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1、水泥生产工艺水泥生产工艺我们一起来了解水泥工艺 基础篇基础篇 水泥的物理化学性质水泥的物理化学性质)第第1节：水泥节：水泥)第第2节：生产工艺流程节：生产工艺流程)第第3节：破碎节：破碎)第第4节：粉磨节：粉磨)第第5节：烧成节：烧成)第第6节：制成节：制成)第第7节：包装出厂节：包装出厂 第第1节：水泥节：水泥)水水泥泥为为什什么么会会硬硬化化？水水泥泥的的质质量量特特点点？怎怎样生产水泥样生产水泥？)让我们慢慢揭开水泥神秘的面纱让我们慢慢揭开水泥神秘的面纱 水泥是什么？水泥是什么？)水水泥泥：凡凡细细磨磨物物料料，加加适适量量水水后后，成成塑塑性性浆浆状状，即即能能在在空空气气硬硬化化，又
2、又能能在在水水中中硬硬化化的的水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料，并并能能把把沙沙石石等等材材料料牢牢固固地地胶胶结结在在一一起起的叫水泥。的叫水泥。我们生产的水泥定义和类型我们生产的水泥定义和类型我们生产的是硅酸盐水泥，生产的原材料主要由硅酸我们生产的是硅酸盐水泥，生产的原材料主要由硅酸盐矿物组成统称为硅酸盐水泥盐矿物组成统称为硅酸盐水泥.颜色颜色:灰色的粉末，灰色的粉末，矿物组成：钙矿物组成：钙(石灰石石灰石)、硅酸盐（砂岩）、铝酸硅酸盐（砂岩）、铝酸盐盐(黏土黏土或页岩或页岩)、铁酸盐（铁粉）组成。、铁酸盐（铁粉）组成。从从各各种种矿矿石石开开采采到到水水泥泥经经历历一一系系列列的的变变化化，
3、我我们们将将从从以下系列反应中看到物料的个种不同状态以下系列反应中看到物料的个种不同状态)开采开采破碎破碎预均化预均化研磨研磨)矿山矿山原料原料经破碎的物料经破碎的物料初步配比的物料初步配比的物料)校正原料校正原料)煅烧煅烧粉磨粉磨)粉料粉料熟料熟料水泥水泥)石膏石膏混合材混合材水水泥泥的的质质量量（标标号号）是是由由水水泥泥28天天达达到到的的抗抗压压强度定义的。强度定义的。)水泥品种：水泥品种：+混合材熟料+石膏硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 那种材料可以直接进入水泥产品中那种材料可以直接进入水泥产品中)矿渣矿渣)活性混合材活性混合材)熟料熟料)火山灰火山灰)粉煤灰粉煤灰)石膏石膏同样的熟料可以
4、研磨出不同性能的硅酸盐水泥同样的熟料可以研磨出不同性能的硅酸盐水泥)提高早期强度应减小水泥颗粒度，可以得出更细的强提高早期强度应减小水泥颗粒度，可以得出更细的强度更高度更高的水泥的水泥)水泥粉磨流程：水泥粉磨流程：熟料石膏混合材 熟料是什么？熟料是什么？)粉料通过预热、分解、煅烧、冷却得到的矿物质物料。粉料通过预热、分解、煅烧、冷却得到的矿物质物料。)熟料生产在那里：烧成系统。熟料生产在那里：烧成系统。)1配好的料粉在预热器里预热、干燥、分解。配好的料粉在预热器里预热、干燥、分解。)2热源：分解炉、回转窑。热源：分解炉、回转窑。)3冷却机：使熟料急冷，使助燃气体加热。冷却机：使熟料急冷，使助燃
5、气体加热。回转窑冷却机配好的料粉预热器熟料粉料是什么？粉料是什么？)粉料是通过对配好了的生料进行研磨和均化后得到一定细度粉料是通过对配好了的生料进行研磨和均化后得到一定细度的粉末状物料。的粉末状物料。)生料磨流程：生料磨流程：均化库生料磨原料均化堆场粗粉成品原料去预热器破碎车间破碎车间 预均化堆场我们面对环境是责任破破破破去生料磨小小 结结矿山破碎预均化堆库生料磨均化库回转窑篦冷机熟料库水泥磨包装水泥罐车煤磨你明白了吗！你明白了吗！料粉研磨分解炉煅烧冷却袋装第第2节：生料和熟料组份节：生料和熟料组份生料经过配料和研磨后被称为生料粉。生料粉经过煅烧后成为熟料生料里都含什么那？煅烧过程都发生那些变
6、化？煅烧过程都释放出什么？熟料里有那些矿物组成？生料矿山开采砂岩 SiO2石灰石 CaCO3铝矾土Al2O3铁粉 Fe2O3如果用煤做燃料灰分 中 会 掺 入 微 量SiO2Fe2O3Al2O3你将收获它你将收获它!石灰石和硅质原料(黏土砂岩)不是很纯,互相掺有成分.为了达到一个合理的配值,人们会使用一些辅助纯净产品来补充这四种化学成分.生料由四种化学成分组成:CaOSiO2Fe2O3Al2O3煅烧煅烧)煅烧生料要成为熟料煅烧生料要成为熟料,主要经过两个阶段主要经过两个阶段.)1分解分解2烧结烧结)第一阶段：分解第一阶段：分解CaCO3820-900CaO+CO2煅烧过程中释放的主要气体煅烧过
7、程中释放的主要气体CO2。术语：术语：LOSS。)LOSS烧矢量：表示生料煅烧成为熟料释放出的气体的生料百分比。烧矢量：表示生料煅烧成为熟料释放出的气体的生料百分比。CO2%=44/100CaCO3)第二阶段：煅烧第二阶段：煅烧)CaO和其它物质相结合的最后阶段被称之为烧结。和其它物质相结合的最后阶段被称之为烧结。)3C+A1260-1338C3A（液态）液态）4C+A+F1260-1338C4AF)2C+S1338-1420C2S(固态熟料固态熟料)3C+S13381420C3S（固态熟料）固态熟料）)这就是熟料中的四种矿物。熟料的矿物组成：两种硅酸盐，两种铝酸盐。这就是熟料中的四种矿物。熟
8、料的矿物组成：两种硅酸盐，两种铝酸盐。煅烧简写符号化学分子式名称C3S（Ca0）3SI02硅酸三钙阿利特C2S（Ca0）2SI02硅酸二钙贝利特C3A（Ca0）3AI2O3铝酸三钙赛利特C4AF（Ca0）4AI203Fe203铁铝酸四钙才利特1000克熟料中：C3S=3*56=228gC2S=2*56=172gC3A=3*56+102=270gC4AF=4*56+102+160=486g生料惰性物质SiO2Fe2O3CaOAl203烧失量CO2煅烧熟料活性物质C3SC2SC3AC4AF四种化学成分的比例决定熟料质量.如果生料中的四种成分有任何变化熟料中的矿物质的比例就会发生相应的变化.并因此改
9、变熟料质量.第第3节：熟料质量节：熟料质量)水泥的水化、凝结、强度。水泥的水化、凝结、强度。)熟料矿物的水硬特性。熟料矿物的水硬特性。)煅烧和急冷的影响。煅烧和急冷的影响。)不同类型熟料组成的实施。不同类型熟料组成的实施。)水水化化：水水化化是是一一种种水水硬硬产产品品与与水水反反应应结结晶晶时时其其强强度度得得到到提提高高。短短时时间间的的水水化化被被之之凝结。凝结。加入石膏的目的：在于延缓和调节凝结时间。加入石膏的目的：在于延缓和调节凝结时间。)28天的抗压强度是水泥进行分级的依据天的抗压强度是水泥进行分级的依据凝结：凝结：凝结的原因：凝结的原因：C3A首先凝结，因为它的亲水性极强，它的水
10、化速度很快。首先凝结，因为它的亲水性极强，它的水化速度很快。由于熟料中的由于熟料中的f-CaO的存在和石膏的添加。的存在和石膏的添加。C3A+C+nHC2AH8+C4AH13+释放大量的热释放大量的热)C3A的强度在头两天迅速增加，然后它就相对保持低强，不在变化。的强度在头两天迅速增加，然后它就相对保持低强，不在变化。)在在熟熟料料的的矿矿物物里里，C3A对对水水泥泥的的凝凝结结时时间间起起着着极极为为重重要要的的影影响响，并并会会促促进进水水泥泥的的早期强度。早期强度。)影影响响水水泥泥凝凝结结时时间间的的因因素素还还有有：1石石膏膏的的掺掺加加量量。2C3A含含量量的的提提高高。3熟熟料料
11、研研磨的细度。磨的细度。)强度强度)产生强度的首要原因：产生强度的首要原因：C3S)C3S的水化：的水化：)C3S决定水泥的决定水泥的28天强度，天强度，C3A决定水泥的凝结时间决定水泥的凝结时间)为为了了熟熟料料易易于于煅煅烧烧人人们们在在生生料料中中加加入入Fe2O3，使使熟熟料料中中就就产产生了一种新矿物生了一种新矿物C4AFC4AF。)C4AFC4AF不具有明显的水硬性。不具有明显的水硬性。)关于关于C2SC2S是一种过渡矿物质。是一种过渡矿物质。C3S +3H CHS +2 CH 释放出热量 C3S +3H2O CHS +2Ca（OH）2C2S+C1420C3S为全部形成C3S应该有
12、：1足够未化合的CaO2高于1420的温度3分布均匀的温度4C2S和CaO有足够的反应时间在工业条件下，由于四个条件很难满足所以：熟料中将残留尚未转变的C2S。这种熟料很难研磨Ca（OH）2可导致水泥构件脆性，数量要少些28天一年时间C2SC3S强度结论：C2S水化缓慢，但一年以后强度和C3S一样。C3S和C2S的水化反应：C3S+3H CSH+2Ca（OH）2+热量C2S+3H水化慢CSH+2Ca（OH）2+热量煅烧和冷却对熟料质量的影响过度煅烧C3S强度C3S晶体尺寸水化时攻击点消失水化困难早期强度煅烧过度将增加热耗，研磨时消耗更高易磨性研磨不佳的危险研磨能耗冷却过慢C3SC2S需要更多的
13、能量同样产品强度不变四种矿物决定水泥的强度和凝结时间小结小结熟料矿物组成：C3S55-65%C2S11-21%C4AF5-15%C3A8-12%熟料水泥+=石膏水C3A决定水泥凝结时间C3S决定水泥28天强度C2S晚期强度C4AF较小的水硬性随时间硬化的产品根据某种水泥特性和矿物水化特性。可以推出熟料矿物组成。利用化学分析结果，并借助于鲍格公式，确定矿物组成第第4节：熟料的微量元素节：熟料的微量元素第一种微量元素：游离钙f-CaO煅烧对熟料中游离钙的影响：f-CaO的来源：CaCO3CaO+CO2煤中带入欠烧煅烧良好过烧大量f-CaO2.5正常0.80.2少量f-CaO0.4很少的C3S大量的
14、C2SC3S55-65%C2S11-21%很多的C3Sf-CaO高的危害:水化时产生膨胀,体积扩大1.6倍.f-CaO=膨胀对于配料良好的生料来讲,游离钙的多少,显示着烧成的状况第二种微量元素：碱KNa来源:生料中的黏土,煤粉中带入.在熟料中的存在形式:以硫酸盐的形式(可容性碱)K2SO3和Na2SO3或吸收到晶格中的碱.对熟料质量的影响:提高1-3天强度.降低28天强度.并影响水泥的和易性(稠度增加).Ca2SO3可以延长水泥凝结时间,提高熟料硬度(难磨)第三种微量元素：氧化镁MgO来源：碳酸盐分解中产生的。性质：当氧化镁以晶体存在时它的水化速度很缓慢。如果混凝土暴露在一定温度下。几年后会产
15、生极大的膨胀。控制方法：使熟料迅速急冷，使液相固化将氧化镁吸收（防止其结晶）。小结小结f-CaOK2SO3Na2SO3Na2OK2OCa2SO3MgO凝结时间1-3强度28强度膨胀值净浆强度熟料矿物生成顺序：C4AFC3AC2SC3S第第5节：熟料率值节：熟料率值氧化钙不饱和系数SM硅酸率N碳酸盐品位AM铝氧率P熟料率值氧化钙饱和系数影响1、7、28天强度SM硅酸率影响易烧性AM铝氧率影响凝结时间和水化性氧化钙不饱和系数第一种情况：0为控制C3S/C2S的比例，应限制值。通常3%7%如果7%则氧化钙含量不足。第二种情况：=0如果煅烧理想的话：=0则f-CaOC2S的值为0。F+A+S+C这种情
16、况是不存在的。C2S（10-20%）很多的（3-7%）f-CaO。第三种情况：0无论烧成质量如何熟料中的f-CaO含量会很高。2.8S+1.65A+0.35F-CSM硅酸率SM=S/A+F硅酸率是生料中氧化硅和熔剂的比例。是易烧性的指示。A+FC3A+C4AFLP烧结时间f-CaO更易烧结2.2SM3.2硅酸率为2.2%以便获得足够的C2S、C3S和较高的物理强度硅酸率最高不能超过3.2%最低限度地保证溶剂量(液相)AM铝氧率AM=A/F通过AM来控制C3A/C4AF的比例。1AM2.5小小结结氧化钙不饱和系数03%C3S含量高难于煅烧含少量f-CaOC2S7%CaO含量不足.C3S少且强度不
17、足.硅酸率SMSM2.2容易煅烧.强度低.SM3.2难于煅烧强度高铝氧率AMC3A/C4AF比例的控制.AM0.683没有C3A可以控制的两个方面：化学成分化验室控制生料细度生产部控制生料化学成分变化原因：1矿山原料质量自然的变化。2原料配料称的可靠性问题。3熟料转变类型。第第 6节：生料对煅烧的影响节：生料对煅烧的影响化学成分的影响细度的影响原料地质成分的影响在SMAM恒定时，下降的变化：熟料强度、易磨性、热耗、f-CaO都相应的提高变化。SM变化的有：A+F液相难于煅烧更大热耗SMC2S+C3S且恒定，C2SC3S易磨性和强度提高化学成分变化的影响化学成分变化的影响在SMAM恒定时，下降的
18、变化：熟料强度、易磨性、热耗、f-CaO都相应的提高变化。SM变化的有：A+F液相难于煅烧更大热耗SMC2S+C3S且恒定，C2SC3S易磨性和强度提高化学成分变化的影响化学成分变化的影响化学成分变化的影响在SMAM恒定时，下降的变化：熟料强度、易磨性、热耗、f-CaO都相应的提高变化。SM变化的有：A+F液相难于煅烧更大热耗SMC2S+C3S且恒定，C2SC3S易磨性和强度提高铝氧率提高：出现液相温度提高；液相稠度增大；结圈危险降低。细度的影响细度变细大量烧结点易于热交换易于煅饶易于研磨降低烧成成本原料地质成分的影响在天然生料里，分子可以随时相互化合。在人工原料里应破坏其化学键才能进行化合。
19、人工原料比天然生料的煅烧需要更多的热耗。小结小结为了使煅烧更容易为了使煅烧更容易生料化学成分制备均匀稳定的生料煅煅烧烧细研磨原料细度避免使用单一产品原料地质成分第第 7节：燃料节：燃料燃料种类：燃料油煤天然气石油焦可燃垃圾 生料煅烧成熟料要消耗大量热量。生料1.55吨780兆卡熟料1吨 燃料的选择总先考虑以下因素和综合情况.设备成本燃料选择热耗煅烧干扰熟料质量煤煤煤的化学成分:SAlFeCa元素含量:C=55-65%H=3-5%N=1-2%S=0.5-1%水泥厂使用煤的质量5500兆卡-7000兆卡生产100吨熟料,要低热值煤14吨.(5500)生产100吨熟料,要高热值煤11.5吨.(700
20、0)煤的挥发分:碳和氢以碳氢化合物形式存在.要想得到充分燃烧必须把煤研磨的很细.要根据挥发成分的含量来确定煤的研磨细度.20%的挥发成分90筛余10%30%的挥发成分90筛余14.5%煤的灰分：灰分在煤里占15-35%，它不参与燃烧，不具可燃性。灰分里含的成分有：SCAF。煤燃烧后变成了：存在熟料之中；与窑皮结在一起。几种燃料的对比几种燃料的对比燃料油燃料油煤煤天然气天然气石油焦石油焦组分组分含硫、不含灰分含硫、不含灰分灰分大、硫含量少灰分大、硫含量少CH4、C2H6灰分小、含硫高灰分小、含硫高制备制备加热加热研磨研磨减压减压研磨研磨燃料质量燃料质量没有影响没有影响灰分纳入熟料中灰分纳入熟料中
21、没有影响可见性差没有影响可见性差没有影响没有影响不利因素不利因素有结圈危险有结圈危险细度问题、火焰较难调细度问题、火焰较难调节节极难调节火焰极难调节火焰细度问题细度问题第第 8节：燃烧节：燃烧燃烧反应燃烧反应燃烧燃烧是助燃剂中氧气和燃料之间放热化学反应的过程。是助燃剂中氧气和燃料之间放热化学反应的过程。燃料助燃剂剂热量燃烧产物烟气灰分燃烧释放释放的热量取决于燃料的化学成分燃烧释放释放的热量取决于燃料的化学成分C+O2CO2+97.6千卡千卡H2+O2H2O+58.2千卡千卡H2+O2H2O(液态液态)+69.1千卡千卡S+O2SO2+70.7千卡千卡以煤作燃料，看看它的成分：以煤作燃料，看看它
22、的成分：C=67.5%H2=4%O2=3%N2=2%S=2%根据燃烧反映,燃烧12克的碳需要22.4升的O22克的氢需要11.2升的O232克的硫需要22.4升的O2除了这些元素外除了这些元素外,还有含在灰分里的还有含在灰分里的:SiAIFeCa燃烧燃烧1Kg煤需要氧气量为煤需要氧气量为1477升升.空气的氧气含量为空气的氧气含量为20.8%.推算需要空气推算需要空气7100升升,等于等于7.1NM3C=22.4675/12=1260升升O2H=11.240/2=224升升O2S=22.420/32=14升升O2燃煤带来的氧气是燃煤带来的氧气是:O2=30/3222.4=21升升燃烧燃烧1Kg
23、煤需要氧气量为煤需要氧气量为:1260+224+14-21=1477升升燃烧1kg固体或液体燃料或1立方米煤气所需的空气量被称为燃料的燃烧空气量.燃烧时空气量恰好是所需空气量时,则被称之为完全燃烧.烟气烟气:是燃烧时是燃烧时,燃料释放出的燃烧气体燃料释放出的燃烧气体.燃烧1Kg煤时的烟气生成量是7378升。即7.38Nm3需要空气量与烟气生成量它们之间存在着差别，是由于燃料中存在着H2在燃烧中会放出气体H2O。燃料中O2也存在。所提供的空气量为7100升烟气生成量7378升空气需要量热值烟气生成量完全燃烧最佳能量效率事实上还原燃烧过量的燃料不可能实现氧化燃烧过量空气还原燃烧时C+1/2O2CO
24、+29.4千卡不良结果：1烧成带热损失。2窑尾进入漏风CO再次燃烧。3碱性挥发物增多有结皮危险。4CO在电收尘遇电火花发生爆炸。5为防止事故发生，应确保在氧化气氛下燃烧。氧化燃烧时C+1/2O2CO2+68.2千卡供给等于化学计算的空气量能够直接利用燃烧释放出来的所有热量.避免生成CO而带来的危害.供给精确的空气量可以说:燃烧在过剩空气条件下工作,这部分O2不被燃料消耗.我们应限制过剩空气量.因为加热这部分空气将消耗热能.烟气里的02浓度应限制在2%.该值对应的空气量是2/20.8*100%=9.62%.多10%的过剩空气,相对火焰温度下降120.生产1Kg熟料多消耗10千卡热量.如果有电火花
25、如果有电火花将产生爆炸将产生爆炸小结小结:1.燃烧燃烧1公斤液体或固体燃料或公斤液体或固体燃料或1立方体煤气所释放的热量被称之为燃烧热值立方体煤气所释放的热量被称之为燃烧热值.2.如果燃烧时产生水如果燃烧时产生水(H20)以蒸汽状态存在以蒸汽状态存在,这便涉及了这便涉及了PCI即低热值即低热值.3.燃烧燃烧1kg固体或液体燃料或固体或液体燃料或1立方米煤气所需的空气量被称为燃料的燃烧空气量立方米煤气所需的空气量被称为燃料的燃烧空气量.4.燃烧时空气量恰好是所需空气量时燃烧时空气量恰好是所需空气量时,则被称之为完全燃烧则被称之为完全燃烧.燃烧空气量燃烧空气量=完全燃烧完全燃烧5.实际上应该在氧化
26、条件中工作实际上应该在氧化条件中工作,过剩空气量控制在过剩空气量控制在9.62%.与该值对应的过剩与该值对应的过剩O2浓度是浓度是2%.O2%2.50.8过剩空气可以危险CO10成本更高4 第第9节：挥发组分（节：挥发组分（Na K S03 CI）的循环的循环挥发组分的性质和来源挥发组分的性质和来源挥发循环和冷凝循环挥发循环和冷凝循环12%料料流流挥挥发发组组分分料料流流循环负荷循环负荷影响循环负荷的因素影响循环负荷的因素挥发组分的影响挥发组分的影响生料生料+燃料燃料挥发组分影响和后果挥发组分影响和后果气态a是入窑挥发组分的质量流量是入窑挥发组分的质量流量K2S04循环循环aaa-ka固化挥发
27、冷凝大部分挥发组分Ka（0k1）熔化.然后挥发剩余部分(a-ka)被物料带走.并聚集在物料里.在循环结束时,挥发组分ka冷凝,并添加到新的入窑挥发组分中去.第一循环的挥发组分第一循环的挥发组分ka加上新的挥发组分（最初流量）（加上新的挥发组分（最初流量）（a+ka）那么挥发组分就是（那么挥发组分就是（k+k2）即即（k+k2）a它被称作挥发组分的循环负荷它被称作挥发组分的循环负荷m。入窑的挥发组分的数量挥发组分的数量=出窑熟料中挥发组分的数量出窑熟料中挥发组分的数量M=a/1-k怎样控制循环负荷缺少O2就易于挥发，为避免这一点，应当确保不出现还原反应如果O2由0.5%增加到3%，挥发就会减少一
28、半。控制四个方法控制四个方法1通过控制过剩空气。2通过控制烧成带温度。3通过控制生料研磨细度。4通过控制燃料成分窑内窑内挥发组分积累的危害挥发组分积累的危害生料中的挥发组分的危害熟料质量：碱对熟料28天强度有危害对设备的危害：腐蚀金属壳体对混凝土的骨架有腐蚀的危险对电收尘内部极板的腐蚀烟室结皮/预热器堵塞的危险减低产量的危险对于工厂：对于工厂：人人、设备、设备、好的原料、好质量、好的市场、好的结合好的原料、好质量、好的市场、好的结合=好多的钱好多的钱28、举一而反三，闻一而知十，及学者用功之深，穷理之熟，然后能融会贯通，以至于此。朱熹29、读书之乐乐陶陶，起并明月霜天高。朱熹30、读书之法无他
29、，惟是笃志虚心，反复详玩，为有功耳。朱熹31、读书无疑者须教有疑，有疑者却要无疑，到这里方是长进。朱熹32、为学之道，莫先于穷理；穷理之要，必先于读书。朱熹33、读书譬如饮食，从容咀嚼，其味必长；大嚼大咀，终不知味也。朱熹34、读书无疑者，须教有疑，有疑者，却要无疑，到这里方是长进。朱熹35、举一而反三，闻一而知十，及学者用功之深，穷理之熟，然后能融会贯通，以至于此。朱熹36、我从未知道过有什么苦恼是不能为一小时的读书所排遣的。孟德斯鸠37、喜爱读书，就等于把生活中寂寞无聊的时光换成巨大享受的时刻。孟德斯鸠38、有时间读书，有时间又有书读，这是幸福；没有时间读书，有时间又没书读，这是苦恼。莫耶39、读书人不一定有知识，真正的常识是懂得知识，会思想，能工作。徐特立