水泥基础知识

1、培 训 教 程,HuaxinCem,Speaker: 徐 莉,水泥生产基础知识,水泥的定义,凡在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其它物料而具有一定机械强度的物质，称为胶凝材料，分为无机和有机两种。,水泥生产基础知识,水泥的定义,水泥：凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中又能在水中硬化的能将砂、石或者纤维等牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料.,水泥生产基础知识,胶凝材料的发展过程,*4000年前新石器时代，人们开始用粘土掺入稻草、壳皮等挖穴建室。 *2000-3000年前开始用煅烧所得的石膏或者是石灰来调制砌筑砂浆：万里长城、金字塔等。 *公元初用火山灰和石灰的

2、混合料。 *18世纪后半期将含有适量粘土的粘土质石灰石煅烧后制成水硬性石灰，后用天然水泥岩煅烧磨细得到天然水泥。 *1810-1825年开始生产硅酸盐水泥，1824年阿斯普丁获得专利。 *20世纪初出现快硬、抗硫酸盐、低热及油井水泥，现在比较品种齐全，有高铝、硫铝酸盐、氟铝酸盐、铁铝酸盐等水泥。,水泥生产基础知识,水泥的分类,按用途和性能分： 按照组成分：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和少熟料或者无熟料水泥,水泥生产基础知识,水泥的用途,水泥是建筑工业的三大基本材料之一，使用广，用量大，称为“建筑工业的粮食”。水泥生产虽然需要较多的能源，但是它与砂、石等集料所

3、制成的混凝土则是一种低能耗新型建筑材料。其单位能耗是钢材的1/5-1/6，铝合金的1/25，比红砖低35%，其优点如下： 水泥浆有很好的可塑性，可与砂、石拌和。 适应性强，可在海上、地下、深水、严寒、干热的地区均可使用。 硬化后可获得较高强度，改变水泥的组成，可以适当调节其性能，满足不同的需要。 可以制成水泥基复合材料，不会生锈、腐烂和老化。,水泥生产基础知识,我国水泥工业的发展过程,1889年河北启新水泥厂开始起步，随后有大连、上海、中国、广州等水泥厂，至解放前水泥工业发展十分缓慢，最高的1942年水泥年产量仅为229万吨，且只能生产普通和矿渣水泥等2-3个品种。 50年代中期开始试制湿法回

4、转窑和半干法立波尔窑成套设备，迈出我国水泥生产技术发展的重要一步。 50-60年代，我国又自行了预热器窑的试验，70年代开始研究预分解窑，并陆续建成了几条立筒预热器和旋风预热器窑生产线和预分解窑生产线。从1978年起，在冀东、淮海、宁国、柳州等相继从国外引进了一批日产2000-4000。 预分解窑干法生产成套设备引进，不仅增加了水泥产量，而且迅速提高了我国的新型干法技术水平。 1986年我国自行开发设计的日产2000吨熟料窑外分解生产线在江西建成投产。,水泥生产基础知识,我国水泥工业的发展过程,建国以来我国在水泥生产技术方面取得了较大成绩，在基础理论研究等方面也取得了比较大的进展。与国际先进水

5、平相比，水泥产量多年来稳居世界第一，但人均产量较低，设备落后、能耗高的湿法工艺及立窑水泥仍然占主要比例，生产成本高、质量不稳定，环境污染严重。到2000年，我国共有水泥企业7000多家，实际产量5.97亿吨，回转窑生产水泥1.2亿吨，而新型干法窑水泥只有6000万吨。日产2000吨以上熟料生产线45条（4000T/D以上11条） 要依靠技术进步来加速发展水泥工业，因地制宜地采用新技术，减少能耗，提高产量，降低成本，改善环境，增加产量，不断提高经济效益。,水泥生产基础知识,干法水泥生产的发展过程,1824年英国发明水泥的生产方法 1885年水泥回转窑诞生 1910年立窑首先机械化连续生产 192

6、8年立波尔窑出现 1950年悬浮预热器窑发明 1971年窑外分解窑正式投入运行,水泥生产基础知识,干法水泥生产的定义,窑外分解技术是指将碳酸盐分解过程从窑内移到窑外的煅烧技术，通常我们所说的新型干法就是以窑外分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产如原料预均化、生料气力均化、烘干粉磨、各种新型耐热耐磨耐火材料以及电子计算机、自控技术等等广泛应用于水泥生产中，使水泥生产具有高效、优质、低耗、符合环保要求和大型化、自动化特征的现代化水泥生产方法。,水泥生产基础知识,干法生产工艺的特点,1）水泥装备大型化 当前国际上已经出现了10000吨/日的水泥熟料烧成系统。600吨/小时的生料辊式磨正在制造。与

7、这些主机相配套的其他工艺环节的机械装备（如大型破碎机，预均化设备，输送设备，收尘设备等）也要相应进行大型化和现代化，以简化流程，提高效率。由于水泥装备大型化的成果，使得水泥企业规模不断扩大，形成年产达数百万吨乃至1000万吨成为可能，从而大大提高了水泥生产效率。,水泥生产基础知识,干法生产工艺的特点,2）生产工艺节能化 预热器 在不增加总的预热器压力损失的前提下采用6级旋风预热器使系统热耗降低到3000KJ/Kg熟料以下，热效率提高60%。 分解炉（DK4.318M、Ek8.026M） 改进结构或者采取各种措施提高生料在炉中的停留时间，确保燃料在炉中的充分燃烧，以便在不提高炉温的前提下，提高入

8、窑物料分解率。 回转窑（DK3.9556M、Ek4.7474M） 为了减轻窑体重量，简化结构，两支撑长径比达11左右的短窑已经在工业生产中显示出优越性。一种取消大点圈转动的由托辊支持点直接进行传动的窑已经问世，从而使窑运行更平稳，耐火砖的使用寿命更长。,水泥生产基础知识,干法生产工艺的特点,喷煤管 为了适应低性能的燃烧条件，各国竞相开发新型的多通道燃烧器（窑头和分解炉）以进一步强化和控制煅烧。 冷却机 “可控气流”式的第三代篦式冷却机的研制和应用是新型干法烧成工艺上的最重要成就。它全面考虑了料层纵向、横向的阻力和料温的分布规律，在纵横两向将篦床划分为足够小的区域，并有针对性地分配适量的冷却风，

9、实现以最少的冷却风高效冷却一定量的熟料并高效回收热量的目的。 低温发电 从预热器和冷却机中排出的废气中（一般为1200KJ/Kg熟料），利用中、低温余热发电技术，变成二次能源加以利用，发电30kwh/t熟料以上。,水泥生产基础知识,干法生产工艺的特点,水泥磨 采用料间挤压粉磨技术，逐步取代直至完全取代球磨机已经成为必然的趋势。为配合辊压机在粉磨家族中的应用，各国相继开发出集打散和选粉功能于一体的各种高级节能的新型选粉机，它可使生产效率提高，系统电耗进一步降低。 输送 由于机械输送装置性能的改善，使得对于粉状物料在长距离、高提升的一些场合用气力输送改为应用各种类型的机械提升机和皮带输送机成为可能

10、，从而降低了电耗 。,水泥生产基础知识,干法生产工艺的特点,3）操作管理自动化 全厂MIS系统的建立，大大提高了劳动生产率，提高了工厂的管理和经营水平。 4）环保措施生态化 随着世界经济为快速发展而造成的环境问题，以及人们对自身生存环境和条件要求的日益提高，世界各国均对水泥工业对环境的污染和有效的治理予以关注，投入大量的人力、物力和财力加以汇总而有效的解决。 利用水泥工艺自身可以大量处理其它工业产生的废料作为其可利用的原料、燃料的特点，积极进行废料的再加工和再利用的研制和开发工作。,水泥生产基础知识,2,3,5,4,9,8,7,6,11,10,水泥生产的质量控制点,1,水泥生产基础知识,硅酸盐

11、水泥熟料原料和燃料,第一节 石灰质原料 1、作用与用量 石灰质原料是水泥熟料生产时用量最多的一种主要原料，主要为水泥熟料提供氧化钙和部分二氧化硅。 在进行原料配料时，石灰质原料用量通常占原料总量的80%左右。华新公司目前的熟料年产量为280万吨，生产这些熟料每年需要耗用石灰质原料约400万吨。 2、质量要求 CaO48%; MgO3.0%; K2O+Na2O0.6%; SO31.05%; fSiO24.0% 3、原料种类 （1）天然石灰质原料 石灰石 泥灰岩 白垩 钙质料姜石 等 （2）人工石灰质原料 电石渣 糖滤泥 等,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥熟料原料和燃料,4、主要矿石品种介绍 （1）

12、石灰石-是一种石灰系化学与生物系化学的沉积岩，也称石灰岩。主要由方解石微粒组成。通常含有白云石、硅质及粘土质杂质。 形状、颜色、硬度（ 与其地质年代有关）、比重（ 2.62.8kg/dm3） 用作水泥原料的石灰石，不允许含有过多的白云石(MgO含量较高)和燧石(主要成分是SiO2，且大多为结晶的fSiO2) （2）泥灰岩-是石灰岩中的一种，是石灰岩和粘土质矿物的天然混合物。一般CaCO3含量为6080%。 石灰质原料用作水泥原料时，其质量要求为：CaO48.0%,MgO3.0%,K2O+Na2O0.6%,SO31.0%,f.SiO24.0%。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥原料和燃料,第二节 粘

13、土质原料 1、作用与用量 粘土质原料主要是为生产硅酸盐水泥熟料提供所需要的SiO2、Al2O3、Fe2O3。 通常情况下，配制一吨硅酸盐水泥生料，粘土质原料大约占10-17%；一吨熟料大致需要.03-.04吨粘土质原料。因此，粘土质原料也是硅酸盐水泥的主要原料之一。 2、质量要求 粘土质原料。一般要求SiO2含量大于60%以上；碱含量要求小于4.0%；对于立窑和立波尔窑，为便于成球，还要求粘土质原料的可塑性指数不小于12。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥熟料原料和燃料,3、原料种类：粘土类 黄土类 页岩类 4、主要矿石品种介绍 （1）粘土类 粘土是沉积岩中分布最广泛的一大类，它是沉积岩中碎屑与化

14、学岩之间的过度类型，多呈黄色和红色的极细颗粒。 粘土矿物主要是高龄土、水云母、蒙脱石； （2）黄土类 黄土包括黄土和黄土装亚黄土。黄土以风积成因为主，黄土状亚黄土以冲积成因为主。主要矿物是石英，其次是蒙脱石和拜来石。 （3）页岩类 页岩是陆相和海相或两相交积成岩，固结而成。主要矿物是粘土，其次是适石英、长石、云母、方解石。 颜色：一般有黄、灰黄等。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥熟料原料和燃料,第三节 校正原料及矿化剂 1、校正原料的定义 生产硅酸盐水泥，一般采用两种（石灰石、粘土）或三种原料（石灰石、粘土、铁粉）时，可能仍然会出现一种或两种成分不能满足硅酸盐水泥熟料化学成分上的要求，这时，就需

15、要采用一种或两种原料进行补充和校正，这种原料称为校正原料。 2、硅质校正原料： SiO2含量不足，不能满足硅酸盐水泥熟料化学成分上的要求时，可用含硅量较高的原料调整配料 。 3、铁质校正原料：在Fe2O3含量不足，不能满足硅酸盐水泥熟料化学成分上的要求时，可用含Fe2O3较高的原料调整配料 4、铝质校正原料： Al2O3含量不足，不能满足硅酸盐水泥熟料化学成分上的要求时，可用含Al2O3较高 的原料调整配料,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥熟料原料和燃料,5、矿化剂 （1）、作用与用量 为提高硅酸盐水泥生料的易烧性，提高产量和质量，降低熟料烧成煤耗，在配制硅酸盐水泥生料时，掺入1.0%左右的萤石或

16、萤石与石膏的复合物，均可起到降低熔点、加速熟料矿物形成的作用，这种物料成为矿化剂。 （2）原料种类与化学成分 萤石： CaF2 石膏: CaSO4,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥熟料原料和燃料,第四节 水泥工业用的燃料 1、作用与用量 水泥加工企业都是一些高能耗企业，水泥熟料的烧成需要耗用大量的燃料，一般水泥企业的燃料费用支出，大约占生产成本的20%左右。 不同设备的燃料消耗量见下表：,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥熟料原料和燃料,2、燃料种类 按其物理状态的不同，可分为固体燃料、液体燃料或和气体燃料三大类。我国水泥企业大多以煤炭为燃料，也有少量企业以液体或气体燃料作为燃料。 3、水泥回转窑用煤的

17、要求 a、热值：热值越高，越有利于提高水泥窑发热能力和煅烧温度。 b、挥发分：挥发分对火焰形状和长度影响较大，一般要求挥发分在1830%。 c、灰分：灰分为煤粉燃烧后的废渣。灰分大煤炭发热量就小，灰分在熟料煅烧时全部或部分进入熟料中，因此也会在一定程度上影响熟料成分。 d、水分：入窑煤粉以小于1.01.5%为宜。 e、细度：煤粉细度，以0.008毫米方孔筛筛余小于12%为宜。,水泥生产基础知识,混合材及石膏,为了增加水泥产量，节约能源，降低成本，改善和调节水泥的某些性能，综合利用工业废渣，减少环境污染，在磨制水泥时，可以掺加数量不超过国家标准规定的混合材。 1、 活性混合材料 凡天然的或人工制

18、成的矿物材料，磨成细粉，加水后其本身不硬化，但与石灰加水调合成泥状态，不仅能在空气中硬化，并能继续在水中硬化，这类材料成为活性混合材或水硬性混合材。 符合GB/T203的粒化高炉矿渣、符合GB/T1596的粉煤灰、符合GB/T2847的火山灰质混合材料。符合JC/T417的粒化精炼铬铁渣、符合JC/T454的粒化增钙液态渣等。,水泥生产基础知识,混合材及石膏,2、 非活性混合材料 又称填充性材料。其活性指标低于GB/T203、 GB/T1596、GB/T2847、JC/T417、JC/T454标准要求的粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料、粒化精炼铬铁渣、粒化增钙液态渣，符合JC/T417的

19、粒化炭素铬铁渣、符合JC/T418粒化高炉钛铁渣，石灰石和砂页岩以及新开辟的非活性混合材料。石灰石中的三氧化铝含量不得超过2.5%。,水泥生产基础知识,混合材及石膏,3、 石膏 石膏作为水泥的缓凝剂，用来调节水泥的凝结时间，适量的石膏还能改善水泥性能。国家标准分为两类： 天然石膏：符合GB/T5483规定的G类或A类二级（含）以上的石膏或硬石膏。 工业副产品：主要成分硫酸钙 必须进行试验证明对水泥性能无害。,水泥生产基础知识,混合材及石膏,为了保证水泥生产的连续性和有利于质量管理，要重视各种原、燃材料，半成品和成品的贮库建设，根据国家建筑材料工业局颁发的“旋窑水泥企业质量管理规程”要求，其库存

20、量不能低于如下规定： 石灰石：5天 粘土、混合材、燃料：10天 铁粉、石膏：20天 生料：2天 熟料：5天 水泥：7天,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,第一节 硅酸盐水泥熟料的组成 在水泥熟料中，氧化钙（CaO）、二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化铁（Fe2O3）、不是以单独的氧化物存在，而是以两种或者两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体，因此水泥熟料是一种多矿物组成的人造岩石。 在硅酸盐水泥熟料中主要存在以下4种矿物 硅酸三钙3CaOSiO2，简写为C3S 硅酸二钙2CaOSiO2，简写为C2S 铝酸三钙3CaOAl2O3，简写为C3A 铁铝酸四钙4CaOAl2

21、O3Fe2O3，简写为C4AF。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,另外还有少量的游离氧化钙（f-CaO），方镁石（结晶氧化镁），含碱矿物和玻璃体等。通常熟料中C3S和C2S含量在75%左右，称为硅酸盐矿物，C3A和C4AF占22%左右，它们在1250-1280会融成液相以促进C3S的形成，称为熔剂矿物。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,第二节 硅酸盐水泥熟料的化学成分 硅酸盐水泥熟料的化学成分主要由氧化钙（CaO）、氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化铁（Fe2O3）四种氧化物组成，总含量在95%以上。一般情况下它们的含量变化范围是CaO：62-67%，SiO

22、2：20-24%，Al2O3：4-7%，Fe2O3：2-6% 硅酸盐水泥熟料中主要矿物是由各主要氧化物经高温煅烧反应生成，因此各氧化物的含量对水泥的性能有极大影响。从氧化物的含量也可以大致推断水泥的性能。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,氧化钙：熟料中的最主要成分。含量过多，易产生过多的f-CaO，含量过低，生成的C3S太少，C2S相应增加，水泥强度不高。 氧化硅：也是熟料中的主要成分之一。与C3S和C2S的形成有关。 氧化铝：适量的氧化铝可以提高水泥的早期强度，含量过多时，C3A增多，凝结快，后期强度增进率低，煅烧时液相粘度大。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,氧化铁

23、：可以降低熟料烧成温度，如过高，易使水泥硬化慢，同时也易使煅烧过程中结大块。 氧化镁：有害成分之一。含量在2%时对熟料形成有好处。 碱（R2O=0.658K2O+Na2O）：熟料中含有微量的碱并不影响熟料性能。含量较多，易生成含碱矿物，影响熟料质量。在煅烧过程中易使窑内结圈。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,第三节 硅酸盐水泥熟料率值 石灰饱和系数（饱和比） 熟料中全部氧化硅生成硅酸钙所需的氧化钙含量与全部氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值，也就是熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成的程度。 KH=(CaO-1.65 Al2O3-0.35 Fe2O3)/2.8 SiO2 一般来说工

24、厂中石灰饱和系数控制在0.820.94之间。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,李氏石灰饱和系数 LSF=CaO/(2.8 SiO2+ CaO-1.18Al2O3-0.65 Fe2O3) 是熟料中CaO含量与全部酸性组分需要结合的CaO含量之比。 为了使熟料顺利形成，同时保证熟料的质量，保持组成的稳定，应同时控制三个率值。并要相互配合适当，不能单独强调其中某个率值。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,硅率 硅率是表示熟料中氧化硅与氧化铝、氧化铁之和的重量比，也是硅酸盐矿物和熔剂矿物之比。用SM或者n表示。 SM（n）= SiO2/ Al2O3+ Fe2O3 一般在1.7-2

25、.7之间，硅率高，硅酸盐矿物多，熔剂矿物少，煅烧困难。过低，硅酸盐矿物太少，熟料强度低，且在煅烧时易结大块和结圈。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,铝氧率 铝氧率表示熟料中氧化铝和氧化铁之比，也表示C3A和C4AF之比。用IM或p表示。 IM（p）= Al2O3/ Fe2O3 铝率一般在0.9-1.7之间，过高则液相粘度大，熟料难烧，过低则烧结范围窄，窑内易结大块。,水泥生产基础知识,硅酸盐水泥配料和质量控制,第四节 硅酸盐水泥的配料 根据水泥品种、生产条件，确定所用原料的配合比，亦即生料的配合比，是合理设计的依据，也称为合适的配料方案。 在工厂生产中，由于设备条件，生产已经确定，那么配料主要根据生产的水泥品种和具体生产条件，加以选择合