水泥材料学熟料形成

关于水泥材料学熟料形成第2页,共30页，2024年2月25日，星期天3.2硅酸盐水泥熟料的形成过程第3页,共30页，2024年2月25日，星期天原料预均化生料配料及粉磨生料均化水泥制备过程水泥——水泥熟料——水泥生料——水泥原料高温煅烧+适量石膏+混合材粉磨两磨一烧第4页,共30页，2024年2月25日，星期天熟料形成过程中的物理化学变化干燥与脱水（预热）碳酸盐分解固相反应液相烧结熟料冷却第5页,共30页，2024年2月25日，星期天湿法回转窑内水泥熟料形成过程窑尾窑头温度由低到高第6页,共30页，2024年2月25日，星期天回转窑内熟料矿物形成过程窑尾窑头第7页,共30页，2024年2月25日，星期天新型干法短窑内熟料形成过程窑头第8页,共30页，2024年2月25日，星期天熟料形成过程中的物理化学变化干燥脱水及生料预热600℃以下干燥：自由水蒸发不同生产方法的生料含水量不同脱水：结晶水放出分解:Al2O3．2SiO2﹒2H2OAl2O3．2SiO2+2H2OAl2O3．2SiO2Al2O3+2SiO2

第9页,共30页，2024年2月25日，星期天熟料形成过程中的物理化学变化碳酸盐分解:600℃以上CaCO3=CaO+CO2-1645J/g(吸热)MgCO3=O+CO2-(1047-1214)J/g(吸热)碳酸盐约在700℃左右开始分解,900℃左右分解速度加快,1100-1200℃分解极为迅速.温度增加50℃,分解时间可缩短50%天然石灰石分解温度低于碳酸盐的理论分解温度(见下图)第10页,共30页，2024年2月25日，星期天石灰石分解温度第11页,共30页，2024年2月25日，星期天石灰石分解温度

石灰石分解过程温度厂名温度（℃）启始分解反应极大结束分解三友697860903新绛694892938冀东715823845宁国706817832柳州720835846江西713822843淮海690840870珠江670825845云浮690845875第12页,共30页，2024年2月25日，星期天CaCO3分解过程模型1.气流向颗粒表面传热(物理)2.热量由表面以传导方式向分解面传递(物理)3.CaCO3吸热分解放出CO2(化学)4.CO2穿过CaO层向表面扩散的传质过程(物理)5.表面的CO2向周围气流扩散(物理)第13页,共30页，2024年2月25日，星期天影响CaCO3分解速度的因素分解由5个过程中最慢的一个过程决定,所有影响传热和化学反应的因素均会影CaCO3的分解速度。——温度——CO2分压——生料粒度——生料悬浮分散程度——原材料自身特性第14页,共30页，2024年2月25日，星期天固相反应特点：发生在固相之间的反应首先在界面上反应，然后扩散到内部条件：合适的温度压力、反应物间均匀混合、颗粒紧密接触在水泥熟料矿物形成过程中，在CaO和SiO2、Al2O3、Fe2O3之间发生的反应，主要生成C2S、C3A、C4AF第15页,共30页，2024年2月25日，星期天固相反应800℃CaO+Al2O3CaO﹒Al2O3CaO+Fe2O3CaO﹒Fe2O3CaO﹒Fe2O3+CaO2CaO﹒Fe2O32CaO+SiO22CaO﹒SiO2第16页,共30页，2024年2月25日，星期天固相反应800—900℃7（CaO﹒Al2O3）+5CaO12CaO﹒7Al2O3900—1000℃12CaO﹒7Al2O3+9CaO7（3CaO﹒Al2O3）2CaO+7（2CaO﹒Fe2O3）+12CaO﹒7Al2O37（4CaO﹒Al2O3﹒Fe2O3）1100—1200℃大量形成C3A、C4AF、C2S第17页,共30页，2024年2月25日，星期天影响固相反应的因素——反应温度——生料颗粒细度——生料成分的均匀性第18页,共30页，2024年2月25日，星期天液相烧结温度范围：1300℃—1450℃—1300℃形成矿物:C3S2CaO﹒SiO2+CaO3CaO﹒SiO2(在液相中)第19页,共30页，2024年2月25日，星期天影响C3S形成的因素1.最低共熔温度物料在加热过程中,有两种或两种以上的组分相互作用,开始出现液相的温度,称为最低共熔温度。微量组分及杂质的存在降低最低共熔温度。硅酸盐水泥熟料的最低共熔温度约为1250℃。第20页,共30页，2024年2月25日，星期天组成与最低共熔温度的关系组成最低共熔温度（℃）组成最低共熔温度（℃）C3S—C2S—C3A1455C3S—C2S—C3A—C4AF1338C3S—C2S—C3A—Na2O1430C3S—C2S—C3A—Na2O—Fe2O31315C3S—C2S—C3A—MgO1375C3S—C2S—C3A—Fe2O3—Fe2O31300C3S—C2S—C3A—Na2O—MgO1365C3S—C2S—C3A—Na2O—MgO—Fe2O31280第21页,共30页，2024年2月25日，星期天影响C3S形成的因素2.液相量与生料组成（SM、IM）和煅烧温度有关，温度升高，液相量增加；生料（或熟料）组成中Fe2O3+Al2O3含量增加，液相量增多；同时还与Al2O3、Fe2O3比值有关。第22页,共30页，2024年2月25日，星期天熟料中液相量与铝氧率关系温度IM2.01.250.641338℃18.321.10C3S—C2S—C3A—C4AF界面处23.5（1365℃）22.2（1339℃）20.2（1348℃）1400℃24.323.622.41500℃24.824.022.9第23页,共30页，2024年2月25日，星期天影响C3S形成的因素:液相黏度3.液相黏度—影响C2S和CaO分子的扩散速度，从而影响C3S的形成。与组成和温度有关（见图）第24页,共30页，2024年2月25日，星期天影响C3S形成的因素4.液相表面张力液相表面张力减小，容易润湿生料颗粒，有利于固液相反应的进行，促进C3S生成。少量组分或微量组分（MgO、R2O、SO3）等物质的存在，会降低液相表面张力，促进熟料烧结。第25页,共30页，2024年2月25日，星期天液相表面张力、密度和温度的关系第26页,共30页，2024年2月25日，星期天影响C3S形成的因素5.CaO的溶解速率与温度和颗粒粒径有关(见表)温度（℃）溶解时间（min）0.1mm0.05mm0.025mm0.01mm134011559251213752814641400155.531.5145052.310.515001.81.7——第27页,共30页，2024年2月25日，星期天熟料冷却冷却的作用回收熟料带走的热量，预热