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1 水泥基础知识 南京凯盛水泥技术工程有限公司 李安平2009 7 2 水泥的定义 波特兰水泥专指在制造过程中严格控制化学成分 且经煅烧到一定温度的水硬性胶凝材料 通常以1824年英国人J Aspdin取得波特兰水泥名称的专利为现代水泥工业的开始 水泥主要是由石灰演变来的 石灰也是胶凝材料 但它没有 水硬性 古罗马人用火山灰和石灰拌和使用获得水中硬化的性能 直到1756年英国人J Smeaton采用掺有粘土的石灰石经过煅烧后获得的石灰具有水硬性 并称之为 水硬石灰 以后人们发现把烧制水硬石灰粉磨后可以获得水硬性更好 强度更高的产品 并称之为 天然水泥 天然水泥在欧洲称为罗马水泥 在美国称为罗森达尔水泥 它们的显著特点是当地石灰石的成分与现代水泥比较接近 只需烧结就能烧成水泥 3 水泥的主要化学成分 有用组分 CaO 60 75 SiO2 15 30 Al2O3 4 8 Fe2O3 2 8 4 水泥的主要性能指标 水泥强度 抗压强度 抗折强度强度龄期 3天 7天 28天强度等级 以28天抗压强度划分 有32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R 62 5 62 5R安定性 合格MgO含量 小于6 酸不溶物 对硅酸盐水泥有要求混合材掺量 不同的水泥品种 有不同的混合材产量要求 5 水泥的种类 中国 通用水泥 硅酸盐水泥 P IP II普通硅酸盐水泥 P O矿渣硅酸盐水泥 P S火山灰质硅酸盐水泥 P P粉煤灰硅酸盐水泥 P F复合硅酸盐水泥 P C 特种水泥 道路硅酸盐水泥 抗硫酸盐水泥 白色硅酸盐水泥 耐高温水泥 油井水泥 膨胀水泥 快硬高强水泥 6 通用水泥的部分标准 混合材掺量要求 7 通用水泥的部分标准 化学指标 8 通用水泥的部分标准 物理指标 9 水泥生产主要过程 各种原料 粉磨成生料粉 烧结成水泥熟料 粉磨成水泥 10 生产水泥的主要原料 石灰石 煤 页岩 粘土 石膏 11 水泥生产主要过程 石灰石 粘土铁粉 其他 粉磨成生料粉 烧结成水泥熟料 粉磨成水泥 破碎成小块 生料粉储存 熟料冷却存储 水泥存储包装 预均化 原煤 粉磨成煤粉 12 水泥生产主要过程 13 水泥生产过程中物料的变化 大块状物料最大 1m 块状物料40 60mm 生料粉40 80mm 熟料40 80mm 水泥10 50mm 袋装水泥 破碎 粉磨 预热 分解煅烧 冷却 粉磨 包装 14 15 16 17 18 19 20 21 22 水泥熟料在烧结过程中的化学变化 预热器 生料粉由常温加热到约700 800 生料脱水分解炉 物料加热到850 左右 发生分解和燃烧反应CaCO3 CO2 CaO 吸收大量热 MgCO3 CO2 MgO 吸收大量热 C O2 CO2 放出大量热 23 水泥熟料在烧结过程中的化学变化 回转窑 物料升温到1250 发生C2S反应 继续升温到1450 发生C3S反应 燃料燃烧供热 CaO 2SiO2 CaO 2SiO2 1250 CaO 2SiO2 CaO CaO 3SiO2 1450 CaO Al2O3 3CaO Al2O3CaO Al2O3 Fe2O3 4CaO Al2O3 Fe2O3 CaO 3SiO2简写成C3S名称 硅酸三钙或A矿CaO 2SiO2简写成C2S名称 硅酸二钙或B矿3CaO Al2O3简写成C3A名称 铝酸三钙4CaO Al2O3 Fe2O3写成C4AF名称 铁铝酸四钙 C3S C2S 空洞 C3A及C4AF 24 水泥生产过程中的温度分布 各种原料 粉磨成生料粉 烧结成水泥熟料 粉磨成水泥 常温 预热器分解炉 煤磨 图例 物料 气体 温度100 200 温度 330 温度 60 温度360 1000 温度 1100 温度 840 温度 60 温度 330 温度60 常温原煤 温度 100 温度 100 温度 90 25 水泥生产使用的原料 燃料 石灰质原料 主要成分CaO 石灰岩 泥灰岩 大理岩 白垩 海生壳 工业废渣 粘土质原料 主要成分SiO2 Al2O3 粘土 黄土 页岩 泥岩 粉矿岩 河泥 硅质原料 主要成分SiO2 砂岩 河沙 硅石 粉砂岩 铁质原料 主要成分Fe2O3 硫铁矿 铁矿粉 硫酸渣 26 水泥生产使用的原料 燃料 铝质原料 主要成分Al2O3 铝矾土 煤矸石 粉煤灰等 燃料 烟煤 无烟煤 重油 天然气 石油焦工业废弃物 生活废弃物 缓凝材料 主要成分CaSO4 天然石膏 无水石膏 磷石膏 工业废渣 混合材料 矿渣 火山灰 粉煤灰 石灰石 其他 27 我们厂使用的原料及用量 干基 28 我们厂原料及煤灰化学成分 29 水泥烧成燃料一般要求 烟煤 挥发分 10 热值 5200kcal kg 全硫5500kcal kg 全硫 2 30 燃料成分 燃料工业分析项目 水分 M 一般8 10 挥发分 V 一般小于35 灰分 A 一般20 30 固定碳 FC 一般50 70 全硫 St 一般1 1 5 热值 Qnet 一般大于5200kcalkg燃料元素分析项目 碳 氢 氧 氮 硫等等 31 燃料成分的表达基准 固体燃料和液体燃料的组成成分均用质量分数来表示 C H O N S M A 100 四种分析基 收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基收到基 ar 用准备燃烧的燃料成分总量为基准进行分析得出的各种成分 称为收到基成分 旧标准称为应用基成分 其组成为 Car Har Oar Nar Sar Mar Aar 100 空气干燥基 ad 用经自然风干除去水分的燃料成分总量为基准进行分析得出的成分 称为空气干燥基成分 旧标准为分析基 其组成为 Cad Had Oad Nad Sad Mad Aad 100 32 燃料成分的表达基准 干燥基 d 以烘干除去全部水分的燃料成分总量为基准分析得出的各种成分称为干燥基成分 其组成为 Cd Hd Od Nd Sd Ad 100 干燥无灰基 daf 以除去水分和灰分的燃料成分总量为基准分析得出的成分称为干燥无灰基成分 旧标准为可燃基 其组成为 Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Sdaf 100 干燥无灰基因无水 无灰 故其剩下的成分便不受水分 灰分的影响 是表示C H O N S成分百分数最稳定的基准 可作为燃料分类的依据 33 燃料热值的表达 燃料热值也叫燃料发热量 是指单位质量 指固体或液体 或单位体积 指气体 的燃料完全燃烧 燃烧产物冷却到燃烧前的温度 一般为环境温度 时所释放出来的热量 固体或液体发热量的单位是千卡 千克 kcal kg 千焦耳 千克 KJ kg 或兆卡 千克 Mcal kg 兆焦尔 千克 MJ kg 气体燃料的发热量单位是千卡 标准立方米 kcal Nm3 千焦耳 标准立方米 KJ Nm3 或兆卡 标准立方米 Mcal Nm3 兆焦尔 标准立方米 MJ Nm3 燃料热值有高位热值与低位热值两种 高位热值是指燃料在完全燃烧时释放出来的全部热量 即在燃烧生成物中的水蒸汽凝结成0度水时的发热量 也称毛热 用QGW 国外用Qgross低位热值是指燃料完全燃烧 其燃烧产物中的水蒸汽以20度气态存在时的发热量 也称净热 用Qnet表示 燃料大都用于燃烧 各种炉窑的排烟温度均超过水蒸汽的凝结温度 不可能使水蒸气的凝结热释放出来 所以在能源利用中一般都以燃料的应用的低位发热量作为计算基础 各国的选择不同 日本 北美各国均习惯用高位热值 而我国 前苏联 德国和经济合作与发展组织是按低位热值换算的 有的国家两种热值都采用 34 我们厂使用的燃料及用量 35 制成水泥的原料 熟料 制成水泥的主要原料 也是形成水泥强度等性能的主要材料石膏 调节水泥凝结时间用混合材 水泥添加料 改性材料 36 水泥熟料中主要化学成分及矿物组分 主要化学成分 主要矿物组分 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 37 水泥熟料率值 主要采用三个率值控制熟料成分 一 石灰饱和系数KH或LSF 38 水泥熟料率值 二 硅酸率SM或n 三 铝氧率AM或IM或p 39 我们厂水泥熟料率值控制指标 KH 0 90 0 01SM 2 60 0 10AM 1 60 0 10 40 水泥生产和性能有用成分和有害成分 有用成分 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3有害成分 MgO fCaO SO3 Na2O K2O Cl P2O5等等 41 有害成分对水泥性能的影响 MgO 使混凝土膨胀 水泥强度下降fCaO 使混凝土膨胀SO3 窑尾结皮Na2O 窑尾结皮 早强高 后期低K2O 窑尾结皮 早强高 后期低Cl 窑尾结皮 腐蚀钢筋 42 新型干法有害成分控制指标 43 石灰石破碎控制指标 44 原料粉磨控制指标 45 熟料烧成控制指标 46 煤粉制备控制指标 47 水泥磨控制指标 48 水泥生产主要经济指标名词解释 破碎机电耗 破碎机系统单位产量用电量原料磨系统电耗 原料磨系统单位产量用电量烧成系统电耗 烧成系统单位熟料产量用电量煤磨系统电耗 煤磨系统单位产量用电量水泥磨系统电耗 水泥磨系统单位产量用电量单位熟料电耗 从破碎到熟料进库范围的单位电耗水泥综合电耗 全厂生产单位水泥耗电熟料热耗 烧成系统单位熟料耗热量 49 旋风筒工作原理物料 50 旋风筒工作原理气体 51 预热器清堵 52 预热器清堵 53 预热器清堵 54 预热器翻板阀 翻板阀安装在预热器旋风筒的锥部 物料 物料 气体 气体 55 预热器翻板阀 翻板阀安装在预热器旋风筒的锥部 56 翻板阀不动作的原因 57 回转窑结构 1 支撑 2 支撑 3 支撑 传动 烟室 窑筒体 喷煤管 冷却机 窑头罩 窑头密封 窑尾密封 大齿圈 轮带 58 回转窑托轮及轮带 托轮轴 托轮 托轮轴 轮带 轮带 59 回转窑托轮 托轮轴 检查孔 注油孔 冷却水 隔热板 托轮 清扫器 轮带 特别注意 1 打开检查盖检查或注油时绝不能带入赃物或金属 2 回转窑运行期间 绝不能关闭冷却水的进水阀或出水阀 60 回转窑轮带 61 回转窑液压挡轮 62 回转窑液压挡轮 特别注意 1 回转窑位置开关及滑块在没有专业人员的情况下 绝不允许随便乱碰 2 回转窑运行期间要保持滑块及传感器的清洁 滑块 传感器 63 回转窑传动机构 64 回转窑的辅传系统 超越离合器 主减速机 辅传电机 抱闸 辅传减速机 大齿圈 特别注意 1 在用辅传带动窑时 一定要将超越离合器合上 并固定好 2 在用主传带动窑时 一定要将超越离合器脱开 并固定好 65 回转窑大小齿轮及润滑 大齿轮 带油器 特别注意 1 窑运行期间 注意检查带油器带油情况 保证油均匀润滑大齿轮面 2 窑运行期间 注意检查带油器不要碰撞大齿轮的齿面 66 回转窑内物料运动 67 回转窑内物料运动 68 回转窑内物料运动 69 回转窑内耐火材料 70 回转窑内的换热 换热方式有 传导换热 对流换热 辐射换热 71 熟料的冷却 颗粒大的冷却效果差 颗粒细小的冷却效果也差 只有颗粒大小合适 且均齐的冷却效果才好 72