【正文】 ③．水泥中含堿量高時(shí)：生成鉀石膏，快凝；使混凝土表面起霜 (白斑 )、堿 集料反應(yīng)，產(chǎn)生局部膨脹，引起構(gòu)筑物變形開裂。當(dāng)煅燒溫度過高、鋁率偏低、 KH 偏高、 MgO 和 CaF2 含量偏高時(shí)，會(huì)現(xiàn)現(xiàn)慢凝現(xiàn)象。 3．熟料理論熱耗： 390430kcal/kg 熟料 (16501800kJ/kg)。 ①．快冷阻止或減少 β C2S 向 γ C2S 轉(zhuǎn)變，防止熟料粉化； ②．阻止或減少 C3S → C2S + fCaO； 快速越過 C3S 的分解溫度，使 C3S 來不及分解而呈介穩(wěn)狀態(tài)保存下來。 ①． T↑ → 表面張力↓； ②．熟料中含鎂、堿、硫等物質(zhì)時(shí)，→ 表面張力↓。 3．液相粘度 液相粘度直接影響硅酸三鈣的形成速率和晶體的尺寸，粘度小，則粘滯阻力小，液相中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散速率增加，有利于硅 酸三鈣的形成和晶體的發(fā)育成長；反之則使硅酸三鈣形成困難。 影響熟料燒成的因素： 1．最低共熔溫度 2．液相量 液相量↓ → CaO 不易被吸收完全，導(dǎo)致熟料中 fCaO↑ 影響熟料質(zhì)量，或降低窯產(chǎn)量和增加燃料消耗。貝利特的再結(jié)晶使其轉(zhuǎn)變成含固溶體較多，晶體長大尺寸達(dá) 2060um，發(fā)育完善，且 具有明顯雙晶紋的圓形晶體。由 于固相反應(yīng)時(shí)離子的擴(kuò)散和遷移需要時(shí)間，所以，必須要有一定的時(shí)間才能使固相反應(yīng)進(jìn)行完全。通常，固相反應(yīng)總是發(fā)生在兩組分界面上，為非均相反應(yīng)。生料懸浮分散差，相對地增大了顆粒尺寸，減少了傳熱面積，降低了碳酸鈣的分解速度。 提高反應(yīng)溫度有利于加快分解反應(yīng)速率，同時(shí)促使 CO2 擴(kuò)散速率加快；但應(yīng)注意溫度過高，將增加廢氣溫度和熱耗，預(yù)熱器和分解爐易結(jié)皮、堵塞。 五個(gè)過程： 兩個(gè)傳熱過程：熱氣流向顆粒表面?zhèn)鳠?、熱量以傳?dǎo)方式向分解面?zhèn)鳠幔? 一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程：分解面上的 CaCO3 分解并放出 CO2； 兩個(gè)傳質(zhì)過程：分解放出的 CO2 穿過分解層 (CaO 層 )向 表面擴(kuò)散、表面 CO2 向周圍介質(zhì)氣流擴(kuò)散。 5．粘土顆粒大?。赫惩撩撍紫仍诒砻妫傧蛄Ｗ又行臄U(kuò)散，擴(kuò)散過程較慢。 一般物料在燒成帶的停留時(shí)間約 1520min。同時(shí)放出 CO2 使粉狀物料 處于流態(tài)狀，物料運(yùn)動(dòng)速度較快。 預(yù)均化和均化沒有列出，非重點(diǎn)。 ⑥．生料的熱處理：生料的易燒性差，就要求燒成溫度高，煅燒時(shí)間長。 生料易燒性愈好，生料煅燒的溫度愈低；易燒性愈差，煅燒溫度愈高。 但煤粉磨得過細(xì)，既增加能耗，又容易引起煤粉自燃和爆炸。 煤粉在燃燒過程中，首先是揮發(fā)分從煤粒 中析出并在一定的溫度下著火燃燒，隨著揮發(fā)分析出燃燒，在煤粒中形成許多孔隙，煤粒表面的空氣向內(nèi)擴(kuò)散與煤粒中部的固定碳被點(diǎn)燃，反過來又進(jìn)一步加快了揮發(fā)分的析出和燃燒。 ? 煤的灰分還影響熟料的化學(xué)成分，若煤的來源多，又未能均化，其灰分的波動(dòng)必然導(dǎo)致熟料化學(xué)成分及質(zhì)量的波動(dòng)。硫燃燒后放出熱量，擔(dān)會(huì)形成 SO2 氣體，對人體有害。這種分析方法可用于精確地進(jìn)行燃燒計(jì)算。 2 煙煤：煙煤是一種碳化程度較高，干燥灰分基揮發(fā)分含量為 1540%的煤。 四、燃料 水泥工業(yè)是消耗大量燃料的工業(yè)，燃料按其物理狀態(tài)不同可分為固體、液體和氣體三種。 在生產(chǎn)中只用石灰質(zhì)和粘土質(zhì)兩種原料，往往不能滿足生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熟料、尤其是特種水泥熟料的要求，有的是 Fe2O3 含量不足，有的則是 SiO Al2O3 的含量不足。 ②．人工的 (工業(yè)廢渣 )：煤矸石、粉煤灰、煤渣、磷渣等。如易磨性、易燒性、易混合性等。至于究竟是采用高鋁還是高鐵配料方案，應(yīng)根據(jù)原燃料特點(diǎn)及工藝設(shè)備、操作水平以及用戶對水泥性能的要求等方面情況綜合分析決定。一般應(yīng)避免以下傾向。 第二節(jié) 熟料的率值 五、熟料率值的控制 在工廠生產(chǎn)中，為了使熟料順利燒成，保證熟料的質(zhì)量，應(yīng)同時(shí)控制 KH、 n、 p 三個(gè)率值，并使三率值相應(yīng)配合適當(dāng)。也即為熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣 (硅酸二鈣和硅酸三鈣 )所需的氧化鈣含量與全部氧化硅生成硅酸三鈣所需氧化鈣最大限量的比值。 四、石灰飽和率 LSF 和石灰飽和系數(shù) KH 1．石灰最大限量 (石灰理論最大含量 )：假定熟料中主要酸性氧化物 (SiO Al2O Fe2O3)理論上反應(yīng)形成堿性最高礦物所需要的石灰最高含量 Cmax。以 HM 或 m 表示， 二、硅率 (硅酸率 )SM(或字母 n)含義：熟料中 S 含量與 A、 F 含量之和的比例。 ⑤．鐵鋁酸四鈣不像鋁酸三鈣那樣，故有時(shí)氧化鐵多一些是允許的；但氧化鐵過多，易使窯內(nèi)結(jié)大塊，甚至結(jié)圈，操作不易控制。 1．方鎂石對安定性的影響：與方鎂石含量及晶粒大小有關(guān)。 影響：對水泥強(qiáng)度和安定性均有一定的影響。導(dǎo)致 C3S、 C2S 含量下降，強(qiáng)度下降，影響質(zhì)量。但是由于 C3S 生成條件較為困難，若含量高將帶來窯產(chǎn)量降低、燒成煤耗增高、窯襯壽命縮短、 fCaO 升高等弊病，故不能單純追求 C3S 的含量 。 ★ 熟料各礦物的水硬性及相互關(guān)系 ① ．不論從強(qiáng)度絕對值或強(qiáng)度的增進(jìn)率來看， C3S 是四種礦物中最重要的礦物， 7d 強(qiáng)度、 28d強(qiáng)度可充分發(fā)揮出來，但 28d 強(qiáng)度增進(jìn)率變慢；同時(shí) C3S 有較高的水化熱。 4．液相量及液相粘度： 熔劑礦物在煅燒過程中熔融成液相，可以促進(jìn)硅酸三鈣的順利形成，這是它們的一個(gè)重要作用。因而，大體積工程，抗硫酸鹽工程可適當(dāng)提高其含量。②．硬化快，早期強(qiáng)度較高， 3d 內(nèi)就可大部分發(fā)揮出來。 ②．早期強(qiáng)度較低， 28d 以后強(qiáng)度還能較快增長， 1y 后可趕上阿利特。即由β型轉(zhuǎn)變?yōu)棣眯?，體積約膨脹約 10%，導(dǎo)致熟料粉化。在 KH 過高、生料細(xì)度過粗或熟料煅燒質(zhì)量不好，熟料中就會(huì)殘留較多的游離石灰?？顾治g性差。 2．熱力學(xué)穩(wěn)定范圍： 1250℃ 2065℃ 。 鋁酸三鈣 3CaO因此控制熟料的化學(xué)成分，是水泥生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。 比表面積：單位質(zhì)量的物料所具有的表面積。 由于水泥到 28d 時(shí)強(qiáng)度大部分發(fā)揮出來，以后強(qiáng)度增大相當(dāng)緩慢，所以通常用 28d 的強(qiáng)度作為水泥質(zhì)量的分級來劃分水泥的強(qiáng)度等級。 試餅法：檢驗(yàn)水泥熟料中游離氧化鈣影響水泥 體積安定性的常用方法。該反應(yīng)比過燒的氧化鈣與水的反應(yīng)更加緩慢，且體積膨脹 (148%)，會(huì)在水泥硬化幾個(gè)月后導(dǎo)致水泥石開裂。 水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量：拌制水泥凈漿時(shí)為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度所需的加水量。 物理指標(biāo) 凝結(jié)時(shí)間：指水泥從加水拌合開始到失去流動(dòng)性，即從可塑狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時(shí)間。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽 水泥： ≤ %，如果水泥壓蒸試驗(yàn)合格，則水泥中氧化鎂的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）允許放寬至 %。I 硅酸鹽水泥：≤ % P水淬礦渣沒有明顯的不溶物，火山灰質(zhì)混合材料隨活性的提高，不溶物減少；③．石膏中的雜質(zhì)。 水泥粉磨時(shí)允許加入助磨劑，其加入量應(yīng)不大于水泥質(zhì)量的 %，助磨劑應(yīng)符合 JC/T667 的規(guī)定。采用前應(yīng)經(jīng)過試驗(yàn)證明對水泥性能無害。 一 標(biāo)準(zhǔn)的類別 (一 )、我國常用標(biāo)準(zhǔn) 按照適用范圍，目前我國現(xiàn)行常用的標(biāo)準(zhǔn)有三大類。 (2) 水泥按其主要水硬性物質(zhì)名稱分為： ? 硅酸鹽水泥即國外通稱的波特蘭水泥； 鋁酸鹽水泥； ? 硫鋁酸鹽水泥， 鐵鋁酸鹽水泥； 氟鋁酸鹽水泥； ? 以火山灰性或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥。 1．定義：加水拌和成塑性漿體，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。缺點(diǎn)是耗用大量能源蒸發(fā)多余水分，因而熱耗高。 1．干法：將原料同時(shí)烘干與粉磨或先烘干后粉磨制成生料粉，而后喂入干法窯內(nèi)煅燒成熟料，稱為干法生產(chǎn)。 水泥工 藝 學(xué)教學(xué) 課 件 WORD 精 華 版 2020 年 4 月 29 日 第一章 硅酸鹽水泥的生產(chǎn) 通用水泥生產(chǎn)的主要工藝過程為：生料制備、熟料煅燒、水泥磨制，即“二磨一燒”。 出磨物料水分一般 1%，干法生產(chǎn)一般揚(yáng)塵多，配料調(diào)和困難，但熱耗低。 半濕法：將濕法制備的生料漿脫水后， 制成生料塊入窯煅燒，稱為半濕法生產(chǎn)，亦可歸入濕法，但一般均稱為濕磨干燒。 2．分類 (1) 水泥按其用途及性能分為三類： ? 通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥。 (3) 水泥按需要在水泥命名中標(biāo)明的主要技術(shù)特性分為： ? 快硬性：分為快硬和特快硬兩類； ? 水化熱：分為中熱和低熱兩類； ? 抗硫酸鹽腐 蝕性：分中抗硫酸鹽腐蝕和高抗硫酸鹽腐蝕兩類； ? 膨脹性：分為膨脹和自應(yīng)力兩類； ? 耐高溫性：鋁酸鹽水泥的耐高溫性以水泥中氧化鋁含量分級。 1．第一類是國家標(biāo)準(zhǔn)。 水泥混合材料：在水泥生產(chǎn)過程中，為改善水泥性 能，調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號而加到水泥中的礦物質(zhì)材料。 強(qiáng)度等級 硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級分為六個(gè)等級： 、 、 、 、 、 普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級分為四個(gè)等級： 、 、 、 礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤 灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級分為六個(gè)等級： 、 、 、 、 、 R 型表示早強(qiáng)型水泥。粘土質(zhì)雜質(zhì)是石膏帶入的不溶物來源，石膏純度高，不溶物也很低。Ⅱ硅酸鹽水泥：≤ % 普通硅酸鹽水泥： ≤ % 水泥中的不溶物和燒失量主要是為了控制水泥制造過程中熟料煅燒質(zhì)量以及限制某些組分材料的摻量。 因氧化鎂水化速率慢，須以壓蒸的方法加快其水化，方可判斷其安定性， 淬冷的熟料方鎂石晶體細(xì)小，危害不大；固溶體內(nèi)的氧化鎂無危害。水泥凝結(jié)時(shí)間分初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。 安定性 沸煮法合格。②．水泥中 SO3 含量過高。用標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量拌制的水泥凈漿試餅，經(jīng)養(yǎng)護(hù)及沸煮一定時(shí)間后，檢查試餅有無裂縫或彎曲。 強(qiáng)度等級是按規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度來劃分的。單位是 m2／ kg。 熟 料的化學(xué)組成與含量 1．化學(xué)組成 主要氧化物： CaO、 SiO Al2O Fe2O3 四種，通常在熟料中占 95%左右。Al2O3 可簡寫為 C3A； 鐵鋁酸四鈣 通常用 4CaO 高于 2065℃ ：不一致熔分解 低于 1250℃ ， 實(shí)際上在 1250℃以下分解反應(yīng)進(jìn)行得非常緩慢，致使純的 C3S 在室溫下可以呈介穩(wěn)狀態(tài)存在。 綜上，適當(dāng)提高熟料中硅酸三鈣含量，且其巖相結(jié)構(gòu)良好時(shí)，可以提高質(zhì)量的熟料。熟料中的游離石灰與空氣中的水分接觸，吸濕而消解形成 Ca(OH)2,體積將增加 10%以上，使熟料膨脹而粉化。 如 何解決熟料粉化問題？ 適當(dāng)配料、正常煅燒和快速冷卻是防止熟料粉化的三個(gè)必要條件。 ③．水化熱小， 250J/g，是四種礦物中最小者。但絕對值不高，以后幾乎不再增長甚至倒縮。 （三）、玻璃體及含堿化合物 1．玻璃體的形成：在硅酸鹽水泥熟料煅燒過程中， C3A、 C4AF、 MgO、 R2O 等形成液相，液相量 2030%左右。 ①．熔劑礦物過少，易生燒，氧化鈣不易被吸收完全，導(dǎo)致熟料中游離氧化鈣增多，影響熟料質(zhì)量，降低窯的產(chǎn)量，增加煤耗。②． C2S 早期強(qiáng)度不高， 28d 以前不論是絕對強(qiáng)度值或是增進(jìn)率都是很低的，但 36 個(gè)月后強(qiáng)度增進(jìn)率增大，一年后強(qiáng)度絕對值甚至趕上或超過 C3S 的強(qiáng)度； C2S 的優(yōu)點(diǎn)是水化熱很低。③．兩種熔劑礦物粘度不一樣，所以比例要求合適，以保證熟料有較好的燒成條件。 (2)一次的 fCaO 形成原因：因配料不當(dāng) (高 KH)、生料過粗、混合不均、煅燒不良，尚有未與酸性氧化物反應(yīng)而殘留的 CaO，這種 fCaO 經(jīng)過 14001450℃高溫煅燒而呈 “死燒狀態(tài) ”。 在實(shí)際生產(chǎn)中，通常所指的游離氧化鈣主要是指 “死燒狀態(tài) ”下的一次的 fCaO，是影響水泥安定性最主要的因素。 當(dāng)熟料快速冷卻時(shí)，結(jié)晶細(xì)小，而慢冷時(shí)其晶粒發(fā)育粗大，結(jié)構(gòu)致密。 ⑥．生產(chǎn)硅酸鹽水泥時(shí)，一般傾向于氧化鈣含量稍高一些，使熟料中含有較多的硅酸三鈣。反映了熟料中硅酸鹽礦物和熔劑礦物的相對含量。 用其優(yōu)點(diǎn)：若配料中石灰 (CaO)量超過 Cmax，則 CaO 有剩余，而成為 fCaO，影響水泥質(zhì)量，這樣在生產(chǎn)中可控制 CaO 量，使其盡量大 (硅酸鹽礦物多，熟熟料質(zhì)量好 )， 而又不超過 Cmax。 取值范圍： 第二節(jié) 熟料的率值 3．石灰飽和系數(shù) KH 對熟料煅燒及水泥性能的影響： KH 越大， C3S 愈多，熟料 質(zhì)量 (強(qiáng)度 )越好； KH 過大，由于 C3S 燒成溫度高，因而需保溫時(shí)間長，難燒，導(dǎo)致窯產(chǎn)量下降，熱耗增加。 KH 值的確定 工藝、技術(shù)裝備條件較好，入窯生產(chǎn)成分均勻穩(wěn)定，預(yù)燒性好，看火操作技術(shù)水平高且穩(wěn)定 ，或者在中摻加了礦化劑（或復(fù)合礦化劑、晶種），這時(shí)應(yīng)選擇較高的 KH