次X线，这是用X线管产生的，由高压发生装置向管球阴极丝输送高压，从而极丝受热，丝热产生的热电子被加速，撞到中间阴极板上，产生X线。冲撞时只有一部分变成X线，大部分变成热能，使中间阴极温度提高，所以为防止损伤，在中间阴极装有冷却水。（4） 荧光X线的产生和分光 一次X线碰到试样上，产生荧光X线，通过图6-2所示的路线，进入计数管，为防止被空气吸收而衰减，荧光X线的通路是真空的，三棱镜分光是利用折射现象，X线的分光是利用衍射现象，荧光X线照射到分光晶体后，与最初的前进方向不同，出现折射，这种现象叫做衍射现象。如图6-3所示，假定原子按直线排列，波长为的荧光X线以的角度射入，、和d之间若满足下列条件，则X线产生衍射。=2dsin这种关系称为布来古衍射条件。所以若需求出某元素的荧光X线，则可以根据其波长，满足上述条件，即设定好分光晶体的角度和检测器的位置即可。（5） X线强度的测定作为荧光X线的减出器使用的是比例计数器或闪烁计数器，都是将X线强度转换成电信号的东西。比例计数管是圆筒中有拉伸的钨丝，里面充有PR气体（氩90%、甲烷10%）在钨丝和圆筒之间通有2000V的直流电压，侧面有一贴有薄膜（光子铅膜）的窗口，X线从这里进入后，氩气发生电离，钨丝和圆筒之间产生电流。闪烁计数管与比例计数管完全不同，它是闪烁体和光电倍增管组成，X线照射到闪烁体上产生光而光电倍增变换成电信号。从X线减出器出来的信号，经过增幅器，转换成一定程度大的信号（脉冲信号）这个脉冲信号经过一定时间在计数器上表示，这就是计数回路。（6） 测量线和分析值的计算必须将计数器上表示的X线强度换算成分析值，事先应测出已知化学成分试样的特性X线强度，求出试样的化学成分和特性X线强度的关系，该关系式称做测量线公式。若测定出未知试样的特性X线强度，可用该测量线计算出。试样的化学成分改变，则测量线公式也发生大的变化。所以化学成分不同时，必须各自做出测量线公式。6-3钙量仪调整原料成分最重要的是HM（水硬率）的调整，但由于TL（CaCO3）分析或X线装置分析不能连续进行，所以这类分析有时间间隔。三菱材料公司和理学电气公司共同开发了原料成分中的CaO连续测定装置（钙量仪）钙量仪的分析原理于荧光X线分析装置相同，所不同的是作为一次X线，使用的是由试样部、测定部、计数回路部组成。（1） 试样部试样部是个将连续取样器所取的样品用辊子压制成型后，送到测定部，同时还可以处理已测定的废弃试样的装置。（2） 测定部用放射性同位素（RI）发出的X线照射试样，测出由Ca发出的荧光X线并转换成电信号。（3） 计数回路部将减出器的电信号增幅，分选出相当于由Ca发出的荧光X线信号，做计数记录，同时，将信号送至Ca控制装置（配料CFM）。7、 烧成工序7-1烧成窑的演变现在世界多数水泥工厂使用的回转窑，是1885年英国人发明的。在此之前不能象今天这样可以连续生产，立窑内装上原料，烧成一批，排出一批。效率非常低下。但是，回转窑的缺点是热耗非常高。其后，设置了利用废热的锅炉，回收窑的废热，大幅度降低了热耗以后，干式短窑成了水泥熟料烧成的主流。干式短窑存在如何稳定质量的问题。1950年左右，由于原料均化的研究开发，经济性长窑，即窑体很长的大型湿法长窑开始普及。湿法长窑湿用大量的水将原料制成料浆，因为料浆搅拌后质量比较均匀，所以质量管理简单，但是，大量使用水后，存在热耗量高的问题。 自从提出了空气均化的方案后，干法方式可以简便地调整原料后，出现了类似立波尔回转窑或带有悬浮预热器的回转窑，在回转窑之后加装了悬浮预热器，这样，热耗降低的干法回转窑引起广泛注意。三菱材料公司是在1963年（在日本是初次）在东古工厂引进了带有悬浮预热器的回转窑。