【正文】 晶氧化鎂）、含堿礦物以及玻璃體等。 第三節(jié) 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 ? 硅酸鹽水泥熟料礦物主要由氧化鈣、氧化硅、氧化鋁和氧化鐵四種氧化物組成，同時(shí)還含有約5%的少量如氧化鎂、三氧化硫、氧化鈦、氧化磷以及堿等。 ? 熟料冷卻速度快，可以使其中的 C3A形成固溶體，提高了熟料的抗硫酸鹽性。 γ C2S幾乎沒有水硬性，從而大大降低了熟料的強(qiáng)度。 ? （ 2）急冷的作用 ? ①減少 C3S分解。 ? ⑤氧化鈣和硅酸二鈣溶于液相的速率 ? 氧化鈣和硅酸二鈣的溶解速度加快，就會(huì)加快 C3S的形成速度，熟料就越易燒結(jié)。 ? ②液相量 ? 適當(dāng)?shù)囊合嗔靠梢约铀?C3S的形成，一般熟料在燒成過(guò)程中液相量為 2030%。 熟料的燒結(jié) ? （ 1）熟料的燒結(jié)過(guò)程 ? 熟料的燒結(jié)就是在高溫液相下，固相硅酸鈣和氧化鈣都逐步溶解于液相中，硅酸二鈣吸收氧化鈣形成硅酸鹽水泥的主要礦物 —— 硅酸三鈣。 ? 影響固相反應(yīng)的因素： ? （ 1）和生料的細(xì)度及其均勻程度 ? 生料越細(xì)，生料的均勻性越好，其固相反應(yīng)接觸面積越大，反應(yīng)越快。所有碳酸鈣均分解，游離氧化鈣達(dá)到最大值。 （ 2）碳酸鈣的分解過(guò)程 ? ①熱氣流從周圍環(huán)境向碳酸鈣顆粒表面?zhèn)鳠幔? ? ②熱量從顆粒表面向內(nèi)部傳遞； ? ③在一定溫度下碳酸鈣吸熱分解并放出 CO2； ? ④ CO2氣體從顆粒內(nèi)部向表面擴(kuò)散； ? ⑤ CO2氣體從顆粒表面向四周擴(kuò)散。（分解爐溫度控制范圍） 碳酸鹽分解 ? 生料中碳酸鹽主要是碳酸鈣和碳酸鎂，它們?cè)陟褵^(guò)程中分解并放出 CO2的過(guò)程稱為碳酸鹽的分解過(guò)程。 ? 脫水 ? 指在預(yù)熱器中熱煙氣作用下，粘土礦物分解放出化合水。 ? 生料在加熱過(guò)程中，依次發(fā)生干燥、粘土礦物脫水、碳酸鹽分解、固相反應(yīng)、熟料燒結(jié)、熟料冷卻結(jié)晶等重要物理化學(xué)反應(yīng)。 ? （ 3）不合格品 ? 凡細(xì)度、終凝時(shí)間、不溶物和燒失量中任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或混合材料摻加量超過(guò)最大限量和強(qiáng)度低于商品標(biāo)號(hào)規(guī)定的指標(biāo)時(shí)稱為不合格品。 ? （ 8）強(qiáng)度 ? 硅酸鹽水泥強(qiáng)度指標(biāo)如下： 標(biāo)號(hào) 抗壓強(qiáng)度（ MPa） 抗折強(qiáng)度（ MPa） 3d 28d 3d 28d ? （ 9）堿含量 ? 以 Na2O+。O ≯ %） ? （ 5）細(xì)度 ? %，比表面積大于 300m2/kg。 ? （ 2）氧化鎂 ? 熟料中氧化鎂含量不得超過(guò) %，經(jīng)壓蒸安定性檢驗(yàn)合格，不得超過(guò) %。 ? 組分材料 ? （ 1）熟料 ? 凡由適當(dāng)成分生料燒至部分熔融，所得以 硅酸鈣 為主要成分的燒結(jié)物，稱為硅酸鹽水泥熟料，簡(jiǎn)稱熟料。 ? 1999年 —— 修訂建立第四部水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 ?新型干法水泥生產(chǎn)總結(jié)為“八個(gè)字” ?優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、環(huán)保 ? （一）硅酸鹽水泥和普通水泥的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展過(guò)程 ? 1952年 —— 采用日本強(qiáng)度試驗(yàn)方法和前蘇聯(lián)水泥標(biāo)號(hào)。 二、水泥工業(yè)的發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢(shì) ? 世界水泥工業(yè)的發(fā)展歷史： ? 1824年：普通立窯 — 年產(chǎn)量約 2千噸； ? 1877年：干法中空回轉(zhuǎn)窯 — 年產(chǎn)量約 1萬(wàn)噸； ? 1910年：機(jī)械化立窯 — 年產(chǎn)量約幾萬(wàn)噸； ? 1928年：立波爾窯 — 年產(chǎn)量約達(dá) 10萬(wàn)噸以上； ? 1950年：懸浮預(yù)熱器窯 — 年產(chǎn)量幾十萬(wàn)噸，熱耗更低； ? 1971年：預(yù)分解窯 — 年產(chǎn)量可達(dá)幾百萬(wàn)噸，日產(chǎn) 1萬(wàn)噸以上，質(zhì)量高、熱耗低、電耗少、環(huán)境優(yōu)美，資源也得到了充分利用。第一章 新型干法水泥生產(chǎn)工藝 第一節(jié) 硅酸鹽水泥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ? 一、水泥的定義與分類 ? 凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂石等散?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，稱為水泥。 世界水泥工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) ? 大型化：?jiǎn)螜C(jī)產(chǎn)量已達(dá) 15000t/d； ? 自動(dòng)化：采用計(jì)算機(jī)及集散控制技術(shù)，大大提高了控制管理能力，提高了生產(chǎn)效率； ? 高效節(jié)能化：到目前為止，世界先進(jìn)水泥工業(yè)企業(yè)單位產(chǎn)量電耗最低可達(dá) 60kwh/，煤耗最低可達(dá) 80kg/； ? 環(huán)保生態(tài)化：新型干法水泥企業(yè)采用先進(jìn)收塵設(shè)備，嚴(yán)格控制粉塵排放與噪聲污染，環(huán)境優(yōu)美，資源也得到了充分利用。 ? 1956年 —— 以前蘇聯(lián)水泥標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本制訂全國(guó)統(tǒng)一的水泥標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)方法。 ? 標(biāo)準(zhǔn)分類： ? GB—— 強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、 JC—— 建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、GB/T—— 推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等。 ? （ 2）混合材料 ? 在粉磨時(shí)與熟料、石膏一起加入磨內(nèi)以改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號(hào)、提高水泥產(chǎn)量的礦物材料。 ? （ 3）三氧化硫 ? 水泥中三氧化硫不得超過(guò) %。 ? （ 6）凝結(jié)時(shí)間 ? 初凝不早于 45min，終凝不遲于 390min。在使用活性骨料時(shí)，硅酸鹽水泥中堿含量應(yīng)小于 %或由供需雙方商定。水泥包裝標(biāo)志中水泥品種、標(biāo)號(hào)、工廠名稱和出廠編號(hào)不全的也屬于不合格品。 一、干燥與脫水 ? 干燥 ? 主要是指排除生料中自由水分的工藝過(guò)程。 ? 脫水分兩種：一種是脫去配位水，一般在 400600℃以上才能脫去；一種是吸附水，一般在 100℃ 左右即可脫去。 ? 一般碳酸鎂在 600℃ 開始分解，到 750℃ 分解劇烈進(jìn)行，并吸收大量熱；碳酸鈣在 750℃ 開始分解，到 897℃ 時(shí)分解劇烈進(jìn)行，同時(shí)也吸收大量熱。 ? ⑥外加劑 ? 摻加少量外加劑如 OH等物質(zhì)可以提高碳酸鈣的分解速度。 ? 11001200℃ ：大量形成 C3A和 C4AF， C2S含量達(dá)最大值。 ? （ 2）原料的性質(zhì) ? 原料中結(jié)晶 SiO2越多，結(jié)晶越大，其易燒性越差，固相反應(yīng)速度就越慢。其反應(yīng)方程式如下： ? C2S+CaO→C3S ? 熟料的燒成溫度一般在 1250— 1450— 1250℃ ，故通常把 1250— 1450— 1250℃ 稱為熟料的燒結(jié)溫度。 ? ③液相的粘度 ? 液相的粘度對(duì) C3S的形成有很大的影響。 熟料的冷卻 ? （ 1）冷卻的作用 ? 改善熟料質(zhì)量與易磨性；降低熟料的溫度，便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸和粉磨；部分回收熟料出窯帶走的熱量，預(yù)熱二次空氣，從而降低熟料的熱耗，提高熱效率。 ? 因?yàn)槭炝显诶鋮s時(shí)，其中的 C3S在 1250℃ 左右時(shí)會(huì)分解成 C2S，并產(chǎn)生二次 fCaO，降低了熟料的早強(qiáng)。 ? ③使 MgO形成固溶體，降低熟料中方鎂石的含量。同時(shí)由于 C3A形成了固溶體，還可以使其水化速度減慢，防止熟料快凝?，F(xiàn)代生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料，各主要氧化物含量波動(dòng)范圍為： ? CaO： 6267%； ? SiO2： 2024%； ? Al2O3： 47%； ? Fe2O3： %。 ? 以上四種主要礦物約占 95%，其中硅酸鈣約占 75%，合稱為硅酸鹽礦物；鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣占 22%左右，稱為熔劑礦物。 ? 增大熟料中硅酸三鈣含量，可以提高熟料的強(qiáng)度，但過(guò)高時(shí)，會(huì)給煅燒帶來(lái)困難，同時(shí)熟料中游離氧化鈣增高，從而降低水泥強(qiáng)度，甚至?xí)绊懰嗟陌捕ㄐ?。?28d僅水化 20%左右。 ? 鋁酸三鈣水化迅速，放熱量大，凝結(jié)很快，其強(qiáng)度在三天內(nèi)大部分發(fā)揮出來(lái)， 28d達(dá)到 80%以上，故早強(qiáng)較高，但后期強(qiáng)度有倒縮現(xiàn)象。 ? 鐵鋁酸四鈣的水化特性： ? （ 1）早強(qiáng)較高，后期強(qiáng)度較好； ? （ 2）水化速度較快； ? （ 3）水化放熱量較小； ? （ 4）抗硫酸鹽性好。過(guò)多則液相量太大，易產(chǎn)生結(jié)大塊；過(guò)少則熟料不易燒結(jié)，兩種情況都會(huì)使熟料質(zhì)量變差。在反光顯微鏡下用蒸餾水浸蝕后呈現(xiàn)彩虹色。其水化速度慢，水化時(shí)也會(huì)膨脹，影響水泥的安定性。 第三節(jié) 熟料的率值 ? 水泥熟料是一種多礦物集合體，主要是由四種主要礦物組成。 ? KH= ? 考慮到熟料中還有游離氧化鈣、游離氧化硅與石膏，故應(yīng)將上式改為： ? KH= ? 當(dāng) KH=，形成的熟料礦物為 C3S、 C3A、 C4AF，而無(wú) C2S； ? 當(dāng) KH=，形成的熟料礦物為 C2S、 C3A、 C4AF，而無(wú) C3S。 二、硅酸率 ? 簡(jiǎn)稱硅率，用 SM或 n表示。粉化后的熟料強(qiáng)度低，嚴(yán)重影響熟料的質(zhì)量。 三、鋁氧率 ? 也稱為鋁率、鐵率。 ? 熟料的鋁率高，熟料中鋁酸三鈣多，相應(yīng)鐵鋁酸四鈣就較少，液相粘度大，物料難燒。 ? 二、生產(chǎn)工藝過(guò)程 ? 主要工藝過(guò)程為：生料制備（包括原料破碎烘干、原料預(yù)均化、原料的配合、生料粉磨和均化等）、熟料煅燒、水泥制成（包括水泥的粉磨與裝運(yùn)）。 ? 生料制備 ? 當(dāng)干法生產(chǎn)的原料較復(fù)雜時(shí)，原料在入磨前，也可在預(yù)均化堆場(chǎng)預(yù)先進(jìn)行均化。 ? 水泥制成 ? 水泥粉磨通常在球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行，可以采用開路或閉路系統(tǒng)。 ? 第一節(jié) 原燃料選擇及其對(duì)干法生產(chǎn)的影響 ? 制造硅酸鹽水泥的主要原料是石灰質(zhì)原料（主要提供氧化鈣）和粘土質(zhì)原料（主要提供氧化硅與氧化鋁，也提供部分氧化鐵）。 ? 水泥生產(chǎn)對(duì)石灰質(zhì)原料的質(zhì)量要求： ? CaO≥%； ? MgO≤%； ? SO3≤%； ? R2O≤%； ? fSiO2≤%。 ? 水泥生產(chǎn)對(duì)粘土質(zhì)原料的質(zhì)量要求： ? 一等品： ? n=； p=； ? MgO≤%； ? R2O≤%； ? SO3≤%； ? 二等品： ? n= ； p值不限； ? MgO≤%； ? R2O≤%； ? SO3≤%； 三、校正原料 ? 在生產(chǎn)中當(dāng)石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求時(shí)，必須根據(jù)所缺少的組分摻加相應(yīng)的原料，以補(bǔ)充某些不足的成分，這種原料稱為校正原料。 ? 硅質(zhì)校正原料 ? 質(zhì)量要求： n≥ SiO2=7090%； R2O≤%。 四、燃料 ? 新型干法回轉(zhuǎn)窯一般采用煙煤煅燒水泥，近幾年來(lái)，由于產(chǎn)煤地區(qū)資源及價(jià)格的差異，經(jīng)過(guò)大量研究與實(shí)踐，我國(guó)已經(jīng)成功開發(fā)出預(yù)分解窯利用無(wú)煙煤煅燒技術(shù)。 ? 一般為提高無(wú)煙煤在窯系統(tǒng)的燃燒速度，要求入窯爐煤粉細(xì)度達(dá)到 35%。 ? 改善水泥色澤。 ? 過(guò)多堿使 CaO難以吸收，不利于燒成。 ? （三） SO3 ? 在熟料中含有的 SO3有以下作用： ? 降低液相粘度，增加液相量，有利于 C3S的形成。 ? （四） TiO2 ? 在熟料中含有少量 TiO2（ %）可以提高強(qiáng)度，過(guò)量則會(huì)降低熟料強(qiáng)度，故一般熟料中的 TiO2不超過(guò) %。 ? 破碎的分類 ? 粗碎 ≥100mm ，中碎 ≥30mm ，細(xì)碎 ≥ 3mm ? 破碎方法 ? 破碎方法按施加外力的方法可分為： ? (a)壓碎：適于脆性堅(jiān)硬物料粗碎。 二、烘干 ? 原料烘干的目的： ? 保證磨機(jī)正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)，防止出現(xiàn)包球、糊磨、飽磨等不正?，F(xiàn)象。 ? 預(yù)均化的作用： ? （ 1）縮短進(jìn)廠原燃料成分的波動(dòng)周期，為準(zhǔn)確配料、生料粉磨提高良好的條件。 ? S— 標(biāo)準(zhǔn)偏差， — 各次測(cè)量的平均值。 %100?? xSCvx ? 預(yù)均化原理 ? 經(jīng)破碎后的原燃料在堆放時(shí)，盡可能以最多的相互平行、上下重疊的同厚度料層構(gòu)成料堆。送入堆場(chǎng)的原燃料，通過(guò)采用堆料機(jī)連續(xù)以薄層疊堆，形成 200500層的具有一定長(zhǎng)度比的料堆，取料機(jī)則按垂直于料堆的縱向?qū)Ω髁蠈油瑫r(shí)切取，實(shí)現(xiàn)各層物料的混合，達(dá)到均化的目的。但圓環(huán)形料堆的物料分布對(duì)稱性與均勻性較差，若作為預(yù)配料堆場(chǎng)時(shí)，總是在堆料端布