【導(dǎo)讀】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”。高，熱耗大大降低。成熟料的方法，稱為半干法，亦可歸入干法。立窯生產(chǎn)與回轉(zhuǎn)窯相比投資省、見效快，可就地取材，但在生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量上不足。點(diǎn)是制備生料時(shí)揚(yáng)塵少，易于調(diào)和均勻，有利于提高熟料質(zhì)量。濕法，但一般均稱為濕磨干燒。一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝材料，又稱膠結(jié)料。3．無機(jī)膠凝材料按硬化條件分：水硬性、非水硬性(氣硬性)。4．水硬性膠凝材料：拌水后既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，通常稱為水泥。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。標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)某項(xiàng)技術(shù)實(shí)行統(tǒng)一執(zhí)行的要求。如GB175-1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》，其中“GB”為國(guó)。后所得的殘?jiān)?jīng)高溫灼燒所剩物質(zhì)。

　　

【正文】 質(zhì)皆為物理傳遞過程，僅有一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程。各過程的阻力不同，所以 CaCO3 的分解速率受控于其中最慢的一個(gè)過程。 ① 回轉(zhuǎn)窯：生料粉粒徑小，傳質(zhì)過程快；但物料呈堆積狀態(tài)，傳熱面積小，傳熱系數(shù)不高，故傳熱速率慢。所以 CaCO3 分解速率取決于傳熱過程。 ②．立窯和立波爾窯：生料需成球，由于球徑較大，故傳熱速率慢，傳質(zhì)阻力很大，所以 CaCO3 分解速率取決于傳熱和傳質(zhì)過程。 ③．預(yù)熱器、預(yù)分解爐內(nèi)：生料處于懸浮狀態(tài)， 傳熱面積大，傳熱系數(shù)高，傳質(zhì)阻力小，所以 CaCO3 分解速率取決于化學(xué)反應(yīng)速率。 3．影響碳酸鈣分解反應(yīng)的因素 ①．反應(yīng)條件。 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。 加強(qiáng)通風(fēng)，及時(shí)排出反應(yīng)生成的 CO2 氣體，可加速分解反應(yīng)。通風(fēng)不暢時(shí)，廢氣中CO2 含量增加，不僅影響燃料燃燒，而且使分解速率減慢。 ②．石灰石的種類和物理性質(zhì)。結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)點(diǎn)排列整 齊、結(jié)晶粗大、晶體缺陷少的石灰石不僅質(zhì)地堅(jiān)硬，而且分解 反應(yīng)困難 當(dāng)石灰石中伴生有其他礦物和雜質(zhì)時(shí)，一般具有降低分解溫度的作用。 ③．生料細(xì)度和顆粒級(jí)配。生料細(xì)度細(xì)，顆粒均勻，粗粒少，物料的比表面積大，可使傳熱和傳質(zhì)速率加快，有利于分解反應(yīng)。 ④．生料懸浮分散程度。生料懸浮分散差，相對(duì)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。是決定分解速度的一個(gè)非常重要因素。 ⑤．粘土質(zhì)組分的性質(zhì)。 若粘土質(zhì)原料的主導(dǎo)礦物是活性活性大的高嶺土，由于其容易和分解產(chǎn)物 CaO 直接進(jìn)行固相反應(yīng)生成低鈣礦物，可加速 CaCO3 的分解反應(yīng)。 三、固相反應(yīng) 放熱反應(yīng) 1．反應(yīng)過程 在熟料形成過程中，從碳酸鈣開始分解起，物料中便出現(xiàn)了游離氧化鈣，它與生料中的 SiO Al2O3 和 Fe2O3 等通過質(zhì)點(diǎn)的相互擴(kuò)散而進(jìn)行固相反應(yīng)，形成熟料礦物。 固相反應(yīng)：是指固態(tài)物質(zhì)間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，有時(shí)也有氣相或液相參與，而作用物和產(chǎn)物中都有固相。 1．反應(yīng)過程 約 800℃ ：開始形成 CA、 CF 與 C2S； 800900℃：開始形成 C12A7 、 C2F ； 9001100℃： C2AS 形成后又分解、 C3A、 C4AF 開始形成 11001200℃：大量形成 C3A、 C4AF， C2S 含量達(dá)最大值 由上可見，水泥熟料礦物的形成是一個(gè)復(fù)雜的多級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)過程是交叉進(jìn)行的。 由于固體原子、分子或離子之間具有很大的作用力，因此固相反應(yīng)的反應(yīng)活性較低，反應(yīng)速率較慢。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)。對(duì)于粒狀物料，反應(yīng)首先是通過顆粒間的接觸點(diǎn)或面進(jìn)行，隨后是反應(yīng)物通過產(chǎn)物層進(jìn)行擴(kuò)散遷移，因此，固相反應(yīng)一般包括界面上的反應(yīng)和物質(zhì)遷移兩個(gè)過程。 2．影響固相反應(yīng)的主要因素 ①．生料的細(xì)度和均勻性 生料愈細(xì)，則其顆粒尺寸愈小 ，比表面積愈大，各組分間的接觸面積愈大，同時(shí)表面的質(zhì)點(diǎn)自由能亦大，使反應(yīng)和擴(kuò)散能力增強(qiáng)，因此反應(yīng)速率愈快。 但是，當(dāng)生料磨細(xì)到一定程度后，如繼續(xù)再細(xì)磨，則對(duì)固相反應(yīng)的速率增加不明顯，而磨機(jī)產(chǎn)量卻大大降低，粉磨電耗劇增。因此，必須綜合平衡，優(yōu)化控制生料細(xì)度。 生料的均勻性好，即生料內(nèi)各組分混合均勻，這就可以增加各組分之間的接觸，所以能加速固相反應(yīng)。 ②．溫度和時(shí)間 當(dāng)溫度較低時(shí)，固體的化學(xué)活性低，質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和遷移速率很慢，因此固相反應(yīng)通常需要在較高的溫度下進(jìn)行。提高反應(yīng)溫度，可加速固相反應(yīng)。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。 急劇煅燒：熱力梯度大，升溫快，使脫水、 CaCO3 分解重合，新生態(tài)，活性高。 ③．原料性質(zhì) 當(dāng)原料中含有如燧石、石英砂等結(jié)晶 SiO2 或方解石結(jié)晶粗大時(shí)，因破壞其晶格困難，所以固相反應(yīng)的速率明顯降低，特別是當(dāng)原料中含有粗粒石英砂時(shí)，其影響更大。 四、液相和熟料的燒結(jié) 當(dāng)物料溫度升高到 12501280℃時(shí)，即達(dá)到其最低共熔溫度，開始出現(xiàn)以氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣為主的液相，液相的組分中還有氧化鎂和堿等。 熟料的燒成過程： 屬于固液相反應(yīng)，其中包括熟料燒結(jié)、貝利特再結(jié)晶和阿利特形成等三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程。 ①．熟料燒結(jié)：在高溫液相表面張力作用下，物料由疏松狀態(tài)逐漸聚結(jié)成色澤灰黑、結(jié)構(gòu)致密、粒度均齊的熟料的過程，稱為熟料燒結(jié)或結(jié)粒的過程。是一個(gè)物理過程。 ②．貝利物再結(jié)晶：液相出現(xiàn)后， C2S 與 fCaO 都開始逐步溶解于液相中，并以 Ca2+與 SiO44離子狀態(tài)進(jìn)行擴(kuò)散，一部分 Ca2+與 SiO44離子參與貝利特的再結(jié)晶。貝利特的再結(jié)晶使其轉(zhuǎn)變成含固溶體較多，晶體長(zhǎng)大尺寸達(dá) 2060um，發(fā)育完善，且 具有明顯雙晶紋的圓形晶體。 ③．阿利特形成：另一部分 Ca2+與 SiO44離子參與 C2S 吸收 fCaO 形成阿利特。此過程稱 “石灰的吸收 ”。分為三個(gè)階段： a) 1300℃時(shí)， Ca2+與 SiO44離子形成阿利特晶核； b) 13001450℃：晶核形成與晶體長(zhǎng)大同時(shí)進(jìn)行。到 1450℃ 時(shí)， fCaO 得到充分吸收； c) 14501300℃：晶體長(zhǎng)大與完善，形成尺寸達(dá) 3060um 的阿利特。 1．最低共熔溫度 最低共熔溫度：物料在加熱過程中，兩種或兩種以上組分開始出現(xiàn)液相時(shí)的溫度。 組分性質(zhì)與數(shù)目都影響系統(tǒng)的最低共熔溫度。礦化劑和微量元素對(duì)降低共熔溫度有一定作用。 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。 液相量↑ → 能溶解的 C2S、 CaO 亦↑ → 形成 C3S 快； 液相量↑↑ → 易結(jié)大塊，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)圈。立窯內(nèi)煉邊、結(jié)爐瘤等； 燒結(jié)范圍：是指水泥生料加熱至出現(xiàn)燒結(jié)所必需的、最少的液相量時(shí)的溫度 (開始燒結(jié)溫度 )與開始出現(xiàn)結(jié)大塊 (超過正常液相量 )時(shí)的溫度差值。 生料中的液相量隨溫度升高而緩慢增加，其燒結(jié)范圍就較寬；如生料中液相量隨溫度升高而增加很快，則其燒結(jié)范圍就較窄。它對(duì)熟料燒成影響較大，如燒結(jié)范圍寬的生料，窯內(nèi)溫度波動(dòng)時(shí)，不易發(fā)生生燒或燒結(jié)成大塊的現(xiàn)象。 燒結(jié)范圍還和液相粘度、表面張力及這些性質(zhì)隨溫度而變化的情況有關(guān)。 通常硅酸鹽水泥熟料的燒結(jié)范圍約為 150℃ 。 影響液相量的因素：生料成分、燒成溫度。 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(zhǎng)；反之則使硅酸三鈣形成困難。 影響液相粘度的因素： ①．溫度。溫度↑ → 粘度↓。 (T↑ → 離子動(dòng)能↑ → 相互間作用力↓ ) ②．液相組成。液相粘度隨液相中離子狀態(tài)和相互作用力的變化而異。 a) CaO 離解為 Ca2+離子； b) SiO2 主要離解為 SiO44陰離子團(tuán)。 SiO 價(jià)鍵較強(qiáng)，在粘滯流動(dòng)時(shí)，不易斷裂，因而液相粘度較高； c) Al2O3 和 Fe2O3 為兩性化合物，可同時(shí)離解成 MeO45和 Me3+離子，兩者的比例視各自金屬離子半徑和液相酸堿度而 異。 d) 其它 第一節(jié) 生料在煅燒過程中的物理與化學(xué)變化 4．液相的表面張力 液相表面張力愈小，愈容易潤(rùn)濕熟料顆?；蚬滔辔镔|(zhì)，有利于固相反應(yīng)與固液相反應(yīng)，促進(jìn)熟料礦物特別是 C3S 的形成。 ①． T↑ → 表面張力↓； ②．熟料中含鎂、堿、硫等物質(zhì)時(shí)，→ 表面張力↓。 5．氧化鈣溶解于熟料液相的速率 C3S 的形成主要是在液相中，由 fCaO+C2S 形成，因而溶于液相速率對(duì) C3S 形成有重要影響。 ①． T↑ → 溶解速率↑； ②．粒徑↓ → 溶解速率↑。 6．反應(yīng)物存在的 狀態(tài) 五、熟料的冷卻 冷卻的目的在于，回收熟料帶走的余熱，預(yù)熱入窯二次空氣，提高窯的熱效率；迅速冷卻熟料以改善熟料質(zhì)量與易磨性；降低熟料溫度，便于熟料的運(yùn)輸、貯存與粉磨。 熟料的冷卻并不是簡(jiǎn)單的溫度降低，而是伴隨著一系列的物理化學(xué)變化，如液相凝固、相變等，冷卻的方法、速度不同，則發(fā)生的物理化學(xué)變化過程不一樣，對(duì)熟料的質(zhì)量、易磨性的影響也不一樣。 平衡冷卻 (慢冷 )：冷卻速度非常慢，使固液相反應(yīng)充分進(jìn)行。 淬冷：冷卻速度快，使高溫下形成的液相來不及結(jié)晶而冷卻成玻璃相。 五、熟料的冷卻 在水泥 生產(chǎn)中，一般均采用快冷，其作用有： 1．提高熟料質(zhì)量。 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。 急冷使 C3S 晶體細(xì)小，可提高熟料質(zhì)量。 ③．避免或減少 MgO 結(jié)晶成方鎂石；冷卻速度越慢，結(jié)晶越粗大，膨脹↑↑；即改善了水泥的安定性。 ④．急冷使熟料中 C3A 結(jié)晶體減少。可增強(qiáng)水泥的抗硫酸鹽性能；另外，結(jié)晶型的C3A水化后易使水泥漿快凝，而非結(jié) 晶的 C3A水化后，不會(huì)使水泥漿快凝，因而容易掌握其凝結(jié)時(shí)間。 2．改善熟料的易磨性 ①．快冷熟料玻璃體含量高，同時(shí)造成熟料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，缺陷多； ②．快冷使熟料礦物晶體保持細(xì)小，易磨。 3．回收余熱 熟料進(jìn)入冷卻機(jī)時(shí)尚有 1100℃ 以上高溫，若冷卻到室溫，則尚有 837kJ/kg 的熱量，可用二次空氣來回收，有利窯內(nèi)燃料煅燒，提高窯的熱效率。 冷卻機(jī)形式：?jiǎn)瓮?、多筒、篦? 衡量冷卻機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)的準(zhǔn)則： ①．冷卻機(jī)的熱量回收； ②．冷卻后熟料溫度； ③．動(dòng)力消耗、設(shè)備重量、配套收 塵設(shè)備投資、占地在，面積 2．熟料形成熱：指在一定生產(chǎn)條件下，用某一基準(zhǔn)溫度 (一般是 0℃ 或 20℃ )的干燥物料，在沒有任何物料和質(zhì)量損失的重要依據(jù)下，制成 1kg 同溫度的熟料所需要的熱量。 3．熟料理論熱耗： 390430kcal/kg 熟料 (16501800kJ/kg)。 第二節(jié) 微量元素和礦化劑對(duì)熟料煅燒和質(zhì)量的影響 1．礦化劑：在生料中加入某種物質(zhì)，這種物質(zhì)在煅燒過程中能加速熟料礦物的形成，而本身不參加反應(yīng)，或只參加中間物反應(yīng)，這種物質(zhì)稱為礦化劑。 2．作用 ①．降低液相形成溫度、降 低燒成溫度、生成過渡液相、增加液相量； ②． CaCO3 加速分解，強(qiáng)化 SiO2 和 CaO 反應(yīng)能力，促進(jìn) C3S 形成，降低 fCaO； ③．改善生料的易燒性和易磨性； ④．降低熟料燒成煤耗、電耗，提高熟料強(qiáng)度、增加混合材摻加量。 3．意義：增加產(chǎn)量 510%，節(jié)約綜合能耗 1015%，是提高產(chǎn)、質(zhì)量，降能耗的有效措施。 (五 )、螢石、石膏復(fù)合礦化劑 復(fù)合礦化劑：兩種或兩種以上的礦化劑一起使用時(shí)，稱為復(fù)合礦化劑。 最常用的復(fù)合礦化劑為氟化鈣和石膏復(fù)合礦化劑。 另外，摻氟硫復(fù)合礦化劑的熟料 ，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃凝、有時(shí)又慢凝的不正常凝結(jié)現(xiàn)象。一般 KH 偏低、煅燒溫度偏低、窯內(nèi)出現(xiàn)還原氣氛、鋁率偏高時(shí)，易出現(xiàn)閃凝現(xiàn)象。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。 氟硫復(fù)合礦化劑對(duì)窯襯有腐蝕，對(duì)大氣有污染。 (六 )、堿 1．來源 水泥熟料中的堿主要是指鉀和鈉這兩種元素，其主要來源于原料。粘土和石灰石中的長(zhǎng)石、云母等雜質(zhì)是含堿的鋁酸鹽。在以煤作燃料時(shí)，也有少量堿。 2．微量堿的作用 微量的堿能降低共熔溫度，降低熟料燒成溫度，增加液相量，起助熔作用， 對(duì)熟料性能并不造成多少危害。 3．堿含量高時(shí)的危害 ①．堿富集導(dǎo)致結(jié)皮、堵塞。 ②． R2O 的堿性比 CaO 強(qiáng)，會(huì)取代 CaO 與熟料礦物 C2S、 C3A反應(yīng)生成 KC22S12 和NC8A3，析出 CaO，使 C2S 再難吸收 CaO 形成 C3S，并增加 fCaO 的含量，從而降低熟料質(zhì)量。 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。 第三節(jié) 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒 一、回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu) 為使回轉(zhuǎn)窯筒體適應(yīng)各帶物料反應(yīng)的不同要求，往往將筒體做成各種 形狀。 主要是直筒型和各種局部擴(kuò)大型兩類。 我認(rèn)為機(jī)械方面不會(huì)涉及，在熱工設(shè)備中考察 三、回轉(zhuǎn)窯的功能 回轉(zhuǎn)窯作為水泥熟料礦物最終形成的煅燒設(shè)備，一直單獨(dú)承擔(dān)著水泥生產(chǎn)過程中的熟料煅燒任務(wù)?；剞D(zhuǎn)窯具有以下五大功能： 燃料燃燒功能 熱交換功能 化學(xué)反應(yīng)功能 物料輸送功能 降解利用廢棄物功能 （具體闡述參照書本哦）