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1、第五章硅酸盐水泥熟料的煅烧第五章硅酸盐水泥熟料的煅烧一、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6.1 概述概述石灰质原料、石灰质原料、粘士质原料粘士质原料少量的铁质原料少量的铁质原料按一定要求的按一定要求的比例配合比例
2、配合生料生料经均化、经均化、粉磨、调粉磨、调配而成。配而成。14501450熟料熟料水泥熟料生产的工艺流程：水泥熟料生产的工艺流程：6.1 概述概述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. .关键技术装备关键技术装备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. .6.2 生料在
3、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 干燥（自由水蒸发）干燥（自由水蒸发） 吸热吸热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 微吸热微吸热n 熟料冷却熟料冷却 放热放热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
4、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 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 500600 500600 Al Al2 20 03 3 2SiO2SiO2 2 2H2H2 2OO 高岭土高岭土 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
5、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。 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。 6.2.3 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。
6、 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、
7、分解炉易堵、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、
8、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
9、、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Ca
10、COCaCO3 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Ca
11、COCaCO3 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
12、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。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
13、废气温度和热耗，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
14、坚硬，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
15、面积大，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。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)要要15min15min
16、；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CaCOCaCO3 3的分解速率，由结
17、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：是指固态物质间发生的化学反应，
18、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800 CaO+ Al2O3 CaOAl2O3 （CA） CaO+ Fe2O3 CaOFe2O3 （CF）2 CaO+ SiO2 2 CaO SiO2 （C2S）800900 CaOFe2O3+ CaO 2CaOFe2O3（C2F） 7 CaOAl2O3+5 CaO 12 CaO7Al2O3（C12A7）90011002 CaO+ SiO2 + Al2O3 2 CaO Al2O3 SiO2 12 CaO7Al2O3+9
19、CaO 7（3CaOAl2O3）（）（C3A） 7（2CaOFe2O3）+2 CaO+12 CaO7Al2O3 7（4CaOAl2O3Fe2O3） （C4AF）11001200 大量形成大量形成C3A C4AF C2S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 3
20、A 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 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
21、：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1100-12001100-1200：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
22、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 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，
23、则对固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.
24、2mm(9000.2mm(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
25、均匀性温度和时间温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，
26、活性高。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
27、到其最低共熔温度，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, , 硅酸三钙晶核硅酸三钙晶核不断形成，并逐渐发育、长大。与此同时，晶体不断重排、收不断形成，并逐渐发育、长大。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变为色泽灰黑、结构致密缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的熟料我们称以上过程为熟料的烧结过程，简称的熟料我们称以上过程为熟料的烧结过程，简称熟料烧结熟料烧结。
28、反应式：反应式： C C2 2S+ CaOS+ CaO C C3 3S S6.2.5 熟料烧结熟料烧结反应式：反应式： C C2 2S+ CaOS+ CaO C C3 3S S 条件：条件： 温度：温度：130014501300 液相量：液相量： 20%30% 时间：时间： 1020min6.2.5 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
29、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
30、、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 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)
31、 )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MeMe2 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：
32、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
33、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
34、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。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
35、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6.2.6 熟料冷却熟料冷却平衡冷却平衡冷却( (慢冷慢冷) )：冷却速度非常慢，使固液相反应充分进行。：冷却速度非常慢，使固液相反应充分进行。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。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
36、；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。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
37、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
38、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
39、，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（热耗）熟料形成的热化学（热耗）熟料形成的热化学熟料形成的热化学熟料形成的热化学熟料形成的热化学项目项目湿法长窑湿法长窑干法长窑干法长窑半干法半干法预热器窑预热器窑热耗热耗(kj(kj/kg)/kg)热效热效率率(%)(%)热耗热耗(kj(kj/kg)/kg)热效率热
40、效率(%)(%)热耗热耗(kj(kj/kg)/kg)热效率热效率 (%)(%)热耗热耗(kj(kj/kg)/kg)热效热效率率(%)(%)理论热耗理论热耗1756175628.9928.991756175644.0744.071756175652.1152.111756175653.5753.57水分蒸发水分蒸发2211221136.5136.5145645613.5213.52废气带走废气带走1104110418.2218.221304130432.7432.7440540512.0412.0476976923.4723.47冷却空气带冷却空气带走热走热3013014.674.6733033
41、08.298.2933933910.8510.8534734710.5310.53熟料带走熟料带走83831.351.3583832.102.1083832.482.4883832.552.55筒体散热筒体散热6026029.949.9451051012.8012.803303309.809.803223229.829.82总热耗总热耗60576057100100398339831001003369336910010032773277100100热效率热效率28.9928.9944.0744.0752.1152.1153.5753.57国内外不同窑型的国内外不同窑型的热耗热耗、热效率热效率由加
42、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80%80%以上的换热以上的换热在进风管道中完成，换在进风管道中完成，换热时间仅需热时间仅需0.02-0.040.02-0.04秒，只有秒，只有20%20%以下的换以下的换热在旋风筒中完成。热在旋风筒中完成。6.3 悬浮预热技术悬浮预热技术 6.3 悬浮预热技术悬浮预热技术 6.4 预分解技术预分解技术6.4 预分解技术预分解技术 一、预分解窑的特点一、预分解窑的特点. .在悬浮预热器与回转窑之间增设一个分解炉或利用窑尾在悬浮预热器与回
43、转窑之间增设一个分解炉或利用窑尾上升烟道，上升烟道， . .装设燃料喷入装置，喷入煅烧所需的装设燃料喷入装置，喷入煅烧所需的60%60%左右的燃料左右的燃料 . .使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行，在分解炉中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行， . .使入窑生料的分解率达到使入窑生料的分解率达到85%85%95%95%。 . .减轻窑内煅烧带的热负荷，有利于缩小窑的规格及生产减轻窑内煅烧带的热负荷，有利于缩小窑的规格及生产大型化，并且可以节约单位建设投资，延长衬料寿命，大幅度大型化，并且
44、可以节约单位建设投资，延长衬料寿命，大幅度提高了窑系统的生产效率，有利于减少大气污染。提高了窑系统的生产效率，有利于减少大气污染。6.4 预分解技术预分解技术 二、分解炉内气、固流运动方式及功能二、分解炉内气、固流运动方式及功能分解炉内的气流运动，有四种基本型式：即涡旋式、喷腾分解炉内的气流运动，有四种基本型式：即涡旋式、喷腾式、悬浮式及流化床式。式、悬浮式及流化床式。 在这四种型式的分解炉内，生料及燃料分别依靠在这四种型式的分解炉内，生料及燃料分别依靠“涡旋效涡旋效应应”、“喷腾效应喷腾效应”、“悬浮效应悬浮效应”和和“流态化效应流态化效应”分散于分散于气流之中。由于物料之间在炉内流场中产生
45、相对运动，从而达气流之中。由于物料之间在炉内流场中产生相对运动，从而达到高度分散、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的到高度分散、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的滞留时间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物料碳酸盐分滞留时间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物料碳酸盐分解率的目的。解率的目的。 涡流燃烧式分解炉涡流燃烧式分解炉以以RSP(Reinforced Suspension PrcheaterRSP(Reinforced Suspension Prcheater) )型为例。型为例。 6.4 预分解技术预分解技术 分解炉与窑的连接方式分解炉与窑的连接方式 6.5 回转窑技
46、术回转窑技术6.5 回转窑技术回转窑技术一、回转窑的结构一、回转窑的结构n 水泥回转水泥回转窑是由窑是由101070mm70mm铁质钢性材料卷成筒体后，一铁质钢性材料卷成筒体后，一段段焊接做成的段段焊接做成的; ;n 长径比一般为长径比一般为10101616，n 一般倾斜布置，斜度为一般倾斜布置，斜度为2 25 5；气固逆流相对运动；气固逆流相对运动；n 转速设计一般为转速设计一般为1 14r/min4r/min；n 一般有三组支撑托轮；一般有三组支撑托轮；n 窑内砌筑一定厚度和不同材质的耐火砖窑内砌筑一定厚度和不同材质的耐火砖传动大齿轮传动大齿轮高端窑高端窑尾尾冷端冷端低端窑头低端窑头热端热
47、端倾斜钢筒体，内部耐火材料，保温，保护D25M L 60180M干短湿长国外7230燃料燃料生料生料熟料熟料废气废气6.5 回转窑技术回转窑技术二、二、回转窑的功能回转窑的功能预分解窑系统中回转窑具有五大功能。预分解窑系统中回转窑具有五大功能。 1 1、燃料燃烧功能、燃料燃烧功能 2 2、热交换功能、热交换功能 3 3、化学反应功能、化学反应功能 4 4、物料输送功能、物料输送功能 5 5、降解利用废弃物功能、降解利用废弃物功能6.5 回转窑技术回转窑技术三、三、回转窑两个很大的缺点和不足回转窑两个很大的缺点和不足 一是作为热交换装置，窑内炽热气流与物料之间主要是一是作为热交换装置，窑内炽热气
48、流与物料之间主要是“堆积态堆积态”换热换热，换热效率低，从而影响其应有的生产效率的，换热效率低，从而影响其应有的生产效率的充分发挥和能源消耗的降低；充分发挥和能源消耗的降低； 二是熟料煅烧过程所需要的燃料全部从窑热端供给，燃料二是熟料煅烧过程所需要的燃料全部从窑热端供给，燃料在窑内煅烧带的高温、富氧条件下燃烧，在窑内煅烧带的高温、富氧条件下燃烧，NOxNOx等有害成分大量形等有害成分大量形成，造成大气污染。成，造成大气污染。 6.5 回转窑技术回转窑技术四、窑内四、窑内工艺带的划分工艺带的划分 从窑尾起至物料温度从窑尾起至物料温度12801280止止( (也有以也有以1300)1300)为过渡
49、带，为过渡带，主要任务是物料升温及小部分碳酸盐分解和固相反应。主要任务是物料升温及小部分碳酸盐分解和固相反应。 物料温度物料温度128012801450145013001300区间为烧成带；区间为烧成带； 窑头端部为冷却带窑头端部为冷却带物料停留的时间（物料停留的时间（min）：）：窑窑预热器分解炉预热器分解炉过渡带过渡带烧成带烧成带冷却带冷却带冷却机冷却机1 18 81010101012122 23 320206.6 熟料冷却技术熟料冷却技术一、在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有：一、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
50、的易磨性3 3回收余热回收余热二、冷却机形式：单筒、多筒、篦式二、冷却机形式：单筒、多筒、篦式三、衡量冷却机的优缺点的准则：三、衡量冷却机的优缺点的准则：冷却机的热量回收；冷却机的热量回收；冷却后熟料温度；冷却后熟料温度；动力消耗、设备重量、配套收尘设备投资、占地面积动力消耗、设备重量、配套收尘设备投资、占地面积等。等。6.6 熟料冷却技术熟料冷却技术史密斯第四代蓖冷机史密斯第四代蓖冷机 史密斯第四代蓖冷机史密斯第四代蓖冷机 可控气流通风篦板可控气流通风篦板史密斯第四代蓖冷机史密斯第四代蓖冷机 第四代蓖冷机特点第四代蓖冷机特点 第四代蓖冷机特点第四代蓖冷机特点6.7 预分解窑技术的生产控制预分