新型干法水泥生产工艺.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第一节 硅酸盐水泥的国家标准,一、水泥的定义与分类,凡细磨成粉末状，加入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。,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。,通用水泥有硅酸盐水泥、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泥等七种。,二、水泥工业的发展历史与发展趋势,世界水泥工业的发展历史：,1824,年：普通立窑,年产量约,2,千吨；,1877,年：干法中空回转窑,年产量约,1万吨；,1910,年：机械化立窑,年产量约几万吨；,1928,年：立波尔窑,年产量约达,10,万吨以上；,1950,年：悬浮预热器窑,年产量几十万吨，热耗更低；,1971,年：预分解窑,年产量可达几百万吨，日产,1,万吨以上，质量高、热耗低、电耗少、环境优美，资源也得到了充分利用。,世界水泥工业的发展趋势,1,、大型化：单机产量已达,15000t/d,；,2,、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；,3,、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,60kwh/t.ck,，煤耗最低可达,80kg/t.ck,；,4,、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，资源也得到了充分利用。,我国水泥工业发展,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；,1952,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结为“八个字”,优质、高产、低耗、环保,（一）硅酸盐水泥和普通水泥的标准发展过程,1952,年,采用日本强度试验方法和前苏联水泥标号。,1956,年,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。,1979,年,建立第二部水泥国家标准。,1992,年,针对我国水泥面向国际市场，建立第二部国家标准。,1999,年,修订建立第四部水泥国家标准。,标准分类：,GB,强制性国家标准、,JC,建材行业标准、,GB/T,推荐性国家标准等。,三、硅酸盐水泥的国家标准,（二）基本概念,1,、硅酸盐水泥的定义与代号,凡由硅酸盐水泥熟料、,0-5%,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。分为两种：不掺混合材料,型硅酸盐水泥，代号,P.,；掺加不超过,5%,石灰石或粒化高炉矿渣,型硅酸盐水泥，代号,P.,。,2,、组分材料,（,1,）熟料,凡由适当成分生料烧至部分熔融，所得以,硅酸钙,为主要成分的烧结物，称为硅酸盐水泥熟料，简称熟料。,（,2,）混合材料,在粉磨时与熟料、石膏一起加入磨内以改善水泥性能、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物材料。,（,3,）石膏,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,）不溶物,P.I,不超过,0.75%,，,P.II,不超过,1.50%,。,（,2,）氧化镁,熟料中氧化镁含量不得超过,5.0%,，经压蒸安定性检验合格，不得超过,6.0%,。,（,3,）三氧化硫,水泥中三氧化硫不得超过,3.5%,。,（,4,）烧失量,P.I,不超过,3.0%,，,P.II,不超过,3.5%,。,（,P,O,5.0%,）,（,5,）细度,0.08mm,方孔筛余小于,10.0%,，比表面积大于,300m,2,/kg,。,（,6,）凝结时间,初凝不早于,45min,，终凝不迟于,390min,。,（,P,O,10h,）,（,7,）安定性,经沸煮法检验必须合格。,（,8,）强度,硅酸盐水泥强度指标如下：,标号,抗压强度（,MPa,）,抗折强度（,MPa,）,3d,28d,3d,28d,42.5,17.0,42.5,3.5,6.5,42.5R,22.0,42.5,4.0,6.5,52.5,23.0,52.5,4.0,7.0,52.5R,27.0,52.5,5.0,7.0,62.5,28.0,62.5,5.0,8.0,62.5R,32.0,62.5,5.0,8.0,（,9,）碱含量,以,Na,2,O+0.658K,2,O,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,）安定性,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。,（,2,）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准规定时，均为废品。,（,3,）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、工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。,第二节 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，才能合理选择水泥熟料煅烧方法，正确操作，科学控制，最终达到,优质、高产、低耗、环保,的目的。,生料在加热过程中，依次发生干燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结、熟料冷却结晶等重要物理化学反应。,一、干燥与脱水,1,、干燥,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,100,150,时，生料中自由水分全部被排除。,特点：,在预热器中蒸发生料中少量的水分，使生料迅速升温。,2,、脱水,指在预热器中热烟气作用下，粘土矿物分解放出化合水。,脱水分两种：一种是脱去配位水，一般在,400-600,以上才能脱去；一种是吸附水，一般在,100,左右即可脱去。粘土矿物脱水中一个吸热过程，吸热量较少，升温速度快。,在,900,950,时，无定形物质又转变为晶体，同时放出热量。（分解炉温度控制范围）,3,、碳酸盐分解,生料中碳酸盐主要是碳酸钙和碳酸镁，它们在煅烧过程中分解并放出,CO,2,的过程称为碳酸盐的分解过程。,一般碳酸镁在,600,开始分解，到,750,分解剧烈进行，并吸收大量热；碳酸钙在,750,开始分解，到,897,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,80%,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重要的环节。,MgCO,3,=MgO+CO,2,-,（,1047,1214,）,J/g,CaCO,3,=CaO+CO,2,-1645J/g,（,1,）碳酸钙分解反应的特点,这是一个可逆的、强吸热、烧失量大的反应，其分解温度与,CO,2,的分压和矿物结晶程度有关。,（,2,）碳酸钙的分解过程,热气流从周围环境向碳酸钙颗粒表面传热；,热量从颗粒表面向内部传递；,在一定温度下碳酸钙吸热分解并放出,CO,2,；,CO,2气体从颗粒内部向表面扩散；,CO,2,气体从颗粒表面向四周扩散。,外加剂,掺加少量外加剂如,OH-,等物质可以提高碳酸钙的分解速度。,下图为正在分解的碳酸钙颗粒,4,、固相反应,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应即固相反应，其固相反应过程如下：,800,：形成,CA,、,CF,、,C,2,S,；,800-900,：开始形成,C,12,A,7,；,900-1100,：形成,C,2,AS,后又分解。开始形成,C,3,A,和,C,4,AF,。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙达到最大值。,1100-1200,：大量形成,C,3,A,和,C,4,AF,，,C,2,S,含量达最大值。,固相反应是放热反应。普通原料放热量约为,420-500J/g,。,影响固相反应的因素：,（,1,）和生料的细度及其均匀程度,生料越细，生料的均匀性越好，其固相反应接触面积越大，反应越快。,（,2,）原料的性质,原料中结晶,SiO,2,越多，结晶越大，其易烧性越差，固相反应速度就越慢。,（,3,）温度,反应温度越高，质点能量越高，扩散速度越快，可加快固相反应的速度。,（,4,）矿化剂,采用适当的矿化剂，可以促使,SiO,2,晶体活化，加速生料中的结晶,SiO,2,分解，从而加快固相反应。,5,、熟料的烧结,（,1,）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矿物,硅酸三钙。其反应方程式如下：,C,2,S+CaOC,3,S,熟料的烧成温度一般在,125014501250,，故通常把,125014501250,称为熟料的烧结温度。在此温度范围内大致需要,10-20min,完成熟料的烧结过程。,（,2,）影响熟料烧结过程的因素,最低共熔温度,最低共熔温度越小，液相出现越早，熟料的烧结就会越快。,液相量,适当的液相量可以加速,C,3,S,的形成，一般熟料在烧成过程中液相量为,20-30%,。,液相的粘度,液相的粘度对,C,3,S,的形成有很大的影响。粘度越小，质点扩散速度越快，,C,3,S,也就越易形成。,液相的表面张力,液相的表面张力越小，就越易润湿固相颗粒表面，也就越有利于,C,3,S,的形成。,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,C,3,S,的形成速度，熟料就越易烧结。,5,、熟料的冷却,（,1,）冷却的作用,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；部分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，提高热效率。,熟料冷却的方式分为三种：,急 冷,冷却速度很快；,平衡冷却,冷却速度适中；,独立结晶,冷却速度很慢。,熟料在冷却过程中，将有部分熔剂矿物形成晶体析出，另一部分来不及析晶而呈玻璃态存在。,（,2,）急冷的作用,减少C,3,S,分解。,因为熟料在冷却时，其中的,C,3,S,在,1250,左右时会分解成,C,2,S,，并产生二次,f-CaO,，降低了熟料的早强。,避免,C,2,S,产生晶型转变。,熟料在冷却时，其中的,C,2,S,在,500-600,左右时，会从,-C,2,S,转变为,-C,2,S,，其密度由,3.24,降低到,2.97,，体积膨胀约,11%,，而导致熟料胀裂崩溃而使熟料粉化。,-C,2,S,几乎没有水硬性，从而大大降低了熟料的强度。,使,MgO,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,MgO,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。,使,C3,A,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,C,3,A,形成固溶体，提高了熟料的抗硫酸盐性。同时由于,C,3,A,形成了固溶体，还可以使其水化速度减慢，防止熟料快凝。,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，从而改善了熟料的易磨性，提高水泥粉磨的效率，降低了粉磨成本。,第三节 硅酸盐水泥熟料的矿物组成,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,5%,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，各主要氧化物含量波动范围为：,CaO,：,62-67%,；,SiO,2,：,20-24%,；,Al2O,3,：,4-7%,；,Fe,2,O,3,：,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应生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为,30-60um,。,硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：,硅酸三钙：,3 CaO.SiO2,；,硅酸二钙：,2 CaO.SiO2,；,铝酸三钙：,3CaO.Al2O3,；,铁铝酸四钙：,4 CaO.Al2O3.Fe2O3,。,另外，还有少量的游离氧化钙（,f-CaO,）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物以及玻璃体等。,以上四种主要矿物约占,95其中硅酸钙约占,75%,，合称为硅酸盐矿物；铝酸三钙和铁铝酸四钙占,22%,左右，称为熔剂矿物。,第一节 熟料的矿物组成,一、硅酸三钙,硅酸三钙在干法水泥熟料中约占,50-60%,。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,A,矿。,硅酸三钙的水化特点：,1,、早期强度高，总强度高；,2,、水化速度较快；,3,、水化热较大；,4,、抗水性差。,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，从而降低水泥强度，甚至会影响水泥的安定性。,二、硅酸二钙,熟料中硅酸二钙约占,20%,左右。,通常硅酸二钙与少量其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固溶体，称为贝利特或,B,矿。熟料中硅酸二钙的水化速度水化较慢，约为硅酸三钙的,20,分之一。至,28d,仅水化,20%,左右。,硅酸二钙的水化特点：,1,、早期强度低，总强度较高；,2,、水化速度慢；,3,、水化热小；,4,、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，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。,三、铝酸三钙,熟料中铝酸三钙与其它少量氧化物如,Na2O,等形成固溶体，由于在反光显微镜下呈暗灰色，故又称为黑色中间相。,铝酸三钙水化迅速，放热量大，凝结很快，其强度在三天内大部分发挥出来，,28d,达到,80%,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：,（,1,）早强较高，但后期强度差；,（,2,）水化速度快；,（,3,）水化放热量大；,（,4,）抗硫酸盐性差。,四、铁铝酸四钙,熟料中铁铝酸四钙与其它少量氧化物如,Na2O,等形成固溶体，由于在反光显微镜下呈亮白色，故又称为白色中间相。,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。,铁铝酸四钙的水化特性：,（,1,）早强较高，后期强度较好；,（,2,）水化速度较快；,（,3,）水化放热量较小；,（,4,）抗硫酸盐性好。,五、玻璃体,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：,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,、,CaO,，还有少量的,MgO,和碱（,K,2,O,和,Na,2,O,）等。一般情况下，玻璃体在熟料中的含量为,20-30%,。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。,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，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，在加水三天后才有明显反应，水化生成氢氧化钙时，体积膨胀,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,1.5%,以下。,七、方镁石,方镁石为游离状态的氧化镁晶体。其水化速度慢，水化时也会膨胀，影响水泥的安定性。一般含应控制在,5.0%,以下，经压蒸安定性检验合格后可放宽到,6.0%,。,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，呈粉红色镶黑边。,第三节 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。,常用的率值有：,石灰饱和系数（,KH,）、硅率（,SM,）、铝率或铁率（,IM,）；其他还有水硬率（,HM,）等。,一、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和的程度，也就是氧化硅反应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。,KH=,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：,KH=,当,KH=1.0,时，形成的熟料矿物为,C,3,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,，而无,C,2,S,；,当,KH=0.66,时，形成的熟料矿物为,C,2,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,，而无,C,3,S,。,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,KH,值一般在,0.87-0.93,之间。,KH,值对熟料质量和煅烧的影响,在生产中，适当提高,KH,值，可以改善熟料强度，提高熟料的质量。但,KH,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,f-CaO,，降低熟料煅烧的产量和质量；,KH,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,C,3,S,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。,二、硅酸率,简称硅率，用,SM,或,n,表示。,它表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物之比。,通常情况下，干法预分解窑硅酸盐水泥熟料中的,n,值一般为,2.3-2.7,。,若熟料中硅率过高时，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响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等现象，严重影响窑的操作。,熟料的粉化,熟料的粉化是指当熟料中二氧化硅过多，冷却速度慢时，熟料中的,C,2,S,在,500-600,会由,-C,2,S,转变为,-C,2,S,，其密度由,3.24,增大到,2.97,，体积膨胀约,11%,，而使熟料胀裂崩溃，这就是熟料的粉化。熟料粉化后生成的,-C,2,S,几乎没有强度，因而严重影响熟料的质量。,三、铝氧率,也称为铝率、铁率。以,IM,或,p,表示。它是指熟料的熔剂矿物中,C,3,A,与,C,4,AF,之比。,一般情况下，熟料的,p,值要求在,1.5-1.8,之间。,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，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“两高一中”即“高硅率、高铝率、中饱和比”：,KH=0.86-0.88,，,SM=2.4-2.6,，,IM=1.5-1.6,调整改变为“三高”：,KH=0.87-0.93,，,SM=2.3-2.7,，,IM=1.51.8,熟料中硅酸钙含量达到,70%,甚至,75%,以上，硅酸三钙达到,60%,甚至,65%,以上。,第二节 硅酸盐水泥的生产方法与过程,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料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分合适、质量均匀的生料，称为生料制备；生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以,硅酸钙（,C,3,S,、,C,2,S,）,为主要成分的硅酸盐水泥熟料，称为熟料煅烧；熟料加适量石膏、适量混合材料或外加剂共同磨细制成水泥，称为水泥制成。,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“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，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。,1,、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。,2,、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、低温煅烧等。,3,、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。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，配合使用新型高效选粉机，其电耗低，成本低，效率高，效果好。,4,、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，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。,干法（窑外分解窑）生产工艺流程图,A,、石灰石矿山,B,、粘土矿山,C,、破碎车间,D,、生料车间,E,、烧成车间,F,、水泥车间,G,、包装车间,H,、修理车间,J,、变电所,K,、化验室与办公楼,1,、钻机,2,、电铲,3,、自卸汽车,4,、破碎机,5,、皮带,6,、预均化堆场,7,、电子计量秤,8辊式磨,9,、球磨机,10,、新型高效选粉机,11,、排风机,12,、电收尘器,13,、旋风收尘器,14,、立式磨,15,、生料均化储存库,16,、空气泵,17,、五级旋风预热器,18,、分解炉,19,、增湿塔,20,、电收尘,21,、烟囱,22,、回转窑,23,、冷却机,24,、三次风管,25,、熟料库,26,、煤粉制备,27,、燃料,28,、水泥库,29,、铁路,30,、包装机,新型干法水泥生产工艺流程,第二章 原燃料及生料制备,根据水泥品种、原料的物理化学性能与具体的生产条件，确定所用原料的配合比，称为生料的配料。,第一节 原燃料选择及其对干法生产的影响,制造硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅与氧化铝，也提供部分氧化铁）。,当粘土中氧化硅不足时，可用高硅原料如砂岩、砂子等进行校正；当粘土中氧化铝含量偏低时，可掺入高铝原料如煤渣、粉煤灰、煤矸石渣等。,此外，为改善易烧性，有时加入少量的矿化剂。,一、石灰质原料,常用的天然石灰质原料有石灰石、泥灰岩、白垩、贝壳等。,水泥生产对石灰质原料的质量要求：,1,、,CaO48.0%,；,2,、,MgO3.0%,；,3,、,SO,3,1.0%,；,4,、,R,2,O0.6%,；,5,、,f-SiO,2,4.0%,。,二、粘土质原料,天然粘土质原料有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。其中黄土与粘土应用最多最广泛。其中主要矿物为高岭土（石）、蒙脱石、伊利石等。,水泥生产对粘土质原料的质量要求：,一等品：,n=2.7-3.5,；,p=1.5-3.5,；,MgO3.0%,；,R2O4.0%,；,SO33.0%,；,二等品：,n=2.0-2.7,或,3.5-4.0,；,p,值不限；,MgO3.0%,；,R2O4.0%,；,SO33.0%,；,三、校正原料,在生产中当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分掺加相应的原料，以补充某些不足的成分，这种原料称为校正原料。主要为铁质、硅质、铝质校正原料三种。,1,、铁质校正原料,质量要求：,Fe,2,O3,40%,不含有害杂质。,常用的铁质校正原料有硫酸渣、铁矿石、铅矿渣、铜矿渣等。,2,、硅质校正原料,质量要求：,n4.0,或,SiO,2,=70-90%,；,R,2,O4.0%,。,常用的硅质校正原料有粉砂岩、砂岩和河砂等。,3,、铝质校正原料,质量要求：,Al,2,O,3,30%,且不含有害杂质。,常用铝质校正原料有铝钒土、煤渣、煤矸石、粉煤灰等。,四、燃料,新型干法回转窑一般采用烟煤煅烧水泥，近几年来，由于产煤地区资源及价格的差异，经过大量研究与实践，我国已经成功开发出预分解窑利用无烟煤煅烧技术。由于无烟煤着火点高，燃烧时间长，燃尽时间与反应类型、反应温度、煤种类、颗粒细度、过剩空气量等有关。无烟煤的燃尽时间约是烟煤的,1.5,1.6,倍。挥发分,5%,的无烟煤着火温度比普通烟煤,(,挥发分,25),高出,200,，说明挥发分较低的煤通常着火温度较高，着火特性较差，无烟煤更差。,一般为提高无烟煤在窑系统的燃烧速度，要求入窑炉煤粉细度达到,0.08mm,方孔筛余小于,3-5%,。,对预分解窑来说，为防止结皮，还要求煤中含硫量小于,1.5%,。,五、微量元素的影响,（一）,MgO,熟料中含少量,MgO,，有以下作用：,1,、增加液相量。,2,、降低熟料熔融温度。,3,、改善水泥色泽。,4,、过多的,MgO,会影响水泥安定性。,一般熟料中的,MgO,含量在,2-3%,以下。,（二）碱,碱在熟料中有以下作用：,1,、微量碱可以降低烧成温度，增加液相量。,2,、过多碱使,CaO,难以吸收，不利于烧成。,3,、碱含量过高会降低水泥强度，使凝结时间不正常。,4,、硬化水泥表面起白霜，易开裂，产生碱集料反应。,5,、生料碱含量过高，在干法生产中，易结皮堵塞。,（三）,SO,3,在熟料中含有的,SO,3,有以下作用：,1,、降低液相粘度，增加液相量，有利于,C,3,S,的形成。,2,、降低熟料的烧成温度。,3,、降低水泥的凝结速度，延长凝结时间。,4,、过量的,SO,3,会影响水泥的安定性。,（四）,TiO,2,在熟料中含有少量,TiO,2,（,0.5-1.0%,）可以提高强度过量则会降低熟料强度，故一般熟料中的,TiO,2,不超过,0.3%,。,（五）,P,2,O,5,在熟料中含有,0.1-0.3%,的,P,2,O,5,可以提高强度，过多则会加速,C,3,S,分解，产生二次,f-CaO,，降低强度。,第二节 原燃料的破碎烘干及预均化,一、破碎,1,、破碎的目的,固体物料在外力作用下，克服了内聚力，而使固体物料破碎的过程，称为破碎。在水泥生产过程中，破碎物料的目的在于提高烘干和粉磨的效率，同时亦便于物料的均化、运输和储存。,2,、破碎的分类,粗碎,100mm,，中碎,30mm,，细碎,3mm,3,、破碎方法,破碎方法按施加外力的方法可分为：,(a),压碎：适于脆性坚硬物料粗碎。,(b),磨碎：适于细小物料细碎。,(c),劈碎：适于软、脆物料。,(d),击碎：较脆、硬物料。,二、烘干,原料烘干的目的：,1,、保证磨机正常安全运转，防止出现包球、糊磨、饱磨等不正常现象。,2,、有利于粉状物料的输送、储存及均化。,烘干后各原料的入磨水分要求应根据各生产工序合理确定。通常要求如下：,石灰石粘土铁粉煤混合材,0.5,1.0%,1.5%,5%,3.0%,90um,的粗颗粒，在水化时可起到桥梁骨架作用，有利于提高混凝土的强度。,2,水泥是不是越细越好？为什么？,一般试验条件下，水泥颗粒大小与水化的关系是：,60um,，水化缓慢；,90um,，表面水化，只起微集料作用水泥比表面积与水泥有效利用率,(,一年龄期,),的关系是：,3000cm,2,/g,时，只有,44,可水化发挥作用；,7000cm,2,/g,时，有效利用率可达,80,左右；,10000cm,2,/g,时，有效利用率可达,9095,。,图,6-1,破碎粉磨系统经济粒度,图,6-2,不同颗粒大小的水泥细度,曲线,1,：,30um,；曲线,2,：,3-9um,；曲线,3,：,9-25um,；曲线,4,：,25-50um,水泥冷却的目的与方法,水泥冷却的目的：,水泥中的二水石膏在,90,开始脱水，,130,大量脱水，当石膏脱水过多时，水泥会产生假凝。同时高温的水泥在库内脱水，易产生结块，降低水泥质量，因而水泥必须冷却。,水泥冷却的方法：,1,、筒体淋水。,直径在,3m,以下的磨机，采用筒体淋水有明显效果，可降低温度,40,左右。大型磨机，由于直径大，磨机中心冷却效果较差。,2,、磨内通风。,磨内通风可以降低水泥温度，同时将细粉吹向磨尾，减少过粉磨现象，提高粉磨效率和水泥质量。但磨内通风量受到粉磨流程、产品细度要求等制约。,3,、磨内喷水。,大型磨机采取磨内喷水可以有效降低磨内温度。为保证水泥质量和冷却效果，磨内喷水量应控制在水泥质量的,1%,左右。,4,、选粉机内通入冷风。,新型高效选粉机在选粉机内通入冷风，通过多次分选提高选粉效率，同时也可以降低水泥的温度。,5,、出磨水泥采用专用冷却设备。,如采用流态化冷却器，可以使水泥的温度降低到,60,以下。,粉磨系统及选粉机,选粉设备经历四代变化：粗粉分离器、离必选粉机、旋风选粉机、新型高效选粉机等。,粗粉分离器,1,、进风管,2,、外锥壳体,3,、内锥壳体,4,、反射锥,5,、粗粉出口管,6,、导向叶片,7,、排气管,物料与空气（热空气）从粗粉分离器底部管道以,20-30m/s,的速度进入，经菱形反射锥将粗颗粒反弹落下，物料与气流沿内外锥间隙上升，由于通风面积增大，气流速度下降，,较粗颗粒因重力被收下,。气流与物料继续上升，到达顶部经过,导向叶片时，因方向改变，又有一部分粗粉从气流中分离出来,，粗粉收集后经粗粉管排出，细粉与气流一道排出，再通过收尘器收下。,一、粗粉分离器的原理,二、粗粉分离器操作方法,1,、调节导向叶片的角度；角度越大，气流旋转越强烈，出去的产品越粗，产量越高。反之则越细，产量越小。,2,、改变上升气流的速度，气体流速越大，产品越粗，产量越高，反之亦反。,粗粉分离器常用于风扫煤磨、风扫生料磨等选粉。,三、粗粉分离器的特点,1,、结构简单，操作方便。,2,、无运动部件，不易损坏。,3,、价格低，投资少，维护简便。,4,、生产能力较低，产品细度调节不灵活。,5,、产品质量不高。,6,、需另设收尘器回收细粉。,一、旋风选粉机的原理,物料从加料口进入选粉机内撒料盘上，受到离心作用而飞向四周，由于,重力作用落下,，遇到大风叶产生的循环上升气流作用，细粉被带起，,较粗颗粒经滴流装置再次被分选,其中较细粉又被带起，粗粉在选粉室下部收集。,细粉随气流进入旋风筒被收集。,旋风式选粉机,1,、电动机,2,3,、传动装置,4,、垂直轴,5,、进料管,6,、集气管,7,、旋风分离器,8,、选粉室,9,、小风叶,10,、撒料盘,11,、滴流装置,12,、粗粉管,13,、细粉管,14,、导风管,15,、支风管,16,17,、调节阀,18,、进风管,19,、风机,二、旋风式选粉产品细度调节方法,1,、改变转子转速：上升气流速度增大，产品细度降低，即产品变粗。,2,、改变离心风机风速：开大集气管阀，增加风速，上升气流速度增大，产品细度降低，产品变粗。反之变细,粗调；开大支风管阀，进风减小，上升气流速度降低，产品细度增大，产品变强。反之变粗,细调,3,、改变小风叶数量：对粗粉的栅栏效应加强，产品变细。,细调,4,、改变滴流装置：采用不同的滴流装置，改变分选效率，而改变产品细度。,三、旋风式选粉机的特点,1,、选粉能力较大，比离心式高,2-2.5,倍；,2,、选粉效率与生产能力高，比离心式选粉机高约,8-10%,，电耗低约,20%,；,3,、产品细度调节方便；,4,、传动部分结构简单。机体磨损小，振动小，对基础要求低；,5,、密封要求高，出料口要设锁风装置；,6,、占地面积较大。,新型高效选粉机,O-SEPA选粉机,由日本小野田公司研制。其特点是：,1,、物料粒径分选准确，选粉效率高。,2,、可在较大范围控制产品细度，改进产品粒度分布。,3,、提高产量,10-20%,，电耗降低,8-20%,，,4,、设备小，重量轻，布置紧凑，其容积只有普通选粉机的,1/2-1/6,。,5,、将收尘气流与选粉气流合二为一，简化了工艺流程。,6,、可通入冷风，强化水泥冷却。,O-SEPA,选粉机示意图,1,、撒料板,2,、水平分料板,3,、笼式回转调节叶片,4,、缓冲板,5,、导流叶片,6,、细粉管,7,、粗粉斗,8,、竖直回转轴,9,、进料入口,10,、含尘空气入口,11,、二次风入口,12,、三次风入口,第四节提高粉磨系统产质量、降低消耗的主要途径,在粉磨过程中，怎样实现优质、高产、低消耗,(,单位产品电耗、研磨体和衬板消耗,),是粉磨系统最重要的问题。,一、粉磨流程与设备规格的选择,1,、采用闭路生产比开路生产效率要高。,一般产质量要高,10-20%,，电耗要低,10-20%,2,、采用大型设备生产效率要高。,一般磨机规格越大，其单位产品电耗越低，生产管理越容易，也越容易实现自动控制，其产品产质量也越高。,二、入磨物料的性质,1,、温度,一般入磨物料的温度不大于,80,，最好小于,50,。,2,、粒度,入磨物料粒度要求小于,25-30mm,，最好在,5-10mm,。,3,、水分,干法球磨机入磨物料水分超过,4%,，其产量会降低,20%,以上。故一般控制在,1.0-1.5%,以内。,4,、易磨性,物料易磨性越好，粉磨越容易。,三、磨机种类与结构的选择,磨机种类常用的有钢球磨、立式磨等。,一般生料磨、煤磨常用,立式磨，产质量较高，控制操作方便。,水泥磨常用,球磨机，操作简单，投资较小。,磨内隔仓板的位置与种类的选择和设计对磨机产质量的影响也非常重要。,四、粉磨系统工艺参数的选择,粉磨系统的工艺参数主要有：,研磨体的装载量、材质与级配；,球料比；,磨内物料的流速；,磨内通风速度；,闭路磨的循环负荷率。,选粉效率。,各类磨机的填充率,磨机类型,值,磨机类型,值,烘干磨,(,中,/,尾卸,),0.25-0.28,选粉烘干短磨,0.35-0.38,开路长磨,0.28-0.30,二级闭路短磨,0.40-0.45,一级闭路长磨,0.30-0.36,五、外加剂,水泥生产中常加入少量的外加剂，提高磨机的产量、改善水泥的性能。,常用的外加剂有无机、有机和复合三类。早期使用的多为前两类，如：糖蜜、木质素、乙二醇或三乙醇胺等。,助磨剂：含有胺基、羟基、羧基的表面活性剂。,激发剂：,提高水泥比表面积，增加反应活性，提高磨机产量，降低电耗。,1,、生产比熟料强度高的水泥。,2,、生产低碱水泥。,3,、大量利用工业废渣，节约资源、降低能耗、变废为宝、减少污染。,4,、提高产质量、降低成本、改善性能。,碱类、硫酸盐类、,高效复合水泥添加剂,(,助磨增强型,),助磨剂应具备的四种性能：,1,、易吸附，使物料不粘结聚团。,2,、表面活性作用，提高物料易磨性。,3,、消除静电作用，避免产生缓冲层。,4,、提高磨内物料流动性，避免过粉磨现象。,助磨剂对矿渣水泥细度与强度的影响,另外，还有采用分别粉磨也可以提高磨机产量，降低消耗。,分别粉磨能够较好地改善水泥的颗粒级配，提高抗压强度、降低标准稠度用水量，并能够降低粉磨电耗。,在水泥性能基本相同的情况下，分别粉磨能够有效提高水泥，混合材料的掺量。,粉磨技术与设备的发展,一、粉磨设备大型化,球磨机直径,5.5m,以上，功率,10000KW,，台产,300,吨二、效率高、能耗低,立磨、挤压预终粉磨系统。,三、高效选粉机,继离心、旋风选粉机后，以,O-SEPA,为代表的第三代新型高效选粉机得到迅速发展。,四、实现操作自动化,第七章 生产质量控制,生产质量控制是保证工厂正常生产、稳定和提高水泥质量的关键。在生产过程中，原、燃料的成分与生产状况是不断变动的，前后工序密切相关，如果前一工序控制不严，就往往会给后一工序的生产带来影响。因此，生产质量控制应根据生产工艺流程，经常地、系统地、及时对各生产工序，从原料、燃料、混合材料、生料、熟料以及成品水泥进行一环扣一环的控制。,水泥生产控制与均化中，应以配料为重点，保证原料、生料成分的均匀、稳定，抓住生产中的薄弱环节，确保熟料质量。,第一节 石灰石、粘土矿山的控制,为了保证生料成分的合格与稳定，石灰石在开采前，应进行生产勘探，系统地采样作化学分析，以掌握石灰石矿山化学成分分布规律，从而根据掌子面各层的品位与厚度，进行计划开采，做到高低品位合理搭配，以合理利用矿山资源，并保证入厂石灰石质量。,对于粘土矿在生产前也应系统采样进行分析。对粘土成分，除保证碱含量不应过高外，主要控制硅率与铝率。生产过程中粘土也应定期取样分析，视矿山成分，需要时也应搭配入厂，以确保粘土入厂成分符合要求。,第二节 原、燃料的预均化和控制,原、燃料的预均化，主要用于水泥的石灰质原料和燃料煤。,当干法水泥厂的矿山成分波动较大、地质