水泥熟料配方及煅烧工艺探讨.doc

水泥熟料配方及煅烧工艺探讨摘要 水泥起源于胶凝材料，是在胶凝材料的发展过程中逐渐演变和发明的。水泥是指具有水硬性的无机胶凝材料。水泥所具有的特殊性能使建筑工程多样化，因此水泥也是国民经济中非常重要的产业。目前，中国已是水泥生产大国。但是生产技术水平与世界先进水平有较大差距。生产成本较高，生产效率相对较低，产品质量不够稳定，而且环境污染比较严重。1.水泥的种类1.1水泥的发展简史水泥即加水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥是重要的建筑材料，用水泥制成的砂浆或混凝土，坚固耐久，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。 水泥英文名称 cement。cement一词由拉丁文caementum发展而来，是碎石及片石的意思。水泥的历史可追溯到古罗马人在建筑工程中使用的石灰和火山灰的混合物 。1796年英国人J.帕克用泥灰岩烧制一种棕色水泥，称罗马水泥或天然水泥。1824年英国人J.阿斯普丁用石灰石和粘土烧制成水泥，硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥，并取得了专利权。1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现：要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制；用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。1796年，英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，外观呈棕色，很像罗马时代的石灰和火山灰混合物，命名为罗马水泥。因为它是采用天然泥灰岩作原料，不经配料直接烧制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特别适用于与水接触的工程。1813年，法国的土木技师毕加发现了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好1824年，英国建筑工人J.阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。1871年，日本开始建造水泥厂。1877年，英国的克兰普顿发明了回转炉，并于1885年经兰萨姆改革成更好的回转炉。1889年，中国河北唐山开平煤矿附近，设立了用立窑生产的唐山“细绵土”厂。1906年在该厂的基础上建立了启新洋灰公司，年产水泥4万吨。1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。1907年，法国比埃利用铝矿石的铁矾土代替粘土，混合石灰岩烧制成了水泥。由于这种水泥含有大量的氧化铝，所以叫做“矾土水泥”。20世纪初，随着人民生活水平的提高，对建筑工程的要求日益提高，在不断改进波特兰水泥的同时，研制成功一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥，特种水泥等，水泥品种已发展到100多种。2007年水泥年产量约20亿吨。中国在1952年制订了第一个全国统一标准，确定水泥生产以多品种多标号为原则，并将波特兰水泥按其所含的主要矿物组成改称为矽酸盐水泥，后又改称为硅酸盐水泥至今。2007年中国水泥年产量约11亿吨。1.2、硅酸盐系水泥的组成硅酸盐系水泥一般由硅酸盐水泥熟料、石膏调凝剂和混合材料三部分组成。一硅酸盐水泥熟料以适当成分的生料煅烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物，称为硅酸盐水泥熟料。生料中的主要成分是CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，经高温煅烧后，反应生成硅酸盐水泥熟料中的四种主要矿物：硅酸三钙（3CaOSiO2，简写式C3S）、硅酸二钙（2CaOSiO2，简写式C2S）、铝酸三钙（3CaOAl2O3，简写式C3A）和铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3，简写式C4AF）。二石膏石膏是硅酸盐系水泥中必不可少的组成材料，主要作用是调节水泥的凝结时间，常采用天然的或合成的二水石膏（CaSO42H2O）。三混合材料混合材料是硅酸盐系水泥生产中经常采用的组成材料，按其性能不同，可分为活性与非活性两大类。常用的混合材料有活性类的粒化高炉矿渣、火山灰质材料及粉煤灰等与非活性类的石灰石、石英砂、粘土、慢冷矿渣等。1.活性混合材料常温下能与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌合后能发生水化反应，生成水硬性的水化产物的混合材料称为活性混合材料。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰。（1）粒化高炉矿渣。粒化高炉矿渣是将炼铁高炉中的熔融炉渣经急速冷却后形成的质地疏松的颗粒材料。由于采用水淬方法进行急冷，故又称水淬高炉矿渣。急冷的目的在于阻止其中的矿物成分结晶，使其在常温下成为不稳定的玻璃体（一般占80%以上），从而具有较高的化学能即具有较高的潜在活性。粒化高炉矿渣中的活性成分主要是活性Al2O3和活性SiO2，矿渣的活性用质量系数k评定，按照国家标准GB20378（用于水泥中的粒化高炉矿渣），k=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO+TiO2），质量系数反映了矿渣中活性组分与低活性和非活性组分之间的比例，k值越大，则矿渣的活性越高。水泥用粒化高炉矿渣的质量系数不得小于1.2。（2）火山灰质混合材料。火山灰质混合材料是指具有火山灰性的天然或人工的矿物材料。其品种很多，天然的有：火山灰、凝灰岩、浮石、浮石岩、沸石、硅藻土等；人工的有：烧页岩、烧粘土、煤渣、煤矸石、硅灰等。火山灰质混合材料的活性成分也是活性Al2O3和活性SiO2。（3）粉煤灰。粉煤灰是从燃煤发电厂的烟道气体中收集的粉末，又称飞灰。它以Al2O3、SiO2为主要成分，含有少量CaO，具有火山灰性，其活性主要取决于玻璃体的含量以及无定形Al2O3和SiO2含量，同时颗粒形状及大小对其活性也有较大的影响，细小球形玻璃体含量越高，粉煤灰的活性越高。2.活性混合材料的水化磨细的活性混合材料与水调和后，本身不会硬化或硬化极其缓慢；但在饱和Ca（OH）2溶液中，常温下就会发生显著的水化反应：（水化硅酸钙）（水化铝酸钙）生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙是具有水硬性的产物，与硅酸盐水泥中的水化产物相同。当有石膏存在时，水化铝酸钙还可以和石膏进一步反应生成水化硫铝酸钙。由此可见，是氢氧化钙和石膏激发了混合材料的活性，故称它们为活性混合材料的激发剂；氢氧化钙称为碱性激发剂，石膏称为硫酸盐激发剂。掺活性混合材料的硅酸盐水泥与水拌合后，首先是水泥熟料水化，之后是水泥熟料的水化产物Ca（OH）2与活性混合材料中的活性SiO2和活性Al2O3发生水化反应（亦称二次反应）生成水化产物，由此过程可知，掺活性混合材料的硅酸盐系水泥的水化速度较慢，故早期强度较低，而由于水泥中熟料含量相对减少，故水化热较低。2.非活性混合材料凡常温下与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌合后不能发生水化反应或反应甚微，不能生成水硬性产物的混合材料称为非活性混合材料，常用的非活性混合材料主要有石灰石、石英砂及慢冷矿渣等。1.3.水泥分类1.3.1水泥按用途及性能分为：(1)通用水泥: 一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指：GB1751999、GB13441999和GB129581999规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。(2)专用水泥:专门用途的水泥。如：G级油井水泥，道路硅酸盐水泥。(3)特性水泥:某种性能比较突出的水泥。如：快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥。1.3.2水泥按其主要水硬性物质不同分类(1)硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥。以黏土和石灰石为原料，经高温煅烧得到以硅酸钙为主要成分的熟料，加入05的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。 (2)铝酸盐水泥。铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥常为黄或褐色，也有呈灰色的。铝酸盐水泥的主要矿物成为铝酸一钙（CaOAl2O3，简写CA）及其他的铝酸盐，以及少量的硅酸二钙（2CaOSiO2）等。 (3)硫铝酸盐水泥。硫（铁）铝酸盐水泥主要是以无水硫（铁）铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的新型水泥。(4)铁铝酸盐水泥。有快硬铁铝酸盐水泥、高强铁铝酸盐水泥、自应力铁铝酸盐水泥等4个水泥品种。(5)氟铝酸盐水泥；(6) 以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组分的水泥。1.3.3主要技术特性分为（1） 快硬性：分为快硬和特快硬两类。（2） 水化热：水泥与水作用会产生放热反应，在水泥硬化过程中，不断放出的热量称为水化热。通常以KJ/kg表示。分为中热和低热两类。大部分水化热是伴随着强度的增长在水化初期放出的。水泥的水化热大小和释放速率主要与水泥熟料的矿物组成、混合材料的品种与数量、水泥的细度及养护条件等有关，另外，加入外加剂可改变水泥的释热速率。大型基础、水坝、桥墩、厚大构件等大体积混凝土构筑物，由于水化热聚集在内部不易散发，内部温升可达5060甚至更高，内外温差产生的应力和温降收缩产生的应力常使混凝土产生裂缝，因此，大体积混凝土工程不宜采用水化热较大、放热较快的水泥，如硅酸盐水泥，因为它含熟料最多。但国家标准未就该项指标作具体的规定。（3） 抗硫酸盐性：分中抗硫酸盐腐蚀和高抗硫酸盐腐蚀两类；（4） 膨胀性：分为膨胀和自应力两类；（5） 耐高温性：铝酸盐水泥的耐高温性以水泥中氧化铝含量分级。（6）细度。 细度是指水泥颗粒的粗细程度，是鉴定水泥品质的主要项目之一。水泥细度通常采用筛析法或比表面积法测定。颗粒越细，硬化得越快，早期强度也越高。标准规定，硅酸盐水泥的比表面积不小于300m2/kg。（7）凝结时间凝结时间是指水泥从加水开始，到水泥浆失去塑性所需的时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间，初凝时间是指从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间，终凝时间是指从水泥加水到水泥浆完全失去塑性的时间。国家标准规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。水泥凝结时间的测定，是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和湿度条件下，用凝结时间测定仪测定。所谓标准稠度用水量是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合用水量，以占水泥重量的百分率表示，硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般为24%30%。水泥的凝结时间对水泥混凝土和砂浆的施工有重要的意义。初凝时间不宜过短，以便施工时有足够的时间来完成混凝土和砂浆拌合物的运输、浇捣或砌筑等操作；终凝时间不宜过长，是为了使混凝土和砂浆在浇捣或砌筑完毕后能尽快凝结硬化，以利于下一道工序的及早进行。（8）安定性。水泥中含杂质较多，会产生不均匀变形。安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的均匀性。若水泥硬化后体积变化不稳定、均匀，即所谓的安定性不良，会导致混凝土产生膨胀破坏，造成严重的工程质量事故。因此，国家标准规定：水泥安定性不合格应作废品处理，不得用于任何工程中。在水泥中，由于熟料煅烧不完全而存在游离CaO与MgO（f-CaO、f-MgO），由于是高温生成，因此水化活性小，在水泥硬化后水化，产生体积膨胀；生产水泥时加入过多的石膏，在水泥硬化后还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙，产生体积膨胀。这三种物质造成的膨胀均会导致水泥安定性不良，即使得硬化水泥石产生弯曲、裂缝甚至粉碎性破坏。沸煮能加速f-CaO的水化，国家标准规定通用水泥用沸煮法检验安定性；f-MgO的水化比f-CaO更缓慢，沸煮法已不能检验，国家标准规定通用水泥MgO含量不得超过5%，若水泥经压蒸法检验合格，则MgO含量可放宽到6%；由石膏造成的安定性不良，需经长期浸在常温水中才能发现，不便于检验，所以国家标准规定硅酸盐水泥中的SO3含量不得超过3.5%。（9）强度。水泥的强度是评定其质量的重要指标，也是划分水泥强度等级的依据。水泥的强度包括抗压强度与抗折强度，必须同时满足标准要求，缺一不可。（10）碱含量。水泥中的碱含量是按Na2O+0.658K2O计算的重量百分率来表示。水泥中的碱会和集料中的活性物质如活性SiO2反应，生成膨胀性的碱硅酸盐凝胶，导致混凝土开裂破坏。这种反应和水泥的碱含量、集料的活性物质含量及混凝土的使用环境有关。为防止碱集料反应，即使在使用相同活性集料的情况下，不同的混凝土配合比、使用环境对水泥的碱含量要求也不一样，因此，标准中将碱含量定为任选要求，当用户要求时，由供需双方协商，但指定低碱水泥时，标准规定碱含量不得大于0.6%。（11）比重与容重：普通水泥比重为3：1，容重通常采用1300公斤/立方米。 1.3.4水泥命名的原则 水泥的命名按不同类别分别以水泥的主要水硬性矿物、混合材料、用途和主要特性进行，并力求简明准确，名称过长时，允许有简称。 通用水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以混合材料名称或其他适当名称命名。专用水泥以其专门用途命名，并可冠以不同型号。特性水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名，并可冠以不同型号或混合材料名称。以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥是以主要组分的名称冠以活性材料的名称进行命名，也可再冠以特性名称，如石膏矿渣水泥、石灰火山灰水泥等。1.3.5硅酸盐水泥按其混合材料的不同分类(2) 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。(3) 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。(4) 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。(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。(6) 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。(7) 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。(8) 中热硅酸盐水泥：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中等水化热的水硬性胶凝材料。(9) 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。(10)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。(11) 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。(12) 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。(13) 道路硅酸盐水泥：由道路硅酸盐水泥熟练，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）。(14) 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。(15) 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。(16) 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。1.4水泥的生产工艺生产硅酸盐系水泥的原料主要是石灰石和粘土质原料两类。石灰质原料主要提供CaO，常采用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。粘土质原料主要提供SiO2、Al2O3及Fe2O3，常采用粘土、粘土质页岩、黄土等。有时两种原料化学成分不能满足要求，还需加入少量校正原料来调整，常采用黄铁矿渣等。生产水泥时首先将原料按适当比例混合后再磨细，然后将制成的生料入窑（回转窑或立窑）进行高温煅烧；再将烧好的熟料配以适当的石膏和混合材料在磨机中磨成细粉，即得到水泥。硅酸盐系水泥的生产工艺概括起来就是“两磨一烧”。1.4.1破碎及预均化（1）破碎 水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。（2）原料预均化 预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。1.4.2、生料制备 水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏），据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占 全厂动力的60%以上，其中生料粉磨占30%以上，煤磨占约3%，水泥粉磨约占40%。因此，合理选择粉磨设备和工艺流程，优化工艺参数，正确操作，控制 作业制度，对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。1.4.3、生料均化 新型干法水泥生产过程中，稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提，生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。1.4.4、预热分解 把生料的预热和部分分解由预热器来完成，代替回转窑部分功能，达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，使 生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。（1）物料分散。 换热80%在入口管道内进行的。喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下，物料折转向上随气流运动，同时被分散。（2）气固分离。 当气流携带料粉进入旋风筒后，被迫在旋风筒筒体与内筒（排气管）之间的环状空间内做旋转流动，并且一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体，一直可以延伸到锥体的端部，然后转而向上旋转上升，由排气管排出。（3）预分解。预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳 酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90%以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内 进行；燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化；由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热 及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。1.4.5、水泥熟料的烧成 生料在旋风预热器中完成预热和预分解后，下一道工序是进入回转窑中进行熟料的烧成。在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的等矿物。随着物料温度升高近时，等矿物会变成液相，溶解于液相中的 和 进行反应生成大量 （熟料）。熟料烧成后，温度开始降低。最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥磨所能承受的温度，同时回收高温熟料的显 热，提高系统的热效率和熟料质量。1.4.6、水泥粉磨 水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。1.4.7、水泥包装 水泥出厂有袋装和散装两种发运方式。散装水泥为避免外界的水气侵入，运抵工地或预拌厂后应尽速使用。袋装水泥运到工地或经销处时，应立即安放仓库内贮藏，维持干燥避免水气侵入，同时可以用栈板架起，并覆盖防水帆布或塑料布，严禁水泥与地面或仓库墙壁接触，储存期间以先进先出为使用原则。窗体底端1.4.8生产工艺流程举例 原料和燃料进厂后，由化验室采样分析检验，同时按质量进行搭配均化，存放于原料堆棚。 粘土、煤、硫铁矿粉由烘干机烘干水分至工艺指标值，通过提升机提升到相应原料贮库中。 石灰石、萤石、石膏经过两级破碎后，由提升机送入各自贮库。化验室根 据石灰石、粘土、无烟煤、萤石、硫铁矿粉的质量情况，计算工艺配方，通过生料微机配料系统进行全黑生料的配料，由生料磨机进行粉磨，每小时采样化验一次生料的氧化钙、三氧 化二铁和细度的百分含量，及时进行调整，使各项数据符合工艺配方要求。磨出的黑生料经过斗式提升机提入生料库，化验室依据出磨生料质量情况，通过多库搭配和机械倒库方法进行生料的均化，经提升机提入两个生料均化库，生料经两个均化库进行搭配，将料提至成球盘料仓，由设在立窑面上的预加水成球控制装置进行料、水的配比，通过成球盘进行生料的成球。所成之球由立窑布料器将生料球布于窑内不同位置进行煅烧，烧出的熟料经卸料管、鳞板机送至熟料破碎机进行破碎，由化验室每小时采样一次进行熟料的化学、物理分析。根据熟料质量情况由提升机放入相应的熟料库，同时根据生产经营要求及建材市场情况，化验室将熟料、石膏、矿渣通过熟料微机配料系统进行水泥配比，由水泥磨机分别进行425号、525号普通硅酸盐水泥的粉磨，每小时采样一次进行分析检验。磨出的水泥经斗式提升机提入3个水泥库，化验室依据出磨水泥质量情况，通过多库搭配和机械倒库方法进行水泥的均化。经提升机送入2个水泥均化库，再经两个水泥均化库搭配，由微机控制包装机进行水泥的包装，包装出来的袋装水泥存放于成品仓库，再经化验采样检验合格后签发水泥出厂通知单。2.水泥熟料2.1定义平时讲水泥熟料指硅酸盐熟料及水泥硅酸盐熟料，即国际上的波特兰水泥熟料简称水泥熟料，它是由含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料按适当的比例磨成细粉烧成部分熔融状态，所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种氧化物化合而成。因此在熟料生产控制中，不仅要控制氧化物含量，还要控制氧化物间的比例即率值。熟料率值有三个，各国学者因认识不同采用形式不一，我国采用饱和比KH、硅酸率SM、铝氧率IM（AM）三大率值。 硅酸盐水泥三大率值为： KH=0.9100.02（LSF也有表示） SM=2.700.10 IM=1.700.10 2.2 配料方案的选择2.2.1选择易烧性好的原燃料 生产实践表明，选择不同的原燃料配料，生料的易烧性是完全不同的。水泥生产的主要原料石灰石、粘土、无烟煤选择得好则有利于高产优质水泥熟料，反之则不利。2.2.2石灰石中的燧石或石英不仅硬度大，而且晶形结构完整，粉磨、烧成所需的能耗都很高，应选择燧石或石英含量小于40 的石灰石。2.2.3粘土粘土质原料一般要求硅率为(n)2535如硅率35，则可能是含粗砂过多的砂质土，易磨性及易烧性较差，不宜使用。选用页岩或粉砂岩作粘土质原料有利于粉磨和熟料烧成。2.2.4无烟煤不同煤种的挥发份、固定碳含量和发热量差别很大，其燃烧速度相差亦很大，应尽量选用挥发份为5575 ，发热量为23oooKJkg2508OKJkg的无烟煤，这种煤有利于上火正常、底火稳定，便于立窑大风大料操作。2.3烧成率值的选择 立窑水泥生产对配料方案率值的选择，一般认为把KH 值控制得高一些可在熟料中生成更多的C。S矿物，达到提高水泥强度的目的。该公司几年前也一直采用较高KH=096002(n一1701 P一1201)的配料方案，但由于熟料fCaO较高，反而熔剂矿物多，硅酸盐矿物少后期强度增长慢，用ISO方法检验强度下降幅度大，很难适应新标准。所以在配料时，必须改变传统的配料方案。2.3.1 KH值石灰饱和系数表示了二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度1。提高熟料KH(O96)，硅酸盐矿物中C。S增多，而C S相对减少，CaO吸收不完全时，出现游离状态，熟料的易烧性差，热耗增加，立窑产质量受到影响。降低熟料KH (O89)，硅酸盐矿物中C。S减少，而C S增多，熟料煅烧易结窑、炼边，造成立窑煅烧困难，熟料中C。S过低，熟料强度明显下降2。KH 值过高、过低都不同程度影响熟料产量2.1熟料的化学组成水泥性能优劣主要取决于熟料质量。优质熟料应该具有合适的矿物组成和良好的岩相结构。因此，控制熟料的化学成分是水泥生产的中心环节之一。硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙(CaO,简写为C)、二氧化硅(SiO2简写为S)、氧化铝(Al2O3简写A)和氧化铁(Fe2O3简写为F)四种氧化物组成。 通常这四种氧化物总量在熟料中占95%以上。每种氧化物含量虽然不是固定不变，但其含量变化范围很小，水泥熟料中除了上述四种主要氧化物以外，还有含量不到5%的其他少量氧化物，如氧化镁(MgO)、氧化钛(Ti02)、三氧化硫(S03)等。氧化钙(CaO)是熟料中最主要的成分，它与熟料中其他氧化物如Si02、A1203、Fe203等发生化学反应，生成熟料矿物如硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)等。一般情况下，随着熟料中CaO含量的增加，熟料中矿物成分C3S 含量增大，从而可以提高水泥的强度。但是CaO的含量不是越多越好，而是有一个最佳含量，即与SiO2、A1203、Fe203等氧化物化合后没有剩余的CaO存在的量。如果CaO含量超过其他氧化物与之化合所需的量，则多余的CaO会以游离状态存在于熟料中，从而影响水泥的体积安定性。二氧化硅(Si02)也是硅酸盐水泥熟料中最主要化学成分之一。它在高温下与CaO发生反应，生成硅酸盐矿物硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)。如果熟料中SiO2含量低，生成的硅酸盐矿物量就减少，从而影响水泥的强度。另外SiO2含量对熟料煅烧也会产生很大影响。熟料中氧化铝(A1203)可以与CaO、Si02、Fe203发生反应，生成铝酸三钙(C4A)和铁铝酸四钙(C4AF)。当A1203含量增加时，水泥的凝结、硬化速度加快，但是水泥后期强度增长缓慢，并且降低了水泥的抗硫酸盐性能。A1203含量高的水泥，在水化时放热快，而且水泥的水化热较大。氧化铁(Fe203)也是熟料中重要的化学成分之一，可以与CaO、A1203 反应生成铁铝酸四钙。增加熟料中的Fe203 含量，可以降低水泥熟料的熔融温度，但会导致水泥水化和硬化速度变慢。其他少量氧化物的存在，也会不同程度地影响着硅酸盐水泥熟料的煅烧过程和水泥性能。2.2硅酸盐水泥熟料矿物组成在水泥熟料中，氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化铁等都不是以单独的氧化物形式存在，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3060m。因此，水泥熟料实际上是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。硅酸盐水泥熟料主要由以下四种矿物组成：硅酸三钙3CaOSi02，可简写为C3S;硅酸二钙2CaOSi()2，可简写为C2S;铝酸三钙3CaOA12O3，可简写为C3A;铁相固熔体通常以铁铝酸四钙4CaOA12O3Fe203作为其代表式，可简写为C4AF。这四种熟料矿物决定着硅酸盐水泥的主要性能，一般硅酸盐水泥熟料中，这四种矿物组成占95%以上，其中硅酸盐矿物C3S和C2S约占75%左右，熔剂性矿物C3A和C4AF约占22%左右。在硅酸盐水泥熟料中，如果生料配料不当，生料过烧或煅烧不良时，熟料中就会出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，常称为游离氧化钙(简称为f.CaO)。另外熟料在煅烧时，其中氧化镁有一部分可以和熟料矿物结合成固熔体以及熔于液相中。在硅酸盐水泥熟料中，氧化镁的固熔体量可达2%，多余的氧化镁印结晶出来呈游离状态的方镁石存在，对水泥的体积安定性产生不良影响。2.3化学成分与矿物组成间的关系熟料中的主要矿物均由各主要氧化物经高温煅烧化合而成，熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获得优质水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可以推测出熟料中各矿物的相对含量高低。（1）CaOCaO是水泥熟料中最重要的化学成分，它能与SiO2，,AI2O3,Fe2O3经过一系列复杂的反应过程生成C3S,C2S,C3A,C4AF等矿物，适量增加熟料CaO含量有助于提高S3C含量。但并不是说CaO含量越高越好，因为CaO过多，易导致反应不完全而增加未化合的氧化钙2.4 熟料矿物的特性 1.硅酸三钙，简写C3S,含量37%60%。硅酸三钙水化反应速度快，水化放热量较高，是决定水泥强度（尤其是早期强度）最重要的矿物；硅酸三钙在最初四个星期内强度发展迅速，它决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度。2.硅酸二钙，简写C2S,含量15%37%。硅酸三钙水化反应速度很慢，水化放热量很少。早期强度低，但后期稳定增长，大约1年后其强度可接近C3S。硅酸二钙在四个星期后才发挥强度作用，约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度3.铝酸三钙，简写C3A,含量7%15%。铝酸三钙水化反应速度最快，水化放热量最高。但强度值不高，增长也甚微；铝酸三钙强度发展较快，但强度较低，仅对硅酸盐水泥在13天的强度起到一定的作用。4.铁铝酸四钙，C4AF,含量10%18%。铁铝酸四钙水化反应速度较快，水化放热量少。强度值高于C3A，后期增长也甚微。铁铝酸四钙的强度发展较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献不大。 这四种熟料中，如果提高硅酸三钙的含量，可得到高强硅酸盐水泥；提高硅酸三钙和铝酸三钙的含量，可得快硬性硅酸盐水泥；降低硅酸三钙和铝酸三钙的含量，提高硅酸二钙的含量，可得低热或中热硅酸盐水泥。2.5.熟料配方国标矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥（GB13441999）规定的技术要求如下：1氧化镁。熟料中氧化镁的含量不超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。熟料中氧化镁的含量为5.0%6.0%时，如矿渣水泥中混合材料总掺加量大于40%或火山灰水泥和粉煤灰水泥中混合材料总掺加量大于30%，制成的水泥可不作压蒸试验。2三氧化硫。矿渣水泥中不得超过4.0%。火山灰水泥、粉煤灰水泥中不得超过3.5%3细度。80m方孔筛筛余不得超过10.0%。矿渣、粉煤灰和火山灰水泥各强度等级、各龄期强度值强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d32.51027.52.55.5325R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.07碱。水泥中碱含量按NaO+0.658K2O计算值来表示，若使用活性骨料需限制水泥中碱含量时由供需双方商定。（二）技术要求国家标准道路硅酸盐水泥（GB13693-92）规定的技术要求如下：1化学组成。在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必须加以限制：（1）氧化镁含量。水泥中氧化镁含量不得超过5.0%。（2）三氧化硫含量。水泥中三氧化硫不得超过3.5%。（3）烧失量。水泥中烧失量不得大于3.0%。（4）游离氧化钙含量。熟料中游离氧化钙含量，旋窑生产者不得大于1.0%；立窑生产者不得大于1.8%。（5）碱含量。当用户提出要求时，由供需双方商定。但按水泥混凝土路面施工及验收规范（GBJ97-94）规定：水泥中碱含量不得大于0.6%。2矿物组成。（1）铝酸三钙含量。熟料中铝酸三钙含量不得大于5.0%；（2）铁铝酸四钙含量。熟料中铁铝酸四钙含量不得小于16.0%。（3）铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）含量按下式求得：C3A2.65（Al2O30.64Fe2O3），%；C4AF3.04Fe2O3，3.4.配方实例3.4.1石灰炉渣水泥需用原料：1.炉渣灰（即各种煤燃烧后的残渣，烧结程度越充分的质量越好）。拣出其中的白渣和红渣，除净有机杂质及砂土，然后洗净干燥磨细过箩。 2.石灰应用生石灰，新出窑的更好。把石灰块喷水令其自行粉化，用130号罗筛分。如系粉状石灰，应先过罗筛分，再把筛分物喷水粉化过箩。 3.石膏（掺量极少，起调节水泥凝固速度作用）。可用生石膏矿石，也可用废旧石膏模具。这两种东西都是二水石膏，加热至107170后。变成半水石膏，也叫熟石膏。将其粉碎并磨细，再上铁锅去炒。待石膏粉末在锅中不再冒泡，没有水蒸气并由白色变成黄灰色为止。 石灰炉渣灰水泥配方实例 ： 炉渣灰 50%-70% 石灰 25%-45% 石膏 5% 制备方法：将上述三种材料干拌均匀，干贮备用。 砖瓦粉水泥 需用原料：1.碎粘土砖块以粘土成分越多越好，最好以粘土烧制的陶土瓦、陶土碗、陶土罐等废物的碎片，经洗净烘干砸碎磨细过箩后备用。 2.石灰同前法处理。 3.石膏制备要求同前法。 3.4.2.砖瓦灰水泥碎砖土砖灰粉 70%石灰 25% 石膏 5% 制备方法：同石灰炉渣灰水泥 矾土水泥 需用原料：1.破碎瓷碗、缸盆等以耐火材料烧制器皿的碎片，这些物质系以铝矾土为主体原料经烧制而得。所以制出的水泥，具有某些矾土水泥的特性，即凝固速度性、强度高。如全部以白瓷碎片制备的水泥，色白如玉，可作装饰抹灰用。但制备过程应尽量不用铁器，以免掺进铁粉后破坏水泥的洁白程度。其制备方法同前法处理。 2.石灰同前法处理 3.石膏制备要求参照前法 3.4.3.矾土水泥配方实例 碎瓷粉 70% 石灰 10% 石膏 20% 制备方法：参照砖瓦灰水泥 上述三种水泥与一般水泥比较，抗水性好，耐酸碱腐蚀性好，强度较低，一般可达200300号，适用于水上、地下工程及酸碱浸蚀的建筑物。如水池、养鱼池、澡塘、房屋的基础部分、尿池、粪池、厕所、猪圈、猪食槽、牲畜槽、青贮池、糖化饲料池、磨盘、氨水库等。但耐冻性差，凝固速度缓慢，且容易出现干缩裂缝，所以使用时应加强养护，一般要求养护20-30天。 用于抹地面时，可适当加大配方中的石灰用量至50%。如烧筑梁柱、板时，应与普通水泥掺合使用。单独使用时应预先测定其标号，然后要设计强度去配制混凝土。为改善这种水泥凝固速度缓慢的特点，在拌制砂浆或混凝土时，可以加入水泥重量23%的芒硝。用法是先把芒硝投入热水中溶化，并充分搅拌均匀，再以此芒硝的水溶液去拌砂浆或混凝土，可加快其凝固速度。3.4.4.粉煤灰水泥 用粉煤灰生产粉煤灰水泥的配方其特征在于：（重量比）、熟料配方为：高烧失量粉煤灰铁粉石灰石硅质校正原料萤石一、三煤、熟料低烧失量粉煤灰石膏。 3.水泥生产工序3.1生产方法硅酸盐类水泥的生产工艺在水泥生产中具有代表性，是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏（有时还掺加混合材料或外加剂）磨细而成。 水泥生产随生料制备方法不同，可分为干法(包括半干法)与湿法（包括半湿法）两种。干法生产。将原料同时烘干并粉磨，或先烘干经粉磨成生料粉后喂入干法窑内煅烧成熟料的方法。但也有将生料粉加入适量水制成生料球，送入立波尔窑内煅烧成熟料的方法，称之为半干法，仍属干法生产之一种。湿法生产。将原料加水粉磨成生料浆后，喂入湿法窑煅烧成熟料的方法。也有将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧成熟料的方法，称为半湿法，仍属湿法生产之一种。干法生产的主要优点是热耗低（如带有预热器的干法窑熟料热耗为31403768焦/千克），缺点是生料成分不易均匀，车间扬尘大，电耗较高。湿法生产具有操作简单，生料成分容易控制，产品质量好，料浆输送方便，车间扬尘少等优点，缺点是热耗高（熟料热耗通常为52346490焦/千克）。3. 熟料煅烧3.1熟料煅烧概述硅酸盐水泥的生产过程通常可分为三个阶段：生料制备，熟料煅烧，水泥制成及出厂。其中熟料煅烧是水泥生产工艺当中非常重要的，熟料的煅烧过程直接决定水泥的产量和质量，燃料与衬料的消耗以及窑的安全运转。熟料煅烧顾名思义是将生的烧成熟的。在前期，将石灰石原料,粘土质原料与少量校正原料经破碎后，按一定比例配合，磨细并调配为成分合适，质量均匀的生料。生料在水泥窑内煅烧至熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，称为熟料煅烧。煅烧因窑型不同而有差异。目前国内窑型有湿法窑，干法窑。干法中有中空窑、SP(不带分解炉)、新型干法窑；半干法中有立窑、立波尔窑。现介绍几个重要温度： 1. CaCO3CaO+CO2分解温度为890，MgCO3MgO+CO2分解温度为590，因此分解炉的温度控制为900左右； 2. 2.C3S在出现液相以后才能形成，液相温度为1250，故熟料烧成温度为13001450（物料温度）。 3. C3SC2SC3AC4AF最低共熔温度1338，故低于此温度矿物形成就有困难。 水泥窑气体温度高达1700，物料温度高达1400，经水泥窑处理的废弃物不会造成二次污染。由于垃圾焚烧炉的焚烧温度低于水泥窑，往往会造成二次污染，目前发达国家都有采用水泥窑代替焚烧炉处理垃圾的趋势。 煅烧出来的熟料主要用于水泥制备，需要添加石膏，混合材等，经过混合粉磨制成最终的水泥产品。3.2煅烧 煅烧熟料的设备主要有立窑和回转窑两类，立窑适用于生产规模较小的工厂，大、中型厂宜采用回转窑。在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业中，广泛地使用回转窑设备对固体物料进行机械、物理或化学处理，这类设备被称为回转窑。立窑： 窑筒体立置不转动的称为立窑。分普通立窑和机械化立窑。普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；机械立窑是机械加料和机械卸料。机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高。近年来，国外大多数立窑已被回转窑所取代，但在当前中国水泥工业中，立窑仍占有重要地位。 根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。 水泥立窑的类型即特点 我国目前使用的立窑有两种类型：普通立窑和机械立窑。 普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；机械立窑是机械加料和机械卸料。机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高。 根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。 回转窑： 窑筒体卧置（略带斜度，约为3%），并能作回转运动的称为回转窑。分煅烧生料粉的干法窑和煅烧料浆（含水量通常为35左右）的湿法窑。 a.干法窑 干法窑又可分为中空式窑、余热锅炉窑、悬浮预热器窑和悬浮分解炉窑。70年代前后，发展了一种可大幅度提高回转窑产量的煅烧工艺窑外分解技术。其特点是采用了预分解窑，它以悬浮预热器窑为基础，在预热器与窑之间增设了分解炉。在分解炉中加入占总燃料用量5060的燃料，使燃料燃烧过程与生料的预热和碳酸盐分解过程，从窑内传热效率较低的地带移到分解炉中进行，生料在悬浮状态或沸腾状态下与热气流进行热交换，从而提高传热效率，使生料在入窑前的碳酸钙分解率达80以上，达到减轻窑的热负荷，延长窑衬使用寿命和窑的运转周期，在保持窑的发热能力的情况下，大幅度提高产量的目的。 b.湿法窑 用于湿法生产中的水泥窑称湿法窑，湿法生产是将生料制成含水为32%40%的料浆。由于制备成具有流动性的泥浆，所以各原料之间混合好，生料成分均匀，使烧成的熟料质量高，这是湿法生产的主要优点。 湿法窑可分为湿法长窑和带料浆蒸发机的湿法短窑，长窑使用广泛，短窑目前已很少采用。为了降低湿法长窑热耗，窑内装设有各种型式的热交换器，如链条、料浆过滤预热器、金属或陶瓷热交换器。3.2.1水泥回转窑的类型水泥工业在发展过程中出现了不同的生产方法和不同类型的回转窑，按生料制备的方法可分为干法生产和湿法生产，与生产方法相适应的回转窑分为干法回转窑和湿发回转窑两类。由于窑内窑尾热交换装置不同，又可分为不同类型的窑。 水泥窑目前主要有两大类，一类是窑筒体卧置（略带斜度），并能作回转运动的称为回转窑（也称旋窑）；另一类窑筒体是立置不转动的称为立窑。 1、 湿法回转窑的类型： 用于湿法生产中的水泥窑称湿法窑，湿法生产是将生料制成含水为32%40%的料浆。由于制备成具有流动性的泥浆，所以各原料之间混合好，生料成分均匀，使烧成的熟料质量高，这是湿法生产的主要优点。 2、 干法回转窑的类型： 干法回转窑与湿法回转窑相比优缺点正好相反。干法将生料制成生料干粉，水分一般小于1%，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。所以原料混合不好，成分不均匀。3.2.1.1湿法回转窑工艺我们仅以湿法回转窑工艺做以介绍和分析。湿法回转窑窑体通常比较长(长径比为30 湿法回转窑煅烧的特点是：由于生料制成泥浆，所以对非均质原料适应性强，生料成分均匀，工艺稳定，烧成的熟料质量高，熟料强度等级高，粉磨过程中粉尘少，窑尾飞灰少。但湿法生产时蒸发30%40%的料浆水分，需要消耗较大热量，能耗占水泥成本的1/21/3，较立窑和干法回转窑均高。湿法生产由于热耗高，能源消耗大，且生产时用水量大，消耗水资源，我国已把湿法水泥生产列为限制淘汰窑型。 3.3水泥熟料的形成过程(1)、水分蒸发： 自由水分随物料温度而逐渐蒸发，当