水泥制造基础知识

1、. . . 系数系数 . . . CaOKH 煤灰份煤灰份 KH 煤煤 耗耗 KH . . . . . . 窑型窑型KHSMIM 预分解窑预分解窑0.860.892.22.61.41.8 湿法长窑湿法长窑0.880.911.52.51.01.8 干法窑干法窑0.860.892.0.41.01.6 立波尔窑立波尔窑0.850.881.92.31.01.8 立窑（无矿化剂）立窑（无矿化剂）0.850.901.92.21.21.4 立窑（掺矿化剂）立窑（掺矿化剂）0.920.971.62.21.11.5 . 水泥熟料主要以水泥熟料主要以CaOCaO、SiOSiO2、AIAI2O O3 、 FeFe2

2、O O3四种氧化物成份来控制，实际上在水四种氧化物成份来控制，实际上在水 泥熟料中它们都是以矿物形式存在，只有泥熟料中它们都是以矿物形式存在，只有 极少量的氧化物以游离状态存在的。四种极少量的氧化物以游离状态存在的。四种 氧化物含量通常在氧化物含量通常在95%95%以上，一般（特种以上，一般（特种 水泥除外）波动在下列范围内：水泥除外）波动在下列范围内： . . . . . . 熟料中熟料中MgOMgO主要由石灰石带入，主要由石灰石带入，MgOMgO和和SiOSiO2 2、 AIAI2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3的反应能力远不如的反应能力远不如CaOCaO，在熟料中往，在熟料中

3、往 往以游离状态存在。往以游离状态存在。f fMgOMgO比比f fCaOCaO更难水化，更难水化， 需经过很长时间才慢慢与水作用生成需经过很长时间才慢慢与水作用生成Mg(OH)Mg(OH)2 2， 产生体积膨胀，引起不均匀的体积变化使水泥产生体积膨胀，引起不均匀的体积变化使水泥 石破坏。生料中少量的石破坏。生料中少量的MgOMgO能降低液相出现的温能降低液相出现的温 度和粘度，对烧成有利。少量的度和粘度，对烧成有利。少量的MgOMgO还可以改变还可以改变 熟料的颜色，故熟料中允许存在少量的熟料的颜色，故熟料中允许存在少量的MgOMgO。 . 在熟料中在熟料中CaSOCaSO4 4形态存在，它

4、主要由煤带入。形态存在，它主要由煤带入。 而水泥中而水泥中SOSO3 3除熟料带入外，主要由作为缓凝剂除熟料带入外，主要由作为缓凝剂 的石膏带入。适量的的石膏带入。适量的SOSO3 3可调节水泥的凝结时间可调节水泥的凝结时间 并可增加水泥的强度。过量的并可增加水泥的强度。过量的SOSO3 3不仅会使水泥不仅会使水泥 快凝而且影响水泥的强度发展，甚至引起水泥快凝而且影响水泥的强度发展，甚至引起水泥 安定性不良。安定性不良。 . 是生料中是生料中SiO2、AI2O3、Fe2O3与与CaO经高经高 温煅烧生成硅酸盐和铝酸盐矿物后剩余的温煅烧生成硅酸盐和铝酸盐矿物后剩余的 CaO，它是有害成份，其含量

5、愈低愈好，但，它是有害成份，其含量愈低愈好，但 无论什么窑型，都不可避免地或多或少的存无论什么窑型，都不可避免地或多或少的存 在。超过一定数量在。超过一定数量fCaO会使水泥安定性不会使水泥安定性不 良，造成水泥制品硬化后开裂、破坏。一般良，造成水泥制品硬化后开裂、破坏。一般 立窑企业控制熟料中立窑企业控制熟料中fCaO在在2.5%以下，回以下，回 转窑控制在转窑控制在1.5%以下。以下。 . l 在硅酸盐水泥熟料中在硅酸盐水泥熟料中, CaO、SiO2、AI2O3、 Fe2O3不是以单独的氧化物存在，而是以两种不是以单独的氧化物存在，而是以两种 或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物的集或两种

6、以上的氧化物反应生成的多种矿物的集 合体，其结晶比较细小，一般合体，其结晶比较细小，一般3060m。 l水泥熟料主要有以下四种矿物：水泥熟料主要有以下四种矿物： 硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO2 简写简写 C3S； 硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2 简写简写 C2S； 铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAI2O3 简写简写 C3A； 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4CaOAI2O3Fe2O3 简写简写 C4AF； 75%硅酸盐矿物硅酸盐矿物 22% 熔剂矿物熔剂矿物 . . . 硅 酸 盐 单 矿 物 的 抗 压 强 度 对 比 （ MPa） 0 20 40 60 80 100 120 1d3d7d28d

7、90d180d1年2年 时 间 抗压强度（MPa） C3S C2S . . 又称又称C矿（才利特），矿（才利特），在熟料中的潜在含量在熟料中的潜在含量 为为10%10%18%18%。易熔，能降低熟料液相出现的温易熔，能降低熟料液相出现的温 度和粘度，有助于度和粘度，有助于C3S的形成。的形成。C4AF水化速度水化速度 快，硬化慢，早期强度低，后期强度较好。快，硬化慢，早期强度低，后期强度较好。 抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较 铝酸三钙低，但含铝酸三钙低，但含C C4 4AFAF高的熟料难磨。在道路水高的熟料难磨。在道路水 泥和抗硫酸盐水泥中，铁铝酸四钙

8、的含量高为泥和抗硫酸盐水泥中，铁铝酸四钙的含量高为 好。好。 . 注：由于合成条件、实验方法有所不同，故两表数字不相一致。 . 熟料四种矿物的抗压强度（MPa) 0 10 20 30 40 50 60 70 3d7d28d90d180d 时间 抗压强度 C3S C2S C3A C3A+10%石膏 C4AF C4AF+10%石膏 . 水 化 速 度水 化 速 度C3AC3SC4AFC2S 强强 度度C3SC2SC4AFC3A 水水 化化 热热C3AC3SC4AFC2S 耐化学侵蚀耐化学侵蚀C4AFC2SC3SC3A 干干 缩缩 率率C3AC3SC2SC4AF . 较高的较高的KH 生料煅烧困难；

9、生料煅烧困难； 有使水泥安定性不良的趋向（高有使水泥安定性不良的趋向（高f-CaO）；）； 增加增加C3S含量；含量； 减少减少C2S含量；含量； 导致快凝和早强，水化热增大，耐久性下降。导致快凝和早强，水化热增大，耐久性下降。 . 较高的较高的SM 液相量低；液相量低； 导致煅烧较难和燃料消耗多；导致煅烧较难和燃料消耗多； 产生安定性不良的趋向（产生安定性不良的趋向（f-CaO高）高） 使窑皮形成困难，且因此来自窑体的热辐射使窑皮形成困难，且因此来自窑体的热辐射 强烈；强烈； 损耗窑衬；损耗窑衬； 导致水泥的凝结和硬化缓慢。导致水泥的凝结和硬化缓慢。 . 较高的较高的IM 使煅烧较难，且需较

10、多的燃料消耗；使煅烧较难，且需较多的燃料消耗； 增进增进C3A的比例并降低的比例并降低C4AF的含量比例；的含量比例； 增加增加C3S和和C2S两种矿物相；两种矿物相； 减少液相并降低窑的产量；减少液相并降低窑的产量； 有助于水泥快凝和早期强度；有助于水泥快凝和早期强度； 提高煅烧温度下的液相粘度；提高煅烧温度下的液相粘度； 导致水泥水化热大，耐久性差。导致水泥水化热大，耐久性差。 . 按配料设计制备好的生料，必须经过高按配料设计制备好的生料，必须经过高 温煅烧才能变成水泥熟料。在熟料煅烧过程温煅烧才能变成水泥熟料。在熟料煅烧过程 中会出现一系列的物理和化学变化，才能形中会出现一系列的物理和化

11、学变化，才能形 成熟料的各种矿物。熟料烧成一般要经过干成熟料的各种矿物。熟料烧成一般要经过干 燥、予热、分解、固相反应，熟料烧成和冷燥、予热、分解、固相反应，熟料烧成和冷 却几个阶段。却几个阶段。 . 程程 序序温度范围（温度范围（ ） ）反反 应应 产产 物物 脱 水 及 结脱 水 及 结 构 水 分 解构 水 分 解 27600H2O 碳酸盐分解碳酸盐分解5501000fCaO由由2%增至增至17% 固 相 反 应固 相 反 应5501280 形成形成C2S+C12A7+C2（A，F） +C4AF+ CaOf 液 相 烧 结液 相 烧 结12801450形成形成C3S+C2S+熔体熔体 冷

12、 却 结 晶冷 却 结 晶14501000 形成形成C3S+C2S+ C3A +C4AF+ 玻璃体玻璃体 . 干燥即为物料中自由水的蒸发；而脱水则干燥即为物料中自由水的蒸发；而脱水则 是粘土质矿物分解放出化合水。是粘土质矿物分解放出化合水。 AI2O32SiO2 2H2O 400 600600AI 2O32SiO2 +2H2O 化合水化合水 结结 晶晶 水水 层层 间间 水水 100100 脱水脱水 400400600600 脱水脱水 AI2O32SiO2AI2O3 + 2SiO2 . 碳酸盐是指碳酸钙（碳酸盐是指碳酸钙（CaCOCaCO3 3）和碳酸镁）和碳酸镁 （MgCOMgCO3 3)

13、)。CaCOCaCO3 3在在600600800800时开始分解，当时开始分解，当 温度升高至温度升高至900900时分解反应剧烈地进行，到时分解反应剧烈地进行，到 10001000时其分解反应基本结束。时其分解反应基本结束。 MgCOMgCO3 3分解温度低些，在分解温度低些，在900900时分解结束。时分解结束。 CaCO3 3 CaO+CO2 MgCO3 MgO+ CO2 . Q CaO CO2 CaCO3 3 . . . 粘土和石灰石分解后分别生成粘土和石灰石分解后分别生成CaOCaO、MgOMgO、SiOSiO2、 AIAI2O O3 等氧化物，这些氧化物在低于等氧化物，这些氧化物在

14、低于800800时就开始时就开始 反应形成反应形成CACA、C C2 2F F与与C C2 2S S，800800900900时开始形成时开始形成C C2 2ASAS， 并随之分解开始形成并随之分解开始形成C C3 3A A、C C4 4AFAF。 1100110012001200时大时大 量形成量形成C C3 3A A、C C4 4AFAF，同时，同时C C2 2S S含量达到最大值。含量达到最大值。 这个阶段的化学反应发生在固体微粒间相互接这个阶段的化学反应发生在固体微粒间相互接 触的表面，并且是依靠细微晶体表面的离子振动，触的表面，并且是依靠细微晶体表面的离子振动， 相互交换而实现的。当

15、温度增高，离子振动的振幅相互交换而实现的。当温度增高，离子振动的振幅 增大时，就很容易脱离晶体表面，于是反应也就随增大时，就很容易脱离晶体表面，于是反应也就随 之加快。这种依靠固体表面相互进行的反应称为固之加快。这种依靠固体表面相互进行的反应称为固 相反应。相反应。 . 当温度升高到当温度升高到13001300左右时，左右时，C C3 3A A与与 C C4 4AFAF熔融，物料中出现了液相。熔融，物料中出现了液相。C C2 2S S溶于液溶于液 相中，有利于分子扩散，进一步化合成相中，有利于分子扩散，进一步化合成C C3 3S S： 2CaO SiO2+CaO 3CaO SiO2 为了使这一

16、反应进行得快而且尽可能完为了使这一反应进行得快而且尽可能完 全，在实际生产中物料的温度控制到高于全，在实际生产中物料的温度控制到高于 13001300，一般在，一般在1350135014501450的温度范围内，的温度范围内， 这一温度范围就是所谓的这一温度范围就是所谓的“烧成温度烧成温度” . . 比重为比重为3.28 比重为比重为2.97 . . 急冷时急冷时C3A来不及结晶出来，而存来不及结晶出来，而存 在玻璃体中，或结晶很少。结晶型的在玻璃体中，或结晶很少。结晶型的C3A水水 化后易使水泥浆快凝。因此急冷的熟料加水化后易使水泥浆快凝。因此急冷的熟料加水 后不会快凝，容易掌握其凝结时间。

17、后不会快凝，容易掌握其凝结时间。 . . 慢冷与急冷熟料易磨性比较 0 20 40 60 80 100 120 1000100020002000300030004000400050005000 比表面积（cm2/g) 实验功率（KWh/t) 单筒熟料冷却机单筒熟料冷却机蓖式冷却机蓖式冷却机 . . . . . 水泥熟料中的碱主要是指钾和钠这两种元 素（以R表示），它们主要来源于原料。也有 少量碱来自燃料。物料在煅烧过程中，当碱循 环富集到一定程度时，就会引起氯化碱(RCl)和 硫酸碱(R2SO4)等化合物粘附在最低二级预热器 锥体部分或卸料溜子上，形成结皮，严重时会 出现堵塞现象，影响正常生产

18、。因此，原料含 碱量高时，对带旋风预热器的窑应采取旁路放 风排碱。 . 微量的碱能降低最低共熔温度，降低 熟料烧成温度，增加液相量，起助熔作用， 对熟料性能并不造成多少危害。但碱含量 高时，会出现煅烧困难，同时，碱和熟料 矿物反应生成含碱矿物和固溶体KC23S12和 NC8A3，将使C3S难以形成，并增加游离氧 化钙含量，因而影响熟料强度。 熟料中硫的存在，由于生成碱的硫化 物，可以缓和碱的不利影响。 熟料中熟料中K2O含量含量%01.621.782.58 fCaO%0.410.701.507.50 熟料中熟料中K2O含量对含量对fCaO的影响的影响 . 碱盐KCIKOHK2CO3K2SO4N

19、aOHNaCINaCO3NaSO4 熔点7703618941074319801850884 各种碱盐的熔点各种碱盐的熔点 当生料碱盐多组分共存时，最低共熔点可当生料碱盐多组分共存时，最低共熔点可 能降到能降到650 650 700700。从碱盐的熔点看出，在。从碱盐的熔点看出，在 650 650 10001000高温区域内，均有可能熔融物高温区域内，均有可能熔融物 聚集粘结。聚集粘结。 . 项 目 K2O(%) fCaO (%) 抗 压 强 度 加入残留3天7天28天3月6月 C3S(无无K2O) 20.922.229.638.043.5 C3S(有有K2O)12.282.2511.616.6

20、23.328.834.1 K2O对单矿物对单矿物C3S强度的影响强度的影响 有害成分控制范围有害成分控制范围 生料生料 R R2 2O O1.0%;CI1.0%;CI 0.01%;S0.01%;S1.3%; SO1.3%; SO3 3/R/R2 2O O0.80.8 燃料燃料 硫含量硫含量 3 %,灰分高或灰分熔点低的煤粉慎用灰分高或灰分熔点低的煤粉慎用 . . . . . . . . . . . . . . . 原、燃料化学成分（原、燃料化学成分（%） 表 2-12 项目项目 LOSS SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O Cl- 石灰石 43.25 1

21、.98 1.16 0.79 50.28 1.98 0.007 0.098 0.003 0.010 粘 土 4.32 77.86 10.37 4.19 0.17 0.78 0.030 1.340 0.095 0.010 砂 岩 1.96 83.04 7.60 1.04 1.21 0.26 0.076 3.560 0.085 0.010 铁矿石 10.32 6.77 10.72 63.08 2.38 2.66 0.200 0.420 0.300 0.005 煤 灰 0.53 50.75 33.27 4.58 2.98 1.32 1.010 1.600 0.140 0.010 . . 熟熟料料率率值

22、值及及矿矿物物组组成成表表 表表 2-15 名名 称称项项 目目普普硅硅水水泥泥道道路路水水泥泥中中热热水水泥泥 L.S.F93.5090.6290.87 HM2.161.981.99 KH0.910.880.88 SM2.752.102.10 熟熟 料料 率率 值值 IM1.550.921.0 C3S60.1952.6152.56 C2S18.1022.3222.30 C3A7.623.984.91 C4AF9.6016.3115.64 C3S+C2S78.2974.9374.86 矿矿 物物 组组 成成 (%) C3A+C4AF17.2220.2920.55 液液相相量量(%)L14502

23、2.1826.8827.04 . 主要有益有害成分主要有益有害成分(%) 表 2-1 CaOMgO 勘探线勘探线 编号编号 工程工程 类别类别最高最高最低最低平均平均最高最高最低最低平均平均 地表54.5650.5053.560.990.100.24 地表55.2049.4753.102.420.180.76 深部55.5152.2354.421.310.130.61 地表54.5450.9752.201.210.090.38 深部55.6949.0054.802.100.190.48 地表55.5849.2155.392.610.280.72 深部55.8649.5054.831.260.1

24、00.42 地表55.6651.4854.531.880.240.56 深部55.5850.0053.731.320.100.50 . 全全 厂厂 物物 料料 平平 衡衡 表表 表3-1 每每吨吨熟熟料料消消耗耗定定额额(t/t)物物 料料 平平 衡衡 量量 （t） 干干燥燥的的含含天天然然水水分分的的干干 燥燥 的的含含天天然然水水分分的的 理理 论论实实 际际实实 际际每每小小时时每每天天每每年年每每小小时时每每天天每每年年 生生 产产 损损 失失 备备 注注 和和 配配 比比 1.27291.29231.321453.851292.2140058755.1321.304095981.5 0.19930.20230.21988.34202.38627379.13219.02678971.5 0.02940.02980.03201.2429.7292141.3331