硅酸鹽水泥熟料的煅燒課件

1、6.硅酸鹽水泥熟料的煅燒6.硅酸鹽水泥熟料的煅燒 6.1 煅燒過程中的物理化學(xué)變化 生料在加熱過程中，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)及熟料冷卻結(jié)晶等重要的物理化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)過程的反應(yīng)溫度、反應(yīng)速度及反應(yīng)產(chǎn) 物不僅受原料的化學(xué)成分和礦物組成的影響，還受反應(yīng)時的物理因素諸如生料粒徑、均化程度、氣固相接觸程度等的影響。 6.1.1 干 燥 排除生料中自由水分的工藝過程稱為干燥6.1.2 脫水 脫水是指粘土礦物分解放出化合水 。層間水在100左右即可排除，而配位水則必須高達(dá)400600以上才能脫去。粘土中的主要礦物高嶺土發(fā)生脫水分解反應(yīng)如下式所示：Al2O32SiO22

2、H20 Al2032SiO2 + 2H2O 高嶺土 無水鋁硅酸鹽(偏高嶺土) 水蒸氣Al2032SiO2 Al203 + 2SiO2高嶺土進(jìn)行脫水分解反應(yīng)屬吸熱過程。生成了非晶質(zhì)的無定形偏高嶺土 ，具有較高活性 。 6.1 煅燒過程中的物理化學(xué)變化 生料在加熱過程6.1.3 碳酸鹽分解 MgC03 MgO + CO2(10471214)J/g CaC03 CaO + CO21645 J/g生料中的碳酸鈣和夾雜的少量碳酸鎂在煅燒過程中分解并放出CO2的過程稱碳酸鹽分解。碳酸鎂的分解溫度始于402480左右，最高分解溫度700左右；碳酸鈣在600時就有微弱分解發(fā)生，但快速分解溫度在812928之間

3、變化 6.1.3.1 碳酸鈣分解反應(yīng)的特點(diǎn) 1可逆反應(yīng)；2強(qiáng)吸熱反應(yīng)；每1 kg純碳酸鈣在890時分解吸收熱量為1645J/g，是熟料形成過程中消耗熱量最多的一個工藝過程。分解所需總熱量約占預(yù)分解窯的二分之一；3燒失量大；4分解溫度與CO2分壓和礦物結(jié)晶程度有關(guān) 。6.1.3 碳酸鹽分解 MgC03 MgO 6.1.3.2 碳酸鈣的分解過程熱氣流向顆粒表面?zhèn)鬟M(jìn)分解所需要的熱量； 熱量以傳導(dǎo)方式由表面向分解面?zhèn)鬟f的過程；在一定溫度下碳酸鈣吸收熱量，進(jìn)行分解并放出CO2的化學(xué)過程；分解放出的CO2，穿過CaO層，向表面擴(kuò)散傳質(zhì)；表面的CO2向周圍氣流介質(zhì)擴(kuò)散。 分解速度或者分解所需的時間將決定于化

4、學(xué)反應(yīng)所需時間，即反應(yīng)生成的CO2通過表面CaO層的擴(kuò)散是整個碳酸鈣分解過程中的速度控制過程。 6.1.3.2 碳酸鈣的分解過程熱氣流向顆粒表面?zhèn)鬟M(jìn)分解所6.1.3.3 影響碳酸鈣分解速度的因素1石灰質(zhì)原料的特性 2生料細(xì)度和顆粒級配 3生料懸浮分散程度 4溫度5系統(tǒng)中CO2分壓6 生料中粘土質(zhì)組分的性質(zhì)6.1.4、固相反應(yīng) 通常在碳酸鈣分解的同時，分解產(chǎn)物CaO與生料中的SiO2、Fe2O3、Al2O3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)的過程比較復(fù)雜，其過程大致如下：6.1.3.3 影響碳酸鈣分解速度的因素1石灰質(zhì)原料的特800 CaO+ Al2O3 CaOAl2O

5、3 (CA) Ca0+Fe2O3 CaOFe2O3 (CF) 2Ca0+ Si02 2CaOSi02 (C2S)開始形成800900 7(CaOAl2O3)+5CaO 12CaO7Al2O3 (C12A7)9001100 2CaO+Al2O3+Si02 2CaOAl2O3Si02 (C2AS)形成后又分解 12CaO7Al2O3+9CaO 7(3CaOAl2O3) (C3A)開始形成7(2CaOFe2O3)+2CaO+12CaO7Al2O3 7(4CaOAl2O3Fe2O3) (C4AF)開始形成1100l200 大量形成C3A和C4AF，C2S含量達(dá)最大值。800 CaO+ Al2O3 水泥

6、熟料礦物的固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)，固相反應(yīng)的放熱量約為420500J/g。固相反應(yīng)通常需要在較高溫度下進(jìn)行，影響固相反應(yīng)的主要因素主要有以下幾點(diǎn)：（1）生料細(xì)度及均勻程度（2）原料性質(zhì)（3）溫度水泥熟料礦物的固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)，固相反應(yīng)的放熱量約為4206.1.5、熟料燒結(jié) 在高溫液相作用下，固相硅酸二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，其反應(yīng)式如下： C2S + Ca0 C3S 隨著溫度的升高和時間延長，液相量增加,液相粘度降低，氧化鈣、硅酸二鈣不斷溶解、擴(kuò)散，硅酸三鈣晶核不斷形成，并逐漸發(fā)育、長大，最終形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體。與此同

7、時，晶體不斷重排、收縮、密實(shí)化，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的孰料，以上過程為熟料的燒結(jié)過程，簡稱熟料燒結(jié)。6.1.5、熟料燒結(jié) 在高溫液相作用下，固相硅酸二鈣130014501300稱為熟料的燒結(jié)溫度。在此溫度范圍內(nèi)大致需要1020 min完成熟料燒結(jié)過程。影響熟料燒結(jié)過程的因素 : 1.最低共熔溫度2.液相量3.液相粘度 4.液相的表面張力 5.氧化鈣和硅酸二鈣溶于液相的速率 130014501300稱為熟料的燒結(jié)溫度。在此溫度6.1.6熟料冷卻 熟料燒結(jié)過程完成之后，C3S的生成反應(yīng)結(jié)束，熟料從燒成溫度開始下降至常溫，熔體晶化、凝固，熟料顆粒結(jié)構(gòu)形成，并伴隨熟料礦物相變的過

8、程稱為熟料的冷卻。冷卻的目的1.改善熟料質(zhì)量與易磨性；2.降低熟料溫度，便于熟料的運(yùn)輸、儲存和粉磨；3.部分回收熟料出窯帶走的熱量，預(yù)熱二、三次空氣，4.降低熟料熱耗，提高熱利用率。急冷對改善熟料質(zhì)量的作用 1防止或減少C3S的分解 2避免-C2S轉(zhuǎn)變成-C2S 3改善了水泥安定性 4使熟料C3A晶體減少，提高水泥抗硫酸鹽性能 5改善熟料易磨性 6克服水泥瞬凝或快凝 6.1.6熟料冷卻 熟料燒結(jié)過程完成之后，C3S的生成反6.2水泥熟料煅燒工藝及特點(diǎn) 6.2.1 濕法回轉(zhuǎn)窯的特點(diǎn)及發(fā)展概況 濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)是將生料制成含水為32%40%的料漿，再由料漿泵送至回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行煅燒。 主要優(yōu)點(diǎn)：生料成分

9、均勻，所以燒成的熟料質(zhì)量高；料漿輸送方便及生料粉磨過程揚(yáng)塵少；水對物料有尖劈作用，故濕法粉磨效率高。 主要缺點(diǎn)：熟料熱耗高，蒸發(fā)料漿水分消耗熱量約占總熱耗的30%35%；窯的單位容積產(chǎn)量低。 6.2.2 濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)技術(shù) 濕法回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)工藝流程:濕法回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)工藝過程除生備料的制備、窯尾及窯中部分（窯尾收集的粉塵從窯中喂入）與新型干法不同之外，其于的都大同小異。生料漿的制備:濕法窯料漿的制備：所需原料（如石灰石、鐵粉）從聯(lián)合儲庫通過行車抓斗將物料移至磨頭倉或配料倉，再通過配料計(jì)量設(shè)備配料后從磨頭喂入濕法磨；泥漿庫里的黃泥漿通過喂料設(shè)備按比例從磨頭（或磨尾）喂入濕法磨內(nèi)；在磨頭還通過水箱加

10、水，根據(jù)料漿的泵送性能調(diào)節(jié)料漿水分。從粉磨系統(tǒng)出來的成品通過料漿泵和管道送入料漿庫。 料漿的調(diào)配是通過測定不同生料庫里的料漿的CaCO3滴定值（或CaO），抽取兩庫料漿應(yīng)有的比例進(jìn)行調(diào)配和均化，以得到要求的入窯生料CaCO3滴定值。6.2水泥熟料煅燒工藝及特點(diǎn) 6.2.1 濕法回轉(zhuǎn)窯的特點(diǎn)及濕法長窯濕法長窯6.2.3 濕法窯內(nèi)的煅燒 煅燒過程 熟料的形成過程，從窯尾開始沿窯長度按溫度和反應(yīng)大致可分為：干燥帶、預(yù)熱帶、碳酸鹽分解帶、放熱反應(yīng)帶、燒成帶和冷卻帶。 5/4.5135m濕法回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熟料的形成過程：干燥帶；預(yù)熱帶；碳酸鹽分解帶；放熱反應(yīng)帶；燒成帶；冷卻帶。 6.2.3 濕法窯內(nèi)的煅燒 煅

11、燒過程6.3 干法回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)技術(shù) 最原始生產(chǎn)水泥的回轉(zhuǎn)窯，筒體內(nèi)除砌有窯襯外，沒有裝任何熱交換裝置，所以又稱為干法中空窯為了提高熱效率，干法長窯也使用鏈條帶、金屬格子式熱交換器和陶瓷或耐火材料格子式熱交換器。 傳統(tǒng)干法回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)技術(shù) 6.4 立波爾窯水泥生產(chǎn)技術(shù) 為提高窯窯的傳熱能力，提高窯的熱效率，在1928年由德國工程師立列伯設(shè)計(jì)，波立修斯工廠制造，在回轉(zhuǎn)窯窯尾增設(shè)加熱機(jī)，利用窯尾10001200高溫廢氣穿過加熱機(jī)上的生料球，對生料球進(jìn)行加熱，使生料的干燥、預(yù)熱和碳酸鹽的部分分解在加熱機(jī)內(nèi)進(jìn)行，再進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯煅燒成熟料。 為了紀(jì)念創(chuàng)始人和制造廠，把這種帶加熱機(jī)的窯命名為立波爾窯。立波

12、爾窯現(xiàn)在每臺日生產(chǎn)能力可達(dá)3000噸熟料以上，其熱耗已下降到3350kJ/kg熟料（800kcal/kg熟料）左右。 6.3 干法回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)技術(shù) 最原始生產(chǎn)水泥的回轉(zhuǎn)窯，筒6.5 立窯水泥生產(chǎn)技術(shù) 煅燒水泥熟料的窯筒體是立置不轉(zhuǎn)動的稱為立窯。立窯水泥在我國總產(chǎn)量占所有窯型之首，其發(fā)展大體經(jīng)歷了三個階段：第一階段是人工加料和人工卸料的普通（土）立窯；第二階段是機(jī)械加料和機(jī)械卸料的機(jī)械化立窯，第三階段是現(xiàn)代化立窯。 立窯主要優(yōu)點(diǎn)是：投資?。皇炝蠠岷牡?；噸水泥電耗低；對原燃材料要求低；可以合理利用多種工業(yè)廢渣。其缺點(diǎn)是：單機(jī)產(chǎn)量低；熟料質(zhì)量不穩(wěn)定。 6.5.1 概述 6.5.2 立窯水泥的生產(chǎn)工

13、藝流程 立窯水泥的生產(chǎn)大致分為四個階段：生料制備；生料成球；熟料燒成；水泥制成。 6.5 立窯水泥生產(chǎn)技術(shù) 煅燒水泥熟料的窯筒體是立置6.5.3 立窯對原、燃材料的選擇 原料的選擇 原料中燧石、石英、堿、MgO等有害成分要低，在要求控制范圍之內(nèi)；機(jī)立窯由于生料需成球，因此，要求粘土的可塑性指數(shù)13% 。 燃料的選擇 （1）合適的揮發(fā)分：一般要求2.02.4,p0.91.3 6.5.3 立窯對原、燃材料的選擇 原料的選擇6.5.4 6.5.5 全黑生料的配熱 熟料煤耗 熟料實(shí)際煤耗的計(jì)算公式為：P=Q/(Q100kg)煤/100kg熟料。 若底火溫度正常，在生料成分合適、操作正常的前提下，熟料質(zhì)

14、量好，沒有欠燒和生燒，同時還原料也不多，則配熱合適。 機(jī)立窯熟料的熱耗：一般波動在37684187kJ/kg熟料，先進(jìn)的在3349kJ/kg熟料。 6.5.6 機(jī)立窯的結(jié)構(gòu) 水泥機(jī)立窯是一種填滿物料的內(nèi)襯耐火材料的圓筒狀固定豎式煅燒設(shè)備。其結(jié)構(gòu)由加料裝置、窯體部分、卸料裝置、卸料密封裝置、傳動裝置、鼓風(fēng)系統(tǒng)和排煙除塵系統(tǒng)等幾部分組成。 6.5.7 供風(fēng)與排氣 供風(fēng)方式機(jī)立窯的供風(fēng)方式按供風(fēng)管布置到窯體的位置分為：底送風(fēng)、側(cè)送風(fēng)、底主風(fēng)與腰側(cè)送風(fēng)、升高中心風(fēng)管送風(fēng)等幾種供風(fēng)方式。 風(fēng)量、風(fēng)壓風(fēng)量：鼓入窯內(nèi)的風(fēng)量代表供給燃料燃燒的氧量。風(fēng)壓：入窯風(fēng)壓是用來克服窯內(nèi)阻力，窯內(nèi)阻力大則風(fēng)壓應(yīng)大。鼓風(fēng)機(jī)

15、機(jī)立窯一般用風(fēng)機(jī)的類型有：羅茨風(fēng)機(jī)、葉氏風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)。 6.5.5 全黑生料的配熱 熟料煤耗 6.5.6 機(jī)立窯的6.5.8 機(jī)立窯熟料的形成原理 煅燒過程的物理化學(xué)變化 料球從上到下的運(yùn)動過程中，仍經(jīng)歷了生料的干燥、預(yù)熱、分解、固相反應(yīng)、燒成、冷卻等階段。不過，在同一時間內(nèi)，料球內(nèi)外煅燒不是均勻一致的。1預(yù)熱帶；2燒成帶；3冷卻帶。 6.5.8 機(jī)立窯熟料的形成原理 煅燒過程的物理化學(xué)變化 6.6預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)技術(shù)6.6預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)技術(shù)4.872m預(yù)分解窯，設(shè)計(jì)日產(chǎn)5000噸.預(yù)分解窯是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種煅燒工藝設(shè)備。它是在懸浮預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間，增設(shè)一個分解爐或利用窯尾

16、煙室管道，在其中加入3060%的燃料，使燃料的燃燒放熱過程與生料的吸熱分解過程同時在懸浮態(tài)或流化態(tài)下極其迅速地進(jìn)行，使生料在入回轉(zhuǎn)窯接受基本上完成碳酸鹽的分解反應(yīng)，因而窯系統(tǒng)的煅燒效率在幅度提高。4.872m預(yù)分解窯，設(shè)計(jì)日產(chǎn)5000噸.21預(yù)熱器干燥、預(yù)熱分解爐分解（85%95%）回轉(zhuǎn)窯部分分解、固相反應(yīng)、燒結(jié)反應(yīng)冷卻機(jī)熟料的冷卻預(yù)分解窯工藝流程21預(yù)熱器干燥、預(yù)熱分解爐分解（85%95%）回轉(zhuǎn)窯部分分22預(yù)分解窯煅燒的特點(diǎn)如下：1、在分解爐中，當(dāng)分解溫度為820900時，入窯物料的分解率可達(dá)8595%，需要分解時間平均僅為410s，而在窯內(nèi)分解時約需30多分鐘，窯系統(tǒng)的煅燒效率大幅度提高。2、由于碳酸鈣的分解從窯內(nèi)移到窯外進(jìn)行，所以窯的長度可以大大縮短，降低占地面積。3、由于在分解爐內(nèi)物料呈懸浮狀態(tài)，傳熱面積增大，傳熱速率提高，從而使熟料單位熱耗大大降低。4、由于減輕了回轉(zhuǎn)窯的熱負(fù)荷，延長耐火材料的使用壽命，提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，同時提高