【文章內(nèi)容簡介】 短養(yǎng)護(hù)期，即所謂 “一天混凝土 ”，因此高鋁水泥被廣泛應(yīng)用于耐火材料行業(yè)。 早強(qiáng)型高鋁水泥的水化性質(zhì) 水化熱是水泥的基本性質(zhì)之一，硅酸鹽水泥在水化過程中伴隨著放熱現(xiàn)象。水泥的水 化熱及水化放熱速率在一定程度上可以更細(xì)微地描述水泥的水化過程。在實際工程中，硅酸鹽水泥的絕對放熱量或水化放熱速率對于大體積混凝土工程有很大的影響。由于混凝土的導(dǎo)熱能力很低，水泥水化放出的熱量聚集在混凝土內(nèi)部長期散發(fā)不出來， 使混凝土溫度升高，其內(nèi)部有時可高達(dá) 50℃內(nèi)、外部之間形成了溫差與溫度應(yīng)力，導(dǎo)致了混凝土裂縫的產(chǎn)生，形成了結(jié)構(gòu)損傷 !對結(jié)構(gòu)承受荷載極其不利。但是對于冬季施工而言，水化熱有利于水泥的正常凝結(jié)，使其不因環(huán)境溫度過低而使水化變慢 [7]。又成為一個有利的因素，調(diào)節(jié)硅酸鹽水泥的水化放熱量及水化放熱速 率一般采用摻加混合材料和調(diào)凝外加劑的方法。希望可以得到一種能夠合理控制硅酸鹽水泥水化放熱速率的途徑和方式。 由于 快硬性的 C12A7 和 C4AF 的發(fā)熱量較高。因此高鋁水泥的發(fā)熱量也將因含有該鋁酸鹽不同而變化。如果在澆注耐火材料中加入過多含有 C12A7 或 C4AF 為主成分的高鋁水泥，將因集中性發(fā)熱而使?jié)沧⒘嫌不w中水分激烈蒸發(fā)而引起裂紋和表面剝落等。所以，選擇水泥的用量和質(zhì)量是十分重要的 ，也是因為水化時放熱量集中，放熱量大，所以適合在冬季施工中使用。 化工與材料工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 文獻(xiàn)綜述 5 第 3 章 早強(qiáng)高鋁 水泥的生產(chǎn) 工藝原理及工藝方法 生產(chǎn)原理 把石灰 石 、鋁礬土和少量的助劑按 —定比例配合，經(jīng)破碎、磨細(xì)、調(diào)配成質(zhì)量均勻的生料 ， 生料在窯內(nèi)煅燒至部分熔融所得到的以鋁酸鹽為主要成分的熟料 ， 熟料加適量石膏，有時加適量混合材共同磨細(xì)， 得到高鋁水泥 。 主要原料 ① 石灰質(zhì)原料 凡是以 CaCO3 或者 CaO、 Ca(OH)2 為主要成分的原料都成為石灰質(zhì)原料。他可以微分天然石灰質(zhì)原料和人工石灰質(zhì)原料（即工業(yè)廢渣）兩類。我國石灰質(zhì)資源豐富，我國的水泥廠廣泛采用石灰石生產(chǎn)水泥。石灰石一級品的氧化鈣含量為 48%~54%；二級品為 45~48%。生產(chǎn)硅酸鹽的石灰質(zhì)原料的質(zhì)量要求如 表 32 所示。 表 32 石灰質(zhì)原料的質(zhì)量要求（ %） 品位 CaO MgO R2O SO3 燧石、石英 石灰石 一級品 48 二級品 45~48 泥灰?guī)r 35~45 ② 鐵質(zhì)校正原料 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時，必須根據(jù)所缺少的組分，摻假相應(yīng)的校正原料 ③ 鋁礬土原料 在高鋁水泥熟料中，氧化鋁含量約占 50%，其主要來源于鋁礬土。鋁礬土的化學(xué)成分為 Al2O SiO Fe2O TiO2，次要成分為 CaO、 MgO、 K2O、 Na2O、 MnOS 及有機(jī)物國外鋁礬土的 Fe2O3 含量較高（一般大于 20%），而我國鋁礬土的 SiO2 含量較高， Al2O3+SiO2 含量為 70%~90%。鋁礬土的燒失量大多為 13%~15%。鋁礬土的成分及分布地是確定高鋁水泥生產(chǎn)工藝及廠址所在地的一個重要依據(jù)。表 33 列出了6 種鋁礬土的成分 [8]。 化工與材料工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 文獻(xiàn)綜述 6 表 33 鋁礬土的化學(xué)成分（ %） 編號 產(chǎn)地 Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O SO3 Loss ∑ 1 貴州 0 2 陽泉 3 鞏縣 0 4 登封 0 5 密縣 （ S） 6 濟(jì)源 0 生產(chǎn)方法 生產(chǎn)高鋁水泥的原料為礬土和石灰石。國外多采用熔融法生產(chǎn)高鋁水泥，此時原料不需要磨細(xì)，可用低品位礬土，但燒成熱耗高，熟料硬度高，粉磨電能耗大。我國廣泛采用回轉(zhuǎn)窯燒成法生產(chǎn)高鋁水泥，燒成熱耗及粉磨電耗低，可用生產(chǎn)硅酸鹽水泥的設(shè)備；但要用優(yōu)質(zhì)原料， 生料要均勻，燒成范圍窄，僅 50~80℃，燒成溫度一般在1300~1380℃。 高鋁水泥的制造方法主要有以下幾種 [9]： 反射爐熔融法 反射爐熔融法是法國的 Lafarge 公司的專有技術(shù)， Fondu 水泥， Secar51 水泥，德國的海德堡生產(chǎn)的 ISTRA40,ISTRA50 水泥都采用反射爐熔融法生產(chǎn)。 反射爐熔融法與電弧爐熔融法同樣適合生產(chǎn)高鈣含量和高鐵含量水泥，并且需要嚴(yán)格控制氣氛和冷卻過程，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。 電弧爐熔融法 用礬土和石灰質(zhì)原料，按設(shè)計成分計算配合比混合，用電弧爐進(jìn)行熔化，在控制冷卻的 情況下，形成熟料。經(jīng)球磨機(jī)粉磨至要求的細(xì)度即為高鋁水泥。 用電弧爐熔融法適合生產(chǎn) CaO 含量較高的高鋁水泥。用回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法生產(chǎn)的熟料，其 CaO 含量一般在 35％以內(nèi)，因為 CaO 含量過高，就會使熟料的溫度燒成范圍變的狹窄而不易穩(wěn)定操作。而用熔融法生產(chǎn)，就可以配制 CaO 含量較高也即 CA 礦物含量較高的水泥，從而獲得早期強(qiáng)度更高的高鋁水泥，另外熔融法還適合利用高鐵礬土作原料，生產(chǎn) Fe2O3 含量較高的水泥。 用熔融法生產(chǎn)高鋁水泥的技術(shù)要點是選用優(yōu)質(zhì)礬土和優(yōu)質(zhì)石灰質(zhì)原料，在熔化過程中盡可能掌握氧化氣氛，因為還原氣氛中會有 FeO 生成，并形成稱為 Pleochroite的多色礦物，根據(jù) Midgley 教授的研究 [10]認(rèn)為 Pleochroite 的化學(xué)式為：（ Ca， Na， K，F(xiàn)e2+） A(Fe3+， Al)B (Al2O7)5 (AlO4)6x （ Si， TiO2)x ， Pleochroite 的生成會對高鋁水化工與材料工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 文獻(xiàn)綜述 7 泥的性能產(chǎn)生有害影響，導(dǎo)致 C12A7 的含量增多，使高鋁水泥的凝結(jié)硬化過程難于控制。 另外，用熔融法生產(chǎn)高鋁水泥，冷卻條件 對性能會產(chǎn)生巨大的影響。因此，控制冷卻是一個重要工序。 回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法 由于中國的礬土含鐵量較低，因此具有較寬的燒結(jié)溫度范圍，比較適合用回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法生產(chǎn)?；剞D(zhuǎn)窯燒結(jié)法采用煙煤作燃料，具有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量容易穩(wěn)定的特點，在中國被廣泛采用。 回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法的要點是：選用優(yōu)質(zhì)礬土和優(yōu)質(zhì)石灰石為原料，按一定比例配合送入球磨機(jī)，粉磨成生料，然后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行燒結(jié)，燒成的熟料經(jīng)球磨機(jī)粉磨成細(xì)粉即成為高鋁水泥。 當(dāng)選用工業(yè)氧化鋁和優(yōu)質(zhì)石灰石為原料時，采用天然氣和柴油或重油等無灰燃料可生產(chǎn)出白色的純鋁酸鈣水泥。由于 其雜質(zhì)含量低，廣泛用來配制高檔耐火澆注料，同時由于其顏色為白色，已將它與白色硅酸鹽水泥混合用于化學(xué)建材中需要裝飾效果的場合。 回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法的組分設(shè)計一般在 Al2O3－ CaO－ SiO2 三元相圖中的 CA－ CA2－C2AS 三角形內(nèi)，生料在回轉(zhuǎn)窯的燒結(jié)過程中，首先通過固相反應(yīng)形成 CA 礦物，由于石灰石在分解后具有較高的反應(yīng)活性，因此會局部出現(xiàn)少量 C12A7 礦物，但隨著溫度的提高，礬土中的 Al2O3 和 SiO2 的反應(yīng)速度加大，熟料中的礦物會逐漸按設(shè)計組成達(dá)到相平衡，最終 C12A7 消失，熟料礦物主要礦相為 CA，其次為 CA2 和 C2AS，以雜質(zhì)存在的 Fe2O3 和 TiO2,形成 C2F 和 CT。 因此，用回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法生產(chǎn)的高鋁水泥，在煅燒狀態(tài)較好的情況下，不會存在C12A7（這也是化學(xué)建材用高鋁水泥中不希望存在的礦物）。用回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法生產(chǎn)化學(xué)建材用高鋁水泥，其配料成分的穩(wěn)定控制、燒成制度的嚴(yán)格掌握和穩(wěn)定水泥的礦相組成，十分重要。 生料配料主要控制堿度系數(shù) ( ) ( )m C S F TA A S M? ? ?? ??和硅鋁比系數(shù) Am值低，則 CA 少，而 CA2 多凝結(jié)慢，強(qiáng)度低。回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)時，普通高鋁高鋁水泥一般 Am選取 ；若為快硬高強(qiáng)的高鋁水 泥， Am 應(yīng)控制在 ~ 之間 [11]；如果要求具有較好的耐高溫性能，則 Am應(yīng)控制在 ~ 較為合適。鋁硅比 A/S 值對水泥強(qiáng)度有很大影響 A/S7 水泥強(qiáng)度等級可達(dá) 級以上； A/S9，水泥等級可達(dá) 級以上；對低鈣鋁酸鹽水泥， A/S 常高于 19。 化工與材料工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 文獻(xiàn)綜述 8 高鋁水泥生產(chǎn)工藝流程 生料制備 將主要原料經(jīng)破碎后，按一定比例配合磨細(xì)，并調(diào)配為成分合適、質(zhì)量均勻的生料。其制備方法有干法和濕法兩種。前者是將原料同時烘干與粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，而后喂入干法窯內(nèi)煅燒成熟料的生產(chǎn)方法。下面以干法為例進(jìn)行介 紹。 水泥生產(chǎn)過程中，每生產(chǎn) 1 噸硅酸鹽水泥至少要粉磨 3 噸物料（包括各種原料、燃料、熟料、混合料、石膏），據(jù)統(tǒng)計，干法水泥生產(chǎn)線粉磨作業(yè)需要消耗的動力約占全廠動力的 60%以上，其中生料粉磨占