水泥熟料生产原燃材料质量管理及配料管理基本知识20100906

特性水泥： 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。 专用特种水泥包括： 专用特种水泥包括：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、道路水泥等种类。 2、按其主要水硬性物质名称分为:硅酸盐水泥系列、 按其主要水硬性物质名称分为 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、其他系列六大类。
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。它为现代水泥的发明奠定了基础。 1824年，英国泥水工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。
二、硅酸盐水泥熟料中的主要矿物组成 硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种：C3S、C2S、 C3A、C4AF，另外还有少量的f-CaO、方镁石、含碱矿物、 玻璃体。通常，熟料中C3S+C2S含量75%左右，C3A+C4AF含 量22%左右。 1、C3S含量通常占熟料的50%以上，其特点：水化较 快，早期强度高，强度增进就率大，干缩性、抗冻性较 好，但水化热较高，抗水性差，抗硫酸盐浸蚀能力较差。 C3S形成需要较高的烧成温度和较长的烧成时间，含量过 高，烧成困难，易导致f-CaO增多，熟料质量下降。 2、C2S含量通常分熟料的20%左右，其特点：水化较 慢，早期强度低，水化热低，体积干缩小，抗水性和抗 硫盐日浸蚀能力好，后期强度增进快。
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，为了 纪念发明者与创造公司，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。随着原料与均化、 生料均化、高功能破碎和粉磨，环境保护技术和X射线荧光 分析等在线检测方法的配套发展，加上电子计算机和自动化 控制仪表等技术的广泛应用，使新型干法水泥生产的熟料质 量明显提高，能耗明显下降，生产规模不断扩大。
类别 一级品二 级品 CaO（%） ＞48 45～48 35～45 MgO （%） ＜2.5 ＜3.0 ＜3.0 R2O（%） ＜1.0 ＜1.0 ＜1.2 SO3（%） 燧石或石英 ＜1.0 ＜1.0 ＜1.0 ＜4.0 ＜4.0 ＜4.0
石灰石
泥灰岩
2、硅铝质原料 天然硅铝质原料的种类很多，有粘土、黄土、页岩、 砂岩、粉砂岩等。
级别 一级品 二级品
n 2.7～3.5 2.0～2.73.5～4.0
p 1.5～3.5 不限
这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分。 它们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配 比生产的。配比不恰当，都会直接影响到熟料的质量进 而影响到水泥的质量。如熟料中若CaO含量过高，则CaO 不能充分与硅酸性氧化物化合，部分呈现游离状态存在 于熟料中，成“死烧状态”。这种“死烧状态”的氧化 钙，其水化作用非常缓慢，常发生在水泥凝结硬化过程 之后的水泥石中，致使水泥石膨胀变形、破裂。如氧化 铝和氧化铁，它们是熟料烧成过程中产生液相的主要氧 化物，如果它们的含量过高，则产生的液相量过多，使 物料易结大块而影响操作；如果含量过低，则产生液相 量过少，使烧成困难，熟料易于“粉化”。所以在熟料 生产中化验人员要对原料进行认真分析计算，作出科学 合理的配料方案，指导熟料生产。
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。它分为无机和有机两大类。无机胶凝材料又按 照硬化条件，又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。
品质部培训材料
原燃材料及配料管理 知识讲座
2010年9月
目
一、水泥基础知识
录
绪言
二、硅酸盐熟料生产的主要原料及控制 三 、试生产期质量控制注意事项 三、配料方案的设计及生熟料质量控制
绪言
水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、 素有“建筑工业的粮食”之称。生产水泥虽需要较多的能源， 但水泥与砂、石等材料的混泥土是一种低能耗新型建筑材料。 例如，在相同荷载的条件下，混泥土柱的耗能量仅为钢柱的 1/5-1/6,砖柱的1/4。根据预测，在未来的几十年内，水泥依 旧是主要建筑材料。水泥具有较好的可塑性，与砂、石等胶 水泥具有较好的可塑性， 水泥具有较好的可塑性 合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺寸 的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性较强 水泥的适应性较强，适 水泥的适应性较强 用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种条 件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水泥 复合材料；水泥耐久性较好 水泥耐久性较好，维修工作量小，不易生锈、耐 水泥耐久性较好 腐朽。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工 程中。近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有特 种性能的水泥复合材料的需求也越来越大。因此，水泥工业 在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来相 当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要的建筑材料。
第二节
硅酸盐水泥熟料的化学成分与矿物组成
水泥的质量主要决定熟料的质量。优质的熟料应该具 有合适的矿物组成和岩相结构。因此控制熟料的化学成分， 是水泥生产的中心环节之一。 一、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%。这四种氧化物组成通常在 熟料中占95% 95%以上，同时含有5%以下的少数氧化物，如氧化 95% 镁（MgO）、三氧化硫（SO3）、氧化钛（TiO2）、氧化磷 （P2O5）以及碱（K20、Na20） 等。
1、饱和比：表示水泥熟料中氧化钙总量减去饱和酸性 氧化物（Al2O3、Fe2O3、SO3）所需的氧化钙后，剩下的与二 氧化硅化合的氧化钙的含量，与理论上二氧化硅与氧化钙全 部化合生成硅酸三钙所需要氧化钙含量的比例。简言之，KH 表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和生产硅酸三钙的程度。 KH=（CaO-f-CaO）-1.65Al2O3-0.35Fe2O3-0.7SO3/2.8SiO2 当IM＞0.64时 KH=CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3/2.8SiO2 当IM＜0.64时 KH=CaO-1.10Al2O3-0.7Fe2O3/2.8SiO2 水硬率:HM=CaO/SiO2+Al2O3+Fe2O3 石灰系数LSF=CaO/2.8SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3
第二章 硅酸盐熟料生产的 主要原料及控制
水泥的质量主要取决于熟料的质量。煅烧优质熟料 必须制备适当成分的水泥生料。而生料的化学成分是由 原料提供的。只有当原料提供的成分符合要求，加上良 好的煅烧与粉磨，才能生产出优质水泥。因此，水泥原 料的开采和合理使用，是水泥生产首先需要解决的问题。 自然界中很难找到一种单一原料，能完全满足水泥 生产的要求。因此需要采取几种不同的原料，根据所生 产水泥的种类和性能，进行合理搭配，即通过配料，组 成配合原料，再把它粉磨成一定细度，才能制得适当成 分的生料。因此，生料配料是为了确定各原料各组分的 数量比例，以保证得到成分和质量合乎要求的水泥熟料。
三、水泥的品种和分类 对水泥的分类通常有两种方法：一是按用途及性能 分类，二是按其主要水硬性物质名称分类。 按水泥用途分为：通用水泥、专用水泥、特性水 1、按水泥用途分为 泥三大类。 通用水泥： 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: 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。
第一节
原料的种类
生产硅酸盐水泥用的原料，主要是石灰石质原料 （主要提供氧化钙）和硅铝质原料（主要提供氧化硅、 氧化铝和少量氧化铁）、铁质校正原料进行配料。
主要原燃材料技术要求 1、石灰石 凡是以碳酸钙为主要成分的原料都称为石灰质原料。 常用的天然石灰质原料有石灰石、泥灰岩、白垩、贝壳等。 外购石灰石的企业在签订供货合同前，化验室应先了解该矿 山的质量情况，同时按不同的外观特征取样检验，制成不同 质量品位的矿石标本。化验室根据本厂生产水泥熟料的配料 要求，制定出石灰石的质量指标。
二、硅酸率 又称硅率，以n表示，欧美以SM表示。表示熟料硅酸 盐矿物与熔剂矿物的比值。 SM=SiO2/Al2O3+Fe2O3 SM高，则硅酸盐矿物多，对水泥熟料强度有利，但 熔剂矿物少，液相量少，会给煅烧造成困难，SM过低， 则对熟料强度不利，且熔剂矿物多，易结圈等，不利于 煅烧。
三、铝氧率 又称铝率或铁率。以P表示，欧美以IM表示，熟料中 C3A与C4AF之间比值。 IM=Al2O3/Fe2O3 IM过高，意为C3A多，C4AF少，液相粘度增加，对煅 烧及水泥性能都造成较大的影响。如IM过低，则C4AF多， 液相粘度小，易结大块 等。 四、矿物组成及换算 当IM＞0.64 C3S=3.8SiO2(3KH-2) C2S=8.61SiO2(1-KH) C3A=2.65(A-0.64F) C4AF=3பைடு நூலகம்04Fe2O3 例：当SiO2含量一定时， KH 以0.90为例，KH每上 升或下降0.01， C3S上升或下降2.5%。
第三节
硅酸盐水泥熟料的率值及其意义
水泥性能主要来源于熟料的性能，决定熟料性能的 是水泥熟料的矿物组成，硅酸盐水泥熟料矿物由四种主 要氧化物化合而成，在一定条件下，各氧化物的含量和 彼此之间的比例，是水泥生产质量控制的基本要素。因 此，人们就想出了表示水泥中各氧化物含量及彼此之间 的关系，称为率值。率值可以简明扼要地表示水泥熟料 性能及其对水泥煅烧的影响。 率值就是用来表示水泥熟料中多氧化物之间相对含 量的系数。它是生产控制的一种指标。
3、C3A C3A水化速度、凝结硬化很快，放热多，硬化快，早 期强度较高，但绝对值不高，后期几乎不再增长，甚至 倒缩，C3A干缩变形大，抗硫酸盐性能差，脆性大，耐磨 性差。 4、C4AF C4AF水化速度早期介于C3A与C3S之间，早期强度类似 于C3A但后期还能不断增长，水化热低，干缩变形小，耐 磨、抗冲击、抗硫酸盐浸蚀能力强。 5、f-CaO、MgO f-CaO在高温下死烧形成，水化很慢，一般加水3天 后才反应有尽有，反应体积膨胀97.9%产生应力，造成水 泥石破坏。 MgO少量可与熟料矿物固溶，对降低烧成温度、增加 液相数量，改善熟料色泽有好处，但超过一定量后，未 固溶部分水化很慢，要几个月甚至几年才与水反应，生 产Mg（OH）2，体积膨胀148%，导致水泥安定性不良。