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1、原始水泥可追溯到5000年前,埃及的金字塔、古希腊和古罗马时代用石灰掺砂制成的混和沙浆,曾被用于砌筑石块和砖块,这种用来做砌筑用的胶凝材料被称为原始水泥。1824年,英国J阿斯普丁发明了一种把石灰石和粘土混和后加以煅烧来制造水泥的方法,并获得了专利权。这种水泥同英国附近波特兰小城盛产的石材颜色相近,故称为波特兰水泥。人类最早是利用间歇式土窑(后发展成土立窑)煅烧水泥熟料。1877年回转窑烧制水泥熟料获得了专利权,继而出现了单筒冷却机、立式磨及单仓钢球磨等,从而有效地提高了水泥的产量和质量。第1页/共62页1905年湿法回转窑出现。1910年土立窑得到了改进,实现了立窑机械化连续生产。1928年
2、德国的立列波博士和波利休斯公司在对立窑、回转窑综合分析研究后,创造了带回转炉箅子的回转窑,取名为“立波尔窑”。1950年,悬浮预热器由德国发明成功并开始应用,大幅度降低了熟料生产的热耗,极大地提高了生产规模。20世纪60年代初,日本将德国的悬浮预热器回转窑技术引进后,于1971年开发了水泥窑外分解技术,从而揭开了现代水泥工业的新篇章,并且很快在世界范围内出现了各具特点的预分解窑,形成了新型干法生产技术。第2页/共62页我国从上世纪70年代初研制新型干法水泥技术装备开始,在国家有关部门的支持和推动下,水泥行业科研创新与技术开发能力不断提高,技术装备已达到世界先进水平。目前日产2000吨新型干法水
3、泥生产技术装备已全部国产化,日产4000吨、5000吨新型干法水泥生产技术装备国产化率达到90%以上,日产8000吨水泥熟料生产线和日产10000吨水泥熟料生产线已经投产。第3页/共62页水泥基础知识第一节基本概念一、胶凝材料在物理化学作用下,能从浆体变成坚固的石状体,并能胶结其它物料而有一定机械强度的物质,统称为胶凝材料。分为无机和有机两大类。无机胶凝材料又按照硬化条件,可分为水硬性和非水硬性两种。水硬性胶凝材料指在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的材料,如水泥。非水硬性胶凝材料不能在水中硬化,而只能在空气中硬化,故称为气硬性胶凝材料,如石灰、石膏等。二、水泥广义上说,水泥泛指一切能够硬化的
4、无机胶凝材料;而狭义的水泥则专指现代水泥,即具有水硬性的胶凝材料。第4页/共62页三、水泥的品种和分类1、按用途及性能分类通用水泥:是指适用于大多数工业、民用建筑工程的硅酸盐系列品种水泥。主要有硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥。专用水泥:是指有专门用途的水泥,如油井水泥、中热硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。特性水泥:是指某种性能较突出的一类水泥。如快硬水泥系列、膨胀水泥系列、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。专用特种水泥:快硬高强水泥、膨胀水泥、自应力水泥、水工水泥、油井水泥、装饰水泥、砌筑水泥、低碱水泥、道路水泥等。第5页/共62页二、按
5、其主要水硬性物质名称分类硅酸盐水泥系列硫铝酸盐水泥系列铝酸盐水泥系列铁铝酸盐水泥系列氟铝酸盐水泥系列其他系列第6页/共62页四、硅酸盐水泥(一)通用硅酸盐水泥1、硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、0%5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥,分P.I 和P.II,即国外通称的波特兰水泥。2、普通硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材,适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥),代号:P.O。3、矿渣硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为矿渣硅酸盐水泥,代号:P.S。第7页/共62页4、粉
6、煤灰硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为粉煤灰硅酸盐水泥,代号:P.F。5、火山灰质硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥,代号:P.P。6、复合硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥),代号P.C。第8页/共62页(二)硅酸盐水泥中主要混合材掺量1、硅酸盐水泥类,石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏,掺量为:0-5%2、普通硅酸盐水泥类,混合材料掺量为:6-15%3、矿渣硅酸盐水泥类,粒化高炉矿渣掺量为:20
7、-70%4、粉煤灰硅酸盐水泥类,粉煤灰掺量为:20-40%5、火山灰质硅酸盐水泥类,火山灰质混合材料掺量为:20-50%6、复合硅酸盐水泥类,混合材料掺量为:15-50%第9页/共62页(三)专用和特种硅酸盐水泥1、低热矿渣硅酸盐水泥:以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。2、快硬硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏,磨细制成早强度高的以3天抗压强度表示标号的水泥。3、抗硫酸盐硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能良好的水泥。4、白色硅酸盐水泥:由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏,磨细制成的白色水泥。第10页/
8、共62页5、道路硅酸盐水泥:由道路硅酸盐水泥熟料,0%10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为道路硅酸盐水泥,(简称道路水泥)。6、砌筑水泥:由活性混合材料,加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏,磨细制成主要用于砌筑砂浆的低标号水泥。7、油井水泥:由适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。8、石膏矿渣水泥:以粒化高炉矿渣为主要组分材料,加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰磨细制成的水泥。第11页/共62页第二节硅酸盐水泥的技术指标一、制造水泥的组分材料1、硅酸盐水泥熟料:经适当成分的生料烧至部分熔融,所得以硅酸钙为主要成
9、分的产物称为硅酸盐水泥熟料(简称熟料)。2、石膏:包括天然石膏和工业副产石膏,质量必须符合标准。3、活性混合材:系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。如高炉矿渣、火山灰和粉煤灰。第12页/共62页4、非活性混合材:指活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰的水泥混合材料,以及砂岩和石灰石。5、窑灰:从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘。6、助磨剂:水泥粉磨时允许加入起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂。其加入量不得超过水泥质量的1%。第13页/共62页二、硅酸盐水泥的标号国家标准中把硅酸盐水泥的标号设置为32.5、32.5R;42.5、42.5R;52.5、52.5R;62.5、62.5R;7
10、2.5、72.5R等。标 号 是 根 据 水 泥28d抗压强值确定的。第14页/共62页三、硅酸盐水泥的技术指标(品质指标)1、化学指标:是保证水泥质量和性能的重要依据(1)氧化镁含量:(GB175-1999)规定,水泥中氧化镁的含量不得超过5%。如果水泥经压蒸安定性试验合格,则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6%(2)三氧化硫含量:水泥中的SO3主要是在生产时为调节凝结时间加入石膏而带来的,国家标准规定,水泥中SO3的含量不得超过3.5%。第15页/共62页(3)烧失量:水泥煅烧不佳或受潮后,均会导致烧失量增加。普通水泥、矿渣水泥中的烧失量,回转窑厂不得大于5%,立窑大不得大于7%。第16页/共
11、62页2、物理指标(1)细度:水泥细度是表示水泥磨细后的程度或水泥分散度的指标。现行标准规定,普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥,在0.08mm方孔筛上筛余量不得超过10%;硅酸盐水泥细度不少于3002/g。第17页/共62页(2)凝结时间:是指水泥从加水开始,到水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水开始到水泥浆失去可塑性所需的时间;我国标准规定,采用凝结时间测定仪来测定。标准规定,硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟。终凝时间是从水泥加水开始到水泥浆完全失去塑性的时间。硅酸盐水泥终凝时间不得迟于390分钟(6.5小时)。普通硅酸盐水泥初凝时间不
12、得早于45分钟,终凝时间不得迟于10小时。第18页/共62页(3)安定性:安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥与水拌制成的水泥浆体,在凝结硬化过程中,一般都会发生体积变化。如果这种体积变化是在凝结硬化过程中,则对建筑的质量并没有什么影响。如果混凝土硬化后,由于水泥中某些有害成分的作用,在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化时,在建筑物内部产生破坏应力,导致建设物强度降低,甚至会引起建筑物开裂,崩塌等严重事故。第19页/共62页第三节硅酸盐水泥熟料的化学组成硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙(CaO),一般范围为62-67%;二氧化硅(SiO2),一般范围为20-24%;三
13、氧化二铝(Al2O3),一般范围为4-7%;三氧化二铁(Fe2O3),一般范围为2.5-6%。四种氧化物组成通常在熟料中占95%以上,同时含有5%以下的少数氧化物,如氧化镁(MgO)、硫酐(SO3)、氧化钛(TiO2)、氧化磷(P2O5)以及碱(K2O、Na2O)等。第20页/共62页第四节熟料的矿物组成一、熟料中的主要矿物硅酸盐矿物(CaO、SiO2):硅酸二钙(2CaOSiO2),简写为C2S硅酸三钙(3CaOSiO2),简写为C3S,合计占75%左右。熔剂矿物(Al2O3和Fe2O3):铝酸三钙(3CaOAl2O3),可简写为C3A铁铝酸四钙(4CaOAl2O3Fe2O3)简写为C4AF
14、,合计占22%左右。第21页/共62页第五节硅酸盐水泥的生产方法及工艺一、按生料的制备方法分为湿法和干法1、湿法:将原料加水粉磨成生料浆(含水33-40%)后喂入湿法回转窑煅烧成熟料,则称为湿法;将湿法制备的生料浆脱水后,制成生料块入窑煅烧,称为半湿法,亦归入湿法。2、干法:将原料同时烘干、粉磨或先烘干后粉磨成生料粉,而后喂入干法窑内煅烧成熟料,则称为干法生产;将生料粉加入适量水分制成生料球,而后喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟料的方法叫半干法,亦归入干法。第22页/共62页二、按煅烧熟料窑的结构分类1、立窑:有普通立窑和机械化立窑。2、回转窑:中空式窑湿法回转窑带热交换装置的窑带余热锅炉的窑回转
15、窑干法回转窑带预热器的窑带分解炉的窑半干法回转窑立波尔窑第23页/共62页三、各种生产方法的特点(一)立窑生产的特点1、优点(1)基本建设投资小,投入生产快。(2)立窑内填充系数高,因而单位体积产量高。(3)可以就地取材,充分利用地方资源。(4)窑内传热效率高,散热损失小,约为总热值的3%(回转窑为15%),可节约烧成用燃料。(5)需要设备和动力容量少,故可节约钢材和动力。第24页/共62页2、缺点(1)生产规模小。(2)熟料质量较差。(3)劳动生产率低,劳动强度大,单机产量低。(4)环保达标难。第25页/共62页(二)回转窑的特点1.湿法回转窑生产热耗高,但电耗较低,生料易于均化,成分均匀,
16、熟料质量较高且输送方便,粉尘少。所以此生产方法在20世纪30年代左右得以迅速发展。缺点是能耗高。2.新型干法回转窑是当前世界各国竞相发展的窑型。悬浮预热器窑和窑外分解窑技术的开发成功,使水泥生产方法开始逐步发生变化,出现了向干法发展及湿法改干法的发展趋势。新型干法回转窑的优点是节能、产量高、质量稳定、环保、生产率高。第26页/共62页第六节硅酸盐水泥生产的主要原料水泥生产的主要原料:石灰质原料 粘土质原料 铁质校正原料第27页/共62页一、石灰质原料凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。常用的有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。我国水泥生产中应用最普遍的是石灰岩。石灰岩是一种沉积岩。主要矿
17、物是方解石,含有粘土和石英或燧石等杂质。纯净的石灰石是白色的,由于含不同的杂质而呈灰白、青灰、淡黄、红褐等颜色。常见的为青灰色,相对密度2.6-2.8,硬度8-10,一般呈块状,有白色条痕。第28页/共62页石灰石的质量要求:第29页/共62页二、粘土质原料我国天然粘土质原料的种类较多,有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等,其中应用最广泛的是黄土和粘土。粘土质原料的质量要求如下:第30页/共62页三、校正材料常用较正原料有低品位铁矿石、铁厂尾矿、硫铁矿渣,硅藻土、硅藻石、砂岩、粉砂岩、铝矾土、铝渣等。第31页/共62页第32页/共62页第七节原料的开采和运输水泥厂一般都有自己的原料矿山。矿
18、床的开采使用最多的是机械开采。机械开采是用一定的采掘运输设备,按一定的生产工艺,从地面将矿体四周的岩体及覆盖层剥离掉,把矿石采出来并通过露天沟道或运输设备运到厂区料场。矿石运输:根据采石场距工厂的距离长短来选择运输设备。一般采石场距工厂300-500时,则可采用皮带输送机;相距在3km以内时,采用自动卸料汽车或小型内燃机车运输。第33页/共62页第八节原料的预均化原料的预均化:经破碎的原料化学成分是很不均匀的。为使原料成分初步趋于均齐,充分发挥原料堆场在储存和取用原料两方面的功能,采用一定的堆放和取用方式,使生料得到均匀。原料预均化的基本原理是“平铺直取”。即采取堆料机将料一层一层地铺起来,用
19、料时,采用取料机垂直切取料层,这样取得的生料就较均齐,接着送入生料磨进行粉磨。第34页/共62页第35页/共62页第九节生料的制备、调整和均化一、生料制备将原料(石灰质原料、粘土质原料及少量较正原料,立窑煅烧水泥熟料时还加有一定量的燃料)经过一系列的加工过程后,制成具有一定细度、适当化学成分,并且均匀的生料,使其满足多种窑型的煅烧要求。第36页/共62页第37页/共62页(一)对生料的要求(1)生料成分的均匀性:生料成分均匀稳定对熟料烧成具有重要影响。衡量生料成分稳定性的重要指标是碳酸钙滴定值,出磨生料碳酸钙滴定值波动范围,湿法窑不大于0.15%;干法窑不大于0.4%;立窑不大于0.5%。(2
20、)细度:一般生料以0.08mm方孔筛筛余量应控制在8-10%,0.2mm方孔筛筛余不大于10%为宜。(3)生料的水分:湿法,料浆含水份33-40%;干法一般控制在1.2%以内。第38页/共62页(二)生料制备的过程1、破碎:是用机械方法缩小物料粒度的过程。破碎物料主要有压碎、击碎、磨碎、劈碎四种方式。采用的破碎设备有颚式破碎机、锥式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机等。破碎作业有一级、二级甚至三级破碎的程序。采用几级破碎,主要取决于破碎机的技术性能。一般级数越少越好。但不论选用几级或选用什么样的破碎机,石灰石破碎系统的出料粒度必须满足生料磨入磨要求,在我国一般为20-25mm。2、烘
21、干在干法粉磨时,入磨物料平均水分应控制在1-2%以内,但天然物料水分一般都远远超过这一范围,因此物料必须烘干,满足这一要求。第39页/共62页第40页/共62页第41页/共62页水泥厂采用的烘干方法有两种:一种是粉磨过程中同时进行烘干,即利用烘干兼粉磨的设备;另一种是采用单独的烘干设备,物料烘干后再进行入磨。主要的烘干设备有:回转式烘干机、悬浮式烘干机和硫态化烘干机。第42页/共62页3、粉磨破碎与烘干后的物料,通过配料过程和配料设备送至生料磨进行粉磨。粉磨系统主要有开路和闭路两种。开路系统:在粉磨过程中,当物料一次通过磨机后即为产品闭路系统:当物料出磨后经过分级设备(选粉机)选出产品,而使粗
22、料返回磨内再磨。第43页/共62页2.410m中卸式烘干磨进气原料主传电机进气(热风)出磨(经斗提入选粉机)出气(入收尘器)烘干粗磨细磨热风回磨粗粉辅传电机减速机齿轮箱中空轴卸料仓第44页/共62页研磨体运动状态(3)(1)(2)(1)倾泻运动状态倾泻运动状态转速转速n太低在摩擦力作用下带到一定高度,但达到自然太低在摩擦力作用下带到一定高度,但达到自然休止角时下滑,有一定研磨作用、冲击作用弱休止角时下滑,有一定研磨作用、冲击作用弱(2)抛落运动状态抛落运动状态转速转速n适中、带到一定高度后离开圆弧轨道抛落,冲击适中、带到一定高度后离开圆弧轨道抛落,冲击与研磨作用强与研磨作用强(3)周转运动状态
23、周转运动状态转速转速n太高、离心力作用下贴壁做圆周运动,基本无冲太高、离心力作用下贴壁做圆周运动,基本无冲击与研磨作用击与研磨作用磨机转速冲击研磨为提高磨机的粉磨效率,研磨体需保证以抛落运动状态运行第45页/共62页第46页/共62页第47页/共62页补充:干法制粉系统工艺流程比较管磨机料仓称重给料设备磨尾斗提选粉机循环风机循环气流回磨粗粉袋式收尘器排风机排空成品输送成品库管磨机系统工艺流程1管磨机料仓称重给料设备磨尾斗提选粉机袋式收尘器回磨粗粉排风机排空成品输送成品库管磨机系统工艺流程2二次风一次风气料流:红色料 流:黑色第48页/共62页立 磨料仓称重给料设备袋式收尘器排风机排空成品输送成
24、品库立磨系统工艺流程2气料流:红色料 流:黑色热空气(工艺废气)立磨系统工艺流程1立 磨料仓称重给料设备电或蒸汽加热器排风机排空成品输送成品库袋式收尘器循环热风补充冷风第49页/共62页(三)、生料均化出磨的生料粉或生料浆,其化学成分难免有些波动,为保证入窑生料化学成分均齐、合格,生料应在贮存均化库内进行均化。干法生料的均化可采用多库搭配,机械倒库和压缩空气搅拌库。第50页/共62页第51页/共62页第十节水泥熟料的煅烧熟料煅烧:将生料制备过程中制得的生料送入煅烧窑,经高温煅烧,发生一系列物理的、化学的和物理化学变化后形成熟料的工艺过程。熟料煅烧物料可分为:水分蒸发生料预热生料分解熟料煅烧熟料
25、冷却五个功能单元。相应分为干燥带、预热带、分解带和放热带,烧成带和冷却带。第52页/共62页附:附:1、回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况图、回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况图第53页/共62页回转窑第54页/共62页第55页/共62页第56页/共62页第57页/共62页第十一节水泥制成工艺水泥制成工艺是指把熟料、石膏、混和材共同粉磨制成水泥,再进行包装或散装出厂。工艺过程如下:熟料(冷却)包装机成品库出厂石膏水泥磨机水泥库均化混合材散装车出厂第58页/共62页第十二节水泥的包装和贮运一、水泥的包装水泥是一种粉状物,在运输和储存方面须有不同形式的容器,我国一般出厂水泥有袋装和散装两种。包装的设备有固定式和回转式两种。固定式包装机有单咀、2咀、4咀三种规格。回转式包装机有6咀、10咀、14咀三种规格。自动化程度高、包装能力大、劳动条件好。第59页/共62页第60页/共62页第61页/共62页感谢您的观看!第62页/共62页
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