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1、第一章新型干法水泥生产工艺第一节第一节 硅酸盐水泥的国家标准硅酸盐水泥的国家标准 一、水泥的定义与分类一、水泥的定义与分类 凡细磨成粉末状，参加适量水后成为塑性浆体，凡细磨成粉末状，参加适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，称为水泥。胶凝材料，称为水泥。水泥按其性能与用途可分为：水泥按其性能与用途可分为：通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥有硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、通用水泥有硅酸盐水
2、泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥及石灰石水火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥及石灰石水泥等七种。泥等七种。二、水泥工业的开展历史与开展趋势二、水泥工业的开展历史与开展趋势世界水泥工业的开展历史：世界水泥工业的开展历史：18241824年：普通立窑年：普通立窑年产量约年产量约2 2千吨；千吨；18771877年：干法中空回转窑年：干法中空回转窑年产量约年产量约1 1万吨；万吨；19101910年：机械化立窑年：机械化立窑年产量约几万吨；年产量约几万吨；19281928年：立波尔窑年：立波尔窑年产量约达年产量约达1010万吨以上；万吨以上；19501950年：悬浮预热器窑年：
3、悬浮预热器窑年产量几十万吨，热耗更年产量几十万吨，热耗更低；低；19711971年：预分解窑年：预分解窑年产量可达几百万吨，日产年产量可达几百万吨，日产1 1万吨以上，质量高、热耗低、电耗少、环境优美，万吨以上，质量高、热耗低、电耗少、环境优美，资源也得到了充分利用。资源也得到了充分利用。世界水泥工业的开展趋势1 1、大型化：单机产量已达、大型化：单机产量已达15000t/d15000t/d；2 2、自动化：采用计算机及集散控制技术，大大提、自动化：采用计算机及集散控制技术，大大提高了控制管理能力，提高了生产效率；高了控制管理能力，提高了生产效率；3 3、高效节能化：到目前为止，世界先进水泥工
4、业、高效节能化：到目前为止，世界先进水泥工业企业单位产量电耗最低可达企业单位产量电耗最低可达60kwh/t.ck60kwh/t.ck，煤耗最，煤耗最低可达低可达80kg/t.ck80kg/t.ck；4 4、环保生态化：新型干法水泥企业采用先进收尘、环保生态化：新型干法水泥企业采用先进收尘设备，严格控制粉尘排放与噪声污染，环境优美，设备，严格控制粉尘排放与噪声污染，环境优美，资源也得到了充分利用。资源也得到了充分利用。我国水泥工业开展1889年：河北唐山启新洋灰公司，现为启新水泥厂，其后建设了大连、上海、中国、广州水泥厂等；至1949年全国解放：全国生产能力300多万吨，实际生产66万吨；195
5、2年，年产量286万吨；至1987年：年产量1.86亿吨；2005年：10亿吨。2006年：12亿吨。新型干法水泥生产总新型干法水泥生产总结为结为“八个字八个字优质、高产、低耗、环保优质、高产、低耗、环保 一硅酸盐水泥和普通水泥的标准开展过程一硅酸盐水泥和普通水泥的标准开展过程 1952 1952年年采用采用 强度试验方法和前苏联水泥标号。强度试验方法和前苏联水泥标号。1956 1956年年以前苏联水泥标准为蓝本制订全国统一的水以前苏联水泥标准为蓝本制订全国统一的水泥标准和检验方法。泥标准和检验方法。1979 1979年年建立第二部水泥国家标准。建立第二部水泥国家标准。1992 1992年年针
6、对我国水泥面向国际市场，建立第二部国针对我国水泥面向国际市场，建立第二部国家标准。家标准。1999 1999年年修订建立第四部水泥国家标准。修订建立第四部水泥国家标准。标准分类：标准分类：GB GB强制性国家标准、强制性国家标准、JCJC建材行业标准、建材行业标准、GB/TGB/T推荐性国家标准等。推荐性国家标准等。三、硅酸盐水泥的国家标准三、硅酸盐水泥的国家标准二基本概念 1 1、硅酸盐水泥的定义与代号、硅酸盐水泥的定义与代号 凡由硅酸盐水泥熟料、凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%0-5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏混合磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。分为两
7、种：膏混合磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。分为两种：不掺混合材料不掺混合材料型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号P.P.；掺加不超过；掺加不超过5%5%石灰石灰石或粒化高炉矿渣石或粒化高炉矿渣型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号P.P.。2 2、组分材料、组分材料 1 1熟料熟料 凡由适当成分生料烧至局部熔融，所得以凡由适当成分生料烧至局部熔融，所得以硅酸钙硅酸钙为主要成分为主要成分的烧结物，称为硅酸盐水泥熟料，简称熟料。的烧结物，称为硅酸盐水泥熟料，简称熟料。2 2混合材料混合材料 在粉磨时与熟料、石膏一起参加磨内以改善水泥性能、调节在粉磨时与熟料、石膏一起参加磨内以改善水泥性能、
8、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物材料。水泥标号、提高水泥产量的矿物材料。3 3石膏石膏 用作调节水泥凝结时间的组分材料。用作调节水泥凝结时间的组分材料。3、国家标准对硅酸盐水泥品质指标的要求1 1不溶物不溶物P.IP.I不超过不超过0.75%0.75%，P.IIP.II不超过不超过1.50%1.50%。2 2氧化镁氧化镁熟料中氧化镁含量不得超过熟料中氧化镁含量不得超过5.0%5.0%，经压蒸安定性检验合格，不得超，经压蒸安定性检验合格，不得超过过6.0%6.0%。3 3三氧化硫三氧化硫水泥中三氧化硫不得超过水泥中三氧化硫不得超过3.5%3.5%。4 4烧失量烧失量P.IP.I不超过不超过3.0
9、%3.0%，P.IIP.II不超过不超过3.5%3.5%。P POO 5.0%5.0%5 5细度细度0.08mm0.08mm方孔筛余小于方孔筛余小于10.0%10.0%，比外表积大于，比外表积大于300m300m2 2/kg/kg。6 6凝结时间凝结时间初凝不早于初凝不早于45min45min，终凝不迟于，终凝不迟于390min390min。P POO 10h 10h 7 7安定性安定性经沸煮法检验必须合格。经沸煮法检验必须合格。8 8强度强度硅酸盐水泥强度指标如下：硅酸盐水泥强度指标如下：标号标号抗压强度抗压强度MPaMPa抗折强度抗折强度MPaMPa3d3d28d28d3d3d28d28d
10、42.542.517.017.042.542.53.53.56.56.542.5R42.5R22.022.042.542.54.04.06.56.552.552.523.023.052.552.54.04.07.07.052.5R52.5R27.027.052.552.55.05.07.07.062.562.528.028.062.562.55.05.08.08.062.5R62.5R32.032.062.562.55.05.08.08.0 9碱含量 以Na2O+0.658K2O表示。在使用活性骨料时，硅酸盐水泥中碱含量应小于0.6%或由供需双方商定。4、其他概念1 1安定性安定性水泥在加水后
11、体积变化的均匀程度，称为体积安定性，简称水泥在加水后体积变化的均匀程度，称为体积安定性，简称安定性。安定性。2 2废品废品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定时，均为废品。准规定时，均为废品。3 3不合格品不合格品凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中任一项不符合标准规凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品标号规定定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品标号规定的指标时称为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、标号、的指标时称为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、标号、
12、工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。第二节第二节 硅酸盐水泥熟料的形成过程硅酸盐水泥熟料的形成过程 硅酸盐水泥主要由熟料组成，熟料的形成过程直接决定硅酸盐水泥主要由熟料组成，熟料的形成过程直接决定水泥的产量、质量、燃料与衬料的消耗以及窑的安全运转。水泥的产量、质量、燃料与衬料的消耗以及窑的安全运转。只有掌握了生料在煅烧过程中的物理化学变化规律，才只有掌握了生料在煅烧过程中的物理化学变化规律，才能合理选择水泥熟料煅烧方法，正确操作，科学控制，最终能合理选择水泥熟料煅烧方法，正确操作，科学控制，最终到达优质、高产、低耗、环保的目的。到达优质、高产、低耗、
13、环保的目的。生料在加热过程中，依次发生枯燥、粘土矿物脱水、碳生料在加热过程中，依次发生枯燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反响、熟料烧结、熟料冷却结晶等重要物理酸盐分解、固相反响、熟料烧结、熟料冷却结晶等重要物理化学反响。化学反响。一、枯燥与脱水一、枯燥与脱水 1 1、枯燥、枯燥 主要是指排除生料中自由水分的工艺过程。生料中的主要是指排除生料中自由水分的工艺过程。生料中的自由水分随物料温度而逐渐蒸发，当温度升高至自由水分随物料温度而逐渐蒸发，当温度升高至100100150150时，生料中自由水分全部被排除。时，生料中自由水分全部被排除。特点：特点：在预热器中蒸发生料中少量的水分，使生料迅速升温
14、。在预热器中蒸发生料中少量的水分，使生料迅速升温。2 2、脱水、脱水 指在预热器中热烟气作用下，粘土矿物分解放出化合指在预热器中热烟气作用下，粘土矿物分解放出化合水。水。脱水分两种：一种是脱去配位水，一般在脱水分两种：一种是脱去配位水，一般在400-600400-600以上才能脱去；一种是吸附水，一般在以上才能脱去；一种是吸附水，一般在100100左右即可脱左右即可脱去。粘土矿物脱水中一个吸热过程，吸热量较少，升温速去。粘土矿物脱水中一个吸热过程，吸热量较少，升温速度快。度快。在在900900950950时，无定形物质又转变为晶体，同时放时，无定形物质又转变为晶体，同时放出热量。分解炉温度控制
15、范围出热量。分解炉温度控制范围3、碳酸盐分解、碳酸盐分解 生料中碳酸盐主要是碳酸钙和碳酸镁，它们在煅烧过程生料中碳酸盐主要是碳酸钙和碳酸镁，它们在煅烧过程中分解并放出中分解并放出COCO2 2的过程称为碳酸盐的分解过程。的过程称为碳酸盐的分解过程。一般碳酸镁在一般碳酸镁在600600开始分解，到开始分解，到750750分解剧烈进行，分解剧烈进行，并吸收大量热；碳酸钙在并吸收大量热；碳酸钙在750750开始分解，到开始分解，到897897时分解时分解剧烈进行，同时也吸收大量热。由于碳酸钙在水泥生料中占剧烈进行，同时也吸收大量热。由于碳酸钙在水泥生料中占80%80%左右，其分解过程需要吸收大量的热
16、，这是熟料煅烧过左右，其分解过程需要吸收大量的热，这是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个环节，也是水泥熟料煅烧的一个最程中消耗热量最多的一个环节，也是水泥熟料煅烧的一个最重要的环节。重要的环节。MgCOMgCO3 3=MgO+CO=MgO+CO2 2-1047104712141214J/gJ/gCaCOCaCO3 3=CaO+CO=CaO+CO2 2-1645J/g-1645J/g 1 1碳酸钙分解反响的特点碳酸钙分解反响的特点 这是一个可逆的、强吸热、烧失量大的反响，其分解温这是一个可逆的、强吸热、烧失量大的反响，其分解温度与度与COCO2 2的分压和矿物结晶程度有关。的分压和矿物结晶程度有关
17、。2碳酸钙的分解过程 热气流从周围环境向碳酸钙颗粒外表传热；热气流从周围环境向碳酸钙颗粒外表传热；热量从颗粒外表向内部传递；热量从颗粒外表向内部传递；在一定温度下碳酸钙吸热分解并放出在一定温度下碳酸钙吸热分解并放出COCO2 2；COCO2 2气体从颗粒内部向外表扩散；气体从颗粒内部向外表扩散；COCO2 2气体从颗粒外表向四周扩散。气体从颗粒外表向四周扩散。外加剂外加剂 掺加少量外加剂如掺加少量外加剂如OH-OH-等物质可以提高碳酸钙的分解速度。等物质可以提高碳酸钙的分解速度。以下图为正在分解的碳酸钙颗粒以下图为正在分解的碳酸钙颗粒以下图为正在分解的碳酸钙颗粒以下图为正在分解的碳酸钙颗粒 4
18、、固相反响 当窑内温度升高到一定程度时，生料中各种氧当窑内温度升高到一定程度时，生料中各种氧化物之间就会产生相互反响即固相反响，其固相反化物之间就会产生相互反响即固相反响，其固相反响过程如下：响过程如下：800 800：形成：形成CACA、CFCF、C C2 2S S；800-900 800-900：开始形成：开始形成C C1212A A7 7；900-1100 900-1100：形成：形成C C2 2ASAS后又分解。开始形成后又分解。开始形成C C3 3A A和和C C4 4AFAF。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙到达。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙到达最大值。最大值。1100-1200 11
19、00-1200：大量形成：大量形成C C3 3A A和和C C4 4AFAF，C C2 2S S含量含量达最大值。达最大值。固相反响是放热反响。普通原料放热量约为固相反响是放热反响。普通原料放热量约为420-500J/g420-500J/g。影响固相反响的因素：1 1和生料的细度及其均匀程度和生料的细度及其均匀程度 生料越细，生料的均匀性越好，其固相反响接触面积越生料越细，生料的均匀性越好，其固相反响接触面积越大，反响越快。大，反响越快。2 2原料的性质原料的性质 原料中结晶原料中结晶SiOSiO2 2越多，结晶越大，其易烧性越差，固相越多，结晶越大，其易烧性越差，固相反响速度就越慢。反响速度
20、就越慢。3 3温度温度 反响温度越高，质点能量越高，扩散速度越快，可加快反响温度越高，质点能量越高，扩散速度越快，可加快固相反响的速度。固相反响的速度。4 4矿化剂矿化剂 采用适当的矿化剂，可以促使采用适当的矿化剂，可以促使SiOSiO2 2晶体活化，加速生料晶体活化，加速生料中的结晶中的结晶SiOSiO2 2分解，从而加快固相反响。分解，从而加快固相反响。5、熟料的烧结 1 1熟料的烧结过程熟料的烧结过程 熟料的烧结就是在高温液相下，固相硅酸钙和熟料的烧结就是在高温液相下，固相硅酸钙和氧化钙都逐步溶解于液相中，硅酸二钙吸收氧化钙氧化钙都逐步溶解于液相中，硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸盐水泥的主要
21、矿物形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。其反响硅酸三钙。其反响方程式如下：方程式如下：C C2 2S+CaOCS+CaOC3 3S S 熟料的烧成温度一般在熟料的烧成温度一般在125014501250125014501250，故通常把故通常把125014501250125014501250称为熟料的烧结温称为熟料的烧结温度。在此温度范围内大致需要度。在此温度范围内大致需要10-20min10-20min完成熟料的完成熟料的烧结过程。烧结过程。2 2影响熟料烧结过程的因素影响熟料烧结过程的因素 最低共熔温度最低共熔温度 最低共熔温度越小，液相出现越早，熟料的烧结就会越最低共熔温度越小，液相出现越早
22、，熟料的烧结就会越快。快。液相量液相量 适当的液相量可以加速适当的液相量可以加速C C3 3S S的形成，一般熟料在烧成过程的形成，一般熟料在烧成过程中液相量为中液相量为20-30%20-30%。液相的粘度液相的粘度 液相的粘度对液相的粘度对C C3 3S S的形成有很大的影响。粘度越小，质点的形成有很大的影响。粘度越小，质点扩散速度越快，扩散速度越快，C C3 3S S也就越易形成。也就越易形成。液相的外表张力液相的外表张力 液相的外表张力越小，就越易润湿固相颗粒外表，也就液相的外表张力越小，就越易润湿固相颗粒外表，也就越有利于越有利于C C3 3S S的形成。的形成。氧化钙和硅酸二钙溶于液
23、相的速率氧化钙和硅酸二钙溶于液相的速率 氧化钙和硅酸二钙的溶解速度加快，就会加快氧化钙和硅酸二钙的溶解速度加快，就会加快C C3 3S S的形成的形成速度，熟料就越易烧结。速度，熟料就越易烧结。5、熟料的冷却、熟料的冷却 1 1冷却的作用冷却的作用 改善熟料质量与易磨性；降低熟料的温度，便改善熟料质量与易磨性；降低熟料的温度，便于储存、运输和粉磨；局部回收熟料出窑带走的热于储存、运输和粉磨；局部回收熟料出窑带走的热量，预热二次空气，从而降低熟料的热耗，提高热量，预热二次空气，从而降低熟料的热耗，提高热效率。效率。熟料冷却的方式分为三种：熟料冷却的方式分为三种：急急 冷冷冷却速度很快；冷却速度很
24、快；平衡冷却平衡冷却冷却速度适中；冷却速度适中；独立结晶独立结晶冷却速度很慢。冷却速度很慢。熟料在冷却过程中，将有局部熔剂矿物形成晶熟料在冷却过程中，将有局部熔剂矿物形成晶体析出，另一局部来不及析晶而呈玻璃态存在。体析出，另一局部来不及析晶而呈玻璃态存在。2 2急冷的作用急冷的作用 减少减少C C3 3S S分解。分解。因为熟料在冷却时，其中的因为熟料在冷却时，其中的C C3 3S S在在12501250左右时会分解成左右时会分解成C C2 2S S，并产，并产生二次生二次f-CaOf-CaO，降低了熟料的早强。，降低了熟料的早强。防止防止C C2 2S S产生晶型转变。产生晶型转变。熟料在冷
25、却时，其中的熟料在冷却时，其中的C C2 2S S在在500-600500-600左右时，会从左右时，会从-C-C2 2S S转变为转变为-C-C2 2S S，其密度由，其密度由3.243.24降低到降低到2.972.97，体积膨胀约，体积膨胀约11%11%，而导致熟料胀裂，而导致熟料胀裂崩溃而使熟料粉化。崩溃而使熟料粉化。-C-C2 2S S几乎没有水硬性，从而大大降低了熟料的强几乎没有水硬性，从而大大降低了熟料的强度。度。使使MgOMgO形成固溶体，降低熟料中方镁石的含量。形成固溶体，降低熟料中方镁石的含量。熟料冷却速度快，可以使其中的熟料冷却速度快，可以使其中的MgOMgO形成固溶体，不
26、至于形成难以形成固溶体，不至于形成难以水化的方镁石，保证了熟料的安定性。水化的方镁石，保证了熟料的安定性。使使C C3 3A A形成固溶体，提高熟料的抗硫酸盐性，克服水泥快凝。形成固溶体，提高熟料的抗硫酸盐性，克服水泥快凝。熟料冷却速度快，可以使其中的熟料冷却速度快，可以使其中的C C3 3A A形成固溶体，提高了熟料的抗硫形成固溶体，提高了熟料的抗硫酸盐性。同时由于酸盐性。同时由于C C3 3A A形成了固溶体，还可以使其水化速度减慢，防止形成了固溶体，还可以使其水化速度减慢，防止熟料快凝。熟料快凝。提高熟料的易磨性。提高熟料的易磨性。熟料冷却速度快，可以在其内部产生内应力，从而改善了熟料的
27、易熟料冷却速度快，可以在其内部产生内应力，从而改善了熟料的易磨性，提高水泥粉磨的效率，降低了粉磨成本。磨性，提高水泥粉磨的效率，降低了粉磨成本。第三节第三节 硅酸盐水泥熟料的矿物组硅酸盐水泥熟料的矿物组成成 硅酸盐水泥熟料矿物主要由氧化钙、氧化硅、硅酸盐水泥熟料矿物主要由氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁四种氧化物组成，同时还含有约氧化铝和氧化铁四种氧化物组成，同时还含有约5%5%的少量如氧化镁、三氧化硫、氧化钛、氧化磷的少量如氧化镁、三氧化硫、氧化钛、氧化磷以及碱等。现代生产的硅酸盐水泥熟料，各主要以及碱等。现代生产的硅酸盐水泥熟料，各主要氧化物含量波动范围为：氧化物含量波动范围为：CaOCaO
28、：62-67%62-67%；SiOSiO2 2：20-24%20-24%；Al2OAl2O3 3：4-7%4-7%；FeFe2 2OO3 3：2.5-6.5%2.5-6.5%。熟料矿物中，氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁不是以熟料矿物中，氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种或两种以上单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种或两种以上氧化物反响生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为氧化物反响生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为30-60um30-60um。硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：硅酸三钙：硅酸三钙：3 C
29、aO.SiO23 CaO.SiO2；硅酸二钙：硅酸二钙：2 CaO.SiO22 CaO.SiO2；铝酸三钙：铝酸三钙：3CaO.Al2O33CaO.Al2O3；铁铝酸四钙：铁铝酸四钙：4 CaO.Al2O3.Fe2O34 CaO.Al2O3.Fe2O3。另外，还有少量的游离氧化钙另外，还有少量的游离氧化钙f-CaOf-CaO、方镁石结、方镁石结晶氧化镁、含碱矿物以及玻璃体等。晶氧化镁、含碱矿物以及玻璃体等。以上四种主要矿物约占以上四种主要矿物约占95%95%，其中硅酸钙约占，其中硅酸钙约占75%75%，合，合称为硅酸盐矿物；铝酸三钙和铁铝酸四钙占称为硅酸盐矿物；铝酸三钙和铁铝酸四钙占22%22
30、%左右，称为左右，称为熔剂矿物。熔剂矿物。第一节第一节第一节第一节 熟料的矿物组成熟料的矿物组成熟料的矿物组成熟料的矿物组成一、硅酸三钙一、硅酸三钙 硅酸三钙在干法水泥熟料中约占硅酸三钙在干法水泥熟料中约占50-60%50-60%。通常和少量。通常和少量其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固溶体，称为阿利特或其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固溶体，称为阿利特或A A矿。矿。硅酸三钙的水化特点：硅酸三钙的水化特点：1 1、早期强度高，总强度高；、早期强度高，总强度高；2 2、水化速度较快；、水化速度较快；3 3、水化热较大；、水化热较大；4 4、抗水性差。、抗水性差。增大熟料中硅酸三钙含量，可以提高
31、熟料的强度，但过增大熟料中硅酸三钙含量，可以提高熟料的强度，但过高时，会给煅烧带来困难，同时熟料中游离氧化钙增高，从高时，会给煅烧带来困难，同时熟料中游离氧化钙增高，从而降低水泥强度，甚至会影响水泥的安定性。而降低水泥强度，甚至会影响水泥的安定性。二、硅酸二钙二、硅酸二钙 熟料中硅酸二钙约占熟料中硅酸二钙约占20%20%左右。左右。通常硅酸二钙与少量其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形通常硅酸二钙与少量其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固溶体，成固溶体，称为贝利特或称为贝利特或B B矿。熟料中硅酸二钙的水化速度矿。熟料中硅酸二钙的水化速度水化较慢，约为硅酸三钙的水化较慢，约为硅酸三钙的2020分之一。
32、至分之一。至28d28d仅水化仅水化20%20%左左右。右。硅酸二钙的水化特点：硅酸二钙的水化特点：1 1、早期强度低，总强度较高；、早期强度低，总强度较高；2 2、水化速度慢；、水化速度慢；3 3、水化热小；、水化热小；4 4、抗水性好。、抗水性好。增大熟料中硅酸二钙含量，可以提高熟料的后期强度，增大熟料中硅酸二钙含量，可以提高熟料的后期强度，但过高时，烧结范围会变窄，熟料易产生粉化，从而降低水但过高时，烧结范围会变窄，熟料易产生粉化，从而降低水泥强度。泥强度。三、铝酸三钙三、铝酸三钙 熟料中铝酸三钙与其它少量氧化物如熟料中铝酸三钙与其它少量氧化物如Na2ONa2O等等形成固溶体，由于在反光
33、显微镜下呈暗灰色，故形成固溶体，由于在反光显微镜下呈暗灰色，故又称为黑色中间相。又称为黑色中间相。铝酸三钙水化迅速，放热量大，凝结很快，铝酸三钙水化迅速，放热量大，凝结很快，其强度在三天内大局部发挥出来，其强度在三天内大局部发挥出来，28d28d到达到达80%80%以上，故早强较高，但后期强度有倒缩现象。以上，故早强较高，但后期强度有倒缩现象。铝酸三钙的水化特性：铝酸三钙的水化特性：1 1早强较高，但后期强度差；早强较高，但后期强度差；2 2水化速度快；水化速度快；3 3水化放热量大；水化放热量大；4 4抗硫酸盐性差。抗硫酸盐性差。四、铁铝酸四钙四、铁铝酸四钙 熟料中铁铝酸四钙与其它少量氧化物
34、如熟料中铁铝酸四钙与其它少量氧化物如Na2ONa2O等形成等形成固溶体，由于在反光显微镜下呈亮白色，故又称为白色中固溶体，由于在反光显微镜下呈亮白色，故又称为白色中间相。间相。铁铝酸四钙水化较快，放热量较小，早强较高，介于铁铝酸四钙水化较快，放热量较小，早强较高，介于硅酸三钙与铝酸三钙之间。硅酸三钙与铝酸三钙之间。铁铝酸四钙的水化特性：铁铝酸四钙的水化特性：l l1 1早强较高，后期强度较好；早强较高，后期强度较好；l l2 2水化速度较快；水化速度较快；l l3 3水化放热量较小；水化放热量较小；l l4 4抗硫酸盐性好。抗硫酸盐性好。五、玻璃体五、玻璃体 在硅酸盐水泥熟料中，熔融液相在冷却
35、时来不及结晶，在硅酸盐水泥熟料中，熔融液相在冷却时来不及结晶，会产生玻璃体。玻璃体的主要成分为：会产生玻璃体。玻璃体的主要成分为：AlAl2 2OO3 3、FeFe2 2OO3 3、CaOCaO，还有少量的，还有少量的MgOMgO和碱和碱K K2 2OO和和NaNa2 2OO等。等。一般情一般情况下，玻璃体在熟料中的含量为况下，玻璃体在熟料中的含量为20-30%20-30%。过多则液相量。过多则液相量太大，易产生结大块；过少则熟料不易烧结，两种情况都太大，易产生结大块；过少则熟料不易烧结，两种情况都会使熟料质量变差。会使熟料质量变差。玻璃体在水化时放热较高，其易磨性较好。玻璃体在水化时放热较高
36、，其易磨性较好。六、游离氧化钙六、游离氧化钙 当配料不当，生料过粗或煅烧不良时，熟料中就会出当配料不当，生料过粗或煅烧不良时，熟料中就会出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化钙，又称为游离石灰。它在偏光显微镜下为无色圆形颗粒，钙，又称为游离石灰。它在偏光显微镜下为无色圆形颗粒，有明显解理。在反光显微镜下用蒸馏水浸蚀后呈现彩虹色。有明显解理。在反光显微镜下用蒸馏水浸蚀后呈现彩虹色。死烧的游离氧化钙结构致密，水化慢，在加水三天后死烧的游离氧化钙结构致密，水化慢，在加水三天后才有明显反响，水化生成氢氧化钙时，体积膨胀才有明显反响，水化生
37、成氢氧化钙时，体积膨胀97.9%97.9%，产生膨胀应力，严重时影响水泥的安定性。一般应控制在产生膨胀应力，严重时影响水泥的安定性。一般应控制在1.5%1.5%以下。以下。七、方镁石七、方镁石 方镁石为游离状态的氧化镁晶体。其水化速度慢，水方镁石为游离状态的氧化镁晶体。其水化速度慢，水化时也会膨胀，影响水泥的安定性。一般含应控制在化时也会膨胀，影响水泥的安定性。一般含应控制在5.0%5.0%以下，经压蒸安定性检验合格后可放宽到以下，经压蒸安定性检验合格后可放宽到6.0%6.0%。在反光显微镜下观察，方镁石呈不规则的多角形。用在反光显微镜下观察，方镁石呈不规则的多角形。用蒸馏水浸蚀后，呈粉红色镶
38、黑边。蒸馏水浸蚀后，呈粉红色镶黑边。第三节第三节 熟料的率值熟料的率值 水泥熟料是一种多矿物集合体，主要是由四种主要矿水泥熟料是一种多矿物集合体，主要是由四种主要矿物组成。故在生产控制中，不仅要控制各氧化物的含量，物组成。故在生产控制中，不仅要控制各氧化物的含量，还应控制各氧化物之间的比例即率值。还应控制各氧化物之间的比例即率值。常用的率值有：常用的率值有：石灰饱和系数石灰饱和系数KHKH、硅率、硅率SMSM、铝率或铁率、铝率或铁率IMIM；其他还有水硬率；其他还有水硬率HMHM等。等。一、石灰饱和系数一、石灰饱和系数 石灰饱和系数石灰饱和系数石灰饱和系数石灰饱和系数是指熟料中氧化硅被氧化钙饱
39、和的程度，是指熟料中氧化硅被氧化钙饱和的程度，也就是氧化硅反响生成硅酸钙所需氧化钙的量与氧化硅完全也就是氧化硅反响生成硅酸钙所需氧化钙的量与氧化硅完全饱和生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值。饱和生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值。KH=KH=考虑到熟料中还有游离氧化钙、游离氧化硅与石膏，故考虑到熟料中还有游离氧化钙、游离氧化硅与石膏，故应将上式改为：应将上式改为：KH=KH=当当KH=1.0KH=1.0时，形成的熟料矿物为时，形成的熟料矿物为C C3 3S S、C C3 3A A、C C4 4AFAF，而，而无无C C2 2S S；当当KH=0.66KH=0.66时，形成的熟料矿物为时，形
40、成的熟料矿物为C C2 2S S、C C3 3A A、C C4 4AFAF，而无而无C C3 3S S。为使熟料顺利形成，不致因游离石灰而影响熟料质量，为使熟料顺利形成，不致因游离石灰而影响熟料质量，干法预分解窑的干法预分解窑的KHKH值一般在值一般在0.87-0.930.87-0.93之间。之间。KH值对熟料质量和煅烧的影响值对熟料质量和煅烧的影响 在生产中，适当提高在生产中，适当提高KHKH值，可以改善熟料强度，提值，可以改善熟料强度，提高熟料的质量。但高熟料的质量。但KHKH值过高，则会使需要的煅烧温度升值过高，则会使需要的煅烧温度升高，保温时间过长，耐火砖寿命减短，同时易产生高，保温时
41、间过长，耐火砖寿命减短，同时易产生f-CaOf-CaO，降低熟料煅烧的产量和质量；，降低熟料煅烧的产量和质量；KHKH值过低，虽然煅烧温值过低，虽然煅烧温度降低，升温速度加快，但熟料中硅酸盐矿物含量尤其是度降低，升温速度加快，但熟料中硅酸盐矿物含量尤其是C C3 3S S降低，不仅煅烧时易结大块，同时也会使熟料易粉化，降低，不仅煅烧时易结大块，同时也会使熟料易粉化，熟料的强度降低，同样也不可取。熟料的强度降低，同样也不可取。二、硅酸率二、硅酸率 简称硅率，用简称硅率，用SMSM或或n n表示。表示。它表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物之比。它表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物之比。通常情况下，干法预分
42、解窑硅酸盐水泥熟料中的通常情况下，干法预分解窑硅酸盐水泥熟料中的n n值值一般为一般为2.3-2.72.3-2.7。假设熟料中硅率过高时，则煅烧时由于液相量显著减假设熟料中硅率过高时，则煅烧时由于液相量显著减少，熟料煅烧困难，特别是当氧化钙含量低，硅酸二钙含少，熟料煅烧困难，特别是当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易于粉化。粉化后的熟料强度低，严重影响量多时，熟料易于粉化。粉化后的熟料强度低，严重影响熟料的质量。当硅率低时，则熟料中硅酸盐矿物太少而影熟料的质量。当硅率低时，则熟料中硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、
43、结炉瘤、结圈等现象，严重影响窑的操作。结圈等现象，严重影响窑的操作。熟料的粉化熟料的粉化 熟料的粉化是指当熟料中二氧化硅过多，冷却速度慢熟料的粉化是指当熟料中二氧化硅过多，冷却速度慢时，熟料中的时，熟料中的C C2 2S S在在500-600500-600会由会由-C-C2 2S S转变为转变为-C-C2 2S S，其密度由其密度由3.243.24增大到增大到2.972.97，体积膨胀约，体积膨胀约11%11%，而使熟料胀，而使熟料胀裂崩溃，这就是熟料的粉化。熟料粉化后生成的裂崩溃，这就是熟料的粉化。熟料粉化后生成的-C-C2 2S S几几乎没有强度，因而严重影响熟料的质量。乎没有强度，因而严
44、重影响熟料的质量。三、铝氧率三、铝氧率 也称为铝率、铁率。以也称为铝率、铁率。以IMIM或或p p表示。它是指熟表示。它是指熟料的熔剂矿物中料的熔剂矿物中C C3 3A A与与C C4 4AFAF之比。之比。一般情况下，熟料的一般情况下，熟料的p p值要求在值要求在1.5-1.81.5-1.8之间。之间。熟料的铝率高，熟料中铝酸三钙多，相应铁熟料的铝率高，熟料中铝酸三钙多，相应铁铝酸四钙就较少，液相粘度大，物料难烧。铝率铝酸四钙就较少，液相粘度大，物料难烧。铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对硅酸三钙形成有利，但烧结范围变窄，窑内易对硅
45、酸三钙形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。结大块，不利于窑的操作。由于现代新型干法水泥生产广泛采用了高新技术，由于现代新型干法水泥生产广泛采用了高新技术，在生产全过程特别是预分解窑系统有很大的改进，熟料在生产全过程特别是预分解窑系统有很大的改进，熟料的率值由过去的的率值由过去的“两高一中即两高一中即“高硅率、高铝率、中高硅率、高铝率、中饱和比：饱和比：KH=0.86-0.88，SM=2.4-2.6，IM=1.5-1.6 调整改变为调整改变为“三高：三高：KH=0.87-0.93，SM=2.3-2.7，IM=1.5-1.8 熟料中硅酸钙含量到达熟料中硅酸钙含量到达70%70%
46、甚至甚至75%75%以上，硅酸三以上，硅酸三钙到达钙到达60%60%甚至甚至65%65%以上。以上。第二节第二节 硅酸盐水泥的生产方法与过程硅酸盐水泥的生产方法与过程 一、生产方法一、生产方法 分为三个阶段：石灰质原料、粘土质原料和少量校正原分为三个阶段：石灰质原料、粘土质原料和少量校正原料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分适宜、料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分适宜、质量均匀的生料，称为生料制备；生料在水泥窑内煅烧至局质量均匀的生料，称为生料制备；生料在水泥窑内煅烧至局部熔融所得以硅酸钙部熔融所得以硅酸钙C C3 3S S、C C2 2S S为主要成分的硅酸盐水泥为主要
47、成分的硅酸盐水泥熟料，称为熟料煅烧；熟料加适量石膏、适量混合材料或外熟料，称为熟料煅烧；熟料加适量石膏、适量混合材料或外加剂共同磨细制成水泥，称为水泥制成。加剂共同磨细制成水泥，称为水泥制成。二、生产工艺过程二、生产工艺过程 主要工艺过程为：生料制备包括原料破碎烘干、原料主要工艺过程为：生料制备包括原料破碎烘干、原料预均化、原料的配合、生料粉磨和均化等、熟料煅烧、水预均化、原料的配合、生料粉磨和均化等、熟料煅烧、水泥制成包括水泥的粉磨与装运。概括起来即泥制成包括水泥的粉磨与装运。概括起来即“两磨一烧两磨一烧。干法生料粉磨可以采用开路或闭路系统用球磨机粉磨，干法生料粉磨可以采用开路或闭路系统用球
48、磨机粉磨，或用烘干兼粉磨系统。烘干兼粉磨系统可以在立磨辊式磨或用烘干兼粉磨系统。烘干兼粉磨系统可以在立磨辊式磨内，也可在球磨机内进行。内，也可在球磨机内进行。1 1、生料制备、生料制备 当干法生产的原料较复杂时，原料在入磨前，也可在预均当干法生产的原料较复杂时，原料在入磨前，也可在预均化堆场预先进行均化。化堆场预先进行均化。为保证入窑生料具有质量均匀、适当的化学组成，除应严为保证入窑生料具有质量均匀、适当的化学组成，除应严格控制原、燃料的化学成分，进行精确的配料外，还应在生料格控制原、燃料的化学成分，进行精确的配料外，还应在生料库内进行调配并搅拌均化。库内进行调配并搅拌均化。2 2、熟料烧成、
49、熟料烧成 熟料的煅烧现在主要采用预分解窑烧成，其熟料煅烧热耗熟料的煅烧现在主要采用预分解窑烧成，其熟料煅烧热耗低，生产能力大，效率高，成本低。另外，世界各国还在积极低，生产能力大，效率高，成本低。另外，世界各国还在积极研究探索新型煅烧方法，如沸腾式煅烧、电热、激光、低温煅研究探索新型煅烧方法，如沸腾式煅烧、电热、激光、低温煅烧等。烧等。3 3、水泥制成、水泥制成 水泥粉磨通常在球磨机内进行，可以采用开路或闭路系统。水泥粉磨通常在球磨机内进行，可以采用开路或闭路系统。另外，许多企业采用辊压机与球磨机结合的预终粉磨或终粉磨另外，许多企业采用辊压机与球磨机结合的预终粉磨或终粉磨系统，配合使用新型高效
50、选粉机，其电耗低，成本低，效率高，系统，配合使用新型高效选粉机，其电耗低，成本低，效率高，效果好。效果好。4 4、水泥出厂、水泥出厂 出磨水泥通常在水泥库内贮存，进行必要的分析和检验，出磨水泥通常在水泥库内贮存，进行必要的分析和检验，以保证出厂水泥质量合格，成品水泥可以经过包装或散装后发以保证出厂水泥质量合格，成品水泥可以经过包装或散装后发运出厂。运出厂。干法窑外分解窑生干法窑外分解窑生干法窑外分解窑生干法窑外分解窑生产工艺流程图产工艺流程图产工艺流程图产工艺流程图A A、石灰石矿山、石灰石矿山 B B、粘、粘土矿山土矿山 C C、破碎车间、破碎车间 D D、生料车间、生料车间 E E、烧成、