水泥工艺知识培训讲义

水泥工艺知识讲座怀宁海螺生产安全处2010年目录第二部分：水泥工业发展史及现代水泥工艺的特点第三部分：水泥工业生产工艺流程示意图第一部分：水泥生产基本概念第一部分水泥生产基本概念2、水泥定义、分类及用途3、熟料的化学组成5、硅酸盐水泥的生产方法

1、胶凝材料知识4、熟料的矿物组成1、胶凝材料知识1.1胶凝材料定义1.2胶凝材料的分类1.3胶凝材料发展简史1.5水泥的发明和发展1.6多品种水泥时期1.4胶凝材料用途举例在物理、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。1.1胶凝材料定义回目录拌水后只能在空气

中硬化不能在水中硬化无机胶凝材料气硬性胶凝材料（如：石灰、石膏）水硬性胶凝料（如：水泥

）拌水后既能在空气

中硬化又能在水中硬化有机胶凝材料（如：沥青、各种树脂

）1.2胶凝材料的分类回目录石膏-石灰时期：公元前2000-3000年石灰-火山灰时期：公元初

天然水泥时期：18世纪后期现代水泥时期：19世纪初开始泥巴墙金字塔灯塔长江大桥

长城1.3胶凝材料发展简史

天然粘土时期：新石器时代（4000—10000年前）

回目录现代建筑长城南京城墙1.4胶凝材料用途举例回目录1.5水泥的发明和发展水泥的发明时期（也称硅酸盐水泥时期）

19世纪初（1810～1824年），用人工配合粘土与石灰石经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。

1824年，英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块（熟料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制成人工石，并具有较高强度，其外观与当时建筑上常用的英国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水泥”（PortlandCement），并于1824年10月21日首先获得该产品的专利权。水泥熟料外观与当时建筑上常用的英国波特兰岛上的岩石相似，故称之“波特兰水泥”（PortlandCement）回目录随着现代工业的发展，到20世纪初，仅仅有硅酸盐水泥、石灰、石膏等几种胶凝材料已远远不能满足重要工程建设的需要。生产和发展多品种多用途的水泥是市场的客观需求，如铝酸盐水泥、快硬水泥、抗硫酸盐水泥、低热水泥以及油井水泥等等。1.6多品种水泥时期回目录2、水泥定义、分类及用途2.1水泥的定义2.2水泥的分类2.4水泥的用途2.3.1硅酸盐水泥熟料2.3.2混合材料2.3.3石膏2.3硅酸盐系列水泥定义2.1水泥定义水泥——是指细磨成粉末状，加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气中硬化的粉状水硬性胶凝材料。简言之，水泥是一种水硬性胶凝材料。回目录通用水泥

专用水泥

特性水泥

按水泥的组成分硅酸盐水泥系列（简称硅酸盐水泥）硫铝酸盐水泥系列氟铝酸盐水泥系列铝酸盐水泥系列铁铝酸盐水泥系列其他2.2水泥的分类按其用途和性能分回目录2.3硅酸盐系列水泥定义硅酸盐水泥:凡由硅酸盐水泥熟料、0~5％石灰石或粒化高炉矿渣、适量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）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥重量5％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。普通硅酸盐水泥:凡由硅酸盐水泥熟料、5％~20％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，最大掺量不得超过20％，其中允许用不超过水泥重量５％的窑灰或不超过水泥重量8％的非活性混合材料来代替。

复合硅酸盐水泥:凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥）。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于20％，不超过50％。水泥中允许用不超过8％的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。矿渣硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称故渣水泥），代号P·S。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按重量百分比计为20％~50％，称为P·S·A

；水泥中粒化高炉矿渣掺加量按重量百分比计为50％~70％，称为称为P·S·B。其中允许用不超过水泥重量8％的符合规定标准的窑灰、活性混合材或非活性混合材料来代替。

火山灰硅酸盐水泥:凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号P·P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按重量百分比计为20％~40％。粉煤灰硅酸盐水泥定义:凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号P·F。水泥中粉煤灰掺加量按重量百分比计为20％~40％。回目录熟料2.2.1硅酸盐水泥熟料即国际上的波特兰水泥熟料，简称水泥熟料。是一种由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料按适当比例配合磨成细粉（生料）烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水硬性胶凝物质。回原文回目录2.2.2混合材料混合材料是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以改善水泥性能、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物质材料，如粒化高炉矿渣、石灰石等。粒化高炉矿渣是高炉冶炼生铁所得以硅酸钙和铝酸钙为主要成分的熔融物经淬冷成粒后的产品。石灰石为水泥工业原料，在水泥中掺入少量石灰石可以起到混合材料的作用。

混合材料回原文回目录2.2.3石膏石膏是用作调节水泥凝结时间的组分，是缓凝剂。适量石膏可以延缓水泥的凝结时间，使建筑施工中的搅拌、运输、振捣、砌筑等工序得以顺利进行；同时适量的石膏也可以提高水泥的强度。回原文回目录2.4水泥的用途建筑：房屋桥梁道路大坝涵洞

石油：固井

地矿：固矿井

医药：假牙人造骨骼

其它：桥东方明珠塔美国世贸大厦水泥管水泥喷浆作业水泥空心砖

BGR型水泥壳电阻器腹膜水泥膜板水泥刨花板水泥井盖水泥花瓶水泥花瓶回目录◆主要化学成分与含量主要氧化物：CaOSiO2Al2O3Fe2O3

其总和通常占熟料总量的95%以上。其它氧化物：如MgOSO3Na2OK2OTiO2P2O5等，其总量通常占熟料的5%以下。3、熟料的化学组成◆主要化学成分要求实际生产中，硅酸盐水泥中个主要氧化物含量的波动范围一般为：

CaO62%～67%SiO220%～24%Al2O34%～7%Fe2O32.5%～6%

我公司生产情况是：提供CaO的主要原料是石灰石，提供SiO2的主要原料是砂岩，提供Al2O3主要原料是砂岩、磁铁土，提供Fe2O3的主要原料是磁铁土。回目录磁铁土高硅砂岩低硅砂岩石灰石4、熟料的矿物组成4.1熟料矿物含量范围4.2熟料的物理性能要求4.3化学组成和矿物组成间的关系4.4熟料矿物的特性4.5熟料矿物的其他成分硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小的人造石。通常为30～60μm。

主要矿物：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简写成C3S）

硅酸二钙（2CaO·SiO2，简写成C2S）

铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简写成C3A）

铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写成C4AF）硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物，约占75%左右。铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物，约占22%左右。硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。熟料的矿物组成及岩相结构其次矿物：游离氧化钙（f-CaO）方镁石（结晶MgO）玻璃体熟料类别C3SC2SC3AC4AF回转窑熟料立窑熟料新型干法窑熟料国内重点企业熟料国外水泥企业熟料45～6538～6053545715～3220～332420204～114～787810～1813～201014104.1熟料矿物含量范围（%）回目录4.2熟料的物理性能要求硅酸盐水泥熟料物理性能的检验，是通过将水泥熟料在Φ500ｍｍ×500ｍｍ标准小磨中与二水石膏一起磨细至表面积350m2/kg，80m方孔筛筛余≤4%制成P.Ⅰ型硅酸盐水泥后来进行的。回目录主要物理控制指标有：

凝结时间

安定性

强度

4.3化学成分与矿物组成间的关系熟料中的主要矿物均由各主要氧化物经高温煅烧化合而成，熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获得优质水泥水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可以推测出熟料中各矿物的相对含量高低。（1）CaO

（2）SiO2

（3）Al2O3

（4）Fe2O3

（5）其他少量氧化物和微量元素回目录4.4熟料矿物的特性◆硅酸三钙

存在形式：纯C3S只在2065℃~1250℃温度范围内稳定，在2065℃以上不一致熔融为CaO

与液相；在1250℃以下分解为C2S和CaO。

调整纯C3S具有同质多晶现象,熟料中C3S不纯，总是与少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。在反光显微镜下为黑色多角形颗粒，又称阿利特（Alite），简称A矿。

矿物水化特性：水化较快，水化反应主要在28d以内进行，约经一年后水化过程基本结束。早期强度高，强度的绝对值和增进率较大。其28d强度可达到一年强度的70%～80%。水化热较高；抗水性较差。◆硅酸二钙

多晶转变纯C2S在1450℃以下有同质多晶现象。其中：γ-C2S的密度为2.97g/cm3，β-C2S的密度为3.28g/cm3，故发生β→γ转变时，伴随着体积膨胀10%，结果是熟料崩溃，生产中称之为粉化。而γ-C2S几乎无水硬性。

矿物特性熟料中硅酸二钙通常固溶有少量氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，称贝利特（Belite），简称B矿。在反光显微镜下呈圆粒状，常具有黑白交叉双晶条纹。

水化特性水化反应比C3S慢的多，28d只水化20%左右，凝结硬化慢；早期强度低，但28d后强度仍能较快增长，一年后其强度可赶超阿利特；水化热小；抗水性好。◆铝酸三钙

矿物特性

C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A矿与B矿中间，又称黑色中间相。

水化特性水化迅速，凝结较快，如不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝；早期强度较高，但绝对值不高，其强度3d之内大部分发挥出来，以后几乎不增长，甚至倒缩；水化热高；干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸盐性能差。◆铁铝酸四钙

矿物特性铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶体。通常固溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，又称才利特（Celite）或C矿。在反光镜下其反射能力强，呈亮白色，并填充在A矿与B矿之间，也称白色中间相。

水化特性水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙；早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙；水化热较铝酸三钙低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。回目录4.5熟料矿物的其它成分◆玻璃体

形成

部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体

主要成分Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O

含量取决于液相量及冷却条件

性能不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟料性能与易磨性。

◆游离氧化钙（f-CaO）

定义是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态存在的氧化钙。种类产生原因特点对水泥安定的影响性欠烧f-CaO

熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在1100～1200℃低温下形成结构疏松多孔不大一次f-CaO

因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未与S、A、F反应而残留的CaO呈“死烧状态”，结构致密大二次f-CaO

熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形成的经过高温，水化较慢较大

游离氧化钙的种类及其对安定性的影响◆方镁石（MgO）指游离状态的氧化镁晶体。

产生一部分氧化镁存在于玻璃体中，一部分结晶呈游离状态。当熟料快冷时，结晶细小，慢冷时晶体发育较大，结构致密。

危害方镁石与水反应速度很慢，几个月甚至几年才明显反映出来。水化生成Mg(OH)2时，体积膨胀148%，在水泥石内产生应力，轻者会降低水泥制品强度，重者会造成水泥制品破坏。方镁石含量越多，晶体尺寸越大，引起的破坏越严重，因此，应限制其含量及晶体尺寸。熟料冷却速度越快，方镁石晶体越小，含量越少。回目录生料SiO2CaOAl2O3Fe2O3熟料水泥石膏混合材水泥生产原理5、硅酸盐水泥的生产方法

硅酸盐水泥的生产分为三个阶段：1．生料制备：石灰质原料、粘土质原料及少量的校正材料经破碎后按一定的比例配合、细磨，并经均化调配为成分合适、分布均匀的生料。2.熟料锻烧：将生料在水泥工业窑内缎烧至部分熔融，经冷却后得到以硅酸盐矿物为主要成分的熟料的过程。3.水泥的制成：将熟料、石膏，有时加入适量混合材共同磨细成水泥的过程。以上三个阶段可以简称为“两磨一烧”。

生料制备

熟料煅烧

水泥制成按生料制备的方法分为：湿法、干法按煅烧熟料窑的结构分为：回转窑；立窑(1)湿法生料浆水分占32%~40%左右。生料浆脱水烘干后破碎，入窑煅烧，称之为半湿法。(2)干法生料粉调配均匀并加入适量水，制成料球喂入立窑或立波尔窑内煅烧称为半干法，料球含水12%～15%。

湿法干法回转窑立窑湿法回转窑生产工艺流程与特点A.熟料质量较好且均匀B.粉尘飞扬少

c.熟料单位热耗高现代立窑水泥生产的基本特征现代立窑水泥应有的八项指标是：ａ.企业规模：年产水泥30万吨以上。ｂ.技术装备:自动化控制及计算机管理。ｃ.产品质量:42.5等级水泥。ｄ.均匀稳定：水泥质量均匀性不大于1.1R。

ｅ.环境保护：达到国家标准。ｆ.能耗指标：热耗3762kj/kg以下，综合电耗80（kw.h）/t以下。ｇ.全员实物劳动生产率：1000t/(人.年)以上。ｈ.企业管理：通过ISO9001质量管理体系认证。

新型干法水泥生产技术特征（1）优质（2）低耗：热耗3000kJ/kg以下，水泥单位电耗90～110kWh/t以下。（3）高效：单位容积产量达110～270kg/m2，劳动生产率达1000～4000t/年·人。（4）环保（5）装备大型化：单机生产能力达10000t/d（6）生产控制自动化（7）管理科学化（8）投资大建设周期较长

回目录第二部分水泥工业发展史及现代水泥工艺特点2、现代水泥工艺特点3、我国新型干法水泥生产技术现状1、水泥工业发展历程水泥作为工业性产品的实际应用，至今已有160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。1、水泥工业发展历程蛋窑遗址回转窑土立窑1825年—1877年1825年人类用间歇式的土立窑煅烧水泥熟料1877年—1905年1887年用回转窑烧制水泥熟料获得专利权湿法回转窑机械化立窑1905年—1910年1905年发明了湿法回转窑1910年—1928年1910年立窑实现了机械化连续生产，发明了机立窑

1928年—1950年1928年德国发明了立波尔窑；使窑的产量明显提高，热耗降低较多

1950年—1971年1950年悬浮预热器窑的发明，更使熟料热耗大幅度降低；熟料冷却设备也有了较大发展，其他的水泥制造设备也不断更新换代

1971年开发了水泥窑外分解技术，从而带来了水泥生产技术的重大突破，揭开了现代水泥工业的新篇章

立窑水泥生产线湿法长窑水泥生产线立波尔窑水泥生产线新型干法窑水泥生产线回目录2、现代水泥工艺特点

以预分解窑为代表的新型干法水泥生产技术是国际公认的代表当代技术发展水平的水泥生产方法。具有生产能力大、自动化程度高、产品质量高、能耗低、有害物排放量低、工业废弃物利用量大等系列优点。新型干法水泥生产技术的内容包括：原料矿山计算机控制开采、原料预均化、生料均化、新型节能粉磨、高效低阻预热器和分解炉、新型篦冷机、计算机自动化控制技术等，使水泥生产具有高效、优质、节能、资源利用符合环保和可持续发展的要求。

1、设备大型化：回转窑单机达12000t/d；生料粉磨辊式磨最大达800t/h。2、能耗低、资源综合利用率高：熟料热耗低于2827kJ/kg（7000kcal/kg，吨熟料标准煤耗100kg/t）

；吨水泥综合电耗已降低到90kWh/t以下；余热、替代原燃材料的利用、有害有毒废物利用，使产品成本进一步降低，扩大了资源的有效利用。3、自动化程度高：生产过程控制（各种专家系统）、产品质量的全方位控制、生产销售的网络化管理，工厂资本运作达到最佳化。4、环境效应：水泥工业进一步与环境相容，不但降低粉尘的排放，而且采用新技术使气体中CO2、NOx、SO2的排放量达到最小。21世纪环保目标做到“三零一负”，即在水泥生产过程中实现对环境的零污染：对电能和天然矿物的零消耗；对废渣废料的零排放，最大限度减轻社会环境负荷；治理和循环利用部分有毒、有害废弃物和城市垃圾等作为二次原燃料，实现水泥工业可持续发展。回目录1、原料预均化技术：矿山设计采用矿化模拟系统（CQMS）；设置具有良好均化效果的原燃材料预均化堆场（圆形直径110m、矩形跨度50m）；配置计量精确的块状和粉状物料计量装置；采用高均化效果、低耗电和高卸空率的生料均化库（H值8以上，电耗约0.25kW.h/t,卸空率≥98%)。3、我国新型干法水泥生产技术现状2、预分解窑节能煅烧工艺和技术装备：开发了系统压损在4000-4800Pa的高效、低压损的五级旋风预热器系统

；开发出实用可靠的适合于燃料特点特性的煅烧技术和装备，为资源综合利用和降低运行成本创造了条件；开发并推广了第三代TC系列空气梁熟料篦冷机，熟料冷却风量降至1.6m3-1.8m3，热回收率74%以上；开发了可适应不同性能燃料（包括无烟煤）燃烧的燃烧器系列；改进了预热器内筒、锁风阀、耐火材料等，确保了熟料煅烧系统的可靠性和热耗降低。3、节能粉磨技术及装备：开发出台产从80-1800t/h的不同形式的石灰石单段破碎机、适合于粘性物料破碎的齿辊式破碎机，台产350-400t/h；原料烘干粉磨系统采用带组合高效选粉机的钢球磨（管磨）系统、新一代辊式磨采用先进液压装置及外循环设计；水泥粉磨系统采用由高效笼型选粉机、高效布袋收尘器和管磨机组成的水泥粉磨系统，高效笼型选粉机选粉效率≥80%，高效布袋收尘器进口含尘800g/m3条件下净化气体含尘≤50mg/m3，最近投入运行的系统能力最大达40-100t/h，且辊压机系统日渐成熟，与管磨系统相比粉磨电耗可降低25%。

4、自动化控制技术：广泛采用计算机控制技术、通讯技术和图形显示技术，采用分散控制、集中管理的集散型控制系统（DCS），并开发运用了工厂生产管理信息系统（PMIS）。

5、环境保护：新兴水泥工业生产过程中基本达到无污染和生态友好型工业，粉尘排放远低于国家标准允许排放限度，有害气体（NOx、SO2、CO2）排放也得到有效控制。回目录第三部分水泥生产工艺流程简介工艺流程动画演示原料破碎原料预均化原料配料生料粉磨生料均化熟料储存废气处理混合材破碎熟料煅烧煤粉计量煤粉制备煤预均化石膏破碎水泥粉磨水泥配料水泥储存水泥包装水泥散装熟料散装散装计量空压机站中心化验室成品储存生产工艺流程新型干法水泥生产工艺流程图占用大家时间,谢谢回首页铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥常为黄或褐色，也有呈灰色的。铝酸盐水泥的主要矿物成为铝酸一钙（CaO•Al2O3，简写CA）及其他的铝酸盐，以及少量的硅酸二钙（2CaO•SiO2）等。铝酸盐水泥凝结硬化速度快。1d强度可达最高强度的80%以上，主要用于工期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等。铝酸盐水泥水化热大，且放热量集中。1d内放出的水化热为总量的70%～80%，使混凝土内部温度上升较高，即使在－10℃下施工，铝酸盐水泥也能很快凝结硬化，可用于冬季施工的工程。铝酸盐水泥在普通硬化条件下，由于水泥石中不含铝酸三钙和氢氧化钙，且密实度较大，因此具有很强的抗硫酸盐腐蚀作用。铝酸盐水泥具有较高的耐热性。如采用耐火粗细骨料（如铬铁矿等）可制成使用温度达1300～1400℃的耐热混凝土。但铝酸盐水泥的长期强度及其他性能有降低的趋势，长期强度约降低40%～50%左右，因此铝酸盐水泥不宜用于长期承重的结构及处在高温高湿环境的工程中，它只适用于紧急军事工程（筑路、桥）、抢修工程（堵漏