第五章硅酸盐水泥的煅烧
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
建筑材料练习题四-水泥答案
建筑材料练习题四第五章水泥一、名词解释1.水泥的初凝时间：加水拌和到标准稠度，净浆开始失去可塑性所需的时间。
2.水泥的终凝时间加水拌和到标准稠度，净浆完全失去可塑性，并产生强度所需的时间。
3.硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、0 5% 石灰或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥4.体积安定性水泥浆在硬化过程中，体积变化的均匀性能。
二、填空题1.掺混合材料的硅酸盐水泥比硅酸盐水泥的抗腐蚀性能强 .2.矿渣水泥与硅酸盐水泥相比，其早期强度低，后期强度相同，水化热低，抗腐蚀性强，抗冻性差。
3.国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于 45min ，终凝时间不得迟于 6.5h 。
4.常用的活性混合材料的种类有粒化高炉矿渣，粉煤灰、火山灰质混合材料。
5.在混凝土中，砂子和石子起骨架作用，水泥浆在硬化前起润滑作用，在硬化后起胶结作用。
6.水泥细度越细，水化较快且完全，水化放热量较大，早期强度和后期强度都较高，但成本高水化防热较大。
7.硅酸盐水泥中熟料中最主要的矿物成分是硅酸三钙，它早期和后期强度均较高，决定强度等级。
对抗折强度和耐磨性起重要作用的矿物是铁铝酸四钙。
对后期强度增长起重要作用的矿物是硅酸二钙。
对早期强度起重要作用耐腐蚀性差的矿物是铝酸三钙。
8.有抗渗要求的混凝土工程宜选火山灰水泥，有耐热要求的宜选矿渣水泥,有抗裂要求的宜选用粉煤灰水泥.9.测定水泥安定性的方法有雷式夹法和试饼法。
10.高铝水泥的特性是水化热大，耐碱性差，长期强度会降低，因此高铝水泥不适合长期做为承重结构使用。
11.水泥的化学性质技术要求包括氧化镁含量、三氧化硫含量、烧失量、不溶物，物理性质技术要求包括细度、凝结时间、体积安定性、强度。
12.硅酸盐水泥的生产过程为生料制备、孰料煅烧、水泥粉磨又简称：“两磨一烧”.13.生产硅酸盐水泥时，必须掺入适量的石膏，其目的是缓凝。
14．硅酸盐水泥根据其强度大小分为 42.5 42.5R 52.5 52.5R 62.5 62.5R 六个等级。
硅酸盐水泥生产概述
3、皮带机长距离输送石灰石
4-1石灰石矩形预均化堆场
4-2圆形预均化堆场
4-3煤预均化堆场
5、生料磨(立磨)
7、悬浮预热器、分解炉
生 料 均 化
6、高压静电除尘器
8-2、喷煤管 8-1、回转窑
9、水平推动篦式冷却机
10、熟料库
11、水泥包装
新型干法水泥生产的主要环节
原料预均化 生料粉磨（制备） 生料均化 硅酸盐水泥熟料煅烧 水泥粉磨 水泥出厂检验
新型干法水泥生产的特点
优质 低耗 高效 环保 装备大型化 生产控制自动化 管理科学化 投资大、建设周期长
新型干法回转窑生产工艺流程
1-1石灰石矿山
1-2石灰石矿山开采设备
2、破碎机
将生料粉加入适量水分制 成生料球，喂入立窑或立 波尔窑内煅烧成熟的生产 方法为半干法生产。
将原料加水粉磨成生料 浆后喂入湿法回转窑煅烧 成熟料，称为湿法生产。
新型干法水泥生产技术
是以悬浮预热和预分解技术为 核心，把原料矿山计算机控 制网络化开采，原料预均化， 生料均化，挤压粉磨，新型 耐热、耐磨、耐火、隔热材 料以及IT技术等广泛应用于 水泥干法生产过程
13-4 水泥散装库汽车发运
13-3 成品库、火车发运
§2 硅酸盐水泥的生产
二
（一）按生料制备方法分：
湿法 干法
生 产
（二）按煅烧熟料窑的结构分：
方 法
干法回转窑
的
分 类
回转窑生产
湿法回转窑
及 其
半干法回转窑
特
点
将原料先烘干后粉磨或在烘 干磨内同时烘干与粉磨成生 料粉，喂入干法窑内煅烧成 熟料，称为干法生产。如干 法中空窑、悬浮预热器窑和 预分解窑为干法生产。
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
《无机材料工艺学(水泥)》考题 复习试题 无机材料试题 水泥材料试题
混凝土是由胶凝材料，水和粗细集料按适当比例配合、拌制成拌和物，经一定时间硬化而成的人造石材。
分类：按密度分：重砼＞2600kg/m3 普通砼 1950～2500kg/m3 轻砼＜1950kg/m3
按抗压强度标准值分：低强度混凝土 ＜ 20Mpa 中强度混凝土 20～60MPa
1、简述生料均化的基本原理。
2、连续式生料均化库要达到预期的均化效果，需具备哪两个先决条件？
3、连续式生料均化库具有什么优点？
4、提高生料均化效果的途径有哪些？
第六章 熟料煅烧技术
1、预分解窑的关键技术装备有哪些？
2、生料在煅烧过程的物理化学变化有哪些？
3、碳酸钙分解反应的特点是什么？影响分解速率的因素有哪些？
气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，并保持和发展强度的胶凝材料。
水硬性胶凝材料：既能在空气中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并继续发展其强度。
3、水泥的分类方法？
（1）按水泥的用途及性能分：
通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥
专用水泥：专门用途的水泥。
特性水泥：某种性能比较突出的水泥。
17、钙矾石
18、衡量水泥质量的指标有哪些？
1. 密度与容积密度 2. 细度3. 需水性(稠度、流动度)4. 凝结时间5. 水泥体积安定性
6. 水泥强度7. 保水性和泌水性8. 抗渗性9. 干缩性10. 耐热性11. 水化热12. 抗冻性
19、影响水泥安定性的因素有哪些？
体积安定性不良的原因：一般是由于熟料中所含的游离氧化钙、游离氧化镁或石膏掺入量过多造成。游离氧化钙是影响安定性的主要因素。
14、硅酸盐水泥的化学侵蚀包括那些？
第5章 硅酸盐水泥熟料的煅烧
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
硅酸盐水泥生产工艺
硅酸盐水泥生产工艺水泥生产工艺要点：两磨一煅烧一、硅酸盐水泥生产方法分类（一）按生料制备方法分（二）按煅烧熟料窑的结构分铁粉贮存库湿法回转窑生产工艺过程石灰石粘土淘泥机破碎机贮存库泥浆库澄清水回流破碎机风扫煤磨生料磨 A粗粒＞水力分级机稀浆细浆料浆库厚浆池鼓风机（同时烘干粉煤）煤粉仓混合材料（破碎机）烘干机贮存库贮存库水泥磨水泥库包装机干法回转窑生产工艺过程铁粉1贮存库石灰石破碎机风扫煤磨生料磨（同时烘干生料磨）粗粉选粉机石膏混合材料1T（机）（同时烘干粉煤）烘干机细粉熟料库煤粉仓T鼓风机贮存库贮存库水泥磨水泥库半干法回转窑生产工艺过程水泥磨水泥库立窑生产工艺过程包装机风扫煤磨（同时烘干粉煤）煤粉仓-- ■—鼓风机（立波尔窑）冷却机破碎机熟料库贮存库烘干机贮存库无烟煤破碎机石膏破碎机硅酸盐水泥生产的原料1.硅酸盐水泥的主要成分硅酸三钙(3CaO・SiO2)、硅酸二钙(2CaOSi02)、铝酸三钙(3CaO・Al2O3)、铁铝酸四钙(4CaO Al 203 Fe 2O 3) 其中：CaO 62〜67%;SiO ? 20〜24%; Al 2O 3 4 〜7% ; Fe 2O 3 2 〜6%。
2•硅酸盐水泥生产的主要原料 (1) 石灰质原料：以碳酸钙为主要成分的原料，是水泥熟料中CaO 的主要来源。
如石灰石、白垩、石灰质泥灰岩、贝壳等。
一吨熟料约需 1.4〜1.5吨石灰质干原料，在生料中约占 80%左右。
(2) 粘土质原料：含碱和碱土的铝硅酸盐， 主要成分为SiO 2,其次为AI 2O 3,少量Fe 2O 3,是水泥熟料中SiO 2、AI 2O 3、 Fe 2O 3的主要来源。
粘土质原料主要有黄土、 粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。
一吨熟料约需0.3〜 0.4吨粘土质原料，在生料中约占 11〜17%。
般情况下 2含量〜, 23含量〜。
(3) 主要原料中的有害成分① MgO :影响水泥的安定性。
水泥熟料中要求MgO v 5%，原料中要求 MgO v 3%。
水泥制造基础知识
当C2S=0时，KH=1，即当KH=1时，熟料中只有C3S、 C3A、 C4AF，而没有C2S。实际上，KH值介于0.667～1.0之 间。
KH的含义
KH实际上表示了熟料中C3S与C2S百 分含量的比例。KH越大，则硅酸盐矿物中 C3S的比例越高，熟料强度越好，故提高 KH有利于提高水泥质量。
KH过高，熟料煅烧困难，必须延长 煅烧时间，否则会出现f-CaO,同时窑的产 量低，热耗高。
饱和比变化受哪些因素影响
CaO
KH
煤灰份
KH
煤耗
KH
控制石灰含量的其它率值
水硬率：
HM =
CaO
SiO2 +AI2O3+Fe2O3
石灰标准值：
KSt =
100CaO
2.8SiO2 +1.1AI2O3+0.7Fe2O3
纯C3S为白色，密度为3.14g/㎝3。其晶体截面 为六角形或棱柱形。
C2S
又称B矿（贝利特），其含量通常为20%左右。 它与水作用时，水化速度慢，28天仅水化20%左右， 但水化产物后期具有较高的强度。所以含C2S高的 水泥凝结硬化慢，早期强度低，而后期强度增进 好，一年后可接近C3S的强度。
纯C2S色洁白，水化热较小，抗水性较好。
三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成
在硅酸盐水泥熟料中, CaO、SiO2、AI2O3、 Fe2O3不是以单独的氧化物存在，而是以两种 或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物的集 合体，其结晶比较细小，一般30～60μm。
水泥熟料主要有以下四种矿物：
硅酸三钙 3CaO·SiO2 简写 C3S； 75%硅酸盐矿物 硅酸二钙 2CaO·SiO2 简写 C2S； 铝酸三钙 3CaO·AI2O3 简写 C3A；
述硅酸盐水泥的生产流程
述硅酸盐水泥的生产流程硅酸盐水泥的生产流程可有趣啦，让我来给你好好唠唠吧。
一、原料采集。
硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料和黏土质原料。
石灰质原料呢，就像石灰石之类的，它们可是很重要的基础原料哦。
这些石灰石一般是从矿山开采出来的，想象一下，工人们在大大的矿山里，找到合适的石灰石，然后把它们开采出来，就像是在挖掘宝藏一样。
黏土质原料呢，像是黏土、页岩之类的，它们的来源也很广泛，有些是直接从土里挖出来的。
这两种原料就像是做蛋糕的面粉和鸡蛋一样，是缺一不可的。
二、原料的破碎与预均化。
采出来的原料个头都比较大呀，这时候就得把它们弄碎啦。
破碎机就像一个超级大力士，把大块的原料嚼碎成小块。
这个过程可不仅仅是简单的破碎哦，还得进行预均化。
什么是预均化呢？就是把不同地方采来的原料混合均匀。
就好比你做菜的时候，要把各种调料搅拌均匀，这样做出来的菜才好吃。
预均化后的原料就像是排好队的小士兵，整整齐齐地等待下一个步骤。
三、生料的制备。
破碎和预均化后的原料就开始生料的制备啦。
这就像是把不同的食材混合在一起做一道特别的菜。
要按照一定的比例把石灰质原料和黏土质原料，还有可能会添加一些校正原料混合起来。
这个比例可重要啦，如果比例不对，就像做菜盐放多了或者少了一样，做出来的水泥可就不好用啦。
然后把这些混合好的原料磨得细细的，磨成粉末状，这个粉末就是生料啦。
生料就像是水泥的前身，还需要经过很多磨练才能成为真正的水泥呢。
四、生料的均化。
生料制备好后，还得再均化一下。
这是为了让生料的成分更加均匀。
你可以想象生料们在一个大的搅拌机里欢快地跳舞，跳完舞后它们就更加亲密无间啦。
均化后的生料质量更加稳定，就像一个情绪稳定的小伙伴，在接下来的生产过程中能更好地发挥作用。
五、熟料的煅烧。
生料均化好了，就到了最关键的熟料煅烧环节啦。
生料被送进窑里，这个窑就像一个超级大烤箱。
窑里的温度超级高，能达到一千多度呢。
在这么高的温度下，生料会发生一系列神奇的化学变化。
水泥专业课程培训资料(一)
水泥课程培训资料（第一课）课程名称：水泥专业知识培训第一章绪论一、胶凝材料的定义和分类胶凝材料——凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料（其他物料叫骨料）而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。
胶凝材料可分为无机和有机两大类。
沥青和树脂属有机。
无机按硬化条件又可分为水硬性和非水硬性两种。
水硬性胶凝材料在拌水后既能在空气中硬化又能在水中硬化，通称为水泥。
非水硬性胶凝材料只能在空气中硬化而不能在水中硬化，故称为气硬性胶凝材料。
二、胶凝材料发展简史胶凝材料的发展，有着极为悠久的历史：1.石器时代，距今4000-10000年，人们就用粘土来抹砌建筑物，有时还加稻草、谷壳皮等拌和加筋，这在落后的农村还能见到。
但未经煅烧的粘土强度很低，经不起雨淋。
2.随着火的发现，在公元前2000-3000年，我国、埃及、希腊以及罗马等就开始利用经过煅烧所得的石膏或石灰石来调制砌筑砂浆。
如埃及的金字塔，我国的万里长城等都是石膏、石灰作为胶凝材料建造的。
3.随着生产的发展，到公元初，希腊以及罗马在石灰中加火山灰来提高强度，且能抵御淡水和盐水的侵入。
4.到18世纪的后半期，先后出现了水硬性石灰和罗马水泥。
19世纪初期（1810-1825），用人工配合原料，经煅烧磨细制成水硬性胶凝材料。
因为这种胶凝材料凝结后外观颜色与当时建筑上常用的英国波特兰岛出产的石灰石相似，故称之为波特兰水泥，我国叫硅酸盐水泥。
波特兰水泥——胶凝材料凝结后外观颜色同英国波特兰岛出产的石灰石相似，故称之为波特兰水泥。
硅酸盐水泥出现后，随着应用的需要出现了不同品种的水泥。
如快硬水泥、抗硫酸盐水泥、低热水泥和油井水泥。
1907-1909年发明低碱铝酸盐水泥，具早强快硬的特性。
胶凝材料发展简史经历着：天然胶凝材料（如粘土）——石膏、石灰——石灰、火山灰——水硬性石灰、天然水泥——硅酸盐水泥——不同品种水泥的各个阶段。
三、水泥的定义和分类水泥——凡细磨成粉末状，加入适量水后成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒状或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。
硅酸盐水泥的制备及性能测试实验报告
硅酸盐水泥的制备及性能测试第1章实验目的1.1 掌握硅酸盐水泥的制备工艺原理及工艺过程（包括原料的选择、生料的粉磨与成型、水泥熟料的烧结、水泥的粉磨）。
1.2提出具体的实验方案，确定合理的工艺条件（包括原料的配方、熟料的率值、烧成温度及水泥的组成和配合比），制备出合格的硅酸盐水泥样品。
1.3按国家标准对硅酸盐水泥样品进行相关的性能测定。
第2章实验原理硅酸盐水泥的制备分为三个阶段：石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料经破碎后，根据硅酸盐水泥熟料的率值进行配料、磨细成为成分合适、质量均匀的生料，称为生料制备；生料在窑炉内煅烧至部分熔融所得到的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，称为熟料煅烧；熟料加适量石膏共同磨细成为水泥，称为水泥粉磨。
水泥加水拌成的浆体，起初具有可塑性和流动性，随着水泥与水发生一系列物理化学反应——水化反应的不断进行，浆体逐渐失去流动能力，转变成为具有一定强度及其它性能的固体。
第3章实验设备、材料及试剂3.1 实验材料及试剂化工原料（化学纯或分析纯）：碳酸钙（CaCO3），石英砂（SiO2），氧化铝（Al2O3），氧化铁（Fe2O3），标准砂。
3.2 实验设备水泥试验磨、高铝坩埚、硅碳棒高温炉、烘干箱、勃氏透气比表面积仪、电子天平、水泥净浆搅拌机、水泥净浆标准稠度及凝结时间测定仪、水泥混凝土恒温恒湿标准养护箱、水泥胶砂搅拌机、水泥胶砂振实台(或水泥胶砂振动台)、电动抗折试验机、数显式建材压力试验机、沸煮箱、水泥抗压夹具、水泥抗折试模。
3.2.1 实验设备图及介绍A.水泥试验磨是由罩壳、磨机、支座及电器控制箱等四大部分组成。
（1）罩壳：罩壳由二层玻璃钢板中间夹吸音棉组成，分上下两罩，上罩壳有罩门，下罩壳有取料斗，可盛放磨好的物料，罩壳与磨机轴用带有毛毡圈端盖7密封，所以罩壳起到隔音和防尘的良好密封作用。
（2）磨机：磨机由筒体磨门盖、轴承及轴承、联轴器和齿轮减速机等组成，是研磨物料的主体部分，在卸料时将磨盖换上栅孔卸料板，满足卸料的要求。
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。
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。
第五章-熟料率值及配料计算
的烧成过程，但是铝率低的生料烧成温度下烧结温度范围变窄，不利于 窑的操作控制，易结大块。
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四、水泥熟料的率值
石灰饱和系数КН
古特曼（） 杰耳（） 石灰理论极限含量 • 假设：熟料体系中酸性氧化物形成最高碱性矿物应该是：C3S、C3A、
关系，可以推得硅率与熟料矿物组成之间存在以下关系：
SM=(C3234AF) （3-4）
➢ 硅率间接地反映了熟料中硅酸盐矿物与熔剂性矿物之比。这就反过来 说明，提出硅率的概念同时利用硅率来控制水泥熟料的成分和生产 在理论上是合理的。
➢ 硅率越大水泥熟料中硅酸盐矿物越多，熔剂性矿物越少，如果熟料 中有足够的CaO就有可能形成较多的阿利特，水泥将具有良好的早 强特性，但这样的熟料比较难以烧成；
◇ 石灰石中的白云石（CaCO3.MgCO3）是熟料中氧化镁的主要来源！ ！ ◇ 燧石：结晶二氧化硅，呈结核状或透镜状；色黑、质地坚硬， 难以磨细；影响窑磨产量及熟料质量；石灰石中控制含量<4%
其它非天然石石灰石原料：电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥
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一、硅酸盐水泥的原料
➢为使熟料中氧化镁含量小于5%，应控制石灰石中氧化镁含量小 于3% ➢石灰石中碱性氧化物含量应低于1%，以免影响煅烧！！
• CaO=2.8如下：
• КН2O32O32
（）
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三、水泥熟料的率值
石灰饱和系数КН的意义
• 定义：水泥熟料中所有氧化硅SiO2反应生成硅酸盐矿物 （C3S+C2S）所需的氧化钙CaO的量与所有氧化硅反应 后全部形成C3S所需的氧化钙的量的比值。
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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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
废气
熟料
倾斜 钢筒体，内部耐火材料，保温，保护
湿法回转窑
加热机 悬浮预热器 悬浮预热器
干法回转窑
干法回转窑 干法回转窑
分解炉
干法回转窑
干燥带
物料(℃) ~150
预热带
150~750
分解带
750~1000
气体
主要 反应
2. 传热效率提高，传热速率增大（在窑内仅为5.8℃/min, 立波尔窑的加热机,其速率也只有50℃/min，而悬浮预热器 内的速率可达1000℃/min）；
3. 总体物料与气流是逆向运动，而在管道和旋风筒内则是 顺流运动。传热主要是在管道中进行（约占80%），旋风 筒主要起气固相分离作用，传热较少（约占20%）
篦式冷却机
特点：冷却熟料用的冷风由专门的风机供给，熟料以一定厚度铺 在篦子上随炉篦的运动而不断前进，冷空气则由篦下向上垂直于 熟料运动方向传过料层而流动，因此热效率高。
振动篦式冷却机：速度快(5~10min)，熟料温度60~120℃；二次 空气350~500℃，50~60%。 推动篦式冷却机：料层厚，速度慢，机身短，冷却时间短(100 ℃ 以下，20~30min 熟料温度80~150℃；二次空气600~900℃， 65~75%，热效率高。 回转篦式冷却机：篦子作缓慢回转运动，热端不长期接触高温物 料，可用球墨铸铁代替耐热钢板，结构复杂。
单筒式 多筒式 立筒式
篦式冷却机
推动式 振动式 回转式
单筒冷却机
外形和回转窑相似，安装在回 转窑的下方，由单独传动机构 带动。 传热方式：以对流方式为主的 逆流热交换过程，预热后的空 气全部入窑。
优点：热效率高(熟料可冷却到 200℃，二次空气可预热到 600~700 ℃，热效率可达70%) 缺点：熟料冷却速度慢，金属 消耗量大，占地面积大，空间 高度较大，使土建投资增多。 适用于日产2000~2500 t熟料的 窑使用。
250~400
1000
自由水蒸 粘土质原料
发
脱水
1400
碳酸盐 分解
放热反应带
1000~1300
1600
固相 反应
烧成带 冷却带
1300~1450~ 1300
1700
1300~1000
熟料 烧成
熟料 的冷却
回转窑内熟料的煅烧过程
5.5.2 带悬浮预热器回转窑内熟料的煅烧
熟料煅烧特点
1. 传热面积大（1kg生料在窑内的传热面积是0.157㎝2，在 悬浮预热器里是1250㎝2，后者是前者的8000倍）；
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 矿化剂 晶种 矿化剂
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℃
5.1 水泥 熟料 形成 过程
粘土矿物脱水 400～600℃ 碳酸钙分解 600℃以上
固相反应 800～1200℃
熟料的烧结 1300～1450℃ ～1300 ℃
熟料的冷却 ＜1450℃
自由水的脱除
化学结合水的去除
石灰石结构
生料细度
5.4 挥发性组 分及其它微 量组分的影
响
Hale Waihona Puke 非挥发性组分：氧化镁、 氧化磷、氧化钛、氧化钒
结皮、堵塞、 结块、结圈
少量存在时，对 水泥生产有好处， 多了有副作用。
5.5 水泥熟料的煅烧方法及设备
湿法 立波尔（窑尾带加热机，半干法） 回转窑 干法 新型干法（悬浮预热、窑外分解） 土立窑 立窑 机立窑
5.5 水泥熟料的煅烧方法及设备
2. 碳酸钙的分解到窑外，窑长缩短，降低占地面积。 3. 悬浮状态，传热面积大，传热速率高，熟料单位热耗降
低。 4. 熟料密度小，颗粒细。 5. 窑内分三个带：过渡带（主要是少量分解反应、固相反
应）、烧成带、冷却带。
5.5.4 熟料冷却机
熟料冷却机：将高温熟料向低温气体传热的热交换装置。 1. 对冷却机要求:
多筒冷却机
组成：由环绕在回转窑胴体 上若干个(6~14个)圆筒所构 成，和回转窑连成一体。 优点：结构简单，不用单独 传动，易于管理，没废气处 理问题。
缺点：筒体较短，散热条件 较差，出口熟料温度高 (250~400℃)，二次空气 (350~600 ℃，55~65%)，冷 却能力受限。
适用于日产2000~2500 t熟料 的窑使用。
篦式冷却机的发展
第一代 薄料层篦式冷却机（60年代） 第二代 厚料层篦式冷却机（80年代） 第三代 充气梁高效篦式冷却机（90年代） 第四代 行进式稳流篦式冷却机（21世纪）