无机非金属材料工学(水泥)印完.ppt

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1、五、课程内容五、课程内容l1、水泥工艺学l2、玻璃工艺学l3、陶瓷工艺学l4、耐火材料工艺学l2、材料分类：l金属材料；l无机非金属材料：矿物岩石材料；水泥、玻璃；陶瓷、耐火材料；l高分子材料；l复合材料；l3、材料工艺ll定义：我们将任何一种材料从原料成品的整个过程称为材料工艺过程。l 它包括原料制备工艺、成型工艺、溶制（窑炉工艺），制品工艺等。l4、无机非金属材料工艺：将原料选择粉碎配方设计混合高温（成型）制品后期处理的整个过程称为工艺过程，研究工艺过程中的各种物理化学变化、机械加工方法、生产各种的控制等以确保产品质量的过程称为工艺学。l不同无机非金属材料其各自的工艺过程不尽相同，但有着许

2、多的共性和相似性，下面就硅酸盐水泥、平板玻璃、普通陶瓷、常用耐火材料的制备工艺过程分别加以阐述。第一篇第一篇水泥工艺学水泥工艺学第一章第一章引引言言一、胶凝材料的定义和分类一、胶凝材料的定义和分类l1、定义：l在物理化学的作用下，能从浆体变成坚硬的石状体，并能胶结其它物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。l2、分类：l有机：沥青，树脂等；l无机：la水硬性：拌水后在空气中或水中硬化。如：各种水泥、化学溶胶凝胶；lb非水硬性：又称气硬性，只在空气中硬化，不在水中硬化。如：石灰、石膏、耐酸胶结料等。二、凝胶材料发展史二、凝胶材料发展史l公元前20003000年如中国（长城石灰）、埃及（金子

3、塔煅烧石膏）、罗马（庞贝圣庙石灰）使用石膏胶凝材料，十八世纪后期发展水硬性石灰，十九世纪初(18101825)，Portland水泥即硅胶盐水泥制成。英国（J.Aspdin）1824年首获Portlandcement专利。19071909，制成快硬性高铝水泥，近年又发展了硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。（要学会用材料的眼光看世界，你会有意想不到的收获）。三、水泥的定义和分类三、水泥的定义和分类l1、定义：l加入水后成塑性浆体，能在空气和水中硬化，并能胶结砂、石等材料的细粉状水硬性胶凝材料称为水泥。l2、分类：l通用水泥：Portland等各种硅酸盐水泥；l专用水泥：油井、砌筑水泥、大坝水泥等；l

4、特性水泥：快硬、抗硫酸、膨胀、自应力水泥等。l目前，水泥种类已达200多种。四、水泥在国民经济中的地位和作用四、水泥在国民经济中的地位和作用l水泥是建筑工业三大基本材料之一，可广泛用于民用、工业、农业、水利、交通和军事等工程。虽然制造水泥能耗较多，但它与砂、石等集料制成的混凝土却是一种低能耗的建筑材料。因此，水泥工业具有极其广阔的前景。五、水泥工艺发展概况及方向五、水泥工艺发展概况及方向ll1、规模扩大；l2、窑炉改变；l3、粉末工艺改进；l4、能源、资源、环境第二章第二章硅酸盐水泥国家标准硅酸盐水泥国家标准及其生产及其生产第一节第一节国家标准国家标准l一、定义：是以硅酸钙为主要成分的熟料所制

5、得的水泥统称为硅酸盐水泥。l二、分类：1、硅酸盐水泥：熟料（0-5%）石灰石或炉渣石膏l即波特兰水泥：P为不掺混合料（型）lP为掺混合料5%（型）l2、普通硅酸盐水泥：熟料（6%-15%）混合料石膏。代号PO.l二、分类：l1、硅酸盐水泥：熟料（0-5%）石灰石或炉渣石膏l即波特兰水泥：P为不掺混合料（型）lP为掺混合料5%（型）l2、普通硅酸盐水泥：熟料（6%-15%）混合料石膏。代号PO.三、水泥组成及要求：l1、熟料：以适当成分的生料，烧至部分熔融，所制得以硅酸钙成分为主的产物称为硅酸盐水泥熟料高分子熟料。l2、石膏：满足GB5483。l作用：缓凝。l3、活性混合料：l符 合 GB159

6、6的 粉 煤 灰；GB2847的火山灰；lGB203的炉渣。l4、非活性混合料：l活 性 指 标 终 于 GB1596，GB2847，GB203，AI2O32.5%。l5、窑灰：符合。l回转窑粉尘。l6、助磨剂：1%l四、标号：lPortlandcement分为：l425R，525，525R，625，625R，725R，6个标号l普通硅酸盐水泥分为：l325，425，425R，525，525R，625，625R，7个标号lR：快硬型水泥标号的含义：一般以28d抗压强度值作为水泥的标号。而特性水泥和专用水泥则不同。l五、技术指标：ll1、不溶物：P.0.75%;lP.1.5%l2、MgO:5.0

7、%l3、SO33.5%l4、烧 矢 量 3.0%(P.);3.5%(P.);普通300m2/Kg的比表面积；普通：80m方孔筛余45min,终凝45min,终凝10h。l7、安定性：煮沸检验合格；l8、碱：Na2O0.658K2O0.60%l9、强度：满足下表。表表2-1GB175-922-1GB175-92各龄期、各类型水泥强度各龄期、各类型水泥强度 品种标号抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）3d28d3d28d硅酸盐水泥425R22.042.54.06.5525525R23.027.052.552.54.05.07.07.0625625R28.032.062.562.55.05.08.0

8、8.0725R37.072.56.08.5普通水泥32512.032.52.55.5425425R16.021.042.542.53.54.06.56.5525525R22.026.052.552.54.05.07.07.0625625R27.031.062.562.55.05.58.08.0l六、废品与不合格：l1、废品：lMgO、SO3、初凝时间、安定性之一不合格为废品；l2、不合格品：l 细度、终凝、不溶物、烧矢量之一不合格或掺入物超标为不合格品。l第二节第二节硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产l一、生产步骤：la、生料制备：石灰粘土铁粉+少量校正材料粉磨。lb、熟料煅烧：部分熔融硅酸钙为

9、主成分。lc、水泥制备：熟料石膏少量混合料粉磨。l即：“两磨一烧”。l二、生产方法：l1、干法：l“两磨一烧”l2、湿法：l原料加入水（磨）生料浆烧磨。目的：生料均化。三、工艺过程：图图21立窑生产工艺过程立窑生产工艺过程1破碎机；2烘干机；3原料库；4原煤库；5生料磨；6生料库；7成球盘；8立窑；9碎煤机；10熟料库；11烘干机；12混合材料；13水泥磨；14水泥库；15包装机图图22窑外分解窑（回转窑）工艺过程窑外分解窑（回转窑）工艺过程1石灰石；2黏土；3铁粉；4煤；5石膏；6一级破碎；7二级破碎；8碎石库；9均化库；10破碎机；11生料磨；12提升泵；13搅拌库；14悬浮预热器；15窑

10、外分解窑；16回转窑；17冷却；18电收尘；19加热塔；20煤磨；21煤库；22熟料库；23熟料磨；24选粉机；25输送泵；26水泥库；27包装机；28袋装出厂；29散装出厂第三章第三章硅酸盐水泥熟料矿物组硅酸盐水泥熟料矿物组成及配料计算成及配料计算l熟料主要化学组成：l普通水泥：CaO 6267%；SiO2 2024%；Al2O347%；Fe2O32.515%.l白水泥：Fe2O30.5%：SiO22427%.l少量：MgO，SO3，K2O，Na2O，CaO，TiO2，P2O5.第一节第一节矿物组成矿物组成水泥矿物组成主要有：l一、硅酸三钙l二、硅酸二钙l三、铝酸三钙（中间相）l四、铁铝酸四

11、钙（中间相）l五、玻璃体（中间相）l六、游离氧化钙和方镁石l一、硅酸三钙l3CaOSiO2(C3S)含量50-60%；它有三种晶系七种变形；lR三方（含杂质）（1070）M（单斜）（1060）M（990）M（960）T三斜（纯C3S）（920）T（520）Tl在C3S中含有MgO，Al2O3，Fe2O3等固溶体时称为阿利特（Alite）或A矿（即不太纯的C3S）lC3S：水化较快，粒径为40-50m，28d水化70%.在四种水泥矿物中强度最高。二、硅酸二钙l2CaOSiO2(C2S)含量20%左右；是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一，熟料中硅酸二钙并不是以纯的形式存在，而是与少量MgO，Al2O3

12、，Fe2O3，RaO等氧化物形成固溶体，通常称为贝利特（Belite）或B矿。纯C2S在1450以下有下列多晶转变。l晶型：（1425）H（1160）L（630-680）/690l780-860l（单斜）（500）-l型不稳定，熟料中一般不存在，型只有在高温快冷的水泥中，T0.64时：lSM=（C3S 1.325C2S）/(1.43C3A2.406C4AF)lSM过高，熟料煅烧困难，C3S不易形成；若CaO过高则熟料易粉化；SM过低，则液相过多，熟料易结块。三、铝率或铁率（IM）lIM=Al2O3/Fe2O3一般：IM=0.91.7l或IM=1.15C3A/C4AF1.64(A/F0.64时)

13、lIM过高液相黏度大，凝结快；IM过小则烧结范围窄，易结块。四、石灰饱和系数（KH）lKH=（CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3）/2.8SiO2当IM0.64时l它表示熟料中SiO2被饱和成C3S的程度。在实际熟料中有的C2S形成，所以会有游离CaO。lKH=（CaO-1.1 Al2O3-0.7 Fe2O3）/2.8SiO2当IM0.64时l一般：KH=0.820.94l或：KH=（C3S0.8838C2S）/(C3S1.3256C2S)l一般：KH=0.6671.0lKH越大，则C3S越高，熟料质量越好。但KH值过高，则煅烧困难。第三节第三节熟料矿物组成计算熟料矿物组成计算l一

14、般可用物相分析方法测定，但多数会利用化学组成计算。l包括：灰饱和系数法l 鲍格法（HRBogue）l 一、灰饱和系数法l水泥熟料中主要矿物的相对分子量比为：lC2S中的2CaO/SiO2=1.87；lC3S中的3CaO/SiO2=4.07;lC4AF中的C4AF/Fe2O3=3.04;lC3A中的C3A/Al2O3=2.65;lCaSO4中的CaSO4/SO3=1.7;IM=1.664.l设与SiO2反应的CaO量为Cs，与CaO反应的SiO2为Sc，则：lCs=CaO-（1.65Al2O30.35Fe2O30.7SO3）=2.8KHSclSc=SiO2l根据在一般情况下，CaO和SiO2反应

15、先生成C2S，剩余的CaO再与C2S反应生成C3S。l而CaO和SiO2反应先生成C2S需要CaO的量为2CaO/SiO2=1.87。l所以，CaO的剩余量为Cs-1.87Sc,以此计算C3S的含量为：lC3S=4.07(Cs-1.87Sc)l=4.07(2.8KHSc)-7.6Scl=3.8(3KH-2)SiO2l因为CsSc=C3SC2Sl故C2S=CsSc-C3Sl=CsSc-(4.07Cs-7.6Sc)l=8.6Sc-3.07(2.8KHSc)l=8.6(1-KH)SclC4AF含 量 可 由 Fe2O3含 量 计 算:C4AF=3.04Fe2O3l将总的Al2O3含量减去C4AF所消

16、耗的Al2O3含量,剩余的Al2O3含量用于计算C3A的含量:lC3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)l同理,可算出IM0.64时的熟料矿物组成。二、鲍格法（HRBogue）l也称为代数法。根据四种主要矿物以及石膏的化学组成可以计算出各氧化物的百分含量，见表3-1。表表表表3-13-1主要矿物中各氧化物的含量（主要矿物中各氧化物的含量（主要矿物中各氧化物的含量（主要矿物中各氧化物的含量（%）氧化物矿物C3SC2SC3AC4AFCaSO4CaO73.6965.1262.2746.1641.19SiO226.3134.88-Al2O3-37.7320.98-Fe2O3-32.86-SO

17、3-58.81l根据上表数值可列出下列方程:lC=0.7369C3S0.6512C2S0.6227C3A0.4616C4AF0.4119CaSO4lS=0.231C3S0.3488C2SlA=0.3773C3A0.2098C4AFlF=0.3286C4AFlSO3=0.5881CaSO4l解上述联立方程组,可得:lC3S=4.07C-7.60S-6.72A-2.86SO3lC2S=8.60S5.07A2.15SO3-3.07Cl=2.87S-0.75C3SlC3lC4AF=3.04FlCaSO4=1.70SO3l同理,当IM0.64时,也可计算水泥熟料得率值。其公式为：lC3S=4.07C-7

18、.60S-4.47A-2.86SO3lC2S=8.60S3.38A2.15SO3-3.07Cl=2.87S-0.754C3SlC4AF=4.77FlC2F=1.70(F-1.57A)lCaSO4=1.70SO3三、计算误差l1、固溶体的影响；l2、冷却条件的影响；l3、碱和其它微组分的影响。第四节第四节熟料矿物组成的选择熟料矿物组成的选择一、品种和标号l根据水泥标号的要求，选择各个率值。KH、SM、IM要综合考虑。二、原料品质l石灰石要纯，黏土中的碎屑矿物要少，不满足率值时需要掺入校正原料。三、燃料的品质l根据不同的窑型对燃料的灰份、挥发分、热值进行选择。四、生料的细度和均匀性l越细越匀，KH

19、可稍高。五、窑型与规格l回转窑对KH的要求可稍低，而立窑对原料的细度、均匀性都要求较高。第五节第五节配方计算配方计算一、依据l物料平衡。物料首先应干燥处理，失放吸附水和结晶水，得：l干石灰石干粘土干铁粉=干生料l然后灼烧去掉CO2，得：l灼烧石灰石灼烧粘土灼烧铁粉=灼烧生料=熟料l实际生产中，熟料中会残留煤灰，其掺入量为：lGA=qAS/Q*100=PAS/100l式中：GA-熟料中煤灰掺入量，%lq-单位熟料热耗，kJ/kg熟料lA-煤应用基灰分含量，%lS-煤灰沉落率，%lQ-煤的应用基低热值，kJ/kg煤lP-煤耗，kg/kg。二、计算方法：l1、代数法；l2、图解法；l3、尝试误差法；

20、l4、矿物组成法；l5、最小二乘法。l应用较广的是尝试误差法（递减试凑法），即从熟料化学成分中依次递减，假定配合比的原料成分，试凑至符合要求为止。例：根据已知条件进行配方计算l已知：1、原料、煤、煤灰的化学成分，表3-2、3-3l2、熟 料 率 值 要 求：KH=0.89,SM=2.1,IM=1.3l3、单位熟料热耗：3350kJ/kg表表表表3-23-2原料、煤灰的化学成分原料、煤灰的化学成分原料、煤灰的化学成分原料、煤灰的化学成分名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO总和石灰石42.662.420.310.1953.130.5799.28粘土5.2770.2514.725.48

21、1.410.9298.05铁粉-34.4211.5348.273.530.0997.84煤灰-53.5235.344.464.791.1999.30表表表表3-33-3煤的工业分析煤的工业分析煤的工业分析煤的工业分析 挥发物固定碳灰分热值水分22.42%49.02%28.5620930kJ/kg0.6%l计算：1、煤灰掺入量:lG=qAS/Q*100=335028.56100(20930100)=4.57%l2、干燥原料配合比:l预设原料配比为:石灰石81%,黏土15%;铁粉4%.则干燥原料配合比为表3-4.表表表表3-43-4干燥原料配合比干燥原料配合比干燥原料配合比干燥原料配合比 名称配合

22、比烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石81.034.551.960.250.1543.03粘土15.00.7910.542.210.820.21铁粉4.0-1.380.461.930.14生料100.035.3413.883.922.9043.33灼烧生料-21.474.524.4867.09l扣除4.57%的粉煤灰,则灼烧生料的配合比为95.43%,对应的化学组成见表3-5.表表表表3-53-5灼烧生料的配合比灼烧生料的配合比灼烧生料的配合比灼烧生料的配合比名称配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼烧生料（%）95.4320.484.314.2864.02煤灰（%）4.572.

23、451.620.200.22熟料（%）100.0022.935.934.4864.24l由此计算各率值为:KH=0.824;SM=2.20;IM=1.32l结果显示:与要求比KH过低,SM过高,IM较接近。l调整方法:增加石灰石,降低黏土。l一般：每增减1%的石灰石（相应减增1%的黏土），约增减KH值为0.05。据此调整原料配比：石灰石82.20%、黏土13.7%、铁粉4.1%,重新计算化学组成结果见表3-6。表表表表3-63-6整原料配合比化学组成整原料配合比化学组成整原料配合比化学组成整原料配合比化学组成名称（%）配合比烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石（%）82.2035.0

24、71.990.260.1643.67粘土（%）13.700.729.622.020.750.10铁粉（%）4.10-1.410.471.980.15生料（%）100.0035.7913.022.752.8944.01灼烧生料（%）-20.284.284.5068.54灼烧熟料（%）95.43-19.354.084.2965.41煤灰（%）4.57-2.451.620.200.22熟料（%）100.00-21.805.704.4965.65l根 据 表 中 数 据 重 新 计 算 率 值 为：KH=0.895；SM=2.14;IM=1.27.l与已知率值要求基本一致.3、湿原料配合比计算l根据原

25、料中水分的含量将其换算成湿原料配合比即可。第四章第四章原料的破碎及均化原料的破碎及均化第一节第一节原料原料一、要求：l1、化学成分必须满足配料要求。l2、有害杂质的含量尽量少。l3、具有良好的工艺性能（易磨、烧、混合等）。二、种类l（一）石灰质原料：l（二）粘土质原料：l（三）校正原料：（一）石灰质原料：l1、石灰石：CaCO3提供CaO其含量应48%。l2、白云石：CaCO3MgCO3 MgO 应5%（熟料）；生料3%。l3、燧石：SiO2Nh2oSiO2应4%（原料）。l4、另：各种矿渣。l5、泥灰岩：相应减少粘土含量。（二）粘土质原料：l层状硅酸盐：提供SiO2和Al2O3。高岭石、蒙脱

26、石、伊利石（长石、石英碎屑）。长石由于含碱其含量不易过高。一般4%.石英过多不易破碎。（三）校正原料：l1、铁校正原料：硫酸（磁铁矿）工业矿渣，提供Fe2O3l2、硅校正原料：多种砂岩。l3、铝校正原料：煤矸石、粉煤灰等。l第二节第二节破碎破碎一、目的：l粗碎或中碎，25mm的粒径：粉磨、烘干、输送、储存，分为：粗、中、细碎二、方法：l压碎、拆碎、冲击破碎、劈碎、磨碎。三、工艺流程：l破碎比：即物料破碎前后粒度比：l平均破碎比：i=Dm/dmDm：碎前平均粒径；dm：碎后平均粒径l公称破碎比：i=B/b（用于破碎机）B：破碎机最大进料口宽度（mm）；b：破碎机最大出料口宽度四、破碎机类型：l1

27、、颚式；2、锤式；3、反击式；4、反击锤式。l第三节第三节均化均化l包括：l原料、燃烧均化；l生料均化；l水泥均化。一、标准偏差和均化效果l用标准偏差来衡量均化效果。测定物料中某一种成分含量。lnlS=1/n-1(xi-x)21/2li=1lS：标准偏差；xi：物料中某成分的各次测量值；x：各次测量值算术平均值；n：测量次数。lS越小则均化越好。二、原、燃料的均化：l1、开采：垂直开采；l2、破碎：先粗碎后细碎；l3、堆放：采用单人字型，图4-1；矩形，图42；和圆形，图43。l4、取料：与堆放方向垂直，图4-4。l图图图图4141单人字型堆料单人字型堆料单人字型堆料单人字型堆料图图图图424

28、2矩形均化堆场矩形均化堆场矩形均化堆场矩形均化堆场图图图图4343圆形预均化的堆料方式圆形预均化的堆料方式圆形预均化的堆料方式圆形预均化的堆料方式（a a）33 120120。人字形堆料；人字形堆料；（b b）连续式堆料连续式堆料图图图图4444断面切取差速卸料断面切取差速卸料断面切取差速卸料断面切取差速卸料 三、生料均化：l1、多库搭配；l2、机械倒库；l3、压缩空气搅拌库；图图图图4545混合室均化库混合室均化库混合室均化库混合室均化库 第五章第五章粉磨工艺粉磨工艺第一节第一节目的和要求目的和要求l一、生料l一般：0.2mm方孔筛筛余量小于1.5%,含SiO2的灰岩则应更细。l二、煤l一般

29、：0.08mm方孔筛筛余量在10%-15%之间。l三、水泥粉磨l水泥细度为比表面积控制在300m2/kg左右。一般小于30m,颗粒越细水泥水化越快，但太细（3m）则水化太快，造成水泥孔隙多强度下降。第二节第二节粉磨流程粉磨流程一、粉磨系统l1、开路l2、闭路图图图图5151开路系统开路系统开路系统开路系统 图图图图5252闭路系统闭路系统闭路系统闭路系统二、生料粉磨方法l1、湿法l2、干法三、水泥粉磨l水泥混合粉磨系统流程，图53。图图图图5353水泥混合粉磨系统流程水泥混合粉磨系统流程水泥混合粉磨系统流程水泥混合粉磨系统流程1-1-料仓；料仓；料仓；料仓；2-2-辊压机；辊压机；辊压机；辊压

30、机；3-3-磨机；磨机；磨机；磨机；4-4-提升机；提升机；提升机；提升机；5-5-选粉机；选粉机；选粉机；选粉机；6-6-粗粉分离器；粗粉分离器；粗粉分离器；粗粉分离器；7-7-收尘器；收尘器；收尘器；收尘器；8-8-排风机排风机排风机排风机第三节第三节影响粉磨质量及能耗的因素影响粉磨质量及能耗的因素l包括：l一、入磨物料粒度l二、物料的易磨性l三、入磨物料温度l四、入磨物料水分l五、磨内通风l六、助磨剂l七、设备及流程一、入磨物料粒度l粒度与产品质量成正比，越细越好。二、物料的易磨性l与产品质量成正比，C3S与易磨系数成正比；C2S与易磨系数成反比。三、入磨物料温度l一般为50，出磨水泥温

31、度为110-120。温度过高会出现粘板、结块现象，效果差。四、入磨物料水分l一般小于1，水分越大效果越差。五、磨内通风l与易磨系数成正比。六、助磨剂l煤、焦碳、三乙醇胺、醋酸钠、乙二醇及其它活性物等可助磨。七、设备及流程l1、一级闭路；2、二级闭路。第六章第六章硅酸盐水泥熟料的煅烧硅酸盐水泥熟料的煅烧第一节第一节熟料的形成熟料的形成一、形成过程l1、水分蒸发l2、黏土矿物脱羟l3、碳酸岩分解l4、固相反应 l5、熟料的烧结 l6、熟料冷却 1、水分蒸发lT=100-150，脱分子水。包括吸附水和层间水。2、黏土矿物脱羟lT=400-600，黏土矿物脱羟基水。l高 岭 石 脱 水（500）偏 高

32、 岭 石（1000）莫来石放热活性强，体积收缩；l蒙脱石、伊利石脱水仍具有晶体结构活性差，蒙脱石收缩而伊利石膨胀。因此伊利石不易作原料，对于立窑和立波尔窑，因其用料球，会炸裂，热稳定性差。3、碳酸岩分解lT=600-900，l对CaCO3（）CaOCO2lMgCO3（）MgOCO2lCaMg(CO3)2CaOMgOCO2分解特点：la、可逆反应。因此，要保证温度和CO2分解，分解不易太大。lb、强吸热反应。每千克CaCO3900时需1658kJ热量才能分解lc、反应的起始温度较低。约600，分解速度慢。T=900。对分解加快。以后每增加50，速度加快一倍。分解过程：共5个，见图61。图图61石

33、灰石颗粒分解过程石灰石颗粒分解过程l包括：la、传热（气流颗粒分解面）2个lb、分解，并CO2lc、传质，分解CO2向表面及大气中扩散，2个影响因素：la、石灰石结构、物性：致密、晶体粗大（大理石）分解反应困难，灰岩、泥灰岩分解容易。lb、生料细度：越细，越有利于分解。lc、反应条件：7。CO2快；促使CO2迅速扩散；ld、生料悬浮扩散程度：分散好，分解快l粘土成分，高岭土活动强，利于分解，伊利石和蒙脱石活性差影响分解。le、粘土成分，高岭土活动强，利于分解，伊利石和蒙脱石活性差影响分解。4、固相反应：l（1）：反应过程：lT=800：CaOAl2O3CaOAl2O3(CA)lCaOFe2O3

34、CaOFe2O3(CF)l2CaOSiO22CaOSiO2(C2S)lT=800-900：7(CA)5CaO12(C12A7)l(CF)CaO2(C2F)lT=900-1100：2CaOAl2O3SiO2(C2AS)l12CaO7Al2O39CaO7(C3A)l7(2CaOFe2O3)CaO12CaO7Al2O37(C4AF)lT=1100-1200：大量形成C3A、C4AF、C2S。（2）影响因素：la、生料细度和均匀性lb、T、tlc、原料性质（是含SiO2等CaCO3，晶体的存在会降低反应速度。ld、矿化剂：加入少量能使晶体生成速度加快，生料易烧的物质。5、熟料的烧结：l反应过程：lT=

35、12501280，最低共熔，出现熔体。C2SCaOC3S。体积收缩，结构致密。影响因素la、最低共熔温度：两种或两种以上组分开始出现液相的温度。（P45）lb、液相量：越多，C3S越快，但过多易结块。l计算公式：（P46）与Al2O3和Fe2O3含量有关。lc、液相粘度：粘度小则有利于C3S形成，P46图。ld、液相的表面张力：T，张力愈小，愈有利于C3S形成。le、CaO溶解于熟料液相的速率：CaO颗粒越小，溶解速度越快，反应越彻底P47表162。lf、反应物存在的状态：颗粒越细，T梯度越大，对反应越有利。6、熟料冷却。l含有凝固和相变两个过程，冷却的作用：l提交熟料的质量：lC3S（125

36、0）C2SfCaO所以提交冷却速度，可降低fCaO。l改善熟料的易磨性：快冷晶体小易磨。l回收余热提高窑炉的热效率。l有利于熟料的输送、储存和粉磨T100。防止粉磨的时出现“假凝”现象。二、熟料形成的热化学l熟料形成过程中的热效应：P48表163。l最 终：1kg熟 料 20需 43122553=1759KJ/kg熟料l理论热耗=支出热量收入热量。第二节第二节矿化剂与矿化作用矿化剂与矿化作用l当生料中含有石英或碱质时，需加矿化剂。包括：l矿化剂种类l矿化剂作用一、矿化剂种类l1、氟 化 物：CaF2、NaF、Na2SiF6、CaSiF6、MgSiF6等。l2、硫酸盐：石膏、重晶石（BaSO4）

37、等。l3、氯化物：CaCl2、NaCl等。l4、磷灰石、磷酸二氢钙。l5、工业废渣：铜矿渣、汰矿渣等。二、矿化剂作用：l1、萤石：萤石是一种使用最广泛，效果最好的矿化剂。l机理：CaF2H2O（高温）CaO2HFl4HFSiO2（Q）=SiF42H2Ol2HFCaCO3CaF2H2OCO2l作用：加速SiO2、CaCO3和钾长石分解。l降低液相生成温度。l加速C3S形成。l2、硫酸盐：CaSO4CaOSO3BaSO4BaOSO3l作用：SO3能降低液相粘度，增加液相量。l利于C3S形成，因可形成2C2SCaSO4等中间过度化含物。l3、萤石石膏复合矿化：l效果更好，但有时会出现不正常凝结现象。

38、l4、氯化物：与氟化物相似，但效果稍差。l5、磷灰石：与石膏相似，但太多会导致C3S分解。第三节第三节微量氧化物对熟料煅烧和质量微量氧化物对熟料煅烧和质量的影响的影响一、碱：K2ONa2Ol来源于原料。l优点：能降低最低共熔温度，起助熔作用。l缺点：易形成K石膏水泥快凝、结块、起霜。局部膨胀裂开。同时，碱的出现会导致fCaO增多。l通常（K2ONa2O）1%二、MgOl来源于白云石。l优点：助熔、降低粘度、增加液相、改善水泥色泽。l缺点：方镁石过多会影响水泥的安定性。l熟料MgO5%三、P2O5l来源于磷灰石矿化剂。l含量极少。0.10.3%时，P2O5可与C2S固熔，但太高会导致C3S分解，

39、可加入适量萤石以减小P2O5的不良影响。四、TiO2l来源于粘土。l粘土中，一般含量0.3%，它可对C2S起稳定作用，但太高会影响水泥强度，熟料中一般应1%第四节第四节水泥熟料在回转窑内的煅烧水泥熟料在回转窑内的煅烧一、煅烧方法l回转窑是利用一个倾斜的回转钢圆筒，斜度一般为3%5%，生料由窑尾（高端）加入，熟料由窑头（低端）输出。l煅烧分为一次空气和二次空气。一次空气和煤粉混合入窑，空气占燃烧总量的15%30%。其余为二次空气，即空气经预热后再入窑。二、窑内带的划分l物料进入回转窑后，在高温作用下，进行一系列的物理化学反应后形成熟料，按照不同反应在回转窑内所占有的空间，被称为“带”。窑内各带的

40、划分情况见图62。图图图图6 622回转窑内物料、气体温度分布图回转窑内物料、气体温度分布图回转窑内物料、气体温度分布图回转窑内物料、气体温度分布图l1干燥带：物料温度20150，气体温度200400。l2预热带：物料温度150750，气体温度4001000。l3碳酸盐分解带：物料温度7501000，气体温度10001400。l4放热反应带：物料温度10001300，气体温度14001600。l5烧成带：物料直接受火焰加热，温度130014501300。l6冷却带：液相凝固后进入冷却机继续冷却。三、窑内物料的运动l物料入窑后，由于筒体的倾斜并以一定的速度旋转，所以物料的运动过程比较复杂。图图图

41、图6 63 3物料在回转窑内运动的示意图物料在回转窑内运动的示意图物料在回转窑内运动的示意图物料在回转窑内运动的示意图 l物料运动速度：lV=iD/10.621/2l式中,V物料运动速度(m/s);i回转窑斜度(%);D回转窑内径(m);物料的自然休止角。l在窑内的不同“带”受气流、物料在各带的停留时间等的影响，其运行速度各不相同。四、窑内的热工特点l不同类型、不同规模的回转窑内在不同阶段产生的热效应不同，但总体上为：l1烧成带内：C2SC3S热效应0l2分解带内：大量吸热l3固相反应：放热l4降低热耗：变湿法为干法，减少废气。l5提高传热能力：提高气流温度，控制废气。l6发热能力与传热能力协

42、调。可采用预热、分解窑。第五节第五节悬浮预热（器）窑和预分解窑悬浮预热（器）窑和预分解窑l悬浮预热窑和预分解窑的作用是将大量吸热的干燥及碳酸盐分解反应过程从窑内传热速率较低的区域移到单独的悬浮预热窑和预分解窑中进行。在悬浮预热窑和预分解窑中生料颗粒分散呈悬浮或沸腾状态，以最小的温度差在燃料无焰燃烧的同时，进行高速传热过程，使生料迅速完成干燥和分解过程，从而大大减少了回转窑的热负荷，使窑的产量成倍增加，同时延长了耐火衬的寿命，提高了窑的运转周期。同时，窑内进行的固相反应和烧结反应也比较彻底，产品的质量也得以提高。余热重复利用也降低了成本。一、悬浮预热（器）窑l1工作原理l将生料粉与从回转窑尾排出

43、的烟气混合，并使悬浮在热气中进行热交换。这样可大大提高传热面积和传热系数。据经验计算，传热面积比回转窑内提高了2400倍而传热系数也提高了1323倍。生料颗粒干燥的程度与颗粒的大小直接相关，见图64。图图图图6 644生料颗粒在悬浮气流中的加热时间与粒度的关系生料颗粒在悬浮气流中的加热时间与粒度的关系生料颗粒在悬浮气流中的加热时间与粒度的关系生料颗粒在悬浮气流中的加热时间与粒度的关系 2种类l有旋风预热器（图65）和立筒预热器（图66）。图图图图6 655旋风预热器示意图旋风预热器示意图旋风预热器示意图旋风预热器示意图 图图图图6 666立筒预热器示意图立筒预热器示意图立筒预热器示意图立筒预热

44、器示意图 二、预分解窑l预分解窑的热耗比一般悬浮预热器窑低，成本也较低。入窑物料的分解率可由30%提高到90%。其预热分解的全过程见图67。图图图图6 677窑外分解系统生产流程图窑外分解系统生产流程图窑外分解系统生产流程图窑外分解系统生产流程图 l窑外预热分解回转窑的特点：l1温度变化速度快，熟料易磨性好；l2回转窑的长径比大，烧成带长，产品质量高；l3操作稳定，产量大。第六节第六节熟料冷却机熟料冷却机l从“工艺”和“热工”两方面对冷却机的要求：l1尽可能多的回收熟料的热量。l2缩短冷却时间，提高熟料质量。l3耗空气量尽量少，以提高二次空气温度。l4结构简单，操作方便。l常见冷却机的种类有：

45、l1筒式冷却机：l（1）单筒式l（2）多筒式l（3）立筒式l2篦式冷却机：l（1）推动式l（2）震动式l（3）回转式一、单筒冷却机l图图68单筒冷却机单筒冷却机l1卸料篦子；卸料篦子；2扬料板；扬料板；3大牙轮；大牙轮；4轮带；轮带；5耐火砖；耐火砖；6筒体；筒体；7密封装置；密封装置；8窑头；窑头；9热烟室；热烟室；10通料口；通料口；11溜子；溜子；12风道；风道；13清理积料门清理积料门l优点：热效率高；l缺点：冷却速度慢、占地面积大、没有废气处理、成本高，已逐渐被篦冷取代。二、多筒冷却机l图图69多筒冷却机多筒冷却机l1-回转窑筒体；回转窑筒体；2-冷却机筒体；冷却机筒体；3-冷却机接

46、料管；冷却机接料管；4-托轮与托轮与轮带；轮带；5-看火隧道看火隧道l优点：占地小，简便；l缺点：筒体短，散热慢。三、式冷却机l图图610篦式冷却机篦式冷却机l篦床；篦床；2-铁栅；铁栅；3-拉链机；拉链机；4-倾斜固定篦板；倾斜固定篦板；5-高压风管；高压风管；6-中中压风进口；压风进口；7-废气烟窗；废气烟窗；8-闸板；闸板；9-出料溜管出料溜管l优点：冷却速度快、有废气处理；l缺点：需要冷却风量较多。第七节第七节立窑煅烧工艺立窑煅烧工艺一、优缺点l优点：热耗低；构造简单；占地面积小，成本低。缺点：生产能力低；煅烧不够均匀，产品质量差；生产率低。二、立窑内熟料煅烧过程图图611立窑中生料球

47、的煅烧过程立窑中生料球的煅烧过程四、立窑内的带l分为：l1预热（烧）带：温度201000，占全窑的5%10%。l2烧成带：温度10001300，占全窑的10%。l3冷却带：小于1300，占全窑的75%85%。图图图图6 61212立窑煅烧熟料示意图立窑煅烧熟料示意图立窑煅烧熟料示意图立窑煅烧熟料示意图1-1-成球盘；成球盘；成球盘；成球盘；2-2-加料装置；加料装置；加料装置；加料装置；3-3-窑罩及烟窗；窑罩及烟窗；窑罩及烟窗；窑罩及烟窗；4-4-窑体；窑体；窑体；窑体；5-5-卸料装置；卸料装置；卸料装置；卸料装置；6-6-卸料密卸料密卸料密卸料密封装置；封装置；封装置；封装置；7-7-高

48、压风；高压风；高压风；高压风；8-8-预烧带；预烧带；预烧带；预烧带；9-9-煅烧带；煅烧带；煅烧带；煅烧带；10-10-冷却带；冷却带；冷却带；冷却带；11-11-废气出口废气出口废气出口废气出口五、立窑内的燃料燃烧和通风l1燃烧：C+CO22COlCaCO3CO2+CaO(吸热)lC+O2CO2l2CO+O22CO2（放热）l2通风：通风不良是立窑的缺陷六、立窑的燃烧方法l1普通燃烧法（白生料法）：生料粉磨与煤粒混合成球；l2全黑生料法：将煤与生料混合球磨后成球；l3差热煅烧法：在窑的边部和中部加入不同的煤量。七、生料成球l1粒度：815mm，均匀；l2水分：12%15%；l3强度：1m高

49、度自由落下不碎；l4孔隙率：30%35%。第七章第七章硅酸盐水泥的水化和硬化硅酸盐水泥的水化和硬化第一节第一节熟料单矿物与水泥水化熟料单矿物与水泥水化一、熟料矿物水化的原因l1矿物结构不稳定，水化后形成稳定的化合物。而造成结构不稳定的原因有：熟料冷却快；C3S、C2S有固溶体；矿物中含有微量元素。l2Ca2+配位不规则，致使结晶矿物内有“空洞”，即非最紧密堆积。二、单矿物水化l1C3S的水化l2C2S的水化l3C3A的水化l4C4AF的水化l1C3S的水化lC3S在水泥熟料中占50%60%，是熟料中最主要的矿物。因此，它的水化过程几乎决定了水泥的水化过程。硅酸三钙水化后形成水化硅酸钙-凝胶。其

50、化学反应式为：lC3S+nH=CX-S-HY+（3-x）CHl即3CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)2l水化硅酸钙的特点：组成不定，与Ca(OH)2的浓度有关。lC3S的水化过程如图71，分为五个阶段。l初始水解期：C3SC4AFC2S；l2水灰比：水越多，水化越快；l3水泥细度：越细越快；l4温度：越高越快；l5外加剂：包括促凝剂（无机电解质）、促硬剂和缓凝剂（有机外加剂）。第二节第二节水泥的凝结和硬化过程水泥的凝结和硬化过程l各家观点不一。l1结晶理论：液相反应，溶解沉淀的过程；l2胶体理论：固相反应，胶体凝胶的过程；l3综合理论：分为三个阶段l水解