水泥熟料的煅烧.doc

6 水泥熟料的煅烧【本章导读】生料在入窑后和热气体进行热交换发生一系列的物理化学反应生成熟料。熟料主要由硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)、铁铝酸四钙(C4AF)等矿物所组成。煅烧过程所发生的物理化学变化在不同条件下进行的程度与状况决定了水泥熟料的质量和性能，也直接影响到水泥熟料的产量以及燃料、耐火材料的消耗和窑的长期安全运转。无论窑型的变化如何，熟料的煅烧过程和煅烧中所发生的反应基本相同，掌握了这些矿物形成的机理及影响因素，掌握了这些物理化学变化的规律，就能烧出高质量的熟料。6.1 煅烧过程物理化学变化水泥生料入窑后，在加热煅烧过程中发生干燥、粘土脱水与分解、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧成和熟料冷却等物理化学反应。这些过程的反应温度、速度及生成的产物不仅和生料的化学成分及熟料的矿物组成有关，也受到其它因素如生料细度、生料均匀性、传热方式等的影响。6.1.1 干燥干燥即自由水的蒸发过程。生料中都有一定量的自由水，生料中自由水的含量因生产方法与窑型不同而异。干法窑生料含水量一般不超过1.0%，立窑、立波尔窑生料需加水1214%成球，湿法生产的料浆水分在3040%。自由水的蒸发温度为100150左右。生料加热到100左右，自由水分开始蒸发，当温度升到150200时，生料中自由水全部被排除。自由水的蒸发过程消耗的热量很大。每千克水蒸发热高达2257kJ，如湿法窑料浆含水35%，每生产1kg水泥熟料用于蒸发水分的热量高达2100kJ，占湿法窑热耗的1/3以上。降低料浆水分是降低湿法生产热耗的重要途径。3.1.2 粘土脱水粘土脱水即粘土中矿物分解放出结合水。粘土主要由含水硅酸铝所组成，常见的有高岭土和蒙脱土，但大部分粘土属于高岭土。粘土矿物的化合水有两种：一种是以OH-离子状态存在于晶体结构中，称为晶体配位水（也称结构水）；另一种是以分子状态存在吸附于晶层结构间，称为晶层间水或层间吸附水。所有的粘土都含有配位水，多水高岭土、蒙脱石还含有层间水，伊利石的层间水因风化程度而异。层间水在100左右即可除去，而配位水则必须高达400600以上才能脱去，具体温度范围取决于粘土的矿物组成。下面以高岭土为例，说明粘土的脱水过程。高岭土主要由高岭石（2SiO2Al2O3nH2O ）组成。加热当温度达100时高岭石失去吸附水，温度升高至400600时高岭石失去结构水，变为偏高岭石(2SiO2A12O3)，并进一步分解为化学活性较高的无定型的氧化铝和氧化硅。粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示：2SiO2Al2O32H2O2SiO2Al2O3+2H2O2SiO2Al2O32SiO2+ Al2O3由于偏高岭土中存在着因OH-离子跑出后留下的空位，通常把它看成是无定型的SiO2和A12O3，这些无定型物具有较高的化学活性，为下一步与氧化钙反应创造了有利条件。6.1.3 碳酸盐分解碳酸盐分解是熟料煅烧的重要过程之一。碳酸盐分解与温度、颗粒粒径、生料中粘土的性质、气体中CO2的含量等因素有关。石灰石中的碳酸钙（CaCO3）和少量碳酸镁（MgCO3）在煅烧过程中都要分解放出二氧化碳，其反应式如下：影响碳酸盐分解的因素: （1）石灰质性质以最常见的石灰石为例。当石灰石中伴生有其他矿物和杂质一般具有降低分解温度的作用，这是由于石灰石中的SiO2、A12O3、Fe2O3 等增强了方解石的分解活力所致，但各种不同的伴生矿物和杂质对分解的影响是有差异的。方解石晶体越小，所形成的CaO缺陷结构的浓度越大，反应性越好，相对分解速度越高。一般来说，石灰石分解的活化能在125.6251.2kJ/mol之间，当伴生有杂质、晶体细小时，其活化能将降低，一般在190kJ/mol以下。石灰石分解活化能越低，CaO的化合作用越强，-C2S等的形成速度越快。(2) 生料细度和颗粒级配生料细度也是影响碳酸盐分解的重要因素。生料颗粒粒径越小，比表面积越大，传热面积增大，分解速度加快，生料颗粒均匀，粗颗粒少，也可加速碳酸盐的分解。因此适当提高生料的粉磨细度和生料的均匀性有利于碳酸盐的分解。(3) 生料悬浮分散程度生料悬浮分散差，相对地增大了颗粒尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。因此，生料悬浮分散程度是决定分解速度的一个非常重要的因素。这也是在悬浮预热器和窑外分解窑分解炉内的碳酸钙分解速度较回转窑、立波尔窑内快的主要原因之一。(4) 温度碳酸盐分解是吸热反应。每1 kg纯碳酸钙在890时分解吸收热量为1645J/g，是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程，分解所需总热量约占湿法生产总热耗的1/3，约占悬浮预热器的1/2，因此，提供足够的热量可以提高碳酸盐的分解速度。温度升高使分解速度加快，通过实验得知，温度每升高50分解速度约增加一倍，分解时间约缩短50%，当物料温度升到900后CaCO3分解反应将迅速进行，分解时间缩短。但应注意温度过高，将增加废气温度和热耗，预热器和分解炉结皮、堵塞的可能性亦大。(5) 窑内通风碳酸盐分解是可逆反应，受系统温度和周围介质中CO2的分压影响较大。为了使分解反应顺利进行，必须保持较高的反应温度良好的通风，降低周围介质中CO2的分压。如果将碳酸盐的反应放在密闭的容器中于一定温度下进行时，随着碳酸钙的不断分解，周围介质中CO2的分压不断增加，分解速度将逐渐变慢，直到反应停止。因此加强窑内通风，减小窑内CO2压力，及时将CO2气体排出，有利于CaCO3的分解。实验表明，废气中CO2含量每减少2%，约可使分解时间缩短10%，当窑内通风不畅，CO2不能及时被排出，废气中CO2含量增加，会延长碳酸盐的分解时间，因此窑内通风对CaCO3的分解起着重要作用。(6)粘土质原料性质 如果粘土质原料的主导矿物是高岭土，由于其活性大，在800下能和氧化钙或直接与碳酸钙进行固相反应，生成低钙矿物，可以促进碳酸钙的分解过程。反之，如果粘土主导矿物是活性差的蒙脱石和伊利石，则CaCO3的分解速度就慢。6.1.4 固相反应固相反应是指固相与固相之间所进行的反应。粘土和石灰石分解以后分别形成了CaO、MgO、SiO2、A12O3等氧化物，这些氧化物随着温度的增加会反应形成各种矿物：800 开始反应形成CA(CaOA12O3)、C2F(2CaOFe2O3)，CS（2CaOSiO2)；800900 开始形成Ca12A7(12CaO7A12O3）；9001000 C2AS(2CaOA12O3SiO)、CA(3CaOA12O3)、CAF(4CaOA12O3Fe 2O 3)；11001200 大量形成CA与CAF，同时C2S含量达最大值。从以上化学反应的温度，我们不难发现，这些反应温度都小于反应物和生成物的熔点(如CaO、SiO2与2CaOSiO的熔点分别为2570、1713与2130)也就是说物料在以上这些反应过程中都没有熔融状态物出现，反应是在固体状态下进行的，这就是固相反应的特点。影响固相反应速度的主要因素有：(1)生料细度及其均匀程度由于固相反应是固体物质表面相互接触而进行的反应，当生料细度较细颗时，组分之间接触面积增加，固相反应速度也就加快。从理论上认为生料越细对煅烧越有利，但生料细度过细会使磨机产量降低，同时电耗增加。因此粉磨细度应考虑原料种类、粉磨设备及煅烧设备的性能，以达到优质、高产、低消耗的综合效益为宜。通过实验发现，由于物料反应速度与颗粒尺寸的平方成反比，因而即使有少量较大尺寸的颗粒，都可以显著延缓反映过程的完成，所以，控制生料的细度既要考虑生料中细颗粒的含量，也要考虑使颗粒分布在较窄的范围内，保证生料的均齐性。生料细度一般控制在0.080 mm方孔筛筛余812%左右；0.2 mm方孔筛筛余1.01.5%以下。生料的均匀混合，使生料各组分之间的充分接触，有利于固相反应进行。湿法生产的料浆由于流动性好，生料中各组分之间混合较均匀；干法生产要通过空气均化达到生料成分均匀的目的。(2) 原料性质原料中含有石英砂(结晶型的二氧化硅)时，熟料矿物很难生成，会使熟料中游离氧化钙含量增加。因为结晶型SiO2在加热过程中只发生晶型的转变，晶体未受到破坏，晶体内分子很难离开晶体而参加反应，所以固相反应的速度明显降低，特别是原料中含有粗颗粒石英时，影响更大。要求原料中尽量少含石英砂，原料中含的燧石结核(结晶型的SiO2)其硬度大不宜磨细，它的反应能力亦较无定型的SiO2低得多，对固相反应非常不利，因此要求原料中不含或少含燧石结核。而粘土中的SiO2情况不同，粘土在加热时，分解成游离态的SiO2和A12O3，其晶体已经破坏，因而容易与碳酸钙分解出的CaO发生固相反应，形成熟料矿物。(3) 温度温度提高使质点能量增加，增加了质点的扩散速度和化学反应速度，所以使固相反应速度加快。(4) 矿化剂 能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧的少量外加剂称为矿化剂。加入矿化剂可以通过与反应物作用而使晶格活化，从而增强反应能力，加速固相反应。熟料形成过程中固相反应次序虽如前所述，但实际上随着原料的性能，粉磨细度，加热速度等条件的变化，各矿物形成的温度有一定范围，而且会相互交叉，如C2S虽然在800900开始形成，但全部的C2S形成要在1200，而生料的不均匀性，使交叉的温度范围更宽。6.1.5 熟料烧成物料加热到最低共熔温度（物料在加热过程中，开始出现液相的温度称为最低共熔温度）时，物料中开始出现液相，液相主要由C3A和C4AF 所组成，还有MgO、Na2O、K2O等其他组成，在液相的作用下进行熟料烧成。液相出现后，C2S和CaO都开始溶于其中，在液相中C2S 吸收游离氧化钙(CaO)形成C3S，其反应式如下： C2S（液）+ CaO（液） C3S（固）熟料的烧结包含三个过程：C2S和CaO逐步溶解于液相中并扩散；C3S晶核的形成；C3S晶核的发育和长大，完成熟料的烧结过程。即随着温度的升高和时间延长，液相量增加，液相粘度降低，CaO和C2S不断溶解、扩散，C3S晶核不断形成，并逐渐发育、长大，最终形成几十微米大小、发育良好的啊利特晶体。与此同时，晶体不断重排、收缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的熟料。这个过程称为熟料的烧结过程。这个过程也称石灰吸收过程。大量C3S的生成是在液相出现之后，普通硅酸盐水泥组成一般在1300左右时就开始出现液相，而C3S形成最快速度约在1350，一般在1450下C3S绝大部分生成，所以熟料烧成温度可写成13501450或1450。任何反应过程都需要有一定时间，C3S的形成也不例外。它的形成不仅需要有一定温度，而且需要在烧成温度下停留一段时间，使其能充分反应，在煅烧较均匀的回转窑内时间可短些。而煅烧不均匀的立窑内时间需长些，但时间不宜过长，时间过长易使C3S生成粗而圆的晶体，使其强度发挥慢而且还要降低。一般需要在高温下煅烧2030min。从上述的分析可知，熟料烧成形成阿利特的过程，与液相形成温度、液相量、液相性质以及氧化钙、硅酸二钙溶解液相的溶解速度、离子扩散速度等各种因素有关。阿利特的形成也可以通过固相反应来完成，但需要较高的温度（1650以上），因而这种方法目前在工业上没有实用价值。为了降低煅烧温度、缩短烧成时间，降低能耗，阿利特的形成最好通过液相反应来形成。液相量的增加和液相粘度的减少，都利于C2S 和CaO在液相中扩散，即有利于C2S吸收CaO形成C3S。所以，影响液相量和液相粘度的因素，也是影响C3S生成的因素。6.1.5.1 最低共熔点物料在加热过程中，两种或两种以上组分开始出现液相的温度称为最低共熔温度。最低共熔温度决定与系统组分的数目和性质。表5.1.1列出了一些系统的最低共熔点。表6.1.1 最低共熔温度 系统最低共熔温度()C3SC2SC3A1455C3SC2SC3ANa2O1430C3SC2SC3AMgO1375C3SC2SC3ANa2OMgO1365C3SC2SC3AC4AF1338C3SC2SC3ANa2OFe2O31315C3SC2SC3AFe2O3MgO1300C3SC2SC3ANa2OFe2O3MgO1280由表3.1.1可以看出，系统组分的数目和性质都影响系统的最低共熔温度。组分数愈多最低共熔温度愈低。硅酸盐水泥熟料一般有氧化镁、氧化纳、氧化钾、硫矸、氧化钛、氧化磷等其它组分，最低共熔温度约为1280左右。适量的矿化剂与其他微量元素等可以降低最低共熔点，使熟料烧结所需的液相提前出现（约1250），但含量过多时，会对熟料质量造成影响，对其含量要有一定限制。6.1.5.2 液相量液相量不仅和组分的性质有关，也与组分的含量、熟料烧结温度有关。一般铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）在1300左右时，都能熔成液相，所以称C3A与C4AF为熔剂性矿物，而C3A与C4AF的增加必须是Al2O3和Fe2O3的增加，所以熟料中Al2O3和Fe2O3的增加使液相量增加，熟料中MgO、R2O 等成分也能增加液相量。液相量与组分的性质、含量即熟料烧结温度有关，所以不同的生料成分与煅烧温度等对液相量有很大影响，一般水泥熟料煅烧阶段的液相量约为20%30%。一般硅酸盐水泥熟料成分生成的液相量可近似用下式进行计算。当烧成温度为1400时:L%=2.95A+2.2F+M+R (6.1.1)当烧成温度为1450时:L%=3.OA+2.25F+M+R (6.1.2)式中L%液相百分含量（%）；A 熟料中Al2O3的百分含量（%）；F熟料中Fe2O3的百分含量（%）；M熟料中MgO的百分含量（%）；R熟料中R2O的百分含量（%）。从上述公式可知影响液相量的主要成分是Al2O3、Fe2O3、MgO和R2O，后两者在含量较多时为有害成分，只有通过增加Al2O3和Fe2O3的含量增加液相量，以利于CS的生成。但液相量过多易结大块、结圈等，所以液相量控制要适当。6.1.5.3 液相粘度液相粘度对硅酸三钙的形成影响较大。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。C3A和C4AF都是熔剂矿物，但它们生成液相的粘度是不同的，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的液相粘度小。因此当熟料中C3A或Al2O3含量增加，C4AF或Fe2O3含量减少时，即熟料的铝率增加时，生成的液相粘度增加。反之则液相粘度减小，铝率与粘度关系见图3-1-1所示，从图看出液相粘度随铝率增加而增加，几乎是成直线的增加。从烧成的角度看，铝率高对烧成不利，使C3S不易生成；但从水泥熟料性能角度看，C3A含量高的熟料强度发挥快，早期强度高，而且C3A的存在对C3S强度的发挥也有利，同时有适当含量的C3A，使水泥熟料的凝结时间也能正常。所以铝率要适当，一般波动在0.91.4之间。提高温度，离子动能增加，减弱了相互间的作用力，因而降低了液相的粘度，有利于硅酸三钙的形成，但煅烧温度过高，物料易在窑内结大块、结圈等，同时会引起热耗增加，并影响窑的安全运转。温度与粘度关系见图6-1-2所示。图5-1-2 液相粘度与温度关系1最低共融物；21450C2S与CaO所饱和的液相图5-1-1 液相粘度与铝率关系1440纯氧化物熟料液相粘度与液相组成的关系，随液相中离子状态和相互作用力的变化而异，R2O含量的增加，液相粘度会增加，但MgO、K2SO、Na2SO、SO3含量增加，液相粘度会有所下降。粘度与成分的关系见图2-1-2所示。6.1.5.4 液相的表面张力液相的表面张力越小，越易润湿固体物质或熟料颗粒，有利于固液反应，促进C3S的形成。液相的表面张力与液相温度、组成和结构有关。液相中有镁、碱、硫等物质存在时，可降低液相表面张力，从而促进熟料烧结。6.1.5.5 氧化钙溶解于液相的速度C3S的形成也可以视为C2S和CaO在液相中的溶解过程。C2S和CaO逐步溶解于液相的速度大，C3S的成核与发展也越快。因此，要加速C3S的形成实际上就是提高C2S和CaO的溶解速度，而这个速率大小受CaO颗粒大小和液相粘度所控制。实验表明，随着CaO粒径减少和温度增加，CaO溶解速率增大。6.1.6 熟料的冷却熟料烧成后，就要进行冷却，冷却的目的在于：回收熟料余热，降低热耗，提高热的效率；改进熟料质量，提高熟料的易磨性；降低熟料温度，便于熟料的运输、储存和粉磨。熟料冷却的好坏及冷却速度，对熟料质量影响较大，因为部分熔融的熟料，其中的液相在冷却时，往往还和固相进行反应。熟料中矿物的结构决定于冷却速度、固液相中的质点扩散速度、固液相的反应速度等。如果冷却很慢，使固液相中的离子扩散足以保证固液相间的反应充分进行，称为平衡冷却。如果冷却速度中等，使液相能够析出结晶，由于固相中质点扩散很慢，不能保证固液相间反应充分进行，为独立结晶。如果冷却很快，使液相不能析出晶体成为玻璃体，称为淬冷。C3SC2SC3A组成的系统冷却速度不同对熟料矿物组成的影响，见表6.1.2。表6.1.2 C3SC2SC3A系统冷却速度矿物组成冷却制度C3S%C2S%C3A%玻璃体%平衡冷却6013.526.5某点淬冷6832通过实验和生产实践得知急速冷却熟料对改善熟料质量有许多优点，主要表现在：(1) 防止或减少-C2S 转化成- C2SC2S由于结构排列不同，因此有不同的结晶形态，而且相互之间能发生转化。煅烧时形成的-C2S在冷却的过程中若慢冷就易转化成-C2S，-C2S 相对密度为3.28，而-C2S 相对密度为2.97，-C2S 转变成- C2S时其体积增加10%，由于体积的增加产生了膨胀应力，因而引起熟料的粉化,而且- C2S几乎无水硬性。当熟料快冷时可以迅速越过晶型转变温度使-C2S 来不及转变成- C2S而以介稳状态保持下来。同时急冷时玻璃体较多，这些玻璃体包裹住了-C2S晶体使其稳定下来，因而防止或减少-C2S 转化成- C2S，提高了熟料的水硬性，增强了熟料的强度。(2) 防止或减少C3S的分解当温度低于12601280以下，尤其在1250时C3S易分解成C2S和二次f - CaO，使熟料强度降低f - CaO增加。当熟料急冷时温度迅速从烧成温度开始下降越过C3S的分解温度，使C3S来不及分解而以介稳状态保存下来，防止或减少C3S的分解，保证水泥熟料的强度。(3)改善水泥的安定性当熟料慢冷时MgO结晶成方镁石，水化速度很慢，往往几年后还在水化，水化后生成Mg(OH)2，体积增加148%，使水泥硬化试体体积膨胀而遭到破坏，导致水泥安定性不良。当熟料急冷时熟料液相中的MgO来不及析晶，或者即使结晶也来不及长大，晶体的尺寸非常细小，其水化速度相对于较大尺寸的方镁石晶体快，与其它矿物的水化速度大致相等，对安定性的危害很小。尤其当熟料中MgO含量较高时，急冷可以克服由于其含量高所带来的不利影响，达到改善水泥安定性的目的。(4)减少熟料中C3A结晶体急冷时C3A来不及结晶出来而存在玻璃体中，或结晶细小。结晶型的C3A水化后易使水泥快凝，而非结晶的C3A水化后不会使水泥浆快凝。因此急冷的熟料加水后不易产生快凝，凝结时间容易控制。实验表明，呈玻璃态的C3A很少会受到硫酸钠或硫酸镁的侵蚀，有利于提高水泥的抗硫酸盐性能。(5)提高熟料易磨性急冷时熟料矿物结晶细小，粉磨时能耗低。急冷使熟料形成较多玻璃体，这些玻璃体由于种种体积效应在颗粒内部不均衡地发生，造成熟料产生较大的内部应力，提高熟料易磨性。从上述分析可知，熟料的急冷对熟料质量、充分利用能源及生产过程有重要的作用。如何使熟料快速冷却并尽可能回收熟料余热，一直使水泥熟料生产过程中的重要课题。从设备、操作入手加速熟料的冷却效果是水泥生产中的重要环节。回转窑要选用高效率的冷却机，如现代新型篦式冷却机等对熟料进行高效冷却、回收余热；立窑可通过加强鼓风，使风机有足够的风量和风压，同时要减小和均匀窑内通风阻力来实现对熟料的冷却，提高窑的热效率。 6.2 熟料形成热水泥生料加热过程中发生的一系列物理化学变化，有些是吸热反应，有些是放热反应，将全过程的总吸热量，减去总放热量，并换算为每生成lkg熟料所需要净热量就是熟料形成热，也是熟料形成的理论热耗。熟料形成热与生料化学组成和原料性质有关，与煅烧窑炉及煅烧操作等无关。6.2.1 熟料形成过程的热效应水泥生料在加热过程中各反应温度和热效应列于表6.2.1表6.2.1 水泥熟料的反应温度和热效应 温度反 应相应温度下lkg物料热效应100自由水蒸发吸热2249kJkg水450粘土脱水吸热932kJkg高岭石600碳酸镁分解吸热1421kJkgMgC03900粘土中无定型物质转为晶体放热259284kJkg脱水高岭石900碳酸钙分解吸热1655kJkgCaC039001200固相反应生成矿物放热418502kJkg熟料12501280生成部分液相吸热105kJkg熟料1300，C2S+Ca0一C3S微吸热8.6kJkgC2S反应热与反应温度有关。如：高岭石脱水需热量，在450时为932kJ/kg；而在20时为606kJ/kg；碳酸钙分解吸热在900为1655kJ/kg；而在20时为177SkJ/kg，在不同温度下反应，其热效应不同。 6.2.2 各熟料矿物形成热各水泥熟料矿物凡是固体状态生成的均为放热反应，只有C3S是在液相中形成，一般认为是微吸热反应，具体数值列于表3.2.2。 表3.2.2 各熟料矿物形成热 反 应 20时热效应(kJkg) 1300热效应(kJkg) 2CaO+SiO2(石英砂)=C2S 放热 723 放热 619 3CaO+Si02(石英砂)=C3S 放热 539 放热 4643CaO+A1203=C3A 放热 67 放热 347 4CaO+A1203+Fe203=C4AF 放热 105 放热 109 C2S+CaO=C3S 吸热 2.38 吸热 1.556.2.3 生成lkg熟料的理论热耗以20为计算的温度基准。假定生成1kg熟料需理论生料量约为1.55kg，在一般原料的情况下，根据物料在反应过程中的化学反应热和物理热，可计算出生成1kg普通硅酸盐水泥熟料的理论热耗：理论热耗吸收总热量放出总热量假定生产1kg 熟料中生料的石灰石和粘土按7822配合。取基准温度为0，则熟料理论热耗的计算如表6.2.3。表6.2.3 生成1kg 硅酸盐水泥熟料的理论热耗类别序号项目热效应(kJkg)所占比例（%）吸收热量1干生料由0加热到450736.5317.32粘土在450脱水100.352.43生料自450加热到900816.2519.24碳酸钙在900分解1982.4046.55物料自900加热到1400516.5012.06熔融净热1092.6合计4261.03100放出热量1脱水粘土结晶放热28.471.12矿物组成形成热405.8616.13熟料自1400冷却到01528.8060.54CO2自900冷却到0512.7920.35水蒸气自450冷至050.622.0合计2526.54100理论热耗4261.032526.541734.49(kJkg熟料)由于原料不同，燃料不一样，原料的配比及熟料组成的变化，煅烧时的理论热耗电有所不同，但一般波动在16301800kJ/kg熟料。从上表可以看出，水泥熟料形成过程中的吸热中，碳酸盐分解吸收的热量最多，约占总吸热量的一半左右；而在放热反应中，熟料冷却放出的热量最多，占放热量的50%以上。因此，降低碳酸盐分解吸收热量、有效提高熟料冷却余热利用是提高热效率的有效途径。熟料形成热还可用下列经验公式进行计算：Q形=G干(4.5Al2O3+29.6CaO+17.0MgO)-284 （kJ/kg熟料） 式中 Q形熟料形成热（kJ/kg熟料）；G干生成1kg熟料所需理论干生料量（kg）；Al2O3、CaO、MgO生料中各氧化物含量（%）。6.2.4 熟料热耗在实际生产中，由于熟料形成过程中物料不可能没有损失，也不可能没有热量损失，而且废气、熟料不可能冷却到计算的基准温度（0或20），因此，熟料形成的实际消耗热量要比理论热耗大。每煅烧1kg熟料窑内实际消耗的热量称为熟料实际热耗，简称熟料热耗，也叫熟料单位热耗。影响熟料热耗的因素：(1)生产方法与窑型生产方法不同，生料在煅烧过程中消耗的热量不一。如湿法生产需蒸发大量的水分而耗热巨大，而新型干法生料粉在悬浮态受热，热效率较高。因此，湿法热耗一般均较干法高，而新型干法生产的熟料热耗则较干法中空窑热耗为低。窑本身的结构、规格大小亦是影响熟料热耗的重要因素，因为传热效率高，则热耗低。(2)废气余热的利用熟料冷却时需放出大量热，虽然这部分热量是必须释放的，但可以设法最大可能回收利用。熟料冷却时产生的废气可用作助燃空气或是利用窑尾废气余热发电，提高煅烧设备的热效率，最大限度降低窑尾排放的废气温度则可以降低热损失，从而降低熟料热耗。(3)生料组成、细度及生料易烧性易烧性好的生料，则热耗低，而易烧性差的生料，颗粒粗时则热耗增大。(4)燃料不完全燃烧热损失燃料的不完全燃烧包括机械不完全燃烧、化学不完全燃烧。燃煤质量不稳定及质量差、煤粒过粗或过细、操作不当等均是引起不完全燃烧的原因。在立窑中通风不良、料球碎裂等亦是造成煤燃烧不完全的重要原因。煤燃烧不完全，煤耗必然增加，故熟料热耗增大。(5)窑体散热损失窑内衬隔热保温效果好，则窑体散热损失小，否则散热损失大，熟料热耗增加。(6)矿化剂及微量元素的作用适量加入矿化剂或复合矿化剂、晶种，或合理利用微量组分，则可以改善易烧性或加速熟料烧成，从而降低熟料热耗。此外，稳定煅烧过程的热工制度，提高煅烧设备的运转率、提高水泥窑的产量等均有利于提高窑的热效率，降低熟料热耗。 本章小结水泥熟料的煅烧是将适当成分的生料在窑内经高温煅烧至部分熔融，得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料的工艺过程。在煅烧过程中生料经过干燥、脱水、碳酸盐分解、固相反应、烧成和冷却一系列物理化学变化，最终形成熟料。硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）等矿物所组成。在煅烧过程中，温度、液相量、生料细度及均匀性、物料在的悬浮程度、窑内通风、生料组分性质、矿化剂等因素对熟料的产量和质量有较大影响；熟料急冷是提高熟料质量的重要途径，应采取有效措施提高熟料冷却速度；通过选用先进的生产方法、充分利用窑废气余热、降低燃料不完全燃烧、减少筒体散热等措施降低熟料烧成的实际热耗提高煅烧热效率，减少煅烧过程的燃料消耗，保护资源。 思考题1、 影响固相反应速度的因素是什么？2.、什么是熟料形成热？生成1kg 熟料的理论热耗一般是多少？3.、熟料烧成后为什么要进行冷却？4、急速冷却熟料对改善熟料质量有哪些好处？5、 影响液相量和液相粘度的因素有哪些？6、水泥生料在立窑内加热煅烧过程中发生哪些主要的物理化学变化？7、化学成分对C3S的形成有何影响？阅读材料 硅酸盐水泥熟料微波强化烧成研究80年代以来应用微波烧结技术已成功制备了A12O3，B4C、SiC、TiQ2等陶瓷烧结体，有关文献报道了用微波烧结水泥熟料的试验，又报道了利用微波制备彩色水泥、普通水泥熟料或C3S等，研究表明微波能加快熟料的烧成，