第五章 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
水泥生产工艺熟料煅烧
➢ 3.1 新型干法煅烧工艺技术
➢ 3.1.1 悬浮预热技术
➢ 悬浮预热技术是在水泥中空窑的尾部（生料喂入端） 装设悬浮预热器（也称旋风预热器），使出窑废热气体 在预热器内通过，同时使入窑的低温生料粉分散于废热 气流之中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得到迅速 加热升温后再入窑煅烧的一项技术。
➢ 传统的回转窑煅烧水泥熟料过程完全是在窑内进行 的，即生料喂入到窑内后的干燥→预热→碳酸盐分解→ 放热反应→熟料矿物的形成→冷却这六个过程完全是在 回转窑内完成的（见下图），使得窑体长度相对较长， 热量损失较大，窑的产量不高。
新型干法（现代水泥）回转窑
悬浮或立筒预热器
干法回转窑
加热机
立波尔回转窑（已被淘汰）
普通干法回转窑（逐渐被淘汰）
湿法回转窑（逐渐在改造成为新型干法窑）
二次风入窑 出窑熟料
不同类型回转窑各带划分
➢ 3.1.1.1 悬浮预热器单元组成
➢ 悬浮风预热器单元由换热管道、预热器、衬料、出风 管（废热气体将热量传给生料后排出）、下料管和锁风阀 （重锤）组成，见下图（C1代表第一级旋风预热器，以下 类推）。悬浮预热器系统由上述多个（四级串联的称为四 级旋风预热器，五级串联的称为五级旋风预热器）单元组 合构成：
热电偶 重锤
分解后的 生料入窑
窑体（窑尾）
分解炉、第四级预热器、 回转窑窑尾之间的关系
分解炉
重锤
喷煤嘴（3个） 三次风来自冷却机
窑体（窑尾）
物气料体放温温热度度反::应~~带11370000CC
回转窑
物气料体温温度度::13烧0~01成70带104C5~0~130冷0 C却物带料温度: ~1000 C
煤粉三次风
火焰
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
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
硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺课件
β— C2S 500℃ γ— C2S
(1)反应条件：冷却速度慢，还原气氛， 500℃； (2)后果： C2S 密度减小，体积增大，导致熟料粉化，强度下降； (3)措施：急冷；引入少量Ba2+、Na+替代Ca2+,BO45-、PO43-替代SiO44-,稳定C2
第二节 其它少量组分和矿化剂 对熟料煅烧和质量的影响
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
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
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六、熟料的冷却
1.目的
（1）回收熟料带走的热量，预热二次空气，提高窑的热效率； （2）便于熟料的运输：高温对运输设备要求高，影响大； （3）有利于改善熟料易磨性：急冷，熟料矿物晶体小，玻璃体
含量高； （4）有利于改善熟料性能：
急冷A矿，晶体细小，发育完整，活性好，水化快； 急冷C3A，玻璃态多，抗硫酸盐侵蚀性能好； 慢冷方镁石，晶体大，对安定性影响更严重。
在高温液相的作用下，熟料逐渐烧结；同时，C2S与fCaO溶解于 液相，以Ca2＋离子扩散与SiO44－离子、C2S反应，形成C3S。
液相
C2S + CaO
பைடு நூலகம்
C3S
1.液相出现温度
取决于组分的性质和数目
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。
硅酸盐水泥熟料技术
硅酸盐水泥熟料技术《硅酸盐水泥熟料技术》：采用最先进的工艺制备高质量水泥熟料硅酸盐水泥熟料技术是现代水泥工业中使用最广泛的生产方式之一。
它以含有高岭土和石灰石为主要原料，经过一系列的物理和化学反应，通过高温烧成得到熟料，最终通过磨矿和混合工艺生产出优质的硅酸盐水泥。
本文将对硅酸盐水泥熟料技术进行详细介绍。
首先，硅酸盐水泥熟料技术的核心工艺是熟料的烧成过程。
该工艺通常采用旋转窑或立窑进行，通过高温将原料进行煅烧，使其发生物理和化学变化。
在烧成过程中，高岭土和石灰石中的主要成分包括氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁等，经过热裂变、脱水、脱碳等反应，生成了大量的熟料矿物，如反硫酸钙(C2S)、反硫酸三钙(C3S)、反硫酸铁(Al2O3·Fe2O3)等。
其次，在熟料的制备过程中，控制烧成工艺参数是非常重要的。
温度、煅烧时间等参数直接影响熟料中矿物的生成和相对含量。
合理的烧成工艺可以提高熟料的反应活性和水化性能，从而进一步提高硅酸盐水泥的品质。
同时，烧成过程中的矿物相变和形貌变化也是影响熟料性能的重要因素。
通过优化工艺参数，可以调控熟料中矿物的相对含量，并提高熟料的综合性能。
此外，硅酸盐水泥熟料技术中的能耗问题也备受关注。
烧成过程需要大量的能源消耗，导致环境污染和能源浪费。
因此，在提高水泥熟料技术效能的同时，减少能源消耗也是一个重要的课题。
目前，一些新型的烧成工艺，如预分解窑、流化床窑等，已经被引入，取得了一定的成果。
通过这些新技术的应用，熟料的烧成温度和时间可以得到更好的控制，从而降低能源消耗和环境污染。
总结起来，硅酸盐水泥熟料技术是制备高质量水泥的重要工艺之一。
通过控制烧成工艺参数、优化矿物相对含量和形貌等方式，可以提高熟料的性能。
同时，减少能源消耗也是该技术的发展趋势之一。
未来，硅酸盐水泥熟料技术将不断创新与改进，为水泥行业的发展贡献更多的力量。
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。
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(％)。
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。
21
第二十一页，共79页。
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
第四页，共79页。
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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第二十三页，共79页。
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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第五章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、反应特点、影响反应速度的因素；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、回转窑的结构、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，高温煅烧至部分熔融，经过一系列的物理化学反应，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，依次进行如下物理化学变化：一、干燥与脱水（一）干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）发生脱水反应，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。
二、碳酸盐分解当物料温度升高到600℃时，石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解（见下式），在CO2分压为一个大气压下，碳酸镁和碳酸钙的剧烈分解温度分别是750℃和900℃。
MgCO3 MgO+CO2CaCO3CaO+CO2（一）碳酸钙分解反应的特点碳酸钙的分解过程是一个可逆反应，所以受系统温度、周围介质中CO2的分压影响较大；该过程是一个强吸热过程，每1kg纯碳酸钙在890℃时分解吸收热量为1645kJ/kg，是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程，而碳酸钙在水泥生料中所占比例约为80%左右，因此，它是水泥熟料煅烧过程中重要的一个环节；该过程的烧失量大，在分解过程中放出大量的CO2气体，使CaO疏松多孔，强化固相反应。
（二）碳酸钙的分解过程碳酸钙颗粒的分解过程有以下五个过程：1、通过颗粒边界层由周围介质传进行分解所需的热量Q i；2、热量Q i继续以传导方式，由表面传至反应面，并积聚达到一定的分解温度；3、反应面在一定温度下，继续分解、吸收热量并放出CO2；4、放出的CO2从分解面通过CaO层，向四周进行内部扩散；5、扩散到颗粒边缘的CO2，通过边界层向介质扩散。
以上五个过程四个是物理过程，一个是化学反应过程，每个过程各有阻力，情况较为复杂，各个过程都会影响碳酸钙的分解，哪个过程最慢，哪个过程便是主控过程。
在悬浮态的反应器里，碳酸钙分解所需的时间主要取决于化学反应速率，即主要取决于化学分解分步过程：1、在碳酸钙粒径较大时，以传热传质过程为主；在碳酸钙的粒径d=0.2cm时，物理、化学过程占同样重要的地位。
如立窑、立波尔窑、回转窑内均属于传热、传质控制过程。
2、粒径较小时，如d≤0.003cm，在悬浮状态分解时，决定于化学过程。
值得提出的是：在窑内分解带，颗粒虽细，但处于堆积状态，仍为传热传质控制过程。
（三）影响碳酸钙分解速度的因素1、石灰质原料的特性：结构致密、结晶粗大的石灰石分解较慢；2、生料细度及颗粒级配：生料较细，且颗粒均匀、粗粒少，生料比表面积增加，有利于反应进行；3、生料的悬浮分散程度：分散度愈高，接触面积愈大，愈有利于反应进行；4、分解温度：温度愈高，分解速度愈快：5、窑系统的CO2分压：当温度一定时，分压愈低，愈易分解；6、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）反应过程水泥熟料的主要矿物是硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF），它们是由固态物质相互反应生成的。
从原料分解开始，物料中便出现了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3进行固相反应，形成熟料矿物：800～900℃时CaO+ Al2O3 CaO·Al2O3 （CA）CaO+ Fe2O3 CaO·Fe2O3 （CF）900～1100℃时2 CaO+ SiO2 2 CaO·SiO2 （C2S）7 CaO·Al2O3+5 CaO 12 CaO·7Al2O3（C12A7）CaO·Fe2O3+ CaO 2CaO·Fe2O3（C2F）1100～1300℃时12 CaO·7Al2O3+9 CaO 7（3CaO·Al2O3）（C3A）7（2CaO·Fe2O3）+2 CaO+12 CaO·7Al2O37（4CaO·Al2O3·Fe2O3）（C4AF）以上反应在进行时放出一定的热量，故称为“放热反应”阶段。
（二）影响固相反应的主要因素1、生料细度及其均匀程度；2、原料物理性质对固相反应的影响；3、温度对固相反应的影响；4、其他因素。
四、熟料烧结（一）熟料烧结过程水泥熟料中的主要的矿物是硅酸三钙，而它的形成需在液相中进行，当温度达到1300℃时，C3A、C4AF及R2O熔剂矿物变成液相，C2S及CaO很快被高温熔融的液相所溶解并进C3S：2 CaO·SiO2 + CaO3 CaO·SiO2 （C3S）该反应称为烧结反应，它是在1300～1450～1300℃范围进行，故称该温度范围为烧成温度范围；在1450℃时反应迅速，故称该温度为烧成温度。
为使反应完全，还需有一定的时间，一般为10～20分钟。
由于反应不完全，没有参与反应的CaO就随着温度降低，凝固于凝固体中，这些CaO 称为游离氧化钙（fCaO）（为了便于下面的区别，称其为一次游离氧化钙，其对水泥安定性有重要影响）。
（二）影响熟料烧结过程的因素1、最低共熔温度；2、液相量：一般为20～30%；3、液相粘度：粘度愈小，愈有利于C3S的形成；4、液相的表面张力：表面张力愈小，愈易润湿固相物质或熟料颗粒，有利于固液反应，促进C3S的形成；5、CaO和C2S溶于液相的速率：其速率愈大，C3S的成核与发育愈快。
五、熟料冷却熟料冷却时需急速冷却，其目的和作用是：1、为了防止C3S在1250℃时分解，出现二次游离氧化钙（对水泥安定性没有大的影响），降低熟料的强度；2、为了防止C2S在500℃时发生晶型转变，使其密度由3.28g/cm3变为2.97 g/cm3，从面使熟料体积膨胀，变成粉末，产生“粉化”现象；3、防止C3S晶体长大而强度降低且难以粉磨；4、减少MgO晶体析出，使其凝结于玻璃体中，避免造成水泥安定性不良；5、减少C3A晶体析出，不使水泥出现快凝现象，并提高水泥的抗硫酸盐性能；6、使熟料产生应力，增大熟料的易磨性。
此外，急冷还可以收回热量，提高热的利用率。
第二节熟料形成的热化学一、熟料的形成热1、定义：在一定生产条件下，用某一基准温度（一般是0℃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（熟料形成热效应）。
2、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。
3、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。
二、熟料形成热的计算方法以普通原料配料、以煤为燃料为例说明：计算基准：1kg熟料，温度为0℃已知数据：⑴熟料的化学成分；⑵煤的工业分析及煤灰的化学成分；⑶熟料的单位煤耗。
㈠生成1kg熟料干物料消耗量的计算；㈡生成1kg熟料吸收热量的计算；㈢生成1kg熟料放出热量的计算；㈣熟料的形成热。
三、熟料热耗（一）、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。
热耗＞熟料形成热，因为有各种热损失，要降低热耗，实际上就是要降低各种热损失。
（二）、影响熟料热耗的因素1、生产方法与窑型；2、废气余热和利用；3、生料组成、细度及生料易烧性；4、燃料的燃烧情况；5、窑体的散热损失；6、矿体剂及微量元素的作用。
第三节矿化剂、晶种对熟料煅烧和质量的影响一、矿化剂1、定义：在熟料煅烧过程中，为降低液相出现温度，加速熟料矿物的形成，提高熟料质量，降低能耗，加入的物质，统称为矿化剂。
单独用一种，称矿化剂；两种或两种以上的矿化剂同时使用时，称为复合矿化剂。
2、可以作矿化剂的物质：（1）含氟化合物：常用萤石（CaF2）（2）硫化物：常用石膏（包括天然石膏、工业副产石膏）（3）氯化物：CaCl2（4）其他：铜矿渣、磷矿渣等常用的复合矿化剂：石膏—萤石、重晶石—萤石、磷石膏-萤石等，最常用的是石膏—萤石复合矿化剂。
3、矿化剂的作用：（1）加速碳酸盐的分解；（2）促进固相反应（3）降低液相出现的温度和粘度，促进C3S的形成。
4、使用矿化剂易引起的问题：凝结时间不正常，快凝或慢凝。
二、晶种技术1、晶种：是晶体结晶过程的晶核，，或称为晶核剂、核化剂。
水泥工业中的晶种指通过水泥窑煅烧而成的硅酸盐水泥熟料。
2、晶种技术：在入磨原材料中掺入少量的硅酸盐水泥熟料共同磨制出生料，业已存在的硅酸盐水泥熟料矿物在煅烧过程中作为晶核剂诱导水泥窑中物料迅速烧结，从而达到提高熟料产量，降低煤耗目的的技术。
三、使用矿化剂、晶种时的注意事项：使用矿化剂、晶种有积极的一面，也有消极的一面，如增加成本，有副作用等，使用时应注意：1、根据实际情况考虑是否采用；2、选择合适的品种；3、掺量要合适，计量要精确；4、掺入要均匀；5、相应调整配料方案及操作措施；6、矿化剂、晶种可以同时使用。
第四节挥发性组分及其他微量元素的作用挥发性组分及其他微量元素是由原、燃料带入的伴生组分。
数量虽然不多，但往往对熟料煅烧和质量有不同程度的影响。
有正作用也有副作用，如能合理利用，可以化害为利。