水泥熟料形成过程.教学内容.ppt

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1、水泥熟料形成过程.第四章水泥熟料煅烧过程和设备水泥熟料煅烧是个复杂的气－固、液－固和固－固相之间的高温反应过程。既有某些天然矿物的分解，又有众多氧化物之间的合成。最终所形成的矿物，即熟料，其品种、数量和特征都要合乎规范的要求，才能保证成品达到既定的性能指标。虽然煅烧过程总的理论耗热量不是很多，但因所要求的反应温度很高，因此单位产品实际燃料消耗量却比较多。自从水泥生产工业化以来，煅烧熟料的主要设备是立窑和回转窑。但本世纪下半叶以来，回转窑上预热和预分解技术的开发应用，无论是在生产规模、生产指标和产品质量以及相应科学技术水

2、平方面，都有重大进展与突破。本章主要介绍新型干法水泥生产过程中的熟料煅烧技术以及煅烧过程中的物理化学变化，以旋风筒—换热管道—分解炉—回转窑—冷却机为主线，着重介绍当代水泥工业发展的主流和最先进的煅烧工艺及设备、生产过程的控制调节等。第一节水泥熟料的形成过程硅酸盐水泥的生产方法硅酸盐水泥生产过程生料制备熟料煅烧水泥粉磨生产方法(按生料制备方法不同分)干法：将原料同时烘干与粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，而后喂入干法窑内煅烧成熟料。湿法：将原料加水粉磨成，生料浆后喂入湿法回转窑煅烧成熟料。可为新型干法、半干法可为传统湿、湿磨

3、干烧硅酸盐水泥的生产工艺流程工艺流程:生料粉磨熟料煅烧熟料粉磨矿山＋破碎＋预均化粉磨贮存煤粉制备熟料烧成水泥粉磨及贮存硅酸盐水泥熟料的煅烧一、水泥熟料的形成过程熟料的煅烧过程直接决定水泥的产量、质量、燃料与衬料的消耗以及窑的安全运转。水泥窑有多种功能：反应炉、熔炉、燃烧炉和传热设备、物料和气体的输送设备。石灰石、粘土质和少量铁质原料，按一定要求的比例（大体上75：20：5）配合，经过均化、粉磨、调配以后即制成生料。由于制备方法不同，生料可制成料浆（含水份约32～40％）、料球（成球水份约12～14％）和料粉（含水份≤1

4、％）。喂入水泥窑系统内，相应经烘干、预热、预煅烧（包括预分解）、最后烧制成熟料的全过程统称煅烧过程。生料煅烧过程中的物理、化学变化尽管煅烧过程因窑型不同而有所差异，但物理、化学变化过程基本相似.其过程可概括为：干燥与脱水碳酸盐分解固相反应液相和熟料的烧结熟料的冷却熟料煅烧过程概述如下：150℃以前生料中物理水蒸发500℃左右粘土质原料释放出化合水；并开始分解为单独氧化物如SiO2，Al2O3；900℃左右碳酸盐分解放出CO2和新生态CaO；900～1200℃粘土的无定形脱水产物结晶，各种氧化物间进行固相反应；1250～

5、1280℃所产生的矿物部分熔融出现液相；1280～1450℃液相量增多，C2S通过液相吸收CaO形成C3S。直至熟料矿物全部形成；1450～1300℃熟料矿物冷却。生料的干燥与脱水干燥自由水的蒸发。这一过程由于煅烧方式的不同而有所差异。干法窑生料含水量一般不超过1.0％；半干法立波尔窑和立窑为便于生料成球，通常含水12-15%，半湿法立波尔窑过滤水分后的料块通常为18-22%；湿法为保证料浆的可泵性则通常为30-40%。自由水蒸发热耗：100℃时，2257kJ/kgH2O（539kCal/kg）脱水指黏土矿物分解释放化

6、学结合水。层间水在100℃左右即可排除，而配位水则必须高达400~600℃以上才能脱去。（2）蒙脱石脱水Al2O3.4SiO2.mH2O→Al2O3.4SiO2+mH2O(晶体结构—活性低)（3）伊利石脱水产物也是晶体结构,伴随体积膨胀（1）高岭石脱水粘土矿物的化合水存在形式：层间水：以水分子形式吸附于晶层结构中。配位水：以OH－状态存在于晶体结构中。二、碳酸盐分解反应机制碳酸盐的分解主要为碳酸钙和碳酸镁的分解，其化学反应式为：1、碳酸盐分解反应碳酸盐（主要是碳酸钙、少量碳酸镁）的分解反应是典型的缩核型强吸热的气固相反

7、应。分解过程分五步进行：（1）气流向颗粒表面的传热过程；（2）热量由表面以热传导方式向分解面传递过程；（3）碳酸盐在一定温度下吸收热量，进行分解并放出CO2的化学过程；（4）分解出的CO2，穿过CaO层面向表面扩散的传质过程；（5）表面的CO2向周围介质气流扩散过程CaOCaCO32、石灰石颗粒的分解机制3、碳酸钙分解反应的动力学关系碳酸钙分解反应的动力学表达式，根据A·Mülle大量试验结果，将温度、粒度尺寸及环境条件考虑在内，有如下实用关系：式中：—碳酸钙分解率，%；A—反应的频率因子，3.05×106Pa·m/s

8、；E—反应活化能，171.850J/mol·K；R—气体常数，8.314J/mol·K；T—反应温度，℃；—颗粒直径，m；—碳酸钙分解时，CO2平衡压力，其值是温度函数，Pa；—环境介质中CO2分压，包括分解产生的CO2和燃气中CO2之和，Pa。4、影响碳酸钙分解因素的讨论：上式很明确表达了影响碳酸钙分解的诸因素及其相互联系。根据