第5章 硅酸盐水泥熟料的煅烧
硅酸盐水泥熟料的煅烧
·强吸热反应；
每1 kg纯碳酸钙在890℃时分解吸收热量为1645J/g，是 熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程。分解所需总
热量约占预分解窑的二分之一；
·反应起始温度较低； ·分解温度与CO2分压和矿物结晶程度有关 。
3. 碳酸钙的分解过程
①热气流向颗粒表面的传热过程； ②热量由表面以传导方式向分解面传递的过程； ③碳酸钙在一定温度下吸收热量，进行分解并放出CO2 的化学过程； ⑤表面的CO2向周围介质气流扩散的过程。
• 回转窑内”带”的划分及其作用 1.干燥带 物料温度20—150℃ 气体温 度200—400℃ 2.预热带 物料温度150—750℃ 气体温 度400—1000℃ 3.碳酸盐分解带 物料温度750—1000℃ 气体温 度1000—1400℃ 4.放热反应带 物料温度1000—1300℃ 气体 温度1400—1600℃ 5.烧成带 物料温度1300—1450--1300℃ 气体温度1650—1700℃ 6.冷却带
生料中自由水量因生产方法与窑型不同而异： 干法窑﹤1％ 立窑、半干法立波尔窑：12 ～15％ 湿法窑：30～40 ％ 半湿法立波尔窑：18 ～22％
2.脱 水
脱水是指粘土矿物分解放出化合水 。
层间吸附水：以水分子状态
·水存在形式：
脱水温度：100℃左右 晶体配位水：OH脱水温度：400～600℃以上
第五章 硅酸盐水泥熟料的煅烧
本章主要内容： 本章主要介绍新型干法水泥生产过程中的 熟料煅烧技术以及煅烧过程中的物理化学变 化，以旋风筒—换热管道—分解炉—回转 窑—冷却机为主线，着重介绍当代水泥工业 发展的主流和最先进的煅烧工艺及设备、生 产过程的控制调节等。
研究方法：
• 在实验室内进行 • 在试验窑与生产窑上进行
硅酸盐水泥熟料的煅烧
单个颗粒碳酸盐分解动力学方程
窑系统的CO2分压 通风良好, CO2分压较低,有利 于碳酸盐分解;
生料细度和颗粒级配 生料细度细,颗粒均匀,粗粒 少,分解速率快;
生料悬浮程度 生料悬浮分散良好,相对减小颗粒 尺寸,增大了传热面积,提高了碳酸盐分解速率;
石灰石的种类和物理性质 结构致密,结晶粗大的 石灰石,分解速率慢;
硫酸盐
硫对熟料形成有强化作用：SO3降低液相粘度;增 加液相量，有利于C3S的形成；能形成2C2S·CaSO4及 C4A3Ŝ 2C2S·CaSO4为中间产物，1300℃左右时分解。 C4A3Ŝ在1400 ℃以上大量分解。
氟－硫复合矿化剂
该复合矿化剂的掺入;与熟料组成 F/Ŝ比、烧成温 度等有关 在900~950 ℃形成3C2S·3CaSO4·CaF2生成， 该四元过渡相消失时，出现液相。降低了液相出现温 度和粘度，使A矿形成温度降低150~200 ℃，促进其 形成。氟硫比在0 4~0.6。
液相的粘度：它直接影响硅酸三钙的形成速率及晶体发 育 其大小与液相的组分性质与温度有关。
温度越高;粘度越低；铝率越高，粘度越大； 多数微量元素可降低液相粘度。
液相的表面张力：其大小与组分性质 温度有关 它影响 着液相能润湿固相的程度;表面张力 越小，润湿性越好，有利于C3S的形 成。
熟料的烧结
硅酸三钙的形成： C2 S CaO 液相 C3S
Al2O3 2SiO2 2H2O Al2O3 2SiO2 2H2O
2蒙脱石脱水 Al2O3 4SiO2.m H2O→Al2O3.4SiO2+m H2O 晶体结构—活性低
3伊利石脱水 产物也是晶体结构,伴随体积膨胀
5 1.2碳酸盐分解 碳酸盐的分解主要为碳酸钙和碳酸镁的分解;其化
第五章硅酸盐水泥的煅烧
硅率SM的选择 SM值增加，硅酸盐矿物总量增加，在同等KH值情况下， C2S含量增加，熟料的后期强度增加；当f-CaO吸收较完全 时，C3S的含量不一定会降低。 但SM值过高，则液相量过少，料发散，不易形成稳定 的底火，影响立窑的产量和质量。 因此，SM值选择适当，对熟料的早、后期强度均有利； 而且SM值适当，则液相量适当，有利于窑内的通风和煅 烧操作。 SM值一般控制在2.1±0.1比较合适。 其它成分的选择 熟料除控制三个率值外，还应控制A12O3和Fe2O3的含量， 一般Al2O3含量控制在6.2％±0.2％，Fe2O3含量控制在4.2 ％±0.2％。当加矿化剂时，Fe2O3的含量可控制更低，很 多立窑企业控制在3.8％左右。
第五章 硅酸盐水泥熟料的煅烧
高淑雅 王程
生料 水分蒸发 100～150℃ 自由水的脱除
石灰石结构 生料细度 反应条件 两个传热、一个化学 悬浮程度 反应、两个传质 粘土质性质 生料的细度均匀性 CA、CF、C2S 温度和时间 C12A、C2F 原料性质 C3A、C4AF 矿化剂 C3A、C4AF、C2S C2S+CaO C 3S
5.2 熟 料形成 的热化 学
熟料形成热（理论热耗量）= 支出热量-收入热量，1630～ 1800 kJ/kg 实际热耗量：3400～7500 kJ/kg
生产方法与窑型； 废气余热和利用； 生料组成、细度及生料易烧性； 燃料的燃烧情况； 窑体的散热损失； 矿体剂及微量元素的作用。
矿化剂 分类
5.3 萤石：氟离子破坏晶格；降低液相生成温度；降低液相粘度 矿化剂 晶种 矿化剂 硫化物：能降低液相出现温度,降低液相粘度和表面张力
5.5.3 预分解窑内熟料的煅烧
熟料煅烧特点
第五章硅酸盐水泥的煅烧
两个传热、一个化学 反应、两个传质
反应条件 悬浮程度 粘土质性质
CA、CF、C2S C12A、C2F C3A、C4AF C3A、C4AF、C2S
生料的细度均匀性 温度和时间 原料性质 矿化剂
C2S+CaO C3S
提高熟料的质量 改善熟料的易磨性 回收余热 易于熟料的输送、 储存和粉磨
最低共熔温度 液相量 液相粘度 液相表面张力 氧化钙溶解速率 反应物存在状态
作用
含氟化合物：常用萤石（CaF2） 硫化物：常用石膏（天然石膏、工业副产石膏） 氯化物：CaCl2 其他：铜矿渣、磷矿渣等 萤石：氟离子破坏晶格；降低液相生成温度；降低液相粘度
硫化物：能降低液相出现温度,降低液相粘度和表面张力 复合矿化剂（萤石-石膏、萤石-重晶石）
晶种：硅酸盐水泥熟料
挥发性组分：碱、氯、硫
4. 入窑物料碳酸钙分解率达30～40%，从而减轻了回转窑 的负荷，使窑的长度缩短。
5. 窑内没有干燥带、预热带，只有其余四个带。
5.5.3 预分解窑内熟料的煅烧
熟料煅烧特点
1. 分解炉中，温度为820～900℃时，分解率可达85～95%， 分解时间 4～10 s，而在窑内分解需30多分钟。
（1）尽可能多地回收熟料的热量，以提高入窑二次空气 温度，降低熟料热耗。 （2）缩短熟料的冷却时间，以提高熟料质量，改善易磨 性。 （3）冷却单位质量熟料的空气消耗量要小，以便提高二 次空气温度，减少粉尘飞扬，降低电耗。 （4）结构简单，操作方便，维修容易，运转率高。
2. 分类：
水泥熟料冷却机
筒式冷却机
5.5.1 回转窑内熟料的煅烧
燃料
低端 窑头 热端
传动大齿轮
高端 窑尾 冷端 生料
水泥熟料煅烧ppt课件
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P180 表10.6。
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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。
回转窑和分解炉内分解时间比较： 回转窑内（物料呈堆积状态）CaCO3分解率为85-95% (800～1000℃)要15min； 分解炉内（生料处于悬浮状态）(800～850℃)要2s。
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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。
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在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有： 1．提高熟料质量。 2．改善熟料的易磨性 ①．快冷熟料玻璃体含量高，同时造成熟料产生内应力， 缺陷多； ②．快冷使熟料矿物晶体保持细小，易磨。 3．回收余热 熟料进入冷却机时尚有1100℃以上高温，若冷却到室温， 则尚有837kJ/kg的热量，可用二次空气来回收，有利窑内燃 料煅烧，提高窑的热效率。
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。
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4. 固相反应
----放热反应
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
硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺
硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺硅酸盐水泥熟料是水泥生产过程中的关键原料之一，它通过煅烧工艺将原料中的生石灰和硅酸盐化合物进行热反应，形成熟料。
熟料是水泥生产的主要成果，它经过磨碎等加工步骤后可以用于生产各种类型的水泥产品。
本文将对硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺进行详细介绍。
1. 原料准备硅酸盐水泥熟料的原料主要包括石灰石、白云石、黏土、铁矿石等。
在煅烧工艺中，这些原料需要经过粉碎、混合等步骤进行初步的处理。
原料准备的关键目标是确保原料的化学成分、粒度分布等参数能够满足生产要求，并能够保证煅烧过程中的稳定性和高效性。
2. 煅烧过程硅酸盐水泥熟料的煅烧过程一般分为预热、煅烧和冷却三个阶段。
2.1 预热阶段在预热阶段，原料进入煅炉前会先经过预热窑进行预热处理。
这个过程旨在将冷料加热到适宜的温度，以提高煅炉的热效率，并促进原料的分解反应。
2.2 煅烧阶段在煅烧阶段，原料进入煅炉进行煅烧反应。
这个阶段的关键过程是煅烧反应，通过将原料加热到高温，使其中的石灰石和硅酸盐化合物发生热反应，生成熟料。
煅烧过程需要控制温度、时间、气氛等参数，以确保反应的充分性和产物的质量。
2.3 冷却阶段在煅烧反应完成后，熟料需要经过冷却处理。
冷却的目的是使熟料从高温状态迅速降温，防止其过度烧结，并稳定其结构。
冷却过程一般采用空气冷却或水冷却的方式进行。
3. 参数控制硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺需要对一系列的参数进行控制，以确保产品的质量和生产的稳定性。
3.1 温度控制温度是煅烧过程中最重要的参数之一。
煅烧反应的温度直接影响熟料的组成和品质。
过低的温度会导致反应不完全，熟料中未反应完全的硅酸盐化合物含量较高；过高的温度则会导致熟料的烧结，影响品质。
因此，温度的控制是煅烧工艺中的关键环节。
3.2 时间控制煅烧时间是指原料在煅烧炉中停留的时间。
时间过短会导致反应不完全，熟料中硅酸盐化合物含量较高；时间过长则会导致能耗过高，增加生产成本。
因此，时间的控制需要根据原料的组成和工艺的特点进行合理设定。
无机非金属材料工学--第三节 硅酸盐水泥熟料的煅烧
a、 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。 b、生料细度：越细，越有利于分解。 c、 反应条件：7↑。 CO2↑快；促使CO2迅速扩散； d、生料悬浮扩散程度：分散好，分解快 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。 e、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。
甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强
（4）分解过程：共5个，见下图。
包括： a、传热（气流→颗粒 →分解面）2个 b、分解，并CO2↑ c、传质，分解CO2向表 面及大气中扩散，2个
石灰石颗粒分解过程
甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系
张贞强
（5）影响因素：
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（2）矿化剂作用：
1、萤石：萤石是一种使用最广泛，效果最好的矿 化剂。 机理：CaF2＋H2O→（高温）CaO＋2HF↑ 4HF＋SiO2（Q）=SiF4＋2H2O 2HF＋CaCO3→CaF2＋H2O＋CO2 作用： ① 加速SiO2、CaCO3和钾长石分解。 ② 降低液相生成温度。 ③ 加速C3S形成。
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（）MgO
来源于白云石。 优点：助熔、降低粘度、增加液相、改 善水泥色泽。 缺点：方镁石过多会影响水泥的安定性 。 熟料MgO<5%
甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系
张贞强
（3）P2O5
来源于磷灰石矿化剂。 含量极少。0.1—0.3%时，P2O5可与C2S固 熔，但太高会导致C3S分解，可加入适量 萤石以减小P2O5的不良影响。
第五章硅酸盐水泥熟料的煅烧
原理
物料悬浮于气流中从切线进入旋风筒，产生离心力， 料气特性不同，料离心碰壁下行，气不受影响向上。
性能评价
分离效率 阻力损失
分离效率愈高，生料在系统 内、外循环量就愈少，收尘 负荷减小，热效率提高
阻力损失越小， 电耗越低
ห้องสมุดไป่ตู้
？一级旋风筒一
般为并联的双旋风 筒。
锁风阀
必须采取的措施：
作用：下料、锁风 类型: 单、双翻板阀
1655 KJ/Kg- CaCO3或2985 KJ/Kg- CaO（吸 热） 420～500 KJ/Kg-熟料（放热） 105 KJ/Kg-熟料（吸热） 8.6 KJ/Kg- C3S（微吸热）
5.3悬浮预热技术
• 5.3.1悬浮预热技术及其优越性 • 5.3.2悬浮预热器的构成及功能 • 5.3.3旋风预热器是主要的预热设备
• 对管道的设计十分重要 • 管道风速太低，热交换时间延长，不仅影响传
热效率，甚至会使生料难以悬浮而沉降积聚， 并且使管道面积过大 • 风速过高，则增大系统阻力，增加电耗，并影 响旋风筒的分离效率 • 正确确定换热管道尺寸，必须首先确定合适的
管道风速：一般12～18m/s。
旋风筒
作用
主要是气固分离，传热只占6%～12.5%。
(C4AF)开始形成 1100～l200℃ 大量形成C3A和C4AF，C2S含量达最大值。
熟料烧结 Clinker Sinter
熟料烧结过程
当物料温度升高到最低共熔温度（1300℃）后，C3A、C3S
C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液 的
相中， C2S吸收CaO形成C3S。
三方或六方 常温下，有水硬性，不稳定 密度(g/cm3):3.28
硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺课件(PPT 49页)
（2）含量过多，因其与CaO反应生成无水硬性的钙钛矿（CaO·TiO2）， 消耗了CaO，减少了熟料中的A矿，影响水泥强度。
•29
第三节 水泥窑与煅烧工艺
一、水泥窑的类型和作用
立窑 立波尔窑
干法回转窑
料球球径较大,传热速度慢,传质阻力大
取决传热和 传质过程
生料悬浮于气流中,传热面积大, 传热系数高,传质阻力小
取决化学反应速度
•6
3.影响碳酸钙分解反应的因素
石灰石结构 生料细度
结构致密,结晶粗大,晶体缺陷少,分解反应困难
细度小且均匀,比表面积大,传热 和传质速度快,有利于分解反应
4.形成中间过渡相，加速C3S形成；
3(α-C2S)+3CaF2+CaO 3C3S ·CaF2
3C3S ·CaF2液相 3C3S+CaF2
晶种
•23
5.增加A矿含量；
C12A7+CaF2 C11A7 ·CaF2 +CaO
C2S+CaO C3S
6.促使含碱矿物分解；
KC23S12+CaF2 KF+12C2S NC8A3+CaF2 NaF+3C3A
六、氧化磷
（1）熟料中P2O5=0.1～0.3％，能对β -C2S起稳定作用，可提高水泥 强度；
（2）P2O5会使C3S分解，导致C3S含量减少，C2S含量增加，强度发展 较慢；配料中适当减少原料中CaO含量，以免fCaO过高；加入 萤石，减少C3S的分解，抵消部分P2O5的不良影响。
•28
七、氧化钛
硅酸盐水泥熟料的煅烧
硅酸盐水泥熟料的煅烧§5-1 生料在煅烧过程中的物理化学变化§5-2 熟料形成的热化学§5-3 矿化剂、晶种对熟料煅烧和质量的影响§5-4 挥发性组分及其他微量元素的作用§5-5 水泥熟料的煅烧方法及设备【掌握内容】1、硅酸盐水泥熟料的形成过程：名称、反响特点、影响反响速度的因素；2、熟料的形成热、热耗的定义、一般数值、影响因素3、挥发性组分对新型干法水泥生产的影响4、悬浮预热器窑及预分解窑的组成、工作过程5、影响窑产、质量及消耗的因素【理解内容】1、C3S的形成机理，形成条件；2、影响熟料形成热的因素，形成热与实际热耗的区别，降低热耗的措施；3、回转窑的构造、组成、及工作过程；4、回转窑内“带〞的划分方法，预分解窑内“带〞的划分。
【了解内容】1、水泥熟料的煅烧方法及设备类型；2、矿化剂、晶种：定义、类型、作用、使用；3、湿法窑的组成，工作过程合格生料在水泥窑内经过连续加热，高温煅烧至局部熔融，经过一系列的物理化学反响，得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料的工艺过程叫硅酸盐水泥熟料的煅烧，简称煅烧。
结合目前生产现状及学生的就业去向，主要介绍与回转窑尤其是新型干法回转窑有关的知识，立窑有关知识留给学生自学。
第一节生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在加热过程中，依次进展如下物理化学变化：一、枯燥与脱水〔一〕枯燥入窑物料当温度升高到100～150℃时，生料中的自由水全部被排除，特别是湿法生产，料浆中含水量为32～40%，此过程较为重要。
而干法生产中生料的含水率一般不超过1.0%。
〔二〕脱水当入窑物料的温度升高到450℃，粘土中的主要组成高岭土〔Al2O3·2SiO2·2H2O〕发生脱水反响，脱去其中的化学结合水。
此过程是吸热过程。
Al2O3·2SiO2·2H2O Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O〔无定形〕〔无定形〕脱水后变成无定形的三氧化三铝和二氧化硅，这些无定形物具有较高的活性。
水泥熟料的煅烧
6 水泥熟料的煅烧【本章导读】生料在入窑后和热气体进行热交换发生一系列的物理化学反应生成熟料。
熟料主要由硅酸三钙(C 3S)、硅酸二钙(C 2S)、铝酸三钙(C 3A)、铁铝酸四钙(C 4AF)等矿物所组成。
煅烧过程所发生的物理化学变化在不同条件下进行的程度与状况决定了水泥熟料的质量和性能，也直接影响到水泥熟料的产量以及燃料、耐火材料的消耗和窑的长期安全运转。
无论窑型的变化如何，熟料的煅烧过程和煅烧中所发生的反应基本相同，掌握了这些矿物形成的机理及影响因素，掌握了这些物理化学变化的规律，就能烧出高质量的熟料。
6.1 煅烧过程物理化学变化水泥生料入窑后，在加热煅烧过程中发生干燥、粘土脱水与分解、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧成和熟料冷却等物理化学反应。
这些过程的反应温度、速度及生成的产物不仅和生料的化学成分及熟料的矿物组成有关，也受到其它因素如生料细度、生料均匀性、传热方式等的影响。
6.1.1 干燥干燥即自由水的蒸发过程。
生料中都有一定量的自由水，生料中自由水的含量因生产方法与窑型不同而异。
干法窑生料含水量一般不超过1.0%，立窑、立波尔窑生料需加水12～14%成球，湿法生产的料浆水分在30～40%。
自由水的蒸发温度为100～150℃左右。
生料加热到100℃左右，自由水分开始蒸发，当温度升到150℃～200℃时，生料中自由水全部被排除。
自由水的蒸发过程消耗的热量很大。
每千克水蒸发热高达2257kJ ，如湿法窑料浆含水35%，每生产1kg 水泥熟料用于蒸发水分的热量高达2100kJ ，占湿法窑热耗的1/3以上。
降低料浆水分是降低湿法生产热耗的重要途径。
3.1.2 粘土脱水粘土脱水即粘土中矿物分解放出结合水。
粘土主要由含水硅酸铝所组成，常见的有高岭土和蒙脱土，但大部分粘土属于高岭土。
粘土矿物的化合水有两种：一种是以OH -离子状态存在于晶体结构中，称为晶体配位水（也称结构水）；另一种是以分子状态存在吸附于晶层结构间，称为晶层间水或层间吸附水。
第五章 熟料的煅烧解读
5.4 熟料的烧结
当物料温度升高到1250～1280℃时，即达到其 最低共熔温度后，开始出现以氧化铝、氧化铁和 氧化钙为主体的液相，液相的组分中还有氧化镁 和碱等。在高温液相的作用下，物料逐渐烧结， 并逐渐由疏松状转变为色泽灰黑、结构致密的熟 料，此过程伴随有体积收缩。同时，硅酸二钙和 游离氧化钙都逐步溶解于液相，以Ca2+离子扩散 与硅酸根离子反应，即硅酸二钙吸收氧化钙而形 成硅酸盐水泥熟料的主要矿物硅酸三钙。
（3）反应的起始温度较低，约在600℃时就有 CaCO3进行分解反应，但速度非常缓慢。至894℃ 时，分解放出的CO2分压达0.1MPa，分解速度加 快。1100～1200℃时，分解速度极为迅速。由试 验可知，温度每增加50℃，分解速度常数约增加1 倍，分解时间约缩短50%。
二、碳酸钙的分解过程
2.温度和时间
当温度较低时，固体的化学活性低，质点的扩 散和迁移速度很慢，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，必须保证一定的时间才能使固相反应进行 完全。 3.原料性质
当原料中含有结晶SiO2(如燧石、石英砂等)和 结晶方解石时，由于破坏其晶格比较困难，所以 使固相反应的速度明显降低，特别是原料中含有 粗粒石英砂时，其影响更大。
熟料矿物C3A和C4AF及C2S的形成是一个复杂的多 级反应，反应过程是交叉进行的。熟料矿物的固 相反应是放热反应，当用普通原料时，固相反应 的放热量约为420～500kJ/kg。 由于固体原子、分子或离子之间具有很大的作用 力，因而，固相反应的反应活性较低，反应速度 较慢。通常，固相反应总是发生在两组分界面上， 为非均相反应。对于粒状物料，反应首先是通过 颗粒间的接触点或面进行，随后是反应物通过产 物层进行扩散迁移，因此，固相反应一般包括界 面上的反应和物质迁移两个过程。
熟料煅烧液相量与温度
熟料煅烧液相量与温度熟料的烧结在很大程度上取决于液相含量及其物理化学性质。
因此，控制液相出现的温度、液相量、液相粘度、液相表面张力和氧化钙、硅酸二钙溶于液相的速率，并努力改善它们的性质至关重要。
1．最低共熔温度系 统最低共熔温度(℃) 系 统最低共熔温度(℃) C 3S-C 2S-C 3A 1455 C 3S-C 2S-C 3A –C 4AF 1338 C 3S-C 2S-C 3A -Na 2O 1430 C 3S-C 2S-C 3A -Na 2O -Fe 2O 3 1315 C 3S-C 2S-C 3A -MgO 1375 C 3S-C 2S-C 3A -Fe 2O 3 -MgO 1300 C 3S-C 2S-C 3A-Na 2O-MgO1365C 3S-C 2S-C 3A-Na 2O-MgO -Fe 2O 31280表1 一些系统的量低共熔温度液相出现的温度决定于物料在加热过程中的最低共熔温度。
而最低共熔温度决定于系统组分的性质与数目。
表1列出了一些系统的最低共熔温度。
由表1可知，系统组分数目越多，其最低共熔温度越低，即液相初始出现的温度越低。
硅酸盐水泥熟料由于含有氧化镁、氧化钠、氧化钾、硫矸、氧化钛、氧化磷等次要氧化物，因此，其最低共熔温度约为1280℃左右，适量的矿化剂与其他微量元素等降低最低共熔温度，使熟料烧结时的液相提前出现。
如参加矿化剂后最低共熔温度约1250℃，即1250℃开始出现液相。
2．液相量如前所述，熟料的烧结必须要有一定数量的液相。
液相是硅酸三钙形成的必要条件，适宜的液相量有利于C 3S 形成，并保证熟料的质量。
液相量太少，不利于C 3S 形成，反之，过多的液相易使熟料结大块，给煅烧操作带来困难。
液相量与组分的性质、含量及熟料烧结温度等有关。
因此，不同的生料成分与煅烧温度等对液相量有很大影响。
一般水泥熟料烧成阶段的液相量大约为20%～30%。
(1)液相量与煅烧温度、组分含量有关，根据硅酸盐物理化学原理，不同温度下形成的液相量可按下式计算：①煅烧温度为1338℃时：IM（P）>1.38 L=6.1F(6.1)IM（P）<1.38 L=8.2A-5.22F(6.2)②煅烧温度为1400℃和1450℃时:1400℃L=2.95A+2.5F+M+R(6.3)1500℃L=3.0A+2.2F+M+R(6.4)式中L——液相量(％)；F——熟料中Fe2O3的含量(％)；A——熟料中Al2O3的含量(％)；M、R——MgO及(Na2O+K2O)的含量(％)。
硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺
硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺硅酸盐水泥熟料是一种重要的建筑材料，其主要成分是硅酸盐矿物质。
熟料的生产是通过对原料进行煅烧工艺来实现的。
以下是硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺的详细步骤：1. 原料准备：硅酸盐水泥熟料的主要原料包括石灰石、黏土和其他辅助原料。
这些原料需要粉碎和混合以获得均匀的化学成分。
2. 煤粉燃烧：在水泥炉中，需要使用煤粉作为主要燃料。
煤粉经过燃烧反应产生高温和热量，为后续反应提供能量。
3. 干法预热：将经过预处理的原料送入水泥炉，通过高温烟气进行干法预热。
在预热过程中，原料中的水分逐渐蒸发，从而实现干燥和预热的目的。
4. 煅烧反应：在水泥炉中，原料经过预热后被加热至高温，从而引发一系列的化学反应。
其中，主要的反应是石灰石的分解反应，将石灰石中的钙碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳。
此外，还有一系列的矿物转化反应和固相反应发生。
5. 冷却：煅烧后的硅酸盐水泥熟料需要进行冷却。
这一过程通过烟气和新鲜空气流通来降低熟料的温度，避免过度煅烧。
6. 粉磨：冷却后的熟料被送入水泥磨进行粉磨处理。
通过磨破磨、分级破磨和分级等步骤，熟料被加工成细度符合要求的水泥产品。
硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺是一个复杂的化学和物理变换的过程。
煅烧过程中，需要控制适当的温度、时间和燃烧条件，以确保熟料的质量。
同时，通过优化煅烧工艺，可以降低能耗和环境排放，实现节能减排的目的。
硅酸盐水泥熟料煅烧工艺的详细步骤：7. 烟气处理：在炉内煅烧过程中，产生大量的烟气、灰尘和废气。
这些废气含有有害物质，需要进行处理以减少对环境的影响。
常见的烟气处理方法包括电除尘、袋式除尘等，以去除烟气中的粉尘和固体颗粒，并通过喷淋洗涤等方式去除废气中的二氧化硫等有害物质。
8. 能源回收：在煅烧过程中，通过使用高温烟气作为热源，可以回收能量并用于干法预热等步骤。
这种能源回收措施不仅可以降低能源消耗，减少生产成本，还可以减少对自然资源的开采和环境的影响。
9. 质量控制：在整个煅烧工艺中，对煅烧过程的温度、时间和燃烧条件等进行严格控制，以确保熟料的质量。
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1.最低共熔温度（组分多，温度低）
存在次要氧化物，最低共熔温度一般1250 ℃ 矿化剂、氧化钒、氧化锌也有影响。
影响熟料烧结过程的因素
2.液相量（一般为20～30% ）
1400℃
L 2 . 95 A 2 . 2 F M R
（液相量与煅烧温度、组分含量有关）
1450℃
L 3 . 0 A 2 . 25 F M R
五、熟 料 的 冷 却
熟料的冷却 烧成温度→常温；液相→凝固 熟料颗粒结构形成（凝固和相变） C2S的多晶转变 C3S分解 冷却目的 改善熟料质量与易磨性；降低熟料的温度，便于 运输（安全）、储存（砼开裂） 和粉磨（假凝） 回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利 用率。
冷却方式
平衡冷却 淬冷 独立结晶
成
形成C2S〃CaSO4， 4CaO〃3Al2O3〃SO3 无水硫铝酸钙早强，适量有利
1050℃形成，1400 ℃分解
C 4A 3S
三、 复合矿化剂
石膏和萤石复合矿化剂（氟硅酸钙，硫硅酸钙，氟硫硅 酸钙；低温烧成，高温烧成）
重晶石和萤石（BaO可提高水泥早期和后期强度） 氧化锌及其复合矿化剂（阻止C2S转化、促进C3S形成， 提高水泥早期强度、降低水泥需水量。过多会影响水泥 凝结核强度。）
（1）温度
（2）铝率
（3）加入MgO、SO3、硫酸钾、硫酸钠，粘度降低
降低
（4）加入氧化钾、氧化钠，粘度增加。
影响熟料烧结过程的因素
4.液相的表面张力（小，润湿，利于固液反应）
（1）温度 （2）镁、碱、硫增加，表面张力下降
影响熟料烧结过程的因素
5.氧化钙溶解于熟料液相的速率
（1）颗粒大小 （2）镁、碱、硫增加，表面张力下降
800℃
CaO+ Al2O3
CaO+ Fe2O3 2 CaO+ SiO2
→ → →
CaO· 2O3 （CA） Al
CaO· 2O3 （CF） Fe 2 CaO·SiO2 （C2S）
800～900℃
7 CaO· 2O3+5 CaO Al
→
12 CaO· 2O3（C12A7） 7Al
900～1100℃ 2 CaO+ SiO2 + Al2O3 12 CaO· 2O3+9 CaO 7Al
或20℃）的干燥物料，在没有任何物料损失和热量损失的条 件下，制成1kg同温度的熟料所需要的热量称为熟料的形成
热（熟料理论热耗）。
2、计算原理：理论热耗=吸收的总热量－放出的总热量，一 般为1630～1800kJ/kg-ck。 3、影响因素：熟料的形成热是熟料形成在理论上消耗的热， 它仅与原、燃料的品种、性质及熟料的化学成分与矿物组成、 生产条件有关。
CaCO3CaO +CO2-Q
反应温度：
MgCO3 始于402~408℃最高700 ℃
CaCO3 600 ℃开始，812~928 ℃快速分解
(一)碳酸钙分解反应的特点
反应特点：
可逆反应（温度， CO2分压 ）
强吸热反应
烧失量大(CO2)
分解温度与 CO2分压 和矿物结晶程度有关 (图5.1)
生料细度和颗粒级配（比表面积） 生料悬浮分散程度（传热面积） 温度（高，快，热耗增，结皮，堵塞） 窑系统的CO2分压 生料中粘土质组分的性质（活性高，则能直接与碳 酸钙发生反应，可以促进碳酸钙的分解过程 ）
三
固 相 反 应
（一）反应过程
CaO与SiO2、Al2O3、Fe2O3进行固相反应生成
（C3S）、（C2S）、（C3A）、（C4AF）。
限制原燃料中碱、氯、硫的含量；
新型干法水泥生产：
生料中：K2O+Na2O＜1.0%
Cl- ＜ 0.015%~0.020%
生料和燃料的硫碱比要S/R＝SO3/
（0.85K2O+1.29Na2O）
=0.6~0.8
主要指：MgO
P2O5 TiO2 V2O5；
MgO 少 助熔； 多 安定性
3 ( C 2 S ) 3 CaO CaF 3 C 3 S CaF
1175 2
2
3 C 3 S CaF )＋液相
2
C 3 S F ( 含氟固溶体
二、硫化物
氧化气氛
SO3→CaSO4
预热器结皮堵塞 SO3有利于降低液相粘度，增加液相量，有利于C3S的形
C3S 的 形 成
并逐渐发育、长大，形成几十微米大小、发育良好的阿
利特晶体。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。
熟 料 烧 结
四、熟 料 烧 结
煅烧条件 温度： 1300~1450~1300℃
液相量： 20%~30%
时间：
10~20min
影响熟料烧结过程的因素
烧结范围：水泥生料加热至出现烧结所必须的、 最少的液相量时的温度（开始烧结的温度）与
开始出现结大块（超过正常液相量）时的温度
的差值。
生料液相量随温度升高缓慢增加，烧结范围宽；
反之窄。
氧化铁含量高，窄；氧化铝含量高；宽。
硅酸盐水泥熟料：约150 ℃
影响熟料烧结过程的因素
3.液相粘度（小，扩散快，有利于C3S形成）
冷却方式不同，熟料矿物组成不同 熟料铝率在0.64~3.5之间，对于铝率较高的或 者中等的熟料，快冷时，C3S含量高。
快冷对改善熟料质量的作用
防止或减少C3S的分解，增加其含量；
避免β-C2S转变成γ -C2S ；
改善了水泥安定性；(MgO玻璃体易水化)
使熟料C3A晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能；
改善熟料易磨性(阿利特结晶小)；
熟料活性高，水泥强度高。
§5.2 . 熟料形成的热化学
热化学方程式 表示化学反应与热效应关 系的方程式 生料在煅烧过程中的物理化学变化 吸热反应 放热反应 表5.12~5.13
一、熟料的形成热（理论热耗）
1、定义：在一定生产条件下，用某一基准温度（一般是0℃
二、熟料热耗（实际热耗）
定义：每煅烧1kg熟料窑内实际消耗的热量称为熟 料实际热耗，简称熟料热耗，也叫熟料单位热耗。
理论热耗：1630--1800 KJ/kg ； 实际热耗：3400--7500KJ/kg
热损失 热耗＞熟料形成热， 降低热耗，降低各种热损失（废气、散热等）。
理论热耗 实际热耗 100 %
四、 碱
由原、燃料带入的伴生组分。 结皮堵塞 降低最低共熔温度，降低熟料烧成温度，增加液相量，起助 熔作用。 含碱过多，除了生成硫酸碱，多余的碱取代CaO形成含碱化 合物，析出CaO，使C2S难以形成C3S，并增加游离氧化钙含 量。 形成硫酸碱，可缓和碱的不利影响 碱与硫酸钙形成钾石膏（K2SO4﹒CaSO4﹒H2O），使水泥 库结块，水泥快凝。 碱集料反应
→ →
2 CaO·Al2O3 ·SiO2
7（3CaO· 2O3）（C3A） Al
7（2CaO· 2O3）+2 CaO+12 CaO· 2O3 →7（4CaO· 2O3· 2O3）（C4AF） Fe 7Al Al Fe
1100~1200大量形成C3A
C4AF
C2S含量达最大值
反应特点
放热反应 非均相反应（传热和传质过程均会影响） 急剧煅烧
（ CO2分压 大，分解温度高，伴生矿物和杂质降低分 解温度，结晶，分解温度高）
(二)碳酸钙分解过程
1、气流向颗粒表面传热（物理过程）
2、热量由表面以传导方式向分解面传递； （物理过程）
3、碳酸钙在一定温度下，继续分解、吸收热量并放出 CO2； （化学过程） 4、放出的CO2从分解面通过CaO层，向四周进行内部扩 散； （物理过程） 5、扩散到颗粒边缘的CO2，通过边界层向介质扩散。 （物理过程）
吸热
吸热
强吸热
放热
微吸热 放热
一、干燥与脱水
（一）干燥 自由水的蒸发。 含水量与生产方法和窑型有关（含水量增加热耗增加） （二）脱水 粘土质原料脱去化合水（结构水和层间吸附水） 高岭土（Al2O3· 2SiO2· 2O） 2H
Al 2 O 3 2 SiO
加入氟化钙，1%~3%，烧成温度下降50~100℃。 生成氟硅酸钙、氟铝酸钙（C11A7〃CaF2）等中间化合物。
4 CaO 2 SiO 2 C 2 S CaF
2 2
CaF
2
2 C 2 S CaF
850 ~ 950 2
2
1040 C 2 S CaF 1130
研究表明
1.0cm 传热传质占主导 0.2cm 物理和化学过程同样重要
30μm 化学反应占主导（CO2分压）（悬浮）
回转窑（堆积）
立窑（料球颗粒大）
悬浮预热器和分解炉内（850℃，几秒钟分解 85~95%）
（三）影响反应速度的因素
石灰质原料的特性（伴生矿物和杂质、结晶）
CaF
2
H 2 O CaO
2
2 HF 2 H 2O
2