5熟料煅烧技术

五、晶种技术

1、晶种：是晶体结晶过程的晶核.(晶核剂、核化剂) 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。
五、晶种技术 （二）晶种掺加量及生产工艺的调整

冷却方式：
冷却速度慢 （平衡冷却）(4~5 ℃/min) 冷却速度快 急冷（淬冷）(18~20 ℃/min)

快冷对改善熟料质量的作用：
防止或减少C3S的分解； 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； 可克服水泥瞬凝或快凝。

(二)碳酸钙分解过程



图5.2 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）


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）。

800℃


CaO+ Al2O3
CaO+ Fe2O3 2 CaO+ SiO2
→
→ →
CaO· Al2O3 （CA）
CaO· Fe2O3 （CF） 2 CaO·SiO2 （C2S） 2CaO· Fe2O3（C2F） 12 CaO· 7Al2O3（C12A7） 2 CaO·Al2O3 ·SiO2

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）。 碳酸钙分解吸热量最大 熟料冷却放热量最大
第五章 熟料煅烧技术
§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
§5-6 水泥熟料煅烧技术的发展 §5-7 熟料煅烧工艺技术的改造
煅
烧

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。
（二）使用矿化剂时注意事项

1.根据生料的易烧性决定是否采用（结晶SiO2 多，熔
剂矿物多）



2.用量适当，一般小于1% 3.掺加量要均匀 4.掺有萤石的熟料应急冷（1250℃时萤石促进C3S分解，
C2S 晶型转变）
三 硫酸盐类矿化剂（石膏）

氧化气氛 CaO SO3 还原气氛 CaS 2C2S〃CaO （硫硅石） 4CaO〃Al2O3〃SO3 （无水硫铝酸钙）早强，适量有利


800～900℃
CaO· Fe2O3+ CaO 7 CaO· Al2O3+5 CaO 900～1100℃ 2 CaO+ SiO2 + Al2O3
→ → Leabharlann Baidu →
12 CaO· 7Al2O3+9 CaO
7（3CaO· Al2O3）（C3A）
7（2CaO· Fe2O3）+2 CaO+12 CaO· 7Al2O3 → 7（4CaO· Al2O3· Fe2O3） （C4AF）

§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5.5

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℃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。（表5.6） 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。
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
（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） 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 ）
1100~1200大量形成C3A
C4AF
C2S含量达最大值
三

固 相 反 应
反应特点：
多级反应 放热反应
三

固 相 反 应


（二）影响固相反应的主要因素 1、生料细度及其均匀程度；（比表面积、充分接触） 2、原料物理性质（结晶，慢，磨细）； 3、温度对固相反应的影响； 4、矿化剂。
四、熟 料 烧 结
熟 料 烧 结
四、熟 料 烧 结
条件：
温度：
1300~1450~1300℃
液相量：
20%~30%
时间：
10~20min
（二）影响熟料烧结过程的因素

1.最低共熔温度（组分多，温度低，表5.2） 2.液相量（一般为20～30%； ）
（液相量与煅烧温度、组分含量有关）
3.液相粘度（小，扩散快） （AL，Fe有关 图5.5，温度图5.4，组分，图5.6） 4.液相的表面张力（小，润湿，利于固液反应）
§5.3 矿化剂、晶种对熟料煅烧 和质量的影响

定义：在煅烧过程中，能加速熟料矿物的形成，本身不参加
反应或只参加中间反应的物质。
一、 矿化剂

类型：
矿化剂（1种）
含氟化合物：如：CaF2(萤石) 硫化物：如：石膏 氯化物：CaCl2 其他:如：铜矿渣、磷矿渣
复合矿化剂（2种）石膏—萤石 重晶石—萤石
§5.1 生料在煅烧过程中 的物理化学变化



干燥（自由水蒸发） 粘土质原料脱水 碳酸盐分解 固相反应 熟料烧结 熟料冷却
吸热
吸热
强吸热
放热
微吸热 放热
一、干燥与脱水 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· 2H2O）
理论热耗 热效率＝ 100% 实际热耗

（二）、影响熟料热耗的因素




1、生产方法与窑型；（干、湿，表5.7） 2、废气余热的利用； 3、生料组成（矿渣代替部分石灰石、石灰）、细 度及生料易烧性； 4、燃料的燃烧情况；（不完全燃烧） 5、窑体的散热损失（保温）； 6、矿体剂及微量元素的作用。
1050℃形成，1300 ℃分解为
C2 S和CaSO4


SO3有利于降低液相粘度，增加液相量，有利于C3S的形 成，同时少量的CaSO4能稳定C2S晶型转化 石膏掺量2%~4%，烧成温度为1360~1370 ℃,当掺量超 过5.3%时，游离CaO增加。
四 复合矿化剂
熟料的形成过程比较复杂，影响因素多。（KH，IM， CaF2 /SO3、烧成温 度） 复合矿化剂应用中应注意的问题 1.不正常凝结问题及对策 急凝 KH偏低、煅烧温度偏低、还原气氛 慢凝 IM偏低、煅烧温度偏高、 KH偏高、MgO, CaF2偏高 2.腐蚀、污染 2、配料方案 复合矿化剂的掺加量 率值（高KH，低n,高p） 配煤（少） 3.生料均化与煅烧工艺 生料成分均匀稳定 采用黑生料、浅暗火操作（减少热损失、F，S的挥发） 提高加料与卸料速度，加强中部通风
熟料烧结过程：
当物料温度升高到最低共熔温度后，C3A、 C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO逐 步溶解于液相中， C2S吸收CaO形成C3S。 反应式： C2S+ CaO→ C3S 随着温度的升高和时间延长，液相量增加， 液相粘度降低， C2S、CaO不断溶解、扩散， C3S 晶核不断形成，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。 C3S 的 形 成

（温度、组成、结构）图5.7

愈快 ） （粒径，粘度）表5.4，图5.8
5.C2S、CaO溶于液相的速率（速率愈大，C3S的成核与发育
五、熟 料 的 冷 却

熟料的冷却：
烧成温度 常温 熔体晶化 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。
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 (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（分解所需热量:湿法1/3，干法1/2） 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) （ 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）
§5.4 挥发性组分及 其他微量元素的作用

由原、燃料带入的伴生组分。（P19） 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 合理利用，化害为利
一、挥发性组分的影响

挥发性组分：碱、氯、硫。 主要来源：原料、燃煤 特点： （1）低温下呈固态，高温下挥发成气体； （2）当其含量大时，可降低最低共熔温度， 增加液相量，降低液相粘度，起助熔作用。
磷石膏-萤石

作用：加速分解反应；加速固相反应；降低液相出现的温度；
加速C3S的形成 使用矿化剂易引起的问题：凝结时间不正常，快凝或慢凝。

二、氟化钙的矿化作用

（一）作用机理 1.加速CaCO3分解，促进固相反应（高温，蒸汽）
CaF2 H 2O CaO 2 HF 4 HF SiO2 SiF4 2 H 2O 2 HF CaCO3 CaF2 H 2O CO2

反应生成SiF4和CaF2的在高温，蒸汽作用下分解生成活性 的SiO2，CaO。
二、氟化钙的矿化作用
2 降低液相出现的温度和粘度，促进C3S形成

高温，加入氟化钙，1%~3%,烧成温度下降50~100℃
~ 950 4CaO 2SiO2 CaF2 850 2C2 S CaF2 1040 2C2 S CaF2 C2 S CaF2 1130 3( C2 S ) 3CaO CaF2 3C3 S CaF2 1175 3C3 S CaF2 C3 S F (含氟固溶体 )＋液相
500~600
Al2O3 2SiO2 2H2O Al2O3 2SiO2 2H2O
脱水后变成无定形的Al2O3· 2SiO2，这些无定形物具有较高的 活性 （高岭土活性高，蒙脱石，伊利石活性低）
二、碳酸盐分解

反应式：MgCO3MgO+CO2-Q
CaCO3CaO +CO2-Q
晶种掺加量及生产工艺的调整

1.晶种及其掺加量（C3S，2～3.5%） 2.晶种加入工艺（单独计量配料） 3.率值及熟料热耗的调整中（高KH，高P， 减煤）
六、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。