原料研究

CaO 55.01 55.25
54.55 54.45 54.33 2.31 1.20 9.48 1.18 0.72 5.83
SiO2 0.20 0.10
0.27 0.69 0.63 62.18 62.95 57.23 80.65 17.67 45.53
Al2O3 0.29 0.28
0.24 0.51 0.28 15.72 16.3 11.95 8.17 13.62 37.55
筛余累积（%） 12.4 26.2 39.0 48.1 56.3 62.8 66.7 70.2 75.6 81.6 86.0 88.4
粒径（μm）
75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 120
筛余累积（%）
90.0 92.2 95.1 96.2 96.2 96.2 96.5 97.3 98.7 99.8 100.0
⑤原料及生料的分解性能：
A.堆积态石灰石及生料的分解性能
采用综合热分析方法对按配料方安制得的混合石灰石与生料进行了热重
与差热分析：
石灰石（四种石灰岩混合而成）：
起始温度（℃）
耀县
636
最快温度（℃） 880
终止温度（℃） 907
失重率% 43.5
水泥生料：
起始温度（℃）
耀县
656
最快温度（℃） 871
系统的操作诊断提供重要依据。
水泥生料易烧性有多种不同的表示方法：根据国标 GB9965-88《水泥生
料的易烧性试验方法》，对水泥生料在 1350℃、1400℃、1450℃下，分别煅
烧 30min 后，对熟料中 f-CaO 的%含量进行测量。
根据 f-CaO 的含量来评价水泥生料煅烧的难易程度。参照国内外有关资
CaCO3=CaO+CO2-Q 这是一个强烈吸热的反应，需要较强的供热速率。理论 上把 CaCO3 的分解过程分为如下五个步骤：
⑴CaCO3 颗粒周围的介质通过边界层向颗粒表面传热。 ⑵传递到颗粒表面的热量以传导的方式继续向反应界面传热。
⑶在反应界面发生分解反应。
⑷反应界面上放出的 CO2 通过 CaO 固体产物层向颗粒表面扩散。 ⑸到达颗粒表面的 CO2 通过边界向周围介质扩散。 这五个步骤中⑶是化学过程，其余均是物理过程。B.Vostean 曾根据其 研究结果，认为在分解炉内，当物料处于悬浮态时，CaCO3 分解所需的时间， 主要取决于化学反应速率。其理由是生料粒度较小，比表面积很大，又是悬 浮在气流中，与介质传热的速率及内部传热传质速率相比化学反应速率最慢， 在整个分解反应过程中成为控制因素，即在悬浮态下，CaCO3 的分解是受化学 反应速率控制的。近期的研究工作指出：利用 T.B.TONG 的理论，大量的试验 数据说明：悬浮状态下，石灰石的分解反应机理是 CaO 晶核的形成与生长控 制。综合这些论点，可以认为生料中石灰石的分解特性受到物理和化学因素 的控制。因此凡是影响化学反应速率和晶核形成的所有物理和化因素均会影 响生料的反应速率。其中生料的组成，尤其是石灰石的矿物结构，配合料的 组成和数量，反应温度和气相 CO2 分压等因素的影响，比较显著。至于生料 的粒度，从气固反应的普遍机理来看，当然是一个重要因素，但根据大量实 验研究结果看，对于水泥生料来说，在颗粒直径小于 200μm 的情况下，其粒 度的影响可以忽略不计。这是因为过细（<100μm）的颗粒在气流中很容易凝 聚，无法体现其真实表面的缘故。
5.质量传递--包括对流传质及颗粒内部的扩散传质。
三、原料及生料特性研究
①该水泥厂的原料化学成分：
名称 1.石灰石 A.致密石 灰岩 B.含斑 灰岩 C.结晶 灰岩 D.花斑 灰岩
2.黏土 A.红土 B.黄土
3.砂岩 4.铁粉 5.煤粉
loss 43.56 43.52
43.74 43.27 43.5 7.82 6.71 10.96 3.47 10.48 0.00
4.生料的易烧性。
5.煤粉的着火与燃烧特性。特别是悬浮态的燃烧特性。
6.对原料、燃料和生料的综合分析与适用性评价。
水泥生料的易烧性是说明其煅烧过程中形成熟料的难易程度的特性指
标。受生料的化学、物理性质及矿物组成等多种因素的影响。易烧性好则生
料的煅烧温度可较低。
生料的易烧性实验可为配料方案的选择；优化窑炉操作和设计以及烧成
原料研究
总则
一、物料特性
在水泥工业生产上，最具有价值的是原材料的“四性”研究。即原料、
燃料和生料的易磨性、易燃性、易分解性和易烧性。故对愿、燃料和生料特
性的研究主要包括以下内容：
1.各种原料的化学成分，矿物组成及其岩相结构的特点。
2.石灰石和生料的分解反应特性，尤其是悬浮态的分解特性。
3.石灰石与配合生料的易磨性。
终止温度（℃） 895
失重率% 36.0
参比生料：
耀县 滇西
起始温度（℃） 742 685
最快温度（℃） 894 868
终止温度（℃） 930 898
失重率% 35.4 34.9
根据结果知，该厂配料呈较好的热分解特性，温度和失重都在合理的范
围内。
B.悬浮态石灰石及生料的分解性能
ⅰCaCO3 分解反应机理 在分解炉里，水泥生料中的主要成分 CaCO3 在悬浮状态下，发生下列分 解反应：
ⅳ熟料液相量%：L1400℃=26.6，L1450℃=26.8。
ⅴ熟料化学成分%：
loss 0.00
CaO 66.41
SiO2 22.14
Al2O3 5.31
ⅵ干生料化学组成%：
loss 35.56
CaO 43.6
SiO2 13.95
Al2O3 3.0
ⅶ干生料配合比%：
Fe2O3 3.54
Fe2O3 2.29
属于高品位石灰石原料。
ⅱ根据两种黏土原料的化学组成，计算出其硅率和铝率分别为：
红土：SM=2.75，IM=2.48。黄土：SM=3.50，IM=2.71。一般要求黏土的
硅率 SM=2.5～3.5，铝率 IM=1.5～3.0。符合此条件要求的黏土可以在不掺加
硅质校正原料的情况下，进行配料。两种黏土原料混合后的黏土硅率为
Fe2O3 0.19 0.18
0.15 0.47 0.28 6.29 6.58 4.41 3.43 56.2 3.34
MgO 0.54
0.33 1.12 0.45 0.18 2.07 2.11 1.82 0.57 0.48 1.12
∑ 99.79
99.66 100.07 99.84 99.95 95.85 95.85 95.85 97.47 99.17 93.37
SM=2.83，铝率 IM=2.50 亦在合理的范围之内。
②该水泥厂生料配料方案
ⅰ熟料热耗（KJ/Kg-Cl’）：3130；煤低热值（KJ/Kg-Cl’）：28500；
煤灰掺入量：2.02%
ⅱ设定熟料率值：LSF=94±2；SM=2.5±0.1；IM=1.50±0.10
ⅲ熟料矿物组成：C3S=61.41；C2S=17.13；C3A=8.09；C4AF=10.77；其他： 2.6。
MgO 1.13
∑ 98.53
MgO 0.73
∑ 99.13
பைடு நூலகம்
石灰石：黏土：砂岩：铁粉=78.5：12.08：7.36：2.00。
依据：根据原料与煤灰的化学组成以及燃料特性实验中煤粉的工业分析
数据并参考当地的资源情况。
特点：本配料方案属于四组分配料。因此可以规定熟料的三大率值。参
照国内外干法生产的水泥优化配料方案，采用“一中二高”的配料方案，即
控制因素。
2.煤粉的燃烧过程--是基本化学反应之一，提供 CaCO3 分解所需热量。 3.气固相间的热交换--包括对流、传导、辐射。
由于物料颗粒处于悬浮状态，且颗粒粒度 20—30μ，颗粒内部热传导阻
力很小，因而换热过程主要是气固两相之间的热交换，以对流为主。
4.CaCO3 分解过程--是耗热量最大的可逆反应，它体现分解炉的主要功 能。
“中 LSF 高 SM，高 IM”的配料，根据计算值，该方案的熟料矿物组成和液相
量均在合理的范围内③生料粒度组成：
将各种块状原料分别粉磨过筛后，根据配料方案制备成细度为 80μm 筛
余 10%左右的水泥生料，分析粒度分布：
粒径（μm） 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
中位粒径：30.8μm；平均粒径：38.2μm；blaine：2990cm2/g。
由上表知，将近有 50%左右的颗粒粒径在 30μm 以下，80μm 筛余在 8%
左右。
④生料的易磨性：
该厂的生料易磨性邦德指数为 11.2KWH/T，属中等水平。（根据国内外资
料统计显示，水泥生料易磨指数平均为 11.65）。
备注：四种石灰岩的比例为：A：B：C：D=68：21：6.0：5.0
两种黏土的比例：A：B=86.6：13.4
特点：ⅰ四种石灰岩的 CaO 含量都很高，均在 54～55%左右。SiO2 的含
量非常低，都在 0.7%以下，MgO 含量也非常低。四种石灰岩均可单独配料使
用。四种配合亦能满足水泥工厂对石灰石的要求（CaO≮45～48%，MgO≤3%）
料，特根据 1400℃时，f-CaO 的%含量的多少，将生料易烧性评价为四个等级：
f-CaO%
易烧性
f-CaO%≤1% f-CaO%=1—1.5% f-CaO%=1.5—2.5% f-CaO%≥2.5%
二、分解炉的主要功能
易烧性为“优” 易烧性为“良” 易烧性为“一般” 易烧性为“差”
1.煤粉在生料中的分散热过程--这是决定反应环境与反应完成度的基本