生产培训_水泥生产工艺培训讲义

水泥生产工艺 我们一起来了解水泥工艺 基础篇水泥的物理化学性质 第1节 水泥第2节 生产工艺流程第3节 破碎第4节 粉磨第5节 烧成第6节 制成第7节 包装出厂 第1节 水泥 水泥为什么会硬化 水泥的质量特点 怎样生产水泥 让我们慢慢揭开水泥神秘的面纱 水泥是什么 水泥 凡细磨物料 加适量水后 成塑性浆状 即能在空气硬化 又能在水中硬化的水硬性胶凝材料 并能把沙石等材料牢固地胶结在一起的叫水泥 我们生产的水泥定义和类型 我们生产的是硅酸盐水泥 生产的原材料主要由硅酸盐矿物组成统称为硅酸盐水泥 颜色 灰色的粉末 矿物组成 钙 石灰石 硅酸盐 砂岩 铝酸盐 黏土或页岩 铁酸盐 铁粉 组成 从各种矿石开采到水泥经历一系列的变化 我们将从以下系列反应中看到物料的个种不同状态 开采破碎预均化研磨矿山原料经破碎的物料初步配比的物料校正原料煅烧粉磨粉料熟料水泥石膏混合材 水泥的质量 标号 是由水泥28天达到的抗压强度定义的 水泥品种 混合材 熟料 石膏 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 那种材料可以直接进入水泥产品中 矿渣活性混合材熟料火山灰粉煤灰石膏 同样的熟料可以研磨出不同性能的硅酸盐水泥 提高早期强度应减小水泥颗粒度 可以得出更细的强度更高的水泥水泥粉磨流程 熟料石膏混合材 熟料是什么 粉料通过预热 分解 煅烧 冷却得到的矿物质物料 熟料生产在那里 烧成系统 1配好的料粉在预热器里预热 干燥 分解 2热源 分解炉 回转窑 3冷却机 使熟料急冷 使助燃气体加热 回转窑 冷却机 配好的料粉 预热器 熟料 粉料是什么 粉料是通过对配好了的生料进行研磨和均化后得到一定细度的粉末状物料 生料磨流程 均化库 生料磨 原料均化堆场 粗粉 成品 原料 去预热器 破碎车间 预均化堆场 我们面对环境是责任 破 破 去生料磨 小结 矿山 破碎 预均化堆库 生料磨 均化库 回转窑 篦冷机 熟料库 水泥磨 包装 水泥罐车 煤磨 你明白了吗 料粉 研磨 分解炉 煅烧 冷却 袋装 第2节 生料和熟料组份 生料经过配料和研磨后被称为生料粉 生料粉经过煅烧后成为熟料 生料里都含什么那 煅烧过程都发生那些变化 煅烧过程都释放出什么 熟料里有那些矿物组成 生料 矿山 开采 砂岩SiO2石灰石CaCO3铝矾土Al2O3铁粉Fe2O3 如果用煤做燃料灰分中会掺入微量SiO2Fe2O3Al2O3 你将收获它 石灰石和硅质原料 黏土 砂岩 不是很纯 互相掺有成分 为了达到一个合理的配值 人们会使用一些辅助纯净产品来补充这四种化学成分 生料由四种化学成分组成 CaOSiO2Fe2O3Al2O3 煅烧 煅烧生料要成为熟料 主要经过两个阶段 1分解2烧结第一阶段 分解CaCO3820 900 CaO CO2煅烧过程中释放的主要气体CO2 术语 LOSS LOSS烧矢量 表示生料煅烧成为熟料释放出的气体的生料百分比 CO2 44 100CaCO3第二阶段 煅烧CaO和其它物质相结合的最后阶段被称之为烧结 3C A1260 1338 C3A 液态 4C A F1260 1338 C4AF2C S1338 1420 C2S 固态熟料 3C S1338 1420 C3S 固态熟料 这就是熟料中的四种矿物 熟料的矿物组成 两种硅酸盐 两种铝酸盐 煅烧 1000克熟料中 C3S 3 56 228gC2S 2 56 172gC3A 3 56 102 270gC4AF 4 56 102 160 486g 生料惰性物质 SiO2Fe2O3CaOAl203 烧失量CO2 煅烧 熟料活性物质 C3S C2S C3A C4AF 四种化学成分的比例决定熟料质量 如果生料中的四种成分有任何变化熟料中的矿物质的比例就会发生相应的变化 并因此改变熟料质量 第3节 熟料质量 水泥的水化 凝结 强度 熟料矿物的水硬特性 煅烧和急冷的影响 不同类型熟料组成的实施 水化 水化是一种水硬产品与水反应结晶时其强度得到提高 短时间的水化被之凝结 加入石膏的目的 在于延缓和调节凝结时间 28天的抗压强度是水泥进行分级的依据凝结 凝结的原因 C3A首先凝结 因为它的亲水性极强 它的水化速度很快 由于熟料中的f CaO的存在和石膏的添加 C3A C nHC2AH8 C4AH13 释放大量的热C3A的强度在头两天迅速增加 然后它就相对保持低强 不在变化 在熟料的矿物里 C3A对水泥的凝结时间起着极为重要的影响 并会促进水泥的早期强度 影响水泥凝结时间的因素还有 1石膏的掺加量 2C3A含量的提高 3熟料研磨的细度 强度 产生强度的首要原因 C3SC3S的水化 C3S决定水泥的28天强度 C3A决定水泥的凝结时间为了熟料易于煅烧人们在生料中加入Fe2O3 使熟料中就产生了一种新矿物C4AF C4AF不具有明显的水硬性 关于C2S是一种过渡矿物质 C3S 3HCHS 2CH释放出热量C3S 3H2OCHS 2Ca OH 2 C2S C1420 C3S 为全部形成C3S应该有 1足够未化合的CaO2高于1420 的温度3分布均匀的温度4C2S和CaO有足够的反应时间 在工业条件下 由于四个条件很难满足所以 熟料中将残留尚未转变的C2S 这种熟料很难研磨 Ca OH 2可导致水泥构件脆性 数量要少些 28天一年时间 C2S C3S 强度 结论 C2S水化缓慢 但一年以后强度和C3S一样 C3S和C2S的水化反应 C3S 3HCSH 2Ca OH 2 热量 C2S 3H水化慢CSH 2Ca OH 2 热量 煅烧和冷却对熟料质量的影响 过度煅烧 C3S强度 C3S晶体尺寸 水化时攻击点消失 水化困难 早期强度 煅烧过度将增加热耗 研磨时消耗更高 易磨性 研磨不佳的危险 研磨能耗 冷却过慢 C3SC2S 需要更多的能量 同样产品 强度不变 四种矿物决定水泥的强度和凝结时间 小结 熟料矿物组成 C3S55 65 C2S11 21 C4AF5 15 C3A8 12 熟料 水泥 石膏 水 C3A决定水泥凝结时间C3S决定水泥28天强度C2S晚期强度C4AF较小的水硬性 随时间硬化的产品 根据某种水泥特性和矿物水化特性 可以推出熟料矿物组成 利用化学分析结果 并借助于鲍格公式 确定矿物组成 第4节 熟料的微量元素第一种微量元素 游离钙f CaO煅烧对熟料中游离钙的影响 f CaO的来源 CaCO3CaO CO2煤中带入 f CaO高的危害 水化时产生膨胀 体积扩大1 6倍 f CaO 膨胀 对于配料良好的生料来讲 游离钙的多少 显示着烧成的状况 第二种微量元素 碱KNa来源 生料中的黏土 煤粉中带入 在熟料中的存在形式 以硫酸盐的形式 可容性碱 K2SO3和Na2SO3或吸收到晶格中的碱 对熟料质量的影响 提高1 3天强度 降低28天强度 并影响水泥的和易性 稠度增加 Ca2SO3可以延长水泥凝结时间 提高熟料硬度 难磨 第三种微量元素 氧化镁MgO来源 碳酸盐分解中产生的 性质 当氧化镁以晶体存在时它的水化速度很缓慢 如果混凝土暴露在一定温度下 几年后会产生极大的膨胀 控制方法 使熟料迅速急冷 使液相固化将氧化镁吸收 防止其结晶 熟料矿物生成顺序 C4AFC3AC2SC3S 第5节 熟料率值 氧化钙不饱和系数 SM硅酸率N 碳酸盐品位 AM铝氧率P 熟料率值 氧化钙饱和系数 影响1 7 28天强度 SM硅酸率 影响易烧性 AM铝氧率 影响凝结时间和水化性 氧化钙不饱和系数第一种情况 0为控制C3S C2S的比例 应限制 值 通常3 7 如果 7 则氧化钙含量不足 第二种情况 0如果煅烧理想的话 0则f CaOC2S的值为0 F A S C 这种情况是不存在的 C2S 10 20 很多的 3 7 f CaO 第三种情况 0无论烧成质量如何熟料中的f CaO含量会很高 2 8S 1 65A 0 35F C SM硅酸率SM S A F硅酸率是生料中氧化硅和熔剂的比例 是易烧性的指示 A F C3A C4AF LP 烧结时间 f CaO 更易烧结 2 2 SM 3 2 硅酸率为2 2 以便获得足够的C2S C3S和较高的物理强度 硅酸率最高不能超过3 2 最低限度地保证溶剂量 液相 AM铝氧率AM A F通过AM来控制C3A C4AF的比例 1 AM 2 5 小结 氧化钙不饱和系数 0 3 C3S含量高难于煅烧含少量f CaOC2S 7 CaO含量不足 C3S少且强度不足 硅酸率SM SM 2 2容易煅烧 强度低 SM 3 2难于煅烧强度高 铝氧率AM C3A C4AF比例的控制 AM 0 683没有C3A 可以控制的两个方面 化学成分化验室控制生料细度生产部控制 生料化学成分变化原因 1矿山原料质量自然的变化 2原料配料称的可靠性问题 3熟料转变类型 第6节 生料对煅烧的影响 化学成分的影响 细度的影响 原料地质成分的影响 在SMAM恒定时 下降的变化 熟料强度 易磨性 热耗 f CaO都相应的提高变化 SM变化的有 A F液相难于煅烧更大热耗 SMC2S C3S且 恒定 C2SC3S易磨性和强度提高 化学成分变化的影响 在SMAM恒定时 下降的变化 熟料强度 易磨性 热耗 f CaO都相应的提高变化 SM变化的有 A F液相难于煅烧更大热耗 SMC2S C3S且 恒定 C2SC3S易磨性和强度提高 化学成分变化的影响 化学成分变化的影响 在SMAM恒定时 下降的变化 熟料强度 易磨性 热耗 f CaO都相应的提高变化 SM变化的有 A F液相难于煅烧更大热耗 SMC2S C3S且 恒定 C2SC3S易磨性和强度提高 铝氧率提高 出现液相温度提高 液相稠度增大 结圈危险降低 细度的影响 细度变细大量烧结点易于热交换易于煅饶易于研磨降低烧成成本 原料地质成分的影响 在天然生料里 分子可以随时相互化合 在人工原料里应破坏其化学键才能进行化合 人工原料比天然生料的煅烧需要更多的热耗 小结 为了使煅烧更容易 生料化学成分 制备均匀稳定的生料 煅烧 细研磨 原料细度 避免使用单一产品 原料地质成分 第7节 燃料 燃料种类 燃料油煤天然气石油焦可燃垃圾生料煅烧成熟料要消耗大量热量 生料1 55吨 780兆卡 熟料1吨 燃料的选择总先考虑以下因素和综合情况 设备成本 燃料选择 热耗 煅烧干扰 熟料质量 煤 煤的化学成分 SAlFeCa元素含量 C 55 65 H 3 5 N 1 2 S 0 5 1 水泥厂使用煤的质量5500兆卡 7000兆卡生产100吨熟料 要低热值煤14吨 5500 生产100吨熟料 要高热值煤11 5吨 7000 煤的挥发分 碳和氢以碳氢化合物形式存在 要想得到充分燃烧必须把煤研磨的很细 要根据挥发成分的含量来确定煤的研磨细度 20 的挥发成分90 筛余 10 30 的挥发成分90 筛余 14 5 煤的灰分 灰分在煤里占15 35 它不参与燃烧 不具可燃性 灰分里含的成分有 SCAF 煤燃烧后变成了 存在熟料之中 与窑皮结在一起 几种燃料的对比 第8节 燃烧 燃烧反应 燃烧是助燃剂中氧气和燃料之间放热化学反应的过程 燃料 助燃剂 热量 燃烧产物 烟气 灰分 燃烧释放释放的热量取决于燃料的化学成分 C O2CO2 97 6千卡 H2 O2H2O 58 2千卡 H2 O2H2O 液态 69 1千卡 S O2SO2 70 7千卡 以煤作燃料 看看它的成分 C 67 5 H2 4 O2 3 N2 2 S 2 根据燃烧反映 燃烧 12克的碳需要22 4升的O2 2克的氢需要11 2升的O2 32克的硫需要22 4升的O2 除了这些元素外 还有含在灰分里的 SiAIFeCa燃烧1Kg煤需要氧气量为1477升 空气的氧气含量为20 8 推算需要空气7100升 等于7 1NM3C 22 4 675 12 1260升O2H 11 2 40 2 224升O2S 22 4 20 32 14升O2燃煤带来的氧气是 O2 30 32 22 4 21升燃烧1Kg煤需要氧气量为 1260 224 14 21 1477升 燃烧1kg固体或液体燃料或1立方米煤气所需的空气量被称为燃料的燃烧空气量 燃烧时空气量恰好是所需空气量时 则被称之为完全燃烧 烟气 是燃烧时 燃料释放出的燃烧气体 燃烧1Kg煤时的烟气生成量是7378升 即7 38Nm3 需要空气量与烟气生成量 它们之间存在着差别 是由于燃料中存在着H2在燃烧中会放出气体H2O 燃料中O2也存在 所提供的空气量为7100升 烟气生成量7378升 空气需要量 热值 烟气生成量 完全燃烧 最佳能量效率 事实上 还原燃烧 过量的燃料 不可能实现 氧化燃烧 过量空气 还原燃烧时 C 1 2O2CO 29 4千卡 不良结果 1烧成带热损失 2窑尾进入漏风CO再次燃烧 3碱性挥发物增多有结皮危险 4CO在电收尘遇电火花发生爆炸 5为防止事故发生 应确保在氧化气氛下燃烧 氧化燃烧时 C 1 2O2CO2 68 2千卡 供给等于化学计算的空气量 能够直接利用燃烧释放出来的所有热量 避免生成CO而带来的危害 供给精确的空气量 可以说 燃烧在过剩空气条件下工作 这部分O2不被燃料消耗 我们应限制过剩空气量 因为加热这部分空气将消耗热能 烟气里的02浓度应限制在2 该值对应的空气量是2 20 8 100 9 62 多10 的过剩空气 相对火焰温度下降120 生产1Kg熟料多消耗10千卡热量 如果有电火花 将产生爆炸 小结 1 燃烧1公斤液体或固体燃料或1立方体煤气所释放的热量被称之为燃烧热值 2 如果燃烧时产生水 H20 以蒸汽状态存在 这便涉及了PCI即低热值 3 燃烧1kg固体或液体燃料或1立方米煤气所需的空气量被称为燃料的燃烧空气量 4 燃烧时空气量恰好是所需空气量时 则被称之为完全燃烧 燃烧空气量 完全燃烧 5 实际上应该在氧化条件中工作 过剩空气量控制在9 62 与该值对应的过剩O2浓度是2 O2 2 50 8 过剩空气 可以 危险 CO 10 成本更高 4 第9节 挥发组分 NaKS03CI 的循环