第五章硅酸盐水泥熟料的煅烧

6.2.5 熟料烧结
影响熟料烧结的因素： 1．最低共熔温度 2．液相量 3．液相粘度 液相粘度直接影响硅酸三钙的形成速率和晶体的尺寸，粘 度小，则粘滞阻力小，液相中质点的扩散速率增加，有利于硅 酸三钙的形成和晶体的发育成长；反之则使硅酸三钙形成困难。 熟料液相粘度随温度和组成(包括少量氧化物)而变化。
动力消耗设备重量配套收尘设备投资占地面积66史密斯第四代蓖冷机可控气流通风篦板第四代蓖冷机特点67窑系统由废气处理系统生料喂料系统预热器分解炉回转窑冷却机系统和喂煤系统等组成在生产过程中通过对气体流量物料流量燃料量温度压力等工艺过程参数的检测和控制使它们相互协调成为一个有机的整体进而对窑系统进行有效的控制
6.2 生料在煅烧过程中的物理化学变化
干燥（自由水蒸发） 粘土质原料脱水 碳酸盐分解 固相反应 熟料烧结 熟料冷却
吸热 吸热
强吸热 放热
微吸热 放热
6.2.1 干燥
排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。
生料中还有不超过1.O％的水。 自由水分的蒸发温度一般为27～150℃左右。 当温度升高到100～150℃时，生料自由水分全部被排除。 自由水分蒸发热耗大。每千克水蒸发潜热高达2257 kJ(在 100℃下)。
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应
1．反应过程
800℃ CaO+ Al2O3 → CaO·Al2O3 （CA）
CaO+ Fe2O3 → CaO·Fe2O3 （CF） 2 CaO+ SiO2 → 2 CaO·SiO2 （C2S）
800～900℃ CaO·Fe2O3+ CaO → 2CaO·Fe2O3（C2F）
慢
加快
迅速
------------→每T↑50℃，分解速度约增1倍
6.2.3 碳酸盐分解
1、分解反应特点 ①．可逆反应：受T、PCO2影响。 T↑，有利反应向正方向进行，且分解速率加快 T↑↑ → 废气T↑、热耗↑、预热器、分解炉易堵、结皮； 加强通风 → PCO2↓ → 有利反应向正方向进行。
6.2.3 碳酸盐分解
2、碳酸钙的分解过程 五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化 学反应过程。各过程的阻力不同，所以CaCO3的分解速率受控于 其中最慢的一个过程。 ②．立窑和立波尔窑：生料需成球，由于球径较大，故传 热速率慢，传质阻力很大，所以CaCO3分解速率取决于传热和传 质过程。
6.2.3 碳酸盐分解
2、碳酸钙的分解过程 五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化 学反应过程。各过程的阻力不同，所以CaCO3的分解速率受控于 其中最慢的一个过程。 ①．回转窑：生料粉粒径小，传质过程快；但物料呈堆积 状态，传热面积小，传热系数不高，故传热速率慢。所以CaCO3 分解速率取决于传热过程。
6.2.3 碳酸盐分解
6.2.3 碳酸盐分解
2、碳酸钙的分解过程 五个过程： 两个传热过程：热气流向颗粒表面传热、热量以传导方式 向分解面传热； 一个化学反应过程：分解面上的CaCO3分解并放出CO2； 两个传质过程：分解放出的CO2穿过分解层(CaO层)向表面 扩散、表面CO2向周围介质气流扩散。
6.2.3 。
生成了非晶质的无定形偏高岭土 ，具有较高活性，为下一 步与氧化钙反应创造了有利条件。在 900～950℃，由无定形物 质转变为晶体，同时放出热量。
6.2.3 碳酸盐分解
1、分解反应特点
①．可逆反应：受T、PCO2影响。 T↑，有利反应向正方向进行，且分解速率加快
600℃开始分解，890℃时PCO2=1个大气压，1100℃-1200℃ 反应迅速。
反应式： C2S+ CaO→ C3S
6.2.5 熟料烧结
反应式： C2S+ CaO→ C3S
条件： 温度： 1300~1450~1300℃ 液相量： 20%~30% 时间： 10~20min
6.2.5 熟料烧结
影响熟料烧结的因素： 1．最低共熔温度 最低共熔温度：物料在加热过程中，两种或两种以上组分 开始出现液相时的温度。 组分性质与数目都影响系统的最低共熔温度。见书P114表 6.2。 矿化剂和微量元素对降低共熔温度有一定作用。
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应 2．影响固相反应的主要因素 ①．生料的细度和均匀性 硅酸盐水泥生料细度一般控制范围： 0.2mm(900孔/cm2)以上粗粒在1.0-1.5%以下，此时0.08mm 以上粗粒可以控制在8-12%，最高在15%以下； 或者使生料中以上粗粒为0.5%左右，则0.08mm以上粗粒可 放宽到15%以上，甚至可以达到20%以上。
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应 1．反应过程 约800℃：开始形成CA、CF与C2S； 800-900℃：开始形成C12A7 、C2F ； 900-1100℃：C2AS形成后又分解、C3A、C4AF开始形成 1100-1200℃：大量形成C3A、C4AF，C2S含量达最大值 以上化学反应的温度都小于反应物和生成物的熔点，也就 是说物料在以上这些反应过程中都没有熔融状态物出现，反应 是在固体状态下进行的。
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应 2．影响固相反应的主要因素 ①．生料的细度和均匀性 生料愈细，则其颗粒尺寸愈小，比表面积愈大，各组分间 的接触面积愈大，同时表面的质点自由能亦大，使反应和扩散 能力增强，因此反应速率愈快。 但是，当生料磨细到一定程度后，如继续再细磨，则对固 相反应的速率增加不明显，而磨机产量却大大降低，粉磨电耗 剧增。因此，必须综合平衡，优化控制生料细度。 生料的均匀性好，即生料内各组分混合均匀，这就可以增 加各组分之间的接触，所以能加速固相反应。
第五章 硅酸盐水泥熟料的煅烧
一、概述 二、生料在煅烧过程中的物理与化学变化 三、悬浮预热技术 四、预分解技术 五、回转窑技术 六、微量元素和矿化剂对熟料煅烧和质量的影响 七、熟料冷却机 八、预分解窑技术的生产控制 九、新型干法水泥技术的发展 十、窑用耐火材料
6.1 概述
水泥熟料生产的工艺流程：
石灰质原料、 粘士质原料 少量的铁质原料
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应 2．影响固相反应的主要因素 ①．生料的细度和均匀性 ②．温度和时间 ③．原料性质 当原料中含有如燧石、石英砂等结晶SiO2或方解石结晶粗 大时，因破坏其晶格困难，所以固相反应的速率明显降低，特 别是当原料中含有粗粒石英砂时，其影响更大。
6.2.5 熟料烧结
6.2.3 碳酸盐分解
3．影响碳酸钙分解反应的因素 ⑤．粘土质组分的性质。 若粘土质原料的主导矿物是活性活性大的高岭土，由于其 容易和分解产物CaO直接进行固相反应生成低钙矿物，可加速 CaCO3的分解反应。 反之，若粘土的主导矿物是活性差的蒙脱石、伊利石，则 要影响CaCO3的分解速率，由结晶SiO2组成的石英砂的反应活性 最低。
7（4CaO·Al2O3·Fe2O3） （C4AF） 1100~1200 ℃大量形成C3A C4AF C2S含量达最大值
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应 1．反应过程 约800℃：开始形成CA、CF与C2S； 800-900℃：开始形成C12A7 、C2F ； 900-1100℃：C2AS形成后又分解、C3A、C4AF开始形成 1100-1200℃：大量形成C3A、C4AF，C2S含量达最大值 由上可见，水泥熟料矿物的形成是一个复杂的多级反应， 反应过程是交叉进行的。 上述反应为放热反应，用普通原料约放热420-450J/g，足 以使物料升温300℃以上。
1、分解反应特点 ①．可逆反应：受T、PCO2影响。 ②．强吸热反应：是熟料形成过程中消耗热量最多的一个 工艺过程。约占预分解窑的1/2，湿法1/3 ③．烧失量大：纯CaCO3为44%，一般在40%左右，与石灰质 原料的品质有关。
6.2.3 碳酸盐分解
1、分解反应特点 ①．可逆反应：受T、PCO2影响。 ②．强吸热反应 ③．烧失量大 ④．分解温度与PCO2和矿物结晶程度有关： PCO2↑，则分解 温度增高。方解石的结晶程度高，晶粒粗大，则分解温度高； 相反，微晶或隐晶质矿物的分解温度低。
6.2.3 碳酸盐分解
3．影响碳酸钙分解反应的因素 ③．生料细度和颗粒级配。生料细度细，颗粒均匀，粗粒 少，物料的比表面积大，可使传热和传质速率加快，有利于分 解反应。
6.2.3 碳酸盐分解
3．影响碳酸钙分解反应的因素 ④．生料悬浮分散程度。生料悬浮分散差，相对地增大了 颗粒尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。是决 定分解速度的一个非常重要因素。 回转窑和分解炉内分解时间比较： 回转窑内CaCO3分解率为85-95%(800～1000℃)要15min； 而分解炉内(800～850℃)要2s。
6.2.2 脱水
脱水是指粘土矿物分解放出化合水 。 层间水在100℃左右即可排除，而配位水则必须高达400～ 600℃以上才能脱去。 粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示：
Al2O3·2SiO2·2H20 500~600 Al203 ＋ 2SiO2 ＋ 2H2O↑
高岭土
无定形 无定形
水蒸气
按一定要求的 比例配合
1450℃
生料
熟料
经均化、 粉磨、调 配而成。
发生了什么变化？
6.1 概述
关键技术装备
筒，旋风筒； 适当成分的生料进入预热器
管，换热管道； 预热.
炉，分解炉； 窑，回转窑； 机，冷却机.
预热好的生料进入分解炉, 碳酸盐分解
分解后的生料进入窑内煅烧 成为熟料.
熟料进入冷却机进行冷却.
6.2.3 碳酸盐分解
3．影响碳酸钙分解反应的因素 ②．石灰石的种类和物理性质。结构致密、质点排列整齐、 结晶粗大、晶体缺陷少的石灰石不仅质地坚硬，而且分解反应 困难，如大理石的分解温度较高。质地松软的白垩和内含其他 较多的泥灰岩，则分解所需的活化能较低，分解反应容易。 当石灰石中伴生有其他矿物和杂质时，一般具有降低分解 温度的作用。
7 CaO·Al2O3+5 CaO → 12 CaO·7Al2O3（C12A7） 900～1100℃
2 CaO+ SiO2 + Al2O3 → 2 CaO·Al2O3 ·SiO2 12 CaO·7Al2O3+9 CaO → 7（3CaO·Al2O3）（C3A） 7（2CaO·Fe2O3）+2 CaO+12 CaO·7Al2O3 →
6.2.5 熟料烧结
影响熟料烧结的因素： 1．最低共熔温度 2．液相量 液相量↓--→ CaO不易被吸收完全，导致熟料中f-CaO↑影 响熟料质量，或降低窑产量和增加燃料消耗。 液相量↑--→ 能溶解的C2S、CaO亦↑--→形成C3S快； 液相量↑↑--→易结大块，回转窑内结圈。立窑内炼边、 结炉瘤等；
3．影响碳酸钙分解反应的因素 ①．反应条件。 提高反应温度有利于加快分解反应速率，同时促使CO2扩散 速率加快；但应注意温度过高，将增加废气温度和热耗，预热 器和分解炉易结皮、堵塞。 加强通风，及时排出反应生成的CO2气体，可加速分解反应。 通风不畅时，废气中CO2含量增加，不仅影响燃料燃烧，而且使 分解速率减慢。
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应 2．影响固相反应的主要因素 ①．生料的细度和均匀性 ②．温度和时间 当温度较低时，固体的化学活性低，质点的扩散和迁移速 率很慢，因此固相反应通常需要在较高的温度下进行。提高反 应温度，可加速固相反应。由于固相反应时离子的扩散和迁移 需要时间，所以，必须要有一定的时间才能使固相反应进行完 全。 急剧煅烧：热力梯度大，升温快，使脱水、CaCO3分解重合， 新生态，活性高。
2、碳酸钙的分解过程 五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化 学反应过程。各过程的阻力不同，所以CaCO3的分解速率受控于 其中最慢的一个过程。 ③．预热器、预分解炉内：生料处于悬浮状态，传热面积 大，传热系数高，传质阻力小，所以CaCO3分解速率取决于化学 反应速率。
6.2.3 碳酸盐分解
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应 1．反应过程 在熟料形成过程中，从碳酸钙开始分解起，物料中便出现 了游离氧化钙，它与生料中的SiO2、、Al2O3和 Fe2O3等通过质点 的相互扩散而进行固相反应，形成熟料矿物。 固相反应：是指固态物质间发生的化学反应，有时也有气 相或液相参与，而作用物和产物中都有固相。
当物料温度升高到1250-1280℃时，即达到其最低共熔温度， 开始出现以氧化铝、氧化铁为主的液相，液相的组分中还有氧 化镁和碱等。
随着温度的升高和时间延长，液相量增加, 硅酸三钙晶核 不断形成，并逐渐发育、长大。与此同时，晶体不断重排、收 缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密 的熟料．我们称以上过程为熟料的烧结过程，简称熟料烧结。