《水泥工艺学》第6章熟料煅烧技术课件

1、第六章熟料煅烧技术第六章熟料煅烧技术一、概述一、概述二、生料在煅烧过程中的物理与化学变化二、生料在煅烧过程中的物理与化学变化三、悬浮预热技术三、悬浮预热技术四、预分解技术四、预分解技术五、回转窑技术五、回转窑技术六、微量元素和矿化剂对熟料煅烧和质量的影响六、微量元素和矿化剂对熟料煅烧和质量的影响七、熟料冷却机七、熟料冷却机八、预分解窑技术的生产控制八、预分解窑技术的生产控制九、新型干法水泥技术的发展九、新型干法水泥技术的发展十、窑用耐火材料十、窑用耐火材料第六章熟料煅烧技术第六章熟料煅烧技术 本章学习要点：本章主要介绍新型干法水本章学习要点：本章主要介绍新型干法水泥生产过程中的熟料煅烧技术以及

2、煅烧过程中泥生产过程中的熟料煅烧技术以及煅烧过程中的物理化学变化，以的物理化学变化，以旋风旋风筒筒换热换热管管道道分解分解炉炉回转回转窑窑冷却冷却机机为主线，着重介绍当代水为主线，着重介绍当代水泥工业发展的主流和最先进的煅烧工艺及设备、泥工业发展的主流和最先进的煅烧工艺及设备、生产过程的控制调节等。生产过程的控制调节等。6.1 概述概述悬浮预热、窑外分解技术，从根本上改变悬浮预热、窑外分解技术，从根本上改变了物料的预热、分解过程的传热状态，将窑内了物料的预热、分解过程的传热状态，将窑内物料堆积状态的预热和分解过程，分别移到悬物料堆积状态的预热和分解过程，分别移到悬浮预热器和分解炉内进行。浮预热

3、器和分解炉内进行。6.1 概述概述概念：概念：一次空气、一次空气、二次空气、二次空气、三次空气、三次空气、窑头、窑尾、窑头、窑尾、物料进窑方向、物料进窑方向、废气出窑方向。废气出窑方向。6.1 概述概述6.1 概述概述预分解窑的关键技术装备预分解窑的关键技术装备n 筒，旋风筒；筒，旋风筒；n 管，换热管道；管，换热管道；n 炉，分解炉；炉，分解炉；n 窑，回转窑；窑，回转窑；n 机，冷却机机，冷却机. .6.1 概述概述预分解窑的关键技术装备预分解窑的关键技术装备n 适当成分的生料进入预热器适当成分的生料进入预热器预热预热. .n 预热好的生料进入分解炉预热好的生料进入分解炉, ,碳酸盐碳酸盐

4、分解分解n 分解后的生料进入窑内分解后的生料进入窑内煅烧煅烧成为熟料成为熟料. .n 熟料进入冷却机进行熟料进入冷却机进行冷却冷却. .P P6161表表6.16.1国内外预分解窑情况统计国内外预分解窑情况统计6.2 生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在加热过程中，依次发生生料在加热过程中，依次发生干燥、粘土干燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结及熟料冷却结晶及熟料冷却结晶等重要的物理化学反应。这些等重要的物理化学反应。这些反应过程的反应温度、反应速度及反应产反应过程的反应温度、反应速度及反应产 物不物不仅受原料

5、的化学成分和矿物组成的影响，还受仅受原料的化学成分和矿物组成的影响，还受反应时的物理因素诸如生料粒径、均化程度、反应时的物理因素诸如生料粒径、均化程度、气固相接触程度等的影响。气固相接触程度等的影响。 6.2.1 干燥干燥 排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。 生料中还有不超过生料中还有不超过1.O1.O的水。的水。 自由水分的蒸发温度一般为自由水分的蒸发温度一般为2727150150左右。左右。 当温度升高到当温度升高到100100150150时，生料自由水分全部被排除。时，生料自由水分全部被排除。 自由水分蒸发热耗大。每千克水蒸发潜热高达自由水分蒸发

6、热耗大。每千克水蒸发潜热高达2257 kJ(2257 kJ(在在100100下下) )。 6.2.2 脱水脱水 脱水是指粘土矿物分解放出化合水脱水是指粘土矿物分解放出化合水 。 层间水在层间水在100100左右即可排除，而配位水则必须高达左右即可排除，而配位水则必须高达400400600600以上才能脱去。以上才能脱去。 6.2.2 脱水脱水 粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示：粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示： AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 20 0 AlAl2 20 03 3 2SiO2SiO2 2 2H2H2 2OO 高岭土高岭

7、土 无定形无定形 无定形无定形 水蒸气水蒸气 高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。 生成了非晶质的无定形偏高岭土生成了非晶质的无定形偏高岭土 ，具有较高活性具有较高活性，为下一，为下一步与氧化钙反应创造了有利条件。在步与氧化钙反应创造了有利条件。在 900900950950，由无定形物，由无定形物质转变为晶体，同时放出热量。质转变为晶体，同时放出热量。6.2.2 脱水脱水影响因素影响因素 1 1生料水分生料水分2 2粘土矿物粘土矿物 不同粘土矿物脱水温度不一样。书不同粘土矿物脱水温度不一样。书P P3636 表表3.43.43 3粘土脱水产物活性粘土脱水产物活性

8、一般结构疏松、无定形一般结构疏松、无定形( (非晶态非晶态) )、新生态、细小的、新生态、细小的 活活性高，易与性高，易与CaOCaO结合。结合。高岭石高岭石 蒙脱石、伊利石蒙脱石、伊利石 长石、水云母长石、水云母6.2.2 脱水脱水影响因素影响因素 1 1生料水分生料水分2 2粘土矿物粘土矿物3 3粘土脱水产物活性粘土脱水产物活性4 4急烧急烧：粘土脱水后，随着温度的升高，会结晶或晶型转：粘土脱水后，随着温度的升高，会结晶或晶型转变，导致活性变，导致活性；急烧可使脱水产物来不急进行上述转变，就已进入碳酸钙急烧可使脱水产物来不急进行上述转变，就已进入碳酸钙分解温度，而与分解出的分解温度，而与分

9、解出的CaOCaO均处于高活性状态，而易于反应，均处于高活性状态，而易于反应，有利熟料的形成。有利熟料的形成。6.2.2 脱水脱水影响因素影响因素 1 1生料水分生料水分2 2粘土矿物粘土矿物3 3粘土脱水产物活性粘土脱水产物活性4 4急烧急烧5 5粘土颗粒大小粘土颗粒大小：粘土脱水首先在表面，再向粒子中心扩：粘土脱水首先在表面，再向粒子中心扩散，扩散过程较慢。内部脱水速度控制整个脱水过程，所以越散，扩散过程较慢。内部脱水速度控制整个脱水过程，所以越细越好。细越好。6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解1 1、分解反应特点、分解反应特点可逆反应可逆反应：受：受T T、P PCO2CO2影响。影响。

10、TT，有利反应向正方向进行，且分解速率加快，有利反应向正方向进行，且分解速率加快 600600开始分解，开始分解，890890时时P PCO2CO2=1=1个大气压，个大气压，1100-12001100-1200反应迅速。反应迅速。 慢慢 加快加快 迅速迅速 -每每T50T50，分解速度约增，分解速度约增1 1倍倍6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解1 1、分解反应特点、分解反应特点可逆反应可逆反应：受：受T T、P PCO2CO2影响。影响。 TT，有利反应向正方向进行，且分解速率加快，有利反应向正方向进行，且分解速率加快 T T 废气废气TT、热耗、热耗、预热器、分解炉易堵、结皮；、预热器、分

11、解炉易堵、结皮；加强通风加强通风 P PCO2CO2 有利反应向正方向进行。有利反应向正方向进行。6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解1 1、分解反应特点、分解反应特点可逆反应可逆反应：受：受T T、P PCO2CO2影响。影响。 强吸热反应强吸热反应：是熟料形成过程中消耗热量最多的一个：是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程。约占预分解窑的工艺过程。约占预分解窑的1/21/2，湿法，湿法1/3 1/3 烧失量大烧失量大：纯：纯CaCOCaCO3 3为为44%44%，一般在，一般在40%40%左右，与石灰质左右，与石灰质原料的品质有关。原料的品质有关。6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解1 1、分

12、解反应特点、分解反应特点可逆反应可逆反应：受：受T T、P PCO2CO2影响。影响。 强吸热反应强吸热反应烧失量大烧失量大分解温度与分解温度与P PCO2CO2和矿物结晶程度有关和矿物结晶程度有关： P PCO2CO2，则分解，则分解温度增高。方解石的结晶程度高，晶粒粗大，则分解温度高；温度增高。方解石的结晶程度高，晶粒粗大，则分解温度高；相反，微晶或隐晶质矿物的分解温度低。相反，微晶或隐晶质矿物的分解温度低。 6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解2 2、碳酸钙的分解过程、碳酸钙的分解过程 五个过程：五个过程：两个传热过程：热气流向颗粒表面传热、热量以传导方式两个传热过程：热气流向颗粒表面传热、

13、热量以传导方式向分解面传热；向分解面传热；一个化学反应过程：分解面上的一个化学反应过程：分解面上的CaCOCaCO3 3分解并放出分解并放出COCO2 2；两个传质过程：分解放出的两个传质过程：分解放出的COCO2 2穿过分解层穿过分解层(CaO(CaO层层) )向表面向表面扩散、表面扩散、表面COCO2 2向周围介质气流扩散。向周围介质气流扩散。6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解2 2、碳酸钙的分解过程、碳酸钙的分解过程 五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化学反应过程。各过程的阻力不同，所以学反应过程。各过程的阻力不同，所以CaC

14、OCaCO3 3的分解速率受控于的分解速率受控于其中最慢的一个过程。其中最慢的一个过程。回转窑：生料粉粒径小，传质过程快；但物料呈堆积回转窑：生料粉粒径小，传质过程快；但物料呈堆积状态，传热面积小，传热系数不高，故传热速率慢。所以状态，传热面积小，传热系数不高，故传热速率慢。所以CaCOCaCO3 3分解速率取决于传热过程。分解速率取决于传热过程。6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解2 2、碳酸钙的分解过程、碳酸钙的分解过程 五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化学反应过程。各过程的阻力不同，所以学反应过程。各过程的阻力不同，所以CaC

15、OCaCO3 3的分解速率受控于的分解速率受控于其中最慢的一个过程。其中最慢的一个过程。立窑和立波尔窑：生料需成球，由于球径较大，故传立窑和立波尔窑：生料需成球，由于球径较大，故传热速率慢，传质阻力很大，所以热速率慢，传质阻力很大，所以CaCOCaCO3 3分解速率取决于传热和传分解速率取决于传热和传质过程。质过程。 6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解2 2、碳酸钙的分解过程、碳酸钙的分解过程 五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化学反应过程。各过程的阻力不同，所以学反应过程。各过程的阻力不同，所以CaCOCaCO3 3的分解速率受控

16、于的分解速率受控于其中最慢的一个过程。其中最慢的一个过程。预热器、预分解炉内：生料处于悬浮状态，传热面积预热器、预分解炉内：生料处于悬浮状态，传热面积大，传热系数高，传质阻力小，所以大，传热系数高，传质阻力小，所以CaCOCaCO3 3分解速率取决于化学分解速率取决于化学反应速率。反应速率。 6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解3 3影响碳酸钙分解反应的因素影响碳酸钙分解反应的因素反应条件。反应条件。提高反应温度有利于加快分解反应速率，同时促使提高反应温度有利于加快分解反应速率，同时促使COCO2 2扩散扩散速率加快；但应注意温度过高，将增加废气温度和热耗，预热速率加快；但应注意温度过高，将增加废

17、气温度和热耗，预热器和分解炉易结皮、堵塞。器和分解炉易结皮、堵塞。加强通风，及时排出反应生成的加强通风，及时排出反应生成的COCO2 2气体，可加速分解反应。气体，可加速分解反应。通风不畅时，废气中通风不畅时，废气中COCO2 2含量增加，不仅影响燃料燃烧，而且使含量增加，不仅影响燃料燃烧，而且使分解速率减慢。分解速率减慢。6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解3 3影响碳酸钙分解反应的因素影响碳酸钙分解反应的因素石灰石的种类和物理性质。结构致密、质点排列整齐、石灰石的种类和物理性质。结构致密、质点排列整齐、结晶粗大、晶体缺陷少的石灰石不仅质地坚硬，而且分解反应结晶粗大、晶体缺陷少的石灰石不仅质地坚

18、硬，而且分解反应困难，如大理石的分解温度较高。质地松软的白垩和内含其他困难，如大理石的分解温度较高。质地松软的白垩和内含其他较多的泥灰岩，则分解所需的活化能较低，分解反应容易。较多的泥灰岩，则分解所需的活化能较低，分解反应容易。当石灰石中伴生有其他矿物和杂质时，一般具有降低分解当石灰石中伴生有其他矿物和杂质时，一般具有降低分解温度的作用。温度的作用。6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解3 3影响碳酸钙分解反应的因素影响碳酸钙分解反应的因素生料细度和颗粒级配。生料细度细，颗粒均匀，粗粒生料细度和颗粒级配。生料细度细，颗粒均匀，粗粒少，物料的比表面积大，可使传热和传质速率加快，有利于分少，物料的比表面

19、积大，可使传热和传质速率加快，有利于分解反应。解反应。6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解3 3影响碳酸钙分解反应的因素影响碳酸钙分解反应的因素生料悬浮分散程度。生料悬浮分散差，相对地增大了生料悬浮分散程度。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。是决颗粒尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。是决定分解速度的一个非常重要因素。定分解速度的一个非常重要因素。书书P P112112 回转窑和分解炉内分解时间比较：回转窑和分解炉内分解时间比较：回转窑内回转窑内CaCOCaCO3 3分解率为分解率为85-95%(80085-95%(8001000)1000)要

20、要15min15min；而分解炉内而分解炉内(800(800850)850)要要2s2s。 6.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解3 3影响碳酸钙分解反应的因素影响碳酸钙分解反应的因素粘土质组分的性质。粘土质组分的性质。若粘土质原料的主导矿物是活性活性大的高岭土，由于其若粘土质原料的主导矿物是活性活性大的高岭土，由于其容易和分解产物容易和分解产物CaOCaO直接进行固相反应生成低钙矿物，可加速直接进行固相反应生成低钙矿物，可加速CaCOCaCO3 3的分解反应。的分解反应。反之，若粘土的主导矿物是活性差的蒙脱石、伊利石，则反之，若粘土的主导矿物是活性差的蒙脱石、伊利石，则要影响要影响CaCOCaCO

21、3 3的分解速率，由结晶的分解速率，由结晶SiOSiO2 2组成的石英砂的反应活性组成的石英砂的反应活性最低。最低。6.2.4 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 1 1反应过程反应过程在熟料形成过程中，从碳酸钙开始分解起，物料中便出现在熟料形成过程中，从碳酸钙开始分解起，物料中便出现了游离氧化钙，它与生料中的了游离氧化钙，它与生料中的SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3和和 FeFe2 2O O3 3等通过质点等通过质点的相互扩散而进行固相反应，形成熟料矿物。的相互扩散而进行固相反应，形成熟料矿物。固相反应固相反应：是指固态物质间发生的化学反应，有时也有气：是指固态

22、物质间发生的化学反应，有时也有气相或液相参与，而作用物和产物中都有固相。相或液相参与，而作用物和产物中都有固相。6.2.4 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 1 1反应过程反应过程熟料形成过程的固相反应比较复杂，其过程大致如下：见熟料形成过程的固相反应比较复杂，其过程大致如下：见书书P P113113约约800800：开始形成：开始形成CACA、CFCF与与C C2 2S S；C CA ACACAC CF FCFCF2C2CS SC C2 2S S C C2 2S S开始形成开始形成800-900800-900：开始形成：开始形成C C1212A A7 7、C C2 2F F

23、；7CA7CA5C5CC C1212A A7 76.2.4 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 1 1反应过程反应过程约约800800：开始形成：开始形成CACA、CFCF与与C C2 2S S；800-900800-900：开始形成：开始形成C C1212A A7 7 、C C2 2F F ；900-1100900-1100： 2C2CA AS SC C2 2ASASC C2 2ASAS形成后又分解形成后又分解C C1212A A7 79C9C7C7C3 3A AC C3 3A A开始形成开始形成C C2 2F F2C2CC C1212A A7 77C7C4 4AFAFC C

24、4 4AFAF开始形成开始形成1100-12001100-1200：大量形成：大量形成C C3 3A A、C C4 4AFAF，C C2 2S S含量达最大值含量达最大值 6.2.4 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 1 1反应过程反应过程约约800800：开始形成：开始形成CACA、CFCF与与C C2 2S S；800-900800-900：开始形成：开始形成C C1212A A7 7 、C C2 2F F ；900-1100900-1100：C C2 2ASAS形成后又分解、形成后又分解、C C3 3A A、C C4 4AFAF开始形成开始形成1100-12001100

25、-1200：大量形成：大量形成C C3 3A A、C C4 4AFAF，C C2 2S S含量达最大值含量达最大值 由上可见，水泥熟料矿物的形成是一个复杂的多级反应，由上可见，水泥熟料矿物的形成是一个复杂的多级反应，反应过程是交叉进行的。反应过程是交叉进行的。上述反应为放热反应，用普通原料约放热上述反应为放热反应，用普通原料约放热420-450J/g420-450J/g，足，足以使物料升温以使物料升温300300以上。以上。6.2.4 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 1 1反应过程反应过程约约800800：开始形成：开始形成CACA、CFCF与与C C2 2S S；800-

26、900800-900：开始形成：开始形成C C1212A A7 7 、C C2 2F F ；900-1100900-1100：C C2 2ASAS形成后又分解、形成后又分解、C C3 3A A、C C4 4AFAF开始形成开始形成1100-12001100-1200：大量形成：大量形成C C3 3A A、C C4 4AFAF，C C2 2S S含量达最大值含量达最大值 以上化学反应的温度都小于反应物和生成物的熔点，也就以上化学反应的温度都小于反应物和生成物的熔点，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

27、。是在固体状态下进行的。6.2.4 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 1 1反应过程反应过程由于固体原子、分子或离子之间具有很大的作用力，因此由于固体原子、分子或离子之间具有很大的作用力，因此固相反应的反应活性较低，反应速率较慢。通常，固相反应总固相反应的反应活性较低，反应速率较慢。通常，固相反应总是发生在两组分界面上，为非均相反应。是发生在两组分界面上，为非均相反应。对于粒状物料，反应对于粒状物料，反应首先是通过颗粒间的接触点或面进行，随后是反应物通过产物首先是通过颗粒间的接触点或面进行，随后是反应物通过产物层进行扩散迁移，因此，固相反应一般包括界面上的反应和物层进行扩散迁

28、移，因此，固相反应一般包括界面上的反应和物质迁移两个过程。质迁移两个过程。6.2.4 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 2 2影响固相反应的主要因素影响固相反应的主要因素生料的细度和均匀性生料的细度和均匀性生料愈细，则其颗粒尺寸愈小，比表面积愈大，各组分间生料愈细，则其颗粒尺寸愈小，比表面积愈大，各组分间的接触面积愈大，同时表面的质点自由能亦大，使反应和扩散的接触面积愈大，同时表面的质点自由能亦大，使反应和扩散能力增强，因此反应速率愈快。能力增强，因此反应速率愈快。但是，当生料磨细到一定程度后，如继续再细磨，则对固但是，当生料磨细到一定程度后，如继续再细磨，则对固相反应的速率

29、增加不明显，而磨机产量却大大降低，粉磨电耗相反应的速率增加不明显，而磨机产量却大大降低，粉磨电耗剧增。因此，必须综合平衡，优化控制生料细度。剧增。因此，必须综合平衡，优化控制生料细度。生料的均匀性好，即生料内各组分混合均匀，这就可以增生料的均匀性好，即生料内各组分混合均匀，这就可以增加各组分之间的接触，所以能加速固相反应。加各组分之间的接触，所以能加速固相反应。6.2.4 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 2 2影响固相反应的主要因素影响固相反应的主要因素生料的细度和均匀性生料的细度和均匀性硅酸盐水泥生料细度一般控制范围：硅酸盐水泥生料细度一般控制范围：0.2mm(9000.

30、2mm(900孔孔/cm/cm2 2) )以上粗粒在以上粗粒在1.0-1.5%1.0-1.5%以下，此时以下，此时0.08mm0.08mm以上粗粒可以控制在以上粗粒可以控制在8-12%8-12%，最高在，最高在15%15%以下；以下；或者使生料中以上粗粒为或者使生料中以上粗粒为0.5%0.5%左右，则左右，则0.08mm0.08mm以上粗粒可以上粗粒可放宽到放宽到15%15%以上，甚至可以达到以上，甚至可以达到20%20%以上。以上。6.2.4 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 2 2影响固相反应的主要因素影响固相反应的主要因素生料的细度和均匀性生料的细度和均匀性温度和时间温

31、度和时间当温度较低时，固体的化学活性低，质点的扩散和迁移速当温度较低时，固体的化学活性低，质点的扩散和迁移速率很慢，因此固相反应通常需要在较高的温度下进行。提高反率很慢，因此固相反应通常需要在较高的温度下进行。提高反应温度，可加速固相反应。由于固相反应时离子的扩散和迁移应温度，可加速固相反应。由于固相反应时离子的扩散和迁移需要时间，所以，必须要有一定的时间才能使固相反应进行完需要时间，所以，必须要有一定的时间才能使固相反应进行完全。全。急剧煅烧：热力梯度大，升温快，使脱水、急剧煅烧：热力梯度大，升温快，使脱水、CaCOCaCO3 3分解重合，分解重合，新生态，活性高。新生态，活性高。6.2.4

32、 固相反应固相反应固相反应固相反应-放热反应放热反应 2 2影响固相反应的主要因素影响固相反应的主要因素生料的细度和均匀性生料的细度和均匀性温度和时间温度和时间原料性质原料性质当原料中含有如燧石、石英砂等结晶当原料中含有如燧石、石英砂等结晶SiOSiO2 2或方解石结晶粗或方解石结晶粗大时，因破坏其晶格困难，所以固相反应的速率明显降低，特大时，因破坏其晶格困难，所以固相反应的速率明显降低，特别是当原料中含有粗粒石英砂时，其影响更大。别是当原料中含有粗粒石英砂时，其影响更大。6.2.5 熟料烧结熟料烧结当物料温度升高到当物料温度升高到1250-12801250-1280时，即达到其最低共熔温度，

33、时，即达到其最低共熔温度，开始出现以氧化铝、氧化铁为主的液相，液相的组分中还有氧开始出现以氧化铝、氧化铁为主的液相，液相的组分中还有氧化镁和碱等。化镁和碱等。随着温度的升高和时间延长，液相量增加随着温度的升高和时间延长，液相量增加, ,液相粘度降低，液相粘度降低，氧化钙、硅酸二钙不断溶解、扩散，硅酸三钙晶核不断形成，氧化钙、硅酸二钙不断溶解、扩散，硅酸三钙晶核不断形成，并逐渐发育、长大，最终形成几十微米大小、发育良好的阿利并逐渐发育、长大，最终形成几十微米大小、发育良好的阿利特晶体。与此同时，晶体不断重排、收缩、密实化，物料逐渐特晶体。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

34、变为色泽灰黑、结构致密的孰料我们称以上过由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的孰料我们称以上过程为熟料的烧结过程，简称程为熟料的烧结过程，简称熟料烧结熟料烧结。 6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1 1最低共熔温度最低共熔温度最低共熔温度：物料在加热过程中，两种或两种以上组分最低共熔温度：物料在加热过程中，两种或两种以上组分开始出现液相时的温度。开始出现液相时的温度。组分性质与数目都影响系统的最低共熔温度。见书组分性质与数目都影响系统的最低共熔温度。见书P P114114表表6.26.2。矿化剂和微量元素对降低共熔温度有一定作用。矿化剂和微量元素对降低共熔温度有

35、一定作用。6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1 1最低共熔温度最低共熔温度2 2液相量液相量液相量液相量- CaO- CaO不易被吸收完全，导致熟料中不易被吸收完全，导致熟料中f-CaOf-CaO影影响熟料质量，或降低窑产量和增加燃料消耗。响熟料质量，或降低窑产量和增加燃料消耗。液相量液相量- - 能溶解的能溶解的C C2 2S S、CaOCaO亦亦-形成形成C C3 3S S快；快；液相量液相量-易结大块，回转窑内结圈。立窑内炼边、易结大块，回转窑内结圈。立窑内炼边、结炉瘤等；结炉瘤等；6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1

36、1最低共熔温度最低共熔温度2 2液相量液相量烧结范围：是指水泥生料加热至出现烧结所必需的、最少烧结范围：是指水泥生料加热至出现烧结所必需的、最少的液相量时的温度的液相量时的温度( (开始烧结温度开始烧结温度) )与开始出现结大块与开始出现结大块( (超过正常超过正常液相量液相量) )时的温度差值。时的温度差值。生料中的液相量随温度升高而缓慢增加，其烧结范围就较生料中的液相量随温度升高而缓慢增加，其烧结范围就较宽；如生料中液相量随温度升高而增加很快，则其烧结范围就宽；如生料中液相量随温度升高而增加很快，则其烧结范围就较窄。它对熟料烧成影响较大，如烧结范围宽的生料，窑内温较窄。它对熟料烧成影响较大

37、，如烧结范围宽的生料，窑内温度波动时，不易发生生烧或烧结成大块的现象。度波动时，不易发生生烧或烧结成大块的现象。6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1 1最低共熔温度最低共熔温度2 2液相量液相量含铁量较高的硅酸盐水泥，其烧结范围就较窄，降低铁的含铁量较高的硅酸盐水泥，其烧结范围就较窄，降低铁的含量，增加铝的含量，烧结范围就变宽。含量，增加铝的含量，烧结范围就变宽。烧结范围还和液相粘度、表面张力及这些性质随温度而变烧结范围还和液相粘度、表面张力及这些性质随温度而变化的情况有关。化的情况有关。通常硅酸盐水泥熟料的烧结范围约为通常硅酸盐水泥熟料的烧结范围约为1501

38、50。影响液相量的因素：生料成分、烧成温度。影响液相量的因素：生料成分、烧成温度。一般水泥熟料在烧成阶段的液相量约一般水泥熟料在烧成阶段的液相量约20-30%20-30%。6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1 1最低共熔温度最低共熔温度2 2液相量液相量3 3液相粘度液相粘度液相粘度直接影响硅酸三钙的形成速率和晶体的尺寸，粘液相粘度直接影响硅酸三钙的形成速率和晶体的尺寸，粘度小，则粘滞阻力小，液相中质点的扩散速率增加，有利于硅度小，则粘滞阻力小，液相中质点的扩散速率增加，有利于硅酸三钙的形成和晶体的发育成长；反之则使硅酸三钙形成困难。酸三钙的形成和晶体的发育成

39、长；反之则使硅酸三钙形成困难。熟料液相粘度随温度和组成熟料液相粘度随温度和组成( (包括少量氧化物包括少量氧化物) )而变化。而变化。6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1 1最低共熔温度最低共熔温度2 2液相量液相量3 3液相粘度液相粘度影响液相粘度的因素：影响液相粘度的因素： 温度。温度温度。温度 粘度粘度。(T (T 离子动能离子动能 相互间作用力相互间作用力) )液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力的变化而异。的变化而异。6.2.5 熟料烧结熟料烧结液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力液相

40、组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力的变化而异。的变化而异。a) CaOa) CaO离解为离解为CaCa2+2+离子；离子；b) SiOb) SiO2 2主要离解为主要离解为SiOSiO4 44-4-阴离子团。阴离子团。Si-OSi-O价键较强，在粘价键较强，在粘滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；c) Alc) Al2 2O O3 3和和FeFe2 2O O3 3为两性化合物，可同时离解成为两性化合物，可同时离解成MeOMeO4 45-5-和和Me3+Me3+离子，两者的比例视各自金属离子半径和液相酸碱度而异。离子，两者的比例视各自金属离子半径和

41、液相酸碱度而异。以以MeOMeO4 45-5-离子状态存在时，有离子状态存在时，有4 4个个O O2-2-配位，构成较紧密的四配位，构成较紧密的四面体，面体，Me-OMe-O价键较强，在粘滞流动时，不易断裂，因而液相粘价键较强，在粘滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；度较高；6.2.5 熟料烧结熟料烧结液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力的变化而异。的变化而异。a) CaOa) CaO离解为离解为CaCa2+2+离子；离子；b) SiOb) SiO2 2主要离解为主要离解为SiOSiO4 44-4-阴离子团。阴离子团。Si-OSi-O价

42、键较强，在粘价键较强，在粘滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；c) Alc) Al2 2O O3 3和和FeFe2 2O O3 3为两性化合物，可同时离解成为两性化合物，可同时离解成MeOMeO4 45-5-和和Me3+Me3+离子，两者的比例视各自金属离子半径和液相酸碱度而异。离子，两者的比例视各自金属离子半径和液相酸碱度而异。以以MeMe3+3+离子状态存在时，有离子状态存在时，有6 6个个O O2-2-配位，构成松散的八面体，配位，构成松散的八面体，Me-OMe-O价键较弱，在粘滞流动时，易于断裂，因而液相粘度较低。价键较弱，在粘滞流动时，易于断裂

43、，因而液相粘度较低。6.2.5 熟料烧结熟料烧结液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力的变化而异。的变化而异。a) CaOa) CaO离解为离解为CaCa2+2+离子；离子；b) SiOb) SiO2 2主要离解为主要离解为SiOSiO4 44-4-阴离子团。阴离子团。Si-OSi-O价键较强，在粘价键较强，在粘滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；c) Alc) Al2 2O O3 3和和FeFe2 2O O3 3为两性化合物，可同时离解成为两性化合物，可同时离解成MeOMeO4 45-5-和和Me3

44、+Me3+离子，两者的比例视各自金属离子半径和液相酸碱度而异。离子，两者的比例视各自金属离子半径和液相酸碱度而异。. Al. Al3+3+半径半径FeFe3+3+，趋向于构成较多的，趋向于构成较多的MeOMeO4 45-5-离子，因而离子，因而提高提高IMIM，则粘度，则粘度；6.2.5 熟料烧结熟料烧结液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力的变化而异。的变化而异。a) CaOa) CaO离解为离解为CaCa2+2+离子；离子；b) SiOb) SiO2 2主要离解为主要离解为SiOSiO4 44-4-阴离子团。阴离子团。Si-OSi-O价

45、键较强，在粘价键较强，在粘滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；c) Alc) Al2 2O O3 3和和FeFe2 2O O3 3为两性化合物，可同时离解成为两性化合物，可同时离解成MeOMeO4 45-5-和和Me3+Me3+离子，两者的比例视各自金属离子半径和液相酸碱度而异。离子，两者的比例视各自金属离子半径和液相酸碱度而异。. . 液相碱性较弱时，例如有液相碱性较弱时，例如有MgOMgO、SOSO3 3时，则时，则MeMe2 2O O3 3呈碱性，呈碱性，更多地离解成更多地离解成MeMe3+3+离子，因而液相粘度降低；当液相碱性较强，离子，因而液相

46、粘度降低；当液相碱性较强，例如有例如有NaNa2 2O O、K K2 2O O时，则时，则MeMe2 2O O3 3呈酸性，更多地离解成呈酸性，更多地离解成MeOMeO4 45-5-离子，离子，因而液相粘度提高。因而液相粘度提高。6.2.5 熟料烧结熟料烧结液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力液相组成。液相粘度随液相中离子状态和相互作用力的变化而异。的变化而异。a) CaOa) CaO离解为离解为CaCa2+2+离子；离子；b) SiOb) SiO2 2主要离解为主要离解为SiOSiO4 44-4-阴离子团。阴离子团。Si-OSi-O价键较强，在粘价键较强，在粘滞流动时，不易断裂，因

47、而液相粘度较高；滞流动时，不易断裂，因而液相粘度较高；c) Alc) Al2 2O O3 3和和FeFe2 2O O3 3为两性化合物，可同时离解成为两性化合物，可同时离解成MeOMeO4 45-5-和和MeMe3+3+离子，两者的比例视各自金属离子半径和液相酸碱度而异。离子，两者的比例视各自金属离子半径和液相酸碱度而异。d) d) 其它其它6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1 1最低共熔温度最低共熔温度2 2液相量液相量3 3液相粘度液相粘度影响液相粘度的因素：影响液相粘度的因素： 温度液相组成温度液相组成煅烧方法。慢速升温，则煅烧方法。慢速升温，则MeMe

48、2 2O O3 3大部分离解成大部分离解成MeOMeO4 45-5-离子，离子，因而液相粘度提高；快速升温，则因而液相粘度提高；快速升温，则AlAl3+3+以四、六配位共存，而六以四、六配位共存，而六配位的配位的FeFe3+3+增多，因而液相粘度降低。增多，因而液相粘度降低。6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1 1最低共熔温度最低共熔温度2 2液相量液相量3 3液相粘度液相粘度4 4液相的表面张力液相的表面张力液相表面张力愈小，愈容易润湿熟料颗粒或固相物质，有液相表面张力愈小，愈容易润湿熟料颗粒或固相物质，有利于固相反应与固液相反应，促进熟料矿物特别是利于固相

49、反应与固液相反应，促进熟料矿物特别是C C3 3S S的形成。的形成。T T 表面张力表面张力；熟料中含镁、碱、硫等物质时，熟料中含镁、碱、硫等物质时， 表面张力表面张力。6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1 1最低共熔温度最低共熔温度2 2液相量液相量3 3液相粘度液相粘度4 4液相的表面张力液相的表面张力5 5氧化钙溶解于熟料液相的速率氧化钙溶解于熟料液相的速率C C3 3S S的形成主要是在液相中，由的形成主要是在液相中，由f-CaOf-CaOC C2 2S S形成，因而溶于形成，因而溶于液相速率对液相速率对C C3 3S S形成有重要影响。形成有重要影

50、响。T T 溶解速率溶解速率；粒径粒径 溶解速率溶解速率。6.2.5 熟料烧结熟料烧结影响熟料烧结的因素：影响熟料烧结的因素：1 1最低共熔温度最低共熔温度2 2液相量液相量3 3液相粘度液相粘度4 4液相的表面张力液相的表面张力5 5氧化钙溶解于熟料液相的速率氧化钙溶解于熟料液相的速率6 6反应物存在的状态反应物存在的状态研究发现，在熟料烧成时，氧化钙与贝利特晶体尺寸小，研究发现，在熟料烧成时，氧化钙与贝利特晶体尺寸小，牌晶体缺陷多的新生态，则其活性大，活化能小，易溶于液相牌晶体缺陷多的新生态，则其活性大，活化能小，易溶于液相中，因而反应能力很强。这有利于硅酸三钙的形成。中，因而反应能力很强

51、。这有利于硅酸三钙的形成。试验还表明，极快速升温试验还表明，极快速升温(600/min(600/min以上以上) )，可使粘土矿物，可使粘土矿物的脱水、碳酸盐分解、固相反应、固液相反应几乎重合，使反的脱水、碳酸盐分解、固相反应、固液相反应几乎重合，使反应物牌新生的高活性状态，在极短的时间内，可同时生成液相、应物牌新生的高活性状态，在极短的时间内，可同时生成液相、贝利特和阿利特。贝利特和阿利特。6.2.6 熟料冷却熟料冷却冷却的目的在于，回收熟料带走的余热，预热二次、三次冷却的目的在于，回收熟料带走的余热，预热二次、三次空气，提高窑的热效率；迅速冷却熟料以改善熟料质量与易磨空气，提高窑的热效率；

52、迅速冷却熟料以改善熟料质量与易磨性；降低熟料温度，便于熟料的运输、贮存与粉磨。性；降低熟料温度，便于熟料的运输、贮存与粉磨。熟料的冷却并不是简单的温度降低，而是伴随着一系列的熟料的冷却并不是简单的温度降低，而是伴随着一系列的物理化学变化，如液相凝固、相变等，冷却的方法、速度不同，物理化学变化，如液相凝固、相变等，冷却的方法、速度不同，则发生的物理化学变化过程不一样，对熟料的质量、易磨性的则发生的物理化学变化过程不一样，对熟料的质量、易磨性的影响也不一样。影响也不一样。 平衡冷却平衡冷却( (慢冷慢冷) )：冷却速度非常慢，使固液相反应充分进：冷却速度非常慢，使固液相反应充分进行。行。 淬冷：冷

53、却速度快，使高温下形成的液相来不及结晶而冷淬冷：冷却速度快，使高温下形成的液相来不及结晶而冷却成玻璃相。却成玻璃相。6.2.6 熟料冷却熟料冷却在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有：在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有：1 1提高熟料质量。提高熟料质量。快冷阻止或减少快冷阻止或减少-C-C2 2S S向向-C-C2 2S S转变，防止熟料粉化；转变，防止熟料粉化；阻止或减少阻止或减少C C3 3S - CS - C2 2S + f-CaOS + f-CaO；快速越过快速越过C C3 3S S的分解温度，使的分解温度，使C C3 3S S来不及分解而呈介稳状态保来不及分解而呈介稳状态保存下来

54、。存下来。急冷使急冷使C C3 3S S晶体细小，可提高熟料质量。晶体细小，可提高熟料质量。6.2.6 熟料冷却熟料冷却在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有：在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有：1 1提高熟料质量。提高熟料质量。快冷阻止或减少快冷阻止或减少-C-C2 2S S向向-C-C2 2S S转变，防止熟料粉化；转变，防止熟料粉化；阻止或减少阻止或减少C C3 3S - CS - C2 2S + f-CaOS + f-CaO；避免或减少避免或减少MgOMgO结晶成方镁石；冷却速度越慢，结晶越结晶成方镁石；冷却速度越慢，结晶越粗大，膨胀粗大，膨胀；即改善了水泥的安定性。；即改善了水泥

55、的安定性。急冷使熟料中急冷使熟料中C C3 3A A结晶体减少。可增强水泥的抗硫酸盐结晶体减少。可增强水泥的抗硫酸盐性能；另外，结晶型的性能；另外，结晶型的C C3 3A A水化后易使水泥浆快凝，而非结晶的水化后易使水泥浆快凝，而非结晶的C C3 3A A水化后，不会使水泥浆快凝，因而容易掌握其凝结时间。水化后，不会使水泥浆快凝，因而容易掌握其凝结时间。6.2.6 熟料冷却熟料冷却在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有：在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有：1 1提高熟料质量。提高熟料质量。2 2改善熟料的易磨性改善熟料的易磨性快冷熟料玻璃体含量高，同时造成熟料产生内应力，快冷熟料玻璃体含量

56、高，同时造成熟料产生内应力，缺陷多；缺陷多；快冷使熟料矿物晶体保持细小，易磨。快冷使熟料矿物晶体保持细小，易磨。3 3回收余热回收余热熟料进入冷却机时尚有熟料进入冷却机时尚有11001100以上高温，若冷却到室温，以上高温，若冷却到室温，则尚有则尚有837kJ/kg837kJ/kg的热量，可用二次空气来回收，有利窑内燃料的热量，可用二次空气来回收，有利窑内燃料煅烧，提高窑的热效率。煅烧，提高窑的热效率。6.2.6 熟料冷却熟料冷却在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有：在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有：1 1提高熟料质量。提高熟料质量。2 2改善熟料的易磨性改善熟料的易磨性3 3回收余热

57、回收余热冷却机形式：单筒、多筒、篦式冷却机形式：单筒、多筒、篦式熟料形成的热化学熟料形成的热化学1 1热效应：热效应：反应反应热效应热效应游离水蒸发游离水蒸发粘土结合水逸出粘土结合水逸出粘土无定形脱水产物结晶粘土无定形脱水产物结晶碳酸钙分解放出二氧化碳碳酸钙分解放出二氧化碳氧化钙和粘土脱水产物反应氧化钙和粘土脱水产物反应形成液相形成液相硅酸三钙形成硅酸三钙形成吸热吸热吸热吸热放热放热吸热吸热放热放热吸热吸热微吸热微吸热熟料形成的热化学熟料形成的热化学2 2熟料形成热：指在一定生产条件下，用某一基准温度熟料形成热：指在一定生产条件下，用某一基准温度( (一般是一般是00或或20)20)的干燥物料

58、，在没有任何物料和质量损失的的干燥物料，在没有任何物料和质量损失的重要依据下，制成重要依据下，制成1kg1kg同温度的熟料所需要的热量。同温度的熟料所需要的热量。3 3熟料理论热耗：熟料理论热耗：390-430kcal/kg390-430kcal/kg熟料熟料(1650-1800kJ/kg)(1650-1800kJ/kg)。计算假定条件：生产计算假定条件：生产1.0kg1.0kg熟料所需的生料量为熟料所需的生料量为1.55kg1.55kg，石，石灰石和粘土的比例为灰石和粘土的比例为78:2278:22。据此，按物料在加热过程中的化学。据此，按物料在加热过程中的化学反应热和物理热，计算所得。由于

59、原料不同，各作任教计算所反应热和物理热，计算所得。由于原料不同，各作任教计算所得略有出入。得略有出入。熟料形成的热化学熟料形成的热化学3 3熟料理论热耗：熟料理论热耗：390-430kcal/kg390-430kcal/kg熟料熟料(1650-1800kJ/kg)(1650-1800kJ/kg)。实际生产中形成的熟料和废气不可能冷却到实际生产中形成的熟料和废气不可能冷却到00，因而必然，因而必然带走一部分热量；生产过程不可能没有物料损失及物料循环的带走一部分热量；生产过程不可能没有物料损失及物料循环的存在，其煅烧设备还要向外散失热量，因此，实际生产每存在，其煅烧设备还要向外散失热量，因此，实际

60、生产每1kg1kg熟熟料消耗的热量，必然比熟料形成热要大得多，根据生产方法和料消耗的热量，必然比熟料形成热要大得多，根据生产方法和使用的设备不同，一般在使用的设备不同，一般在2800-7500kJ/kg2800-7500kJ/kg范围内，这就是熟料范围内，这就是熟料的单位热耗。熟料的单位热耗越接近熟料形成热，煅烧设备的的单位热耗。熟料的单位热耗越接近熟料形成热，煅烧设备的热效率越高。热效率越高。 6.3 悬浮预热技术悬浮预热技术 由加料管自然滑落由加料管自然滑落喂入的生料粉在调整气喂入的生料粉在调整气流的冲击下迅速分散，流的冲击下迅速分散，均匀悬浮于气流中。气均匀悬浮于气流中。气固之间固之间8