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水泥工艺学教学课件WORD精华版2008年4月29日第一章硅酸盐水泥的生产 通用水泥生产的主要工艺过程为：生料制备、熟料煅烧、水泥磨制，即“二磨一烧”。生料制备：包括原料破碎、原料预均化、原料的配合、生料的粉磨和均化等。即原料(石灰石、粘土和少量铁质校正原料)经破碎后按一定比例配合、磨细，并调配成质量均匀的生料称为生料粉磨或生料制备。熟料煅烧：生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料。称熟料煅烧。水泥磨制：将熟料添加适量石膏，有时还加适量混合材料或外加剂共同磨细成水泥，称水泥粉磨。六、硅酸盐水泥的生产方法(P10) 按生料制备方法的不同，分湿法和干法两种。1干法：将原料同时烘干与粉磨或先烘干后粉磨制成生料粉，而后喂入干法窑内煅烧成熟料，称为干法生产。出磨物料水分一般 0.64的情况。当IM=0.64时，Al2O3和 Fe2O3完全形成C4AF，仍可用上式；当IM0.64时，Fe2O3完成形成C4AF，而Al2O3除与Fe2O3形成C4AF外，还有剩余，形成C3A。实际硅酸盐水泥熟料配料中IM均大于0.64。第二节 熟料的率值 五、熟料率值的控制在工厂生产中，为了使熟料顺利烧成，保证熟料的质量，应同时控制KH、n、p三个率值，并使三率值相应配合适当。1、KH值的确定工艺、技术装备条件较好，入窑生产成分均匀稳定，预烧性好，看火操作技术水平高且稳定，或者在中掺加了矿化剂（或复合矿化剂、晶种），这时应选择较高的KH值。反之，KH值宜适当低一些。在实际生产中，KH值过高时，一般都会使f-CaO剧增，从而导致熟料安定性不良，并且当煅烧操作跟不上时，反而使熟料烧成率大幅度下降，生烧料多。在生产过程中，最佳KH值可根据生产经验综合熟料的煅烧难易程度和熟料质量等确定，并应控制KH值在一定范围内波动（一般波动值为0.01- 0.02）。第二节 熟料的率值 五、熟料率值的控制2、选择n与KH相适应n值在确定时既要保证熟料中有一定数量的硅酸盐矿物，又必须与KH值相适应。一般应避免以下倾向。a）KH值高，n值也偏高。这时熔剂矿物含量必然少，生料易烧性变差，吸收f-CaO反应不完全，且f-CaO含量高；b）KH值低，n值偏高。熟料的煅烧温度不必太高，但硅酸盐矿物中的C2S含量将相对增高，从而易造成熟料粉化，熟料强度低；c）KH值低，n值也偏低。熟料的煅烧温度同样不需要很高，但熔剂矿物的总量较高，以致液相量较多，易产生结圈、结大块现象。同时由于大块料不易烧透， f-CaO含量还是较高，因而熟料质量差。3、合适的p值选择p值时也要考虑与KH值相适应。一般情况下，当提高KH值时便应降低p值，以降低相出现的温度和粘度，有助于C3S的形成。至于究竟是采用高铝还是高铁配料方案，应根据原燃料特点及工艺设备、操作水平以及用户对水泥性能的要求等方面情况综合分析决定。第三节 熟料矿物组成的计算 此处 省略，计算方面不会涉及太多，个人意见。第四章 硅酸盐水泥的原料及配料计算第一节原料水泥熟料的质量主要取决于生料率值的控制和成分的均齐。制备合适的生料，并适应煅烧设备的性能，对原料就有一定的要求。需正确合理地选择和控制原料质量 。原料必须满足一定的要求：1化学成分满足要求。否则配料困难，甚至无法配料；2含杂质少。以免影响煅烧、水泥质量；3应具有良好的工艺性能。如易磨性、易烧性、易混合性等。第一节原料生产硅酸盐水泥的主要原料石灰质原料、粘土质原料和铁质原料，还可以利用工业废渣作为水泥的原料或混合材料进行生产。一、石灰质原料 凡是以碳酸钙为主要成分的原料都叫石灰质原料。天然的：石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。人工的(工业废渣)：电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥等。二、粘土质原料粘土质原料是碱和碱土的铝硅酸盐。主要化学成分是SiO2，其次是Al2O3，还有少量的Fe2O3，主要是供给熟料所需要的酸性氧化物SiO2、Al2O3和Fe2O3。1种类天然的：黄土、粘土、页岩、泥岩、河泥等。人工的(工业废渣)：煤矸石、粉煤灰、煤渣、磷渣等。一般均只代替部分粘土。粘土中常常有石英砂等杂质，所以在选用粘土作原料时，除应注意粘土的硅酸率n和铝氧率p外，还要求含碱量要低，含砂量要少。如果粘土中含有过多的石英砂，不但使生料不易磨细，而且会给熟料煅烧带来困难，因为-石英不易与氧化钙化合。3衡量粘土质量的因素：粘土的化学成分(硅率、铝率)、含砂量、含碱量以及粘土的可塑性、热稳定性、正常流动度的需水量等工艺性能。这些性能随粘土中所含的主导矿物、黏粒多寡及其杂质等不同而异。所谓主导矿物是指粘土同时含有几种粘土矿物时，其中含量最多的矿物。根据主导矿物不同，可将粘土分成高岭石类、蒙脱石类及水云母类等。在生产中只用石灰质和粘土质两种原料，往往不能满足生产优质熟料、尤其是特种水泥熟料的要求，有的是Fe2O3含量不足，有的则是SiO2、Al2O3的含量不足。为了弥补这些成分的不足，一般选用铁质、硅质和铝质三种校正原料。第一节原料铁质校正原料1种类：天然的：低品位铁矿石工业废渣：硫铁矿渣、炼铁厂尾矿、铜矿渣、铅矿渣等。一些铁质校正原料还会含有某些有益于熟料煅烧或不利于煅烧的微量成分，在使用中需予以注意。(二)、硅质校正原料1种类：硅藻土、硅藻石、蛋白石，含SiO2高的粘土、硅质渣、砂岩等，但要注意，砂岩是结晶SiO2，对粉磨、煅烧都不有利的影响，故非特殊情况，一般不予采用。(三)、铝质校正原料1种类：含Al2O3比较多的炉渣、煤矸石、铁矾石和铝矾土等。 低品位原料：指那些化学成分、杂质含量与物理性能不符合一般水泥生产要求的原料。(书P39)。四、燃料水泥工业是消耗大量燃料的工业，燃料按其物理状态不同可分为固体、液体和气体三种。（一）、固体燃料煤的种类固体燃料煤，可用无烟煤、烟煤和褐煤。回转窑一般用烟煤，立窑采用无烟煤或焦煤末。1无烟煤：无烟煤是一种碳化程度最高，干燥无灰基挥发分含量小于10%的煤。其收到基低热值一般为20900-29700kJ/kg（5000-7000kcal/kg）。无烟煤结构致密坚硬，含碳量高，着火温度为600-700，燃烧火焰短，是立窑煅烧熟料的主要燃料。（一）、固体燃料煤的种类固体燃料煤，可用无烟煤、烟煤和褐煤。回转窑一般用烟煤，立窑采用无烟煤或焦煤末。2烟煤：烟煤是一种碳化程度较高，干燥灰分基挥发分含量为15-40%的煤。其收到基低热值一般为20900-31400kJ/kg（5000-7500kcal/kg）。烟煤结构致密，着火温度为400-500，是回转窑煅烧熟料的主要燃料。 3褐煤：褐煤是一种碳化程度较浅的煤，有时可清楚地看出原来的木质痕迹。其挥发分较高，可煤基挥发分可达40-60%，灰分20-40%，热值为8374-1884kJ/kg。褐煤中自然水分含量较大，性质不稳定，易风化或粉碎。煤的分析方法通常有二种：元素分析和工业分析。1、元素分析法用化学分析方法，分析燃料的主要元素百分数，即碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）及灰分（A）和水分（M）等。这种分析方法可用于精确地进行燃烧计算。氢（H）：是燃料中的一种可燃成分，对燃料的性质的影响较大。在煤中有两种存在形式：一种与碳、硫化合，称可燃氢；另一种与氧化合，不能参加燃烧。氢含量越多，燃料的挥发分越高，越容易着火燃烧，燃烧的火焰也越长。在固体煤料中一般不超过4-5%。氧（O）、氮（N）：不参与燃烧，不能放出热量。固体燃料中含量约为1-3%。硫（S）：有三种形态，有机硫化物、金属硫化物、无机硫化物，前两种可挥发并参与燃烧，放出热量，称为可燃硫或挥发硫。硫燃烧后放出热量，担会形成SO2气体，对人体有害。污染环境，腐蚀设备，影响产品质量，是燃料中的有害成分。一般含量在2%以下。 灰分：燃料燃烧后剩下的不可燃烧的杂质称为灰分。成分多为硅酸盐等无机化合物，如S、F、A、C、M等。其中S及A占大多数。灰分是燃料中的有害成分，灰分越多，燃料品质越低。其影响如下： 煤灰增加，相应地增加煤粉用量，改变工厂的物料平衡，同时会影响煤磨产量，有时需要放宽煤粉细度，这样容易产生不完全燃烧，出现恶性循环。 煤的灰分还影响熟料的化学成分，若煤的来源多，又未能均化，其灰分的波动必然导致熟料化学成分及质量的波动。总之，煤灰对水泥生产的影响是多方面的。结合水泥工业工艺设备和控制情况，一般对窑外分解窑，要求煤粉的灰分27%。水分（M）：燃料中的水分是指自然水分（不包括化合结晶水）。一般是机械地混入燃料的非结合水和吸附在毛细孔中的吸附水。煤粉水分高，使燃烧速度减慢，且汽化时要吸收大量汽化热，降低火焰温度。但少量水分的存在能促进碳和氧的化合，并且在发火后能提高火焰的辐射能力，因此水分一般控制在2.0%，最好控制在0.5%-1.0%。挥发分：煤在隔绝空气的条件下加热时，有机质分解释放出气态和蒸气状物质所占质量百分率减去水分就是挥发分。煤粉在燃烧过程中，首先是挥发分从煤粒中析出并在一定的温度下着火燃烧，随着挥发分析出燃烧，在煤粒中形成许多孔隙，煤粒表面的空气向内扩散与煤粒中部的固定碳被点燃，反过来又进一步加快了挥发分的析出和燃烧。第一节原料(三)、回转窑对燃煤的质量要求 1热值2、挥发分煤的着火温度随挥发分增加而降低，挥发份含量高的煤着火早，而且使煤的发热过程持续较长的距离，因此火焰长。挥发分低的煤，绝大部分的热能在很短的距离内部能被释放出来，这样使火焰集中火焰短，有时会出现局部高温现象。挥发分对煤粉的燃尽也有直接影响，一般挥发分较高的煤形成的焦炭疏松多孔，它的化学反应也较强。3灰分：见前介绍4水分：见前介绍5细度：回转窑用烟煤作燃料时，须将块煤磨成煤粉再行入窑。煤粉细度太粗，则燃烧不完全，增加燃料消耗；同时，煤粉太粗，则煤灰落在熟料表面，使熟料成分不均匀，因此会降低熟料的质量；而且燃烧不完全的煤粉落入熟料时由于氧气不足，不能继续燃烧，形成还原焰，使熟料中Fe2O3还原成FeO，造成黄心料，黄皮料。因此，煤粉细度最好控制在88um，筛余小于15%。若烟煤挥发分=15%，则煤粉细度应控制在6.0%以下。但煤粉磨得过细，既增加能耗，又容易引起煤粉自燃和爆炸。对正常运转的回转窑，在燃烧温度和系统通风量基本稳定的情况下，煤粉的燃烧速度与煤粉的细度、灰分、挥发分和水分含量有关。一般水泥厂水分控制在1.0%以下，这时挥发分含量越高，细度越细，煤粉就越容易燃烧。第二节 水泥生料的易烧性 1定义易烧性：在固、液、气相环境下，通过的物理化学变化，形成熟料的难易程度。2两种表示方法在某一已知温度下测量经规定时间后的f-CaO，f-CaO的降低数值与易烧性的改善相对应；测量规定温度下达到f-CaO=2.0%的时间()，的减少数值与易烧性的改善相对应。实用易烧性：在1350恒温下，在回转窑内煅烧生料达CaO=2%所需的时间。第二节 水泥生料的易烧性 3易烧性指数或易烧性值的表示方法。见书P40表4-7。生料易烧性愈好，生料煅烧的温度愈低；易烧性愈差，煅烧温度愈高。通常熟料的煅烧温度为1420-1480。4影响生料易烧性的主要因素生料的潜在矿物组成。原料的性质和颗粒组成：原料中石英和方解石含量多，难烧，易烧性差；结晶质粗粒多，易烧性差。生料中次要氧化物和微量元素：含少量，有利于熟料形成，易烧性好，但含量过多，不利于煅烧。生料的均匀性和生料粉磨细度：生料均匀性好。粉磨细度细，易烧性好。矿化剂：掺加各种矿化剂，均可改善生料的易烧性。生料的热处理：生料的易烧性差，就要求烧成温度高，煅烧时间长。生料煅烧过程升温速度快，有利于提高新生态产物的活性，易烧性好。液相：生料煅烧时，液相出现温度低，数量多，液相粘度小，表面张力小，离子迁移速度大，易烧性好，有利于熟料的烧成。燃煤的性质：燃煤热