第5章 熟料煅烧技术(水泥工艺学精品课程).ppt

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1、 5-1 5-1 生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在煅烧过程中的物理化学变化 5-2 5-2 熟料形成的热化学熟料形成的热化学 5-7 5-7 熟料煅烧工艺技术的改造熟料煅烧工艺技术的改造 5-6 5-6 水泥熟料煅烧技术的发展水泥熟料煅烧技术的发展 5-5 5-5 水泥熟料的煅烧方法及设水泥熟料的煅烧方法及设备备 5-4 5-4 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的作用 5-3 5-3 矿化剂、晶种对熟料煅烧和质量影响矿化剂、晶种对熟料煅烧和质量影响第五章第五章 熟料煅烧技术熟料煅烧技术n生料生料在水泥窑窑内经过连续加热加热，高温煅烧至部分熔熔融融，经过一系列的物理化学

2、反应物理化学反应，得以硅酸钙硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料熟料的工艺过程过程叫硅酸盐水泥熟料的煅烧，简称煅烧。煅烧煅烧n干燥（自由水蒸发）干燥（自由水蒸发）吸热n粘土质原料脱水粘土质原料脱水 吸热吸热n碳酸盐分解碳酸盐分解 强吸强吸热热n固相反应固相反应 放热放热n熟料烧结熟料烧结 微吸热n熟料冷却熟料冷却 放热5.1生料在煅烧过程中 的物理化学变化一、干燥与脱水一、干燥与脱水n（一）干燥（一）干燥n自由水的蒸发。自由水的蒸发。n含水量与生产方法和窑型有关（含水量增加热耗增加）含水量与生产方法和窑型有关（含水量增加热耗增加）n（二）脱水（二）脱水n粘土质原料脱去化合水（结构水和层间吸附水）粘

3、土质原料脱去化合水（结构水和层间吸附水）n高岭土（高岭土（AlAl2 2OO3 32SiO2SiO2 22H2H2 2OO）脱水后变成无定形的脱水后变成无定形的AlAl2 2OO3 32SiO2SiO2 2，这些无定形物具有较高的，这些无定形物具有较高的活性活性（高岭土活性高，蒙脱石，伊利石活性低高岭土活性高，蒙脱石，伊利石活性低）O2H2OAlO2H2OAl22326005002232SiOSiO一、干燥与脱水一、干燥与脱水n反应式：反应式：MgCO3MgO+CO2-Q CaCO3CaO+CO2-Q 反应温度：反应温度：MgCO3 始于402408最高700 CaCO3 600 开始，812

4、928 快速分解二、碳酸盐分解二、碳酸盐分解(一一)碳酸钙分解反应的特点碳酸钙分解反应的特点n反应特点：反应特点：可逆反应（温度，可逆反应（温度，COCO2 2分压分压 ）强吸热反应（分解所需热量强吸热反应（分解所需热量:湿法湿法1/31/3，干法，干法1/21/2）烧失量大烧失量大(CO(CO2 2)分解温度与分解温度与 COCO2 2分压分压 和矿物结晶程度有关和矿物结晶程度有关 (图图5.1)5.1)n（COCO2 2分压分压 大，分解温度高，伴生矿物和杂质降低分大，分解温度高，伴生矿物和杂质降低分解温度，结晶，分解温度高解温度，结晶，分解温度高）(一一)碳酸钙分解反应的特点碳酸钙分解反

5、应的特点n图图5.25.2n1 1、气流向颗粒表面传热（、气流向颗粒表面传热（物理过程）物理过程）n2 2、热量由表面以传导方式向分解面传递；、热量由表面以传导方式向分解面传递；（物理过程）物理过程）n3 3、碳酸钙在一定温度下，继续分解、吸收热量并放出、碳酸钙在一定温度下，继续分解、吸收热量并放出COCO2 2；（化学过程）化学过程）n4 4、放出的、放出的COCO2 2从分解面通过从分解面通过CaOCaO层，向四周进行内部扩层，向四周进行内部扩散；散；（物理过程）物理过程）n5 5、扩散到颗粒边缘的、扩散到颗粒边缘的COCO2 2，通过边界层向介质扩散。，通过边界层向介质扩散。（物理过程）

6、物理过程）(二二)碳酸钙分解过程碳酸钙分解过程n1.0cm 传热传质占主导n0.2cm物理和化学过程同样重要n30m化学反应占主导（COCO2 2分压）（悬浮）分压）（悬浮）n回转窑（堆积）回转窑（堆积）n立窑（料球颗粒大）立窑（料球颗粒大）n悬浮预热器和分解炉内悬浮预热器和分解炉内 研究表明n石灰质原料的特性（石灰质原料的特性（伴生矿物和杂质、结晶伴生矿物和杂质、结晶）n生料细度和颗粒级配（比表面积）生料细度和颗粒级配（比表面积）n生料悬浮分散程度（传热面积）生料悬浮分散程度（传热面积）n温度（高，快，热耗增，结皮，堵塞）温度（高，快，热耗增，结皮，堵塞）n窑系统的窑系统的COCO2 2分压

7、分压n生料中粘土质组分的性质（生料中粘土质组分的性质（活性高，则能直接与碳酸钙活性高，则能直接与碳酸钙发生反应，可以促进碳酸钙的分解过程发生反应，可以促进碳酸钙的分解过程）（三）影响反应速度的因素（三）影响反应速度的因素（一）反应过程（一）反应过程nCaOCaO与与SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3、FeFe2 2OO3 3进行固相反应生成进行固相反应生成（C C3 3S S）、（）、（C C2 2S S）、（）、（C C3 3A A）、（）、（C C4 4AFAF）。）。三固三固 相相 反反 应应n800 nCaO+Al2O3 CaOAl2O3 （CA）n CaO+Fe2O3 Ca

8、OFe2O3 （CF）n2 CaO+SiO2 2 CaO SiO2 （C2S）n800900n CaOFe2O3+CaO 2CaOFe2O3（C2F）n 7 CaOAl2O3+5 CaO 12 CaO7Al2O3（C12A7）n9001100n2 CaO+SiO2+Al2O3 2 CaO Al2O3 SiO2n 12 CaO7Al2O3+9 CaO 7（3CaOAl2O3）（C3A）7（2CaOFe2O3）+2 CaO+12 CaO7Al2O3 7（4CaOAl2O3Fe2O3）（C4AF）11001200大量形成C3A C4AF C2S含量达最大值n反应特点：反应特点：多级反应 放热反应三固

9、三固 相相 反反 应应n（二）影响固相反应的主要因素（二）影响固相反应的主要因素n1 1、生料细度及其均匀程度；（比表面积、充分接触）、生料细度及其均匀程度；（比表面积、充分接触）n2 2、原料物理性质（结晶，慢，磨细）；、原料物理性质（结晶，慢，磨细）；n3 3、温度对固相反应的影响；、温度对固相反应的影响；n4 4、矿化剂。、矿化剂。三固三固 相相 反反 应应 熟料烧结过程：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

10、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的形成熟料烧结四、熟四、熟 料料 烧烧 结结 条件：条件：温度：温度：130014501300 液相量：液相量：20%30%时间：时间：1020min四、熟四、熟 料料 烧烧 结结n1.1.最低共熔温度最低共熔温度（组分多，温度低，表（组分多，温度低，表5.25.2）n2.2.液相量液相量（一般为一般为202030%30%；）（液相量与煅烧温度、组分含量有关）（液相量与煅烧温度、组分含量

11、有关）n3.3.液相粘度液相粘度（小，扩散快）（小，扩散快）（ALAL，FeFe有关图有关图5.55.5，温度图，温度图5.45.4，组分，图，组分，图5.65.6）n4.4.液相的表面张力液相的表面张力（小，润湿，利于固液反应小，润湿，利于固液反应）（温度、组成、结构）图（温度、组成、结构）图5.75.7n5.C5.C2 2S S、CaOCaO溶于液相的速率溶于液相的速率（速率愈大速率愈大，C C3 3S S的成核与发育的成核与发育愈快愈快）（粒径，粘度）表（粒径，粘度）表5.45.4，图，图5.85.8（二）影响熟料烧结过程的因素（二）影响熟料烧结过程的因素n熟料的冷却：熟料的冷却：烧成温

12、度常温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）熔体晶化凝固熟料颗粒结构形成（凝固和相变）C C2 2S S的多晶转变的多晶转变C C3 3S S分解分解n冷却目的：冷却目的：改善熟料质量与易磨性；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）降低熟料的温度，便于运输（安全）、储存（砼开裂）和粉磨（假凝）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。回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利用率。n冷却方式：冷却方式：冷却速度慢（平衡冷却）(45/min)冷却速度快急冷（淬冷）(1820/min)五、熟五、熟 料料 的的 冷冷 却却 防止或减

13、少防止或减少C C3 3S S的分解；的分解；避免避免-C-C2 2S S转变成转变成-C-C2 2S S；改善了水泥安定性；改善了水泥安定性；(MgOMgO玻璃体易水化玻璃体易水化)使熟料使熟料C C3 3A A晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能；晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能；改善熟料易磨性；改善熟料易磨性；可克服水泥瞬凝或快凝。可克服水泥瞬凝或快凝。n快冷对改善熟料质量的作用：n热化学方程式表示化学反应与热效应关热化学方程式表示化学反应与热效应关系的方程式系的方程式n生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在煅烧过程中的物理化学变化n吸热反应放热反应吸热反应放热反应n表表5.55.5n5.2.熟料

14、形成的热化学熟料形成的热化学n1、定义定义：在一定生产条件下，用某一：在一定生产条件下，用某一基准温度基准温度（一（一般是般是0或或20）的）的干燥物料干燥物料，在，在没有没有任何任何物料损物料损失失和和热量损失热量损失的条件下，制成的条件下，制成1kg1kg同温度同温度的的熟料熟料所需所需要的要的热量热量称为熟料的形成热（熟料理论热耗）。称为熟料的形成热（熟料理论热耗）。n2、计算原理计算原理：理论热耗理论热耗=吸收的总热量放出的总吸收的总热量放出的总热量热量，一般为，一般为16301800kJ/kg-ck。（表（表5.6）n3、影响因素影响因素：熟料的形成热是熟料形成在理论上消：熟料的形成

15、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。学成分与矿物组成、生产条件有关。n一、熟料的形成热（理论热耗）一、熟料的形成热（理论热耗）n定义：每煅烧1kg1kg熟料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。n热损失热耗熟料形成热，n降低热耗，降低各种热损失（废气、散热等）。理论热耗：理论热耗：1630-1800 KJ/kg 1630-1800 KJ/kg；实际热耗：实际热耗：3400-7500KJ/kg3400-7500KJ/kg%100实际热耗理论热耗热效率碳酸钙分

16、解吸热量最大碳酸钙分解吸热量最大熟料冷却放热量最大熟料冷却放热量最大n二、熟料热耗（二、熟料热耗（实际热耗）n1 1、生产方法与窑型；、生产方法与窑型；（干、湿，表（干、湿，表5.75.7）n2 2、废气余热的利用；、废气余热的利用；n3 3、生料组成（、生料组成（矿渣代替部分石灰石、石灰矿渣代替部分石灰石、石灰）、细）、细度及生料易烧性；度及生料易烧性；n4 4、燃料的燃烧情况；、燃料的燃烧情况；（不完全燃烧）（不完全燃烧）n5 5、窑体的散热损失、窑体的散热损失（保温）（保温）；n6 6、矿体剂及微量元素的作用。、矿体剂及微量元素的作用。n（二）、影响熟料热耗的因素n定义：定义：在煅烧过程中，能加速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。n类型：类型：矿化剂（矿化剂（1 1种）种）复合矿化剂（复合矿化剂（2 2种）种）石膏石膏萤石萤石重晶石重晶石萤石萤石磷石膏磷石膏-萤石萤石n作用作用：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n使用矿化剂易引起的问题：使用矿化剂易引起的问题：凝结时间不正常，快凝或慢凝。一、矿化剂含氟化合物：如：含氟化合物：