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水泥工艺基础知识 内容 1 基本概念2 通用硅酸盐水泥标准3 水泥熟料生产方法及工艺主要原料及开采 运输 预均化生料的制备和均化熟料的烧成水泥制成包装 第一章水泥基础知识 第一节基本概念一 胶凝材料在物理化学作用下 能从浆体变成坚固的石状体 并能胶结其它物料而有一定机械强度的物质 统称为胶凝材料 它分为无机和有机两大类 无机胶凝材料又按照硬化条件 又可分为水硬性和非水硬性两种 水硬性胶凝材料指在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的材料 如水泥 非水硬性胶凝材料不能在水中硬化 而只能在空气中硬化 故称为气硬性胶凝材料 如石灰 石膏等 二 水泥广义上说 水泥泛指一切能够硬化的无机胶凝材料 而狭义的水泥则专指现代水泥 即具有水硬性的胶凝材料 三 水泥的品种和分类 1 按水泥用途分为 通用水泥 专用水泥 特性水泥三大类 通用水泥 是指适用于大多数工业 民用建筑工程的硅酸盐系列品种水泥 主要有硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥 专用水泥 是指有专门用途的水泥 如油井水泥 道路硅酸盐水泥等 特性水泥 是指某种性能较突出的一类水泥 如快硬水泥系列 膨胀水泥系列 抗硫酸盐硅酸盐水泥 低热矿渣硅酸盐水泥等 第二章通用硅酸盐水泥标准 GB175 2007 1 定义通用硅酸盐水泥 以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏 及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料 品种 本标准规定的通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥 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组分与材料2 1组分通用硅酸盐水泥的组分应符合表1的规定 2 2制造水泥的材料2 21 硅酸盐水泥熟料 由主要含CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3的原料 按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质 简称熟料 其中硅酸盐矿物不小66 氧化钙和氧化硅质量比不小于2 0 2 2 2 石膏 包括天然石膏和工业副产石膏 质量必须符合标准 2 2 3 活性混合材 系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料 如高炉矿渣 火山灰和粉煤灰 2 2 4 非活性混合材 系指活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰的水泥混合材料 以及砂岩和石灰石 2 2 5 窑灰 从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘 2 2 6 助磨剂 水泥粉磨时允许加入起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂 其加入量不得超过水泥质量的0 5 助磨剂须符合JC T667的规定 3强度等级 硅酸盐水泥分 42 5 42 5R 52 5 52 5R 62 5 62 5R普通硅酸盐水泥分 42 5 42 5R 52 5 52 5R矿渣 火山灰 粉煤灰 复合硅酸盐水泥分 32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R 4技术要求4 1化学指标化学指标应符合表2规定 4 1碱含量 选择性指标 水泥中碱含量按Na2O 0 658K2O计算值表示 若使用活性骨料 用户要求提供低碱水泥时 水泥中的碱含量应不大于0 60 或由买卖双方协商确定 4 2物理指标4 2 1凝结时间硅酸盐水泥初凝不小于45min 终凝不大于390min 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初凝不小于45min 终凝不大于600min 4 2 2安定性沸煮法合格 4 2 3强度不同品种不同强度等级的通用硅酸盐水泥 其不同各龄期的强度应符合表3的规定 4 3细度 选择性指标 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比表面积表示 不小于300m2 kg 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以筛余表示 80 m方孔筛筛余不大于10 或45 m方孔筛筛余不大于30 5 编号与取样水泥出厂前按同品种 同强度等级编号和取样 袋装水泥和散装水泥应分别进行编号和取样 每一编号为一取样单位 水泥出厂编号按年生产能力规定 200万吨以上 不超过4000吨为一编号 120万吨 200万吨 不超过2400吨为一编号 60万吨 120万吨 不超过1000吨为一编号 30万吨 60万吨 不超过600吨为一编号 10万吨 30万吨 不超过400吨为一编号 10万吨以下 不超过200吨为一编号 6 包装 标志 运输与贮存6 1包装 水泥可以散装或袋装 袋装水泥每袋含量为50Kg 且应不少于标志质量的99 随机抽取20袋总质量 含包装袋 应不少于1000Kg 6 2标志 水泥包装袋上应清楚标明 生产者名称 生产许可证标志及编号 水泥各称 代号 强度等级 出厂编号 执行标准号 包装日期 净含量 散装发运时应提交与袋装标志相同内容的卡片 6 3运输与贮存 水泥在运输与贮存时不得受潮和混入杂物 不同品种和强度等级的水泥在贮运中避免混杂 水泥合格的判定规则 合格品 检验结果中不溶物 烧失量 三氧化硫 氧化镁 氯离子 凝结时间 安定性 强度符合本标准的技术要求为合格品 不合格品 检验结果中不溶物 烧失量 三氧化硫 氧化镁 氯离子 凝结时间 安定性 强度其中任何一项不符合本标准的技术要求为不合格品 第三章硅酸盐水泥的生产方法及工艺 两磨一烧 生料制备熟料煅烧水泥粉磨 文字表达水泥工艺流程图 石灰石 铁矿尾矿 粘土 粉煤灰 原煤 磷石膏 堆场 回转窑 均化库 原煤仓 堆场 堆场 水泥配料站 生料磨 预均化堆场 均化堆场 原料配料站 煤磨 混合材 C5 堆场 堆场 堆场 水泥库 出厂 包装 散装 水泥磨 第一节硅酸盐水泥熟料的主要原料与生料制备 水泥的质量主要取决于熟料的质量 煅烧优质熟料必须制备适当成分的水泥生料 而生料的化学成分是由原料提供的 只有当原料提供的成分符合要求 加上良好的煅烧与粉磨 才能生产出优质水泥 因此 水泥原料的开采和合理使用 是水泥生产首先需要解决的问题 自然界中很难找到一种单一原料 能完全满足水泥生产的要求 因此需要采取几种不同的原料 根据所生产水泥的种类和性能 进行合理搭配 即通过配料 组成配合原料 再把它粉磨成一定细度 才能制得适当成分的生料 因此 生料配料是为了确定各原料各组分的数量比例 以保证得到成分和质量合乎要求的水泥熟料 原料的种类 生产硅酸盐水泥用的原料 主要是石类质原料 主要提供氧化钙 和粘土质原料 主要提供氧化硅 氧化铝和少量氧化铁 一 石灰质原料凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料 常用的天然石灰质原料有石灰岩 泥灰岩 白垩 贝壳等 我国水泥生产中应用最普遍的是石灰岩 二 粘土质原料我国天然粘土质原料的种类较多 有黄土 粘土 页岩 泥岩 粉砂岩及河泥等 其中应用最广泛的是黄土和粘土 三 校正材料当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时 必须根据所缺少的组分 掺加相应的校正原料 以补充某些成分的不足 常用校正原料有低品位铁矿石 铁厂尾矿 硫铁矿渣 硅藻土 硅藻石 砂岩 粉砂岩 铝矾土 铝渣等 校正原料的质量要求 第二节原料的开采和运输 水泥厂一般要求都有自己的原料矿山 水泥厂的原料均属非金属矿床 非金属矿床的开采按开采对象和开采方法 可分为露天开采和地下开采 露天开采又可分为机械开采和水力开采 目前使用最多的是机械开采 机械开采是用一定的采掘运输设备 按一定的生产工艺 从地面将矿体四周的岩体及覆盖层剥离掉 把矿石采出来并通过露天沟道或运输设备运到厂区料场的开采方法 矿石运输 根据采石场距工厂的距离长短来选择运输设备 一般采石场距工厂300 500 时 则可采用皮带输送机 相距在3Km以内时 采用自动卸料汽车或小型内燃机车运输 矿山管理要贯彻 采剥并举 剥离先行 的原则 矿山要实行计划开采 不同质量的矿石要分别开采和存放 搭配使用 稳定进厂原料成分 达到配料要求 第三节原料的预均化 经破碎的原料的化学成分是很不均齐的 为使原料成分初步趋于均齐 充分发挥原料堆场在储存和取用原料两方面的功能 采用一定的堆放和取用方式 使生料得到均齐 叫原料的预均化 原料预均化的基本原理是 平铺直取 即采取堆料机将料一层一层地铺起来 用料时 采用取料机垂直切取料层 这样取得的生料就较均齐 接着送入生料磨进行粉磨 第四节生料的制备 调整和均化 一 生料制备石灰石质原料 粘土质原料及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 一 对生料的要求 1 生料成分的均匀性 生料成分均匀稳定对熟料烧成具有重要影响 衡量生料成分稳定性的重要指标是氧化钙滴定值 出磨生料氧化钙滴定值波动范围 干法窑不大于 0 3 2 细度 一般生料以0 08mm方孔筛筛余量应控制在8 12 0 2mm方孔筛筛余不大于1 5 为宜 3 生料的水分 干法一般控制在1 2 以内 二 生料制备的过程 1 破碎 是用机械方法缩小物料粒度的过程 破碎物料主要有压碎 击碎 磨碎 劈碎四种方式 采用的破碎设备有颚式破碎机 锥式破碎机 辊式破碎机 锤式破碎机 反击式破碎机等 破碎作业有一级 二级甚至三级破碎的程序 采用几级破碎 主要取决于破碎机的技术性能 一般级数越少越好 但不论选用几级或选用什么样的破碎机 石灰石破碎系统的出料粒度必须满足生料磨入磨要求 在我国一般为20 25mm 3 粉磨破碎与烘干后的物料 通过配料过程和配料设备送至生料磨进行粉磨 粉磨系统主要有开路和闭路两种 在粉磨过程中 当物料一次通过磨机后即为产品时 称为开路系统 当物料出磨后经过分级设备 选粉机 选出产品 而使粗料返回磨内再磨时称为闭路系统 三 生料均化出磨的生料粉或生料浆 其化学成分难免有些波动 为保证入窑生料化学成分均齐 合格 生料应在贮存均化库内进行均化 干法生料的均化可采用多库搭配 机械倒库和压缩空气搅拌库 第五节硅酸盐水泥熟料的煅烧熟料煅烧是硅酸盐水泥生产工艺过程的第二阶段 是指将生料制备过程中制得的生料送入煅烧窑 经高温煅烧 发生一系列物理的 化学的和物理化学变化后形成熟料的工艺过程 虽然生产方法和各种煅烧窑各有不同 但熟料煅烧过程大体相同 下面以新型干法回转窑为例 来说明熟料的煅烧过程 熟料煅烧物料可分为 水分蒸发 生料预热 生料分解 熟料煅烧 熟料冷却五个功能单元 相应分为干燥带 预热带 分解带和放热带 烧成带和冷却带 一 干燥带 物料温度150 干法窑由于入窑生料水分小于1 几乎没有干燥带 半干法窑的干燥过程在加热机上进行 在回转窑内无干燥带 预热器窑 窑外分解窑干燥在预热器内进行 因此回转窑内无干燥带 二 预热带 物料温度150 750 承担粘土质等原料中化学水的分解脱水任务 当温度升到400 550 时 粘土开始脱水分解出活性SiO2和Al2O3 当温度升到600 700 时 MgCO3继续分解 带悬浮预热器和加热机的窑 预热都在窑外进行 回转窑内预热带很短或者没有 三 分解带 物料温度750 1000 主要承担MgCO3和CaCO3的分解任务 在预热带未分解完的MgCO3在该带继续分解 但主要是CaCO3的分解 这一带末端 分解产物之间产生固相反应 生成碱性的CA CF C2S 窑外分解炉的窑绝大部分的分解反应是在分解炉内进行 四 放热反应带 过渡带 物料温度1000 1300 在分解带分解出的大量CaO Si02 Al203等氧化物在该带进行固相反应 生成大量C3A C4AF和C2S 这些反应是放热反应 故称 固相反应带 由于固相反应放热 物料温度迅速上升 使该带在窑内占的比例较小 五 烧成带 物料温度1300 1450 1300 该带又称烧结带 是回转窑内温度最高的一带 物料进入这带就出现液相 在液相中C2S和游离氧化钙作用形成C3S即 CaO C2S C3S 因此 此带也叫 石灰吸收带 为C3S的生成反应完全 物料在此停留的时间 也就是烧成带应有一定长度 因此 要求回转窑内燃料燃烧的火焰应有一定的长度和温度 六 冷却带 物料温度1300 1000 在烧成带形成的C3S C2S C3A C4AF四种主要矿物的晶体继续向前运动与温度较低的二次空气相遇 熟料温度下降 这一区域称为冷却带 在该带快速冷却后 新型干法窑冷却带很短 形成含C3S C2S C3A C4AF圆形颗粒和玻璃体 阿利特晶体 落入冷却机内进一步冷却 附 1 回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况图 回转窑实况图 2 回转窑示意图 第六节水泥制成工艺水泥制成工艺是水泥生产的最后一环 是指把熟料 石膏 混和材共同粉磨制成水泥 再进行包装或散装出厂 工艺过程如下 熟料 冷却 包装机 成品库 出厂石膏 水泥磨机 水泥库均化混合材 散装