水泥工艺基础知识.ppt

荻港海螺讲解人 章斌兵 水泥生产工艺基本知识 摘自海螺设计院 第一章绪论 一 胶凝材料的定义和分类定义在物理 化学的作用下 能从浆体变成坚硬的石状体 并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质 统称为胶凝材料 分为无机和有机两大类 1 沥青和各种树脂属有机胶凝材料 2 无机胶凝材料按照其硬化条件 又可分为水硬性和非水硬性两类 二 胶凝材料发展简史粘土 稻草 远古时代 逐层捣固法成墙 古希腊的墓碑建筑和巨石建筑 不耐水 强度很低 石灰 石膏时期 公元2000 3000年 埃及 希腊 罗马 中国开始煅烧石灰 石膏以调制砂浆 埃及的金字塔 石膏胶泥 中国万里长城 石灰胶凝材料 石灰 火山灰时期 公元初期古罗马人在石灰中掺入火山灰得到强度高且耐水的胶凝材料 1756年 水硬性石灰 1796年 罗马水泥 人工硅酸盐水泥 1824年10月21日 英国泥瓦工阿斯普丁取得生产波特兰水泥的专利权 特种水泥的发展 三 水泥的定义和分类1 定义凡细磨材料 加入适量水后可成塑性浆体 既能在空气中硬化又能在水中硬化 并能将砂 石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料 通称为水泥 2 分类按用途和性能可分为 通用水泥 专用水泥和特性水泥三大类 四 水泥工业在国民经济中的地位和作用水泥是建筑工业三大基本材料之一 可广泛用于民用 工业 农业 水利 交通和军事等工程 虽然制造水泥能耗较多 但它与砂 石等集料制成的混凝土却是一种低能耗的建筑材料 例如 在相同荷载的条件下 混凝土柱的能耗仅为钢柱的七分之一 砖柱的四分之一 据预测 到公元2100年乃至更长的时期内 水泥仍然是主要的建筑材料 水泥有许多优点 1 可塑性好 可调成各种形状和尺寸的泥凝土构件 2 适应性强 可用于海上 地下或干热 严寒地区以及耐侵蚀 防辐射等特殊要求的工程 3 耐久性好 水泥混凝土既没有钢材的生锈问题 也没有木材的腐朽等缺点 更没有塑料制品的老化 污染等问题 4 可获得很高的强度 通过改变熟料的矿物组成 既可调节其性能 获得高的强度 还能与纤维等材料匹配 制成水泥基复合材料 5 可利用工业废渣 五 水泥工业的发展概况水泥作为工业性产品的实际应用 至今已有180多年 水泥工业的生产规模不断扩大 工艺和设备不断改进 品种和质量也有很大的发展 1756年 英国人史密顿在建造灯塔的过程中 研究了 石灰 火山灰 砂子 三组分砂浆中不同石灰石对砂浆性能的影响 发现含有黏土的石灰石 经煅烧和细磨处理后 加水制成的砂浆能慢慢硬化 能耐海水的冲刷 史密顿使用新发现的砂浆建造了举世闻名的普利茅斯港的漩岩 Eddystone 大灯塔 用含黏土 石灰石制成的石灰被成为水硬性石灰 这一发现是水泥发明过程中知识积累的一大飞跃 不仅对英国航海业做出了贡献 也对 波特兰水泥 的发明起到了重要作用 1796年 英国人派克将称为SepaTria的黏土质石灰岩 磨细后制成料球 在高于烧石灰的温度下煅烧 然后进行磨细制成水泥 派克称这种水泥为 罗马水泥 1824年10月21日 英国利兹 Leeds 城的泥水匠阿斯谱丁 J Aspdin 获得英国第5022号的 波特兰水泥 专利证书 从而一举成为流芳百世的水泥发明人 1826年 第一台烧水泥用的自然通风的普通立窑 1885年 第一台回转窑 有效的提高了产量和质量 使水泥工业进入了回转窑阶段 1910年实现立窑机械化连续生产 1923年立波尔窑的出现 使水泥工业出现较大的变革 窑的产量明显提高 热耗显著降低 50年代初悬浮预热器的出现 使热耗大幅度降低 60年代 电子计算机开始应用于水泥工业 1971年日本人开发了预分解技术 从而使水泥工业生产技术有重大突破 立磨 辊压机 原料预均化 生料均化以及X射线荧光分析等技术的发展和应用使干法水泥生产的熟料质量明显提高 能耗进一步降低 由于应用了电子计算机和自动控制技术 许多先进的水泥厂都以采用全厂集中控制 巡回检查的方式 在矿山开采 生料和烧成车间 以及包装和发运等工序都实现了自动控制 六 我国水泥工业的发展情况 非水硬性胶凝材料的发展在我国已有几千年历史 中国的第一家水泥厂诞生于1886年 建在澳门的青洲岛 存在时间很短 1889年又在唐山兴建水泥厂 唐山细敏土厂 1906年投入生产 即现在的启新水泥厂 从此诞生了中国水泥工业 以后又陆续在上海 南京 广州 四川等地建了一些湿法回转窑 日本人在东北建了一些干法和半干法回转窑 但在解放前 水泥工业发展非常缓慢 历史最高水平年产量 1942年 仅有229万吨 按人均消费水泥量计算 约为当时美国 比利时等国的1 150 且水泥品种只有普通硅酸盐水泥和白色硅酸盐水泥等几个品种 我国新型干法水泥起步于20世纪70年代 但直到20世纪末 其发展速度较慢 80年代从国外成套引进冀东 宁国 珠江 柳州等4000t d和3200t d熟料生产线及国产化的江西水泥厂2000t d熟料生产线相继投产 使我国初步掌握了新型干法生产 90年代 在建设了一批引进技术或主机设备的新型干法的同时 还建设了一批不同规模的全国产化新型干法生产线 标志着我国水泥工业已进入大型化干法生产的发展轨道 进入新世纪以来 随着我国国民经济的飞速发展 我国新型干法水泥生产的发展进入了快车道 其速度令人瞩目 据统计 截止2007年底我国已投产的新型干法水泥生产线达797条 熟料生产能力已达60657 7万吨 2000 5000T D熟料产能比例为45 4 5000T D及以上熟料产能比例为36 8 截止2010年7月底 海螺集团已有65条干法水泥窑投入运行 各种规格水泥磨已有187条投入运行 目前 我国水泥工业呈现出良好的发展态势 表现出以下几个特点 1 产业结构调整取得突破性进展 2 行业集中度明显提高 3 行业并购趋势明显 4 水泥技术装备在国际市场的竞争力显著增强 2007年 我国水泥行业认真贯彻落实科学发展观 推动产业结构调整 转变发展方式 经济运行质量明显提高 全行业运行和发展总体呈现出又好又快的势头 一 生产经营情况1 水泥产销两旺 2 价格水平稳中有升 3 经济效益大幅度提高 4 国际竞争力明显增强 5 水泥投资出现恢复性增长 二 宏观调控措施执行情况1 贯彻落实各项调控措施 加大结构调整大型新型干法水泥 所占比例进一步提高到55 企业兼并重组进程加快 产业集中度进一步提高 排列前十位的大水泥企业集团产量已占全国水泥产量比重23 2 抓好淘汰落后产能工作全行业对淘汰落后的认识逐步提高 2007年全国通过拆除生产线淘汰机立窑等落后水泥产能5200多万吨 浙江 北京 上海一省两市彻底淘汰机立窑生产线 3 推动企业兼并重组做大做强4 推动节能减排工作2007年水泥企业余热发电 涉及项目121个 补贴资金6 7亿元 5 水泥生产向专业化方向发展截至07年8月末 全国已有水泥粉磨站1380家 水泥生产的两个阶段 熟料烧成和水泥粉磨分离 使水泥工业地区分布发生深刻变化 在无资源 有水泥市场需求的城市兴建粉磨站 使水泥生产贴近市场 在资源丰富 交通便利的地区形成熟料生产基地 世界水泥发展的趋势 以节能化 资源化 环境污染为中心实现清洁生产和高效集约化生产 在保证高质量水泥的同时加强水泥生态化技术研究与开发 逐步减少天然资源和天然能源的消耗 提高废物的再循环利用 最大程度的减少环境污染和最大程度地接收消纳工业废弃物及城市垃圾 达到与生态环境完全相容 和谐共存 生产不影响人体的健康产品 将水泥加工制造逐步纳入到 生态工业 系统中 成为生态乐园的一员 这就是世界水泥工业的发展趋势 也是我国水泥工业的努力方向 第二章硅酸盐水泥生产概述 2 1硅酸盐水泥的国家标准2 2硅酸盐水泥的生产 2 1硅酸盐水泥的国家标准 硅酸盐水泥是以硅酸钙为主要成分的熟料所制得的水泥的总称 如掺入 定数量的混合材料 则硅酸盐水泥名称前冠以混合材料名称 如矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥等 根据国家标准GBl75 1999 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的定义 代号 强度等级 品质指标以及验收规则如下 BACK 2 1硅酸盐水泥的国家标准 一 定义与代号二 强度等级三 技术要求四 废品与不合格品 一 定义与代号 1 硅酸盐水泥凡是由硅酸盐水泥熟料 0 5 石灰石或粒化高炉矿渣 适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 称为硅酸盐水泥 即国外通称的波特兰水泥 硅酸盐水泥分为两种类型 不掺混合材的称为 型硅酸盐水泥 代号P 在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5 石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为 型硅酸水泥 代号P 2 普通硅酸盐水泥凡是由硅酸盐水泥熟料 6 15 混合材料 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 称为普通硅酸盐水泥 简称普通水泥 代号P O 掺活性混合材料时 最大掺入量不得超过15 其中允许用不超过水泥质量5 的窑灰或不超过水泥质量10 的非活性混合材料来代替 掺非活性混合材料时最大掺量不超过水泥质量10 3 组分材料 1 硅酸盐水泥熟料 2 石膏 3 活性混合材料 4 非活性混合材料 5 窑灰 活性混合材料活性混合材指本身不与水反应 加入激发剂后 在激发剂与水作用下发生反应产生强度 碱性激发剂 CaO Ca OH 2等硫酸盐激发剂 CaSO4等矿物外加剂 矿渣 粉煤灰 火山灰非活性混合材料不管在任何情况下都不发生反应 只能作为填料作用 二 强度等级硅酸盐水泥的强度等级制分为42 5 42 5R 52 5 52 5R 62 5 62 5R 普通硅酸盐水泥的强度等级分为32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R 注 R型水泥属于快硬型 对其3d强度有较高的要求 三 技术要求1 不溶物 型硅酸盐水泥不溶物不超过0 75 型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1 50 2 氧化镁水泥中氧化镁含量不超过5 0 如果水泥压蒸安定性试验合格 则水泥中氧化镁含量允许放宽到6 0 3 三氧化硫水泥中SO3含量不得超过3 5 4 烧失量 型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3 0 型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3 5 普通水泥中烧失量不得大于5 0 5 细度硅酸盐水泥比表面积大于300 kg 普通水泥80 m方孔筛筛余不得超过10 0 6 凝结时间硅酸盐水泥初凝不得早于45min 终凝不得迟于390min 普通水泥初凝不得早于45min 终凝不得迟于10h 7 安定性用沸煮法检验必须合格 8 强度水泥标号按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分 各标号水泥的各龄期强度不得低于表1 2 1中数值 表1 2 1GB175 99各龄期 各类型水泥强度 9 碱水泥中碱含量按Na2O 0 658K2O计算值来表示 若使用活性骨料 用户要求提供低碱水泥时 水泥中碱含量不得大于0 60 或由供需双方商定 BACK 四 废品与不合格品 1 废品凡氧化镁 三氧化硫 初凝时间 安定性中任何一项不符合本标准规定时 均为废品 2 不合格品凡细度 终凝时间 不溶物和烧失量中的任何一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品标号规定的指标时称为不合格品 水泥包装标志中水泥品种 标号 工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品 BACK 2 2硅酸盐水泥的生产 一 硅酸盐水泥的生产方法二 硅酸盐水泥生产的主要工艺过程 BACK 2 水泥的生产方法分类 水泥的生产方法按生料制备方法的不同可分为两大类 干法与湿法干法 原料经烘干 粉碎制成生料粉 然后喂入密内煅烧成熟料的方法半干法 将生料粉加入适量的水分制成生料球 再喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟料的方法 湿法 将原料加水粉磨成生料浆 再喂入回转窑内煅烧成熟料的方法 半湿法 将生料浆脱水制成生料块 喂入窑内煅烧 或将生料块经烘干 破碎成生料粉再喂入干法窑内煅烧成熟料的方法 BACK 硅酸盐水泥的大致生产流程如下 石灰石 粘土 铁粉 生料 石膏 熟料 混合材 硅酸盐水泥 按比例 混合磨细 煅烧 硅酸盐水泥 1400 1450 用窑外分解窑干法生产的流程如图1 2 2所示 第三章硅酸盐水泥熟料矿物组成 水泥的质量主要取决于熟料的矿物组成和结构 而后者又取决于化学组成 因此 控制合适的熟料化学组成是获得优质水泥熟料的中心环节 硅酸盐水泥熟料主要由CaO SiO2 AI203 和Fe203四种氧化物组成 其含量总和通常都在95 以上 据统计 这四种氧化物含量的波动范围为CaOSiO2Al2O3Fe2O362 67 20 24 4 7 2 5 6 0 除了上述四种主要氧化物外 通常还含有MgO SO3 K20 Na2O Ti02 P2O5等 硅酸盐水泥熟料的组成 主要有以下四种矿物 硅酸三钙3CaO SiO2 可简写为C3S C3S是硅酸盐水泥熟料的主要矿物 其含量通常为50 左右 有时甚至高达60 以上 硅酸二钙2CaO SiO2 可简写为C2S C2S在熟料中含量一般为