第6章_硅酸盐水泥熟料的煅烧

1、第第6章章 硅酸盐水泥熟料的煅烧硅酸盐水泥熟料的煅烧陶瓷陶瓷142；米玉兰；米玉兰n生料生料在水泥窑窑内经过连续加热加热，高温煅烧至部分熔熔融融，经过一系列的物理化学反应物理化学反应，得以硅酸钙硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料熟料的工艺过程过程叫硅酸盐水泥熟料的煅烧，简称煅烧。煅烧煅烧n干燥（自由水蒸发）干燥（自由水蒸发） 吸热n粘土质原料脱水粘土质原料脱水 吸热吸热n碳酸盐分解碳酸盐分解 强吸热强吸热n固相反应固相反应 放热放热n熟料烧结熟料烧结 微吸热n熟料冷却熟料冷却 放热1 生料在煅烧过程中的物理化学变化n（一）干燥n自由水的蒸发。n含水量与生产方法和窑型有关（含水量增加热耗增加）n（

2、二）脱水n粘土质原料脱去化合水（结构水和层间吸附水）n高岭土（Al2O32SiO22H2O）脱水后变成无定形的Al2O32SiO2 （偏高岭土） ，这些无定形物具有较高的活性 （高岭土活性高；蒙脱石和伊利石脱水后仍具有晶体结构，活性低）O2H2OAlO2H2OAl22326005002232SiOSiO一、干燥与脱水一、干燥与脱水n反应式：反应式：MgCO3MgO+CO2 CaCO3CaO +CO2n反应温度：反应温度： MgCO3 始于402408最高700 CaCO3 600 开始，812928 快速分解二、碳酸盐分解二、碳酸盐分解n反应特点： 可逆反应（温度， CO2分压 ） 强吸热反应

3、 烧失量大(CO2) 分解温度与 CO2分压 和矿物结晶程度有关 (图5.1)n（ CO2分压 大，分解温度高，伴生矿物和杂质降低分解温度，结晶，分解温度高）( (一一) )碳酸钙分解反应的特点碳酸钙分解反应的特点n1、气流向颗粒表面传热（物理过程） n2、热量由表面以传导方式向分解面传递； （物理过程） n3、碳酸钙在一定温度下，继续分解、吸收热量并放出CO2； （化学过程） n4、放出的CO2从分解面通过CaO层，向四周进行内部扩散； （物理过程） n5、扩散到颗粒边缘的CO2，通过边界层向介质扩散。 （物理过程） ( (二二) )碳酸钙分解过程碳酸钙分解过程n石灰质原料的特性（伴生矿物和

4、杂质、结晶）n生料细度和颗粒级配（比表面积）n生料悬浮分散程度（传热面积）n温度（高，快，热耗增，结皮，堵塞）n窑系统的CO2分压n生料中粘土质组分的性质（活性高，则能直接与碳酸钙发生反应，可以促进碳酸钙的分解过程 ）（三）影响反应速度的因素（三）影响反应速度的因素（一）反应过程（一）反应过程nCaOCaO与与SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3、FeFe2 2OO3 3进行固相反应生成进行固相反应生成（C C3 3S S）、（）、（C C2 2S S）、（）、（C C3 3A A）、（）、（C C4 4AFAF）。）。三固三固 相相 反反 应应n反应特点反应特点放热反应非均相反应（传

5、热和传质过程均会影响）急剧煅烧 n（二）影响固相反应的主要因素n1、生料细度及其均匀程度；（比表面积、充分接触；物料反应速度与其尺寸的平方成反比）n2、原料物理性质（结晶，慢，磨细）；n3、温度对固相反应的影响；n4、矿化剂。四固四固 相相 反反 应应n当物料温度升高到最低共熔温度后，C3A、C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液相中， C2S吸收CaO形成C3S。 反应式： C2S+ CaO C3Sn随着温度的升高和时间延长，液相量增加，液相粘度降低， C2S、CaO不断溶解、扩散， C3S晶核不断形成，并逐渐发育、长大，形成几十微米大小、发育良好的阿利特晶体。晶体

6、不断重排、收缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的熟料。C3S的形成熟料烧结四、熟四、熟 料料 烧烧 结结煅烧条件 温度： 130014501300 液相量： 20%30% 时间： 1020min四、熟四、熟 料料 烧烧 结结n1. 1.最低共熔温度（组分多，温度低）最低共熔温度（组分多，温度低）影响熟料烧结过程的因素影响熟料烧结过程的因素n存在次要氧化物，最低共熔温度一般1250 n矿化剂、氧化钒、氧化锌也有影响。2 2液相量（一般为液相量（一般为202030%30% ）（液相量与煅烧温度、组分含量有关）（液相量与煅烧温度、组分含量有关）3 3液相粘度液相粘度n液相粘度小，

7、则液相粘滞力小液相粘度小，则液相粘滞力小影响熟料烧结过程的因素影响熟料烧结过程的因素3.液相粘度（小，扩散快，有利于C3S形成）（1）温度（2）铝率（3）加入MgO、SO3、硫酸钾、硫酸钠，粘度降低降低（4）加入氧化钾、氧化钠，粘度增加。影响熟料烧结过程的因素影响熟料烧结过程的因素n烧结范围烧结范围：水泥生料加热至出现烧结所必须的、最少的液相量时的温度（开始烧结的温度）与开始出现结大块（超过正常液相量）时的温度的差值。n生料液相量随温度升高缓慢增加，烧结范围宽；反之窄。n氧化铁含量高，窄；氧化铝含量高；宽。n硅酸盐水泥熟料：约150 4.4.液相的表面张力（小，润湿，利于固液反应）液相的表面张

8、力（小，润湿，利于固液反应）（1 1）温度）温度（2 2）镁、碱、硫增加，表面张力下降）镁、碱、硫增加，表面张力下降影响熟料烧结过程的因素影响熟料烧结过程的因素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（1 1）颗粒大小）颗粒大小（2 2）镁、碱、硫增加，表面张力下降）镁、碱、硫增加，表面张力下降影响熟料烧结过程的因素影响熟料烧结过程的因素n熟料的冷却熟料的冷却烧成温度烧成温度常温；液相常温；液相凝固凝固熟料颗粒结构形成（凝固和相变）熟料颗粒结构形成（凝固和相变）C C2 2S S的多晶转变的多晶转变C C3 3S S分解分解n冷却目的冷却目的 改善熟料质量与易磨性；降低熟料的温度，

9、便于改善熟料质量与易磨性；降低熟料的温度，便于运输（安全）、储存（砼开裂）运输（安全）、储存（砼开裂） 和粉磨（假凝）和粉磨（假凝）回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利用率。用率。五、熟五、熟 料料 的的 冷冷 却却n冷却方式冷却方式平衡冷却平衡冷却淬冷淬冷独立结晶独立结晶n冷却方式不同，熟料矿物组成不同冷却方式不同，熟料矿物组成不同n熟料铝率在熟料铝率在0.643.50.643.5之间，对于铝率较高的或之间，对于铝率较高的或者中等的熟料，快冷时，者中等的熟料，快冷时，C C3 3S S含量高。含量高。n防止或减少C3S的分解，增加其含量；n避免

10、-C2S转变成 -C2S ；n改善了水泥安定性；(MgO玻璃体易水化)n使熟料C3A晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能；n改善熟料易磨性(阿利特结晶小)；n熟料活性高，水泥强度高。n快冷对改善熟料质量的作用n热化学方程式表示化学反应与热效应关热化学方程式表示化学反应与热效应关系的方程式系的方程式n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n吸热反应放热反应吸热反应放热反应n 熟料形成的热化学熟料形成的热化学更多精彩由老师来分享谢谢谢谢O(_)O谢谢谢谢n1、定义定义：在一定生产条件下，用某一：在一定生产条件下，用某一基准温度基准温度（一般是（一般是0或或20）的）的干燥物料干燥物

11、料，在，在没有没有任何任何物料损失物料损失和和热量损失热量损失的条的条件下，制成件下，制成1kg1kg同温度同温度的的熟料熟料所需要的所需要的热量热量称为熟料的形成称为熟料的形成热（熟料理论热耗）。热（熟料理论热耗）。n2、计算原理计算原理：理论热耗理论热耗=吸收的总热量放出的总热量吸收的总热量放出的总热量，一，一般为般为16301800kJ/kg-ck。n3、影响因素影响因素：熟料的形成热是熟料形成在理论上消耗的热，：熟料的形成热是熟料形成在理论上消耗的热，它仅与原、燃料的品种、性质及熟料的化学成分与矿物组成、它仅与原、燃料的品种、性质及熟料的化学成分与矿物组成、生产条件有关。生产条件有关。

12、n一、熟料的形成热（理论热耗）一、熟料的形成热（理论热耗）n定义：每煅烧1kg1kg熟料熟料窑内实际消耗的热量称为熟料实际热耗，简称熟料热耗，也叫熟料单位热耗。n热损失热耗熟料形成热，n降低热耗，降低各种热损失（废气、散热等）。理论热耗：理论热耗：1630-1800 KJ/kg 1630-1800 KJ/kg ；实际热耗：实际热耗：3400-7500KJ/kg3400-7500KJ/kg%100实际热耗理论热耗热效率碳酸钙分解吸热量最大碳酸钙分解吸热量最大熟料冷却放热量最大熟料冷却放热量最大n二、熟料热耗（二、熟料热耗（实际热耗）n1 1、生产方法与窑型；、生产方法与窑型；（干、湿）（干、湿）

13、n2 2、废气余热的利用；、废气余热的利用；n3 3、生料组成（、生料组成（矿渣代替部分石灰石、石灰矿渣代替部分石灰石、石灰）、细）、细度及生料易烧性；度及生料易烧性；n4 4、燃料的燃烧情况；、燃料的燃烧情况；（不完全燃烧）（不完全燃烧）n5 5、窑体的散热损失、窑体的散热损失（保温）（保温）；n6 6、矿体剂及微量元素的作用。、矿体剂及微量元素的作用。n（二）、影响熟料热耗的因素一、氟化钙一、氟化钙n在生产高KH熟料和白水泥时，为改善生料易烧性，或提高熟料质量、降低能耗，有时需要加入矿化剂。n矿化剂种类 碱金属或碱土金属的氟盐以及氟硅酸盐 5.3 微量元素和矿化剂对熟料煅烧对熟料煅烧和质量

14、的影响和质量的影响1. 1. 加速加速CaCOCaCO3 3分解；加速碱性长石、云母的分解过程；分解；加速碱性长石、云母的分解过程；加速碱的氧化物的挥发；促进结晶氧化硅的加速碱的氧化物的挥发；促进结晶氧化硅的Si-OSi-O键的断键的断裂，促进固相反应。裂，促进固相反应。反应生成反应生成SiFSiF4 4和和CaFCaF2 2的在高温，蒸汽作用下分解生成活的在高温，蒸汽作用下分解生成活性的性的SiOSiO2 2，CaOCaO。2223242222242COOHCaFCaCOHFOHSiFSiOHFHFCaOOHCaF2. 2. 降低液相出现的温度和粘度，促进降低液相出现的温度和粘度，促进C C

15、3 3S S形成形成n加入氟化钙，加入氟化钙，1%3%，烧成温度下降，烧成温度下降50100。n生成生成氟硅酸钙氟硅酸钙、氟铝酸钙氟铝酸钙（C C11 11A A7 7CaFCaF2 2）等中间化合物。等中间化合物。液相含氟固溶体)(333)(32224311752323113022221040222295085022FSCCaFSCCaFSCCaFCaOSCCaFSCCaFSCCaFSCCaFSiOCaO 二、氟化钙的矿化作用二、硫化物二、硫化物n氧化气氛氧化气氛 SOSO3 3CaSOCaSO4 4 n预热器结皮堵塞预热器结皮堵塞nSOSO3 3有利于降低液相粘度，增加液相量，有利于有利于

16、降低液相粘度，增加液相量，有利于C C3 3S S的形的形成成n形成形成C C2 2S SCaSOCaSO4 4， 4CaO4CaO3Al3Al2 2OO3 3SOSO3 3n无水硫铝酸钙早强，适量有利无水硫铝酸钙早强，适量有利1050形成，形成，1400 分解分解SAC34三、三、 复合矿化剂复合矿化剂n石膏和萤石复合矿化剂（石膏和萤石复合矿化剂（氟硅酸钙氟硅酸钙，硫硅酸钙硫硅酸钙，氟硫硅氟硫硅酸钙酸钙；低温烧成低温烧成，高温烧成高温烧成） n重晶石和萤石（重晶石和萤石（BaOBaO可提高水泥早期和后期强度）可提高水泥早期和后期强度）n氧化锌及其复合矿化剂（阻止氧化锌及其复合矿化剂（阻止C

17、C2 2S S转化、促进转化、促进C C3 3S S形成，形成，提高水泥早期强度、降低水泥需水量。过多会影响水泥提高水泥早期强度、降低水泥需水量。过多会影响水泥凝结核强度。）凝结核强度。）n由原、燃料带入的伴生组分。n结皮堵塞n降低最低共熔温度，降低熟料烧成温度，增加液相量，起助熔作用。n含碱过多，除了生成硫酸碱，多余的碱取代CaO形成含碱化合物，析出CaO，使C2S难以形成C3S，并增加游离氧化钙含量。n形成硫酸碱，可缓和碱的不利影响n碱与硫酸钙形成钾石膏（K2SO4CaSO4H2O），使水泥库结块，水泥快凝。n碱集料反应四、四、 碱碱n限制原燃料中碱、氯、硫的含量；限制原燃料中碱、氯、硫的含量；n新型干法水泥生产：新型干法水泥生产：n生料中：生料中：K K2 2O+NaO+Na2 2OO1.0%1.0%nClCl- - 0.015%0.020%0.015%0.020%n生料和燃料的硫碱比要生料和燃料的