水泥熟料物料平衡计算及生料制备系统控制优化

1、 摘要：水泥是建筑材料中的组成之一，有着举足轻重的地位，对国民经济的发展起着至关重要的推动作用，特别是近些年来混凝土行业得以快速发展的同时使得对水泥的需求量更是有增无减啊。当今信息时代背景下，建材水泥的生产技术的发生了巨大改革，水泥工艺生产由湿法生产工艺向预分解窑新型干法生产工艺转变。预分解窑生产的熟料单位热耗量少，水泥窑的单位生产能力渐渐变大，并且可以运用水泥窑的生产余热来烘干所需物料，电耗量虽然比较大，可是它的综合能量小小；由于水泥产品的生产资源的利用不当，导致了 “高品位”资源越来越少，因此，当下发展水泥工业新型工业，必须考虑走可持续发展道路需要考虑到问题：如何改变生产水泥要用高品位石灰

2、石、硅质材料及烟煤的传统观念最大限度的利永的原料与燃料。需要将水泥新型干法生产工艺本身的工艺生产技术与计算机信息化技术相融合，努力争取向大型化，信息化，向能综合利用工业生产废弃物、生活废弃物的方向转变和发展。将水泥厂的生产最终产品水泥拓展到商混领域上，充分利用现代粉磨与混合技术。目前，中国的水泥生产技术普遍摒弃以往的湿法生产和半干法生产技术，而采用国内外最为先进的新型干法生产技术。与前两者相比，新型干法技术生产水泥具有生产能耗低、水泥质量好、生产能力大等优点，并且更为环保、节能，是水泥工业可持续发展的重要技术，是世界水泥发展的方向。衡量水泥物料及制备系统的优化标准有：产品的质量、能源的消耗、环

3、境质量的保护，而其中能源的消耗是当前各水泥厂处于领先地位和保证有效利润所必须控制好的一个指标。选择水泥熟料生产物料计算的参数和生料设备的系统优化设计，就是为了更加全面的认识水泥物料及设备工作的原理，从而便于系统的工作过程中可能出现的故障等问题，进而找到相对应的解决故障等问题的措施，最后达到节约过程中能量消耗的目标，最大限度的降低生产成本，从而使水泥厂的利润得到有效提高。关键字：水泥，物料平衡，设备选型，配料计算Abstract: Cement is one of the components of building materials, has a pivotal position, play

4、s a vital role in promoting the development of the national economy, especially in recent years, the rapid development of the concrete industry at the same time makes the demand for cement is increasing. Under the background of the information age, the production technology of building material ceme

5、nt has undergone tremendous reforms. The production process of cement has changed from wet process to new dry process of pre-decomposition kiln. The clinker produced by the pre-decomposition kiln consumes less heat per unit, the unit production capacity of the cement kiln increases gradually, and th

6、e waste heat produced by the cement kiln can be used to dry the materials needed, although the power consumption is relatively large, but its comprehensive energy is small; due to the improper utilization of the production resources of the cement products, resulting in high-grade capital. As the sou

7、rce of cement is becoming less and less, the development of new cement industry must consider the problem of sustainable development: how to change the traditional concept of producing cement with high-grade limestone, siliceous materials and bituminous coal Liyong raw materials and fuels to the max

8、imum. It is necessary to integrate the new dry process technology of cement production with computer information technology, and strive for the transformation and development towards large-scale and information technology, and towards the comprehensive utilization of industrial production waste and

9、domestic waste. The final product cement produced by cement plant is extended to commercial mixing field and modern grinding and mixing technology is fully utilized. At present, Chinas cement production technology generally abandons the previous wet production and semi-dry production technology, and

10、 adopts the most advanced new dry production technology at home and abroad. Compared with the former two, the new dry process technology has the advantages of low energy consumption, good cement quality, large production capacity, and more environmental protection, energy saving, is an important tec

11、hnology for sustainable development of the cement industry, is the direction of cement development in the world. The optimization criteria of cement material and preparation system include: product quality, energy consumption, environmental quality protection, and energy consumption is currently the

12、 leading position of cement plants and guarantee effective profit must be well controlled. Choosing the parameters of calculating materials for cement clinker production and the system optimization design of raw material equipment is to understand the working principle of cement materials and equipm

13、ent more comprehensively, so as to facilitate the problems that may occur in the working process of the system, and then find the corresponding measures to solve the problems such as faults, and finally achieve the goal of saving time. The target of energy consumption in the process is to minimize t

14、he production cost, so that the profit of the cement plant can be effectively improved.Key words: cement, material balance, equipment selection, ingredient calculation目录1 绪论41.1 水泥演变发展简史41.2 中国水泥的发展历程51.3世界水泥工业发展趋势51.4 现代水泥发展趋势特点62 水泥熟料配料计算72.1配料计算说明72.2原始资料数据72.3选择单位熟料热耗92.4物料平衡相关参数的确定及物料配比102.4.1物

15、料平衡相关参数的确定102.4.2物料的配比比例122.4.5 熟料的矿物组成及液相量的计算133 水泥物料平衡计算143.1计算所需部分数据143.1.1窑的选型、产量标定143.1.2水泥品种和掺入量的确定143.2熟料量和水泥量的成分计算143.2.1计算要求的熟料的化学成分143.2.2各原料、燃料消耗定额量计算173.3原燃材料消耗定额的计算173.3.1石膏消耗定额193.3.2混合材的消耗定额193.4物料平衡相关计算203.4.1各种水泥配合比的确定213.4.2物料平衡计算的原始数据223.4.3物料平衡计算243.4.4全场的物料平衡表304 生料制备系统控制优化324.1

16、破碎系统设备选型324.1.1石灰石破碎机324.1.2粉砂岩破碎机334.1.3石膏破碎机334.1.4原煤破碎机334.2烘干设备选型344.2.1粉砂岩烘干机344.2.2矿渣烘干机354.3 粉磨设备选型354.3.1生料磨354.3.2水泥磨364.4 其余主机设备选型364.4.1 水泥包装机364.4.2篦冷机选型364.5烧成系统的设备选择375 生料原料储库的优化395.1全场设计的遵循原则395.2水泥库质量控制指标395.3各库优化计算405.3.1生料均化库405.3.2 熟料库415.3.3水泥库415.3.4矿渣库415.3.5石膏库415.4设计全场的堆场及储库计

17、算425.4.1各原料的配料选型计算445.4.2生料均化库的选型计算46结论47参考文献48致谢50 1 绪论1.1 水泥演变发展简史 从使用水泥最初物开始我们可以追溯到大约3000年前。水泥早起的名字不叫水泥，更多的是与水泥作用相同的胶凝材料。古人曾经最早的将火山灰和砂岩混合形成一种混凝土材料，也称罗马浆体。当时建材比较匮乏，这种在水中和空气中普遍质量强度耐久所以备受重视和使用，但经过人们的不断试验，我国最早发现把石灰石，细沙，砂岩混合后形成“三合土”。这种材料与国外砂浆功效相似，性能也更好。回来人们慢慢的发现在石灰中加入有机物，形成的新胶凝材料其质地又有进一步提高。在18世纪中叶，英国工

18、程师史密斯最先把水泥水硬性发展推进一步。他提出的煅烧石灰石破碎磨细加水形成砂浆，虽然当时不被广泛应用，但奠定了现代水泥工艺学的基础。1976年后，建筑行业著名科学家派克研究而得的“罗马水泥”，其可以理解为一种较为先进的胶凝材料。这种胶凝材料的工艺是将砂岩与石灰石混合后经过磨细，然后通过窑煅烧然后在制成半成品基础上再一次细磨（水泥工艺上所谓“两磨一烧”），其获得水泥具有凝结快，水化强度更高的特点。1.2 中国水泥的发展历程 我国近代水泥发展较其他国家发展起步晚。不仅局限在设备上还有技术的应用广泛程度。由于国内的经济发展水平限制到20世纪50年代才有好转，这时新中国成立国内各项工业百废待兴，水泥行

19、业也趁势开始大兴发展。我们根据水泥生产工艺指导开始了最初的湿法回转窑，然后慢慢采用较为先进的半干法立波尔回转窑生产，并在后期阶段预热器的生产试验也慢慢开始有了自行的设计研究。在水泥生产技术，工艺，设备，理论体系上取得了大大成功后，水泥厂也开始进行的扩建改建。到70到80年代，我国独立自主研发1200t/d，2000t/d 慢慢投入生产。20世纪70年代以日本，德国为代表的蚕蛹悬浮预热，和窑外预分解技术。后来慢慢引入国外先进的新型干法水泥的生产了。与之我们引进和自主设计窑外悬浮预热器设备并且在调整和优化生产结构各方面取得大大成就。 20世纪50到70年代，是我国水泥发展的高峰期，研究进展十分迅速

20、。从开始的几个发展到80多个，特种水泥也有70多个，生产的品种可多达30余种。我国大大小小立窑为主的水泥厂可达8000多家，使得国内产量支撑用量的80左右。到了21世纪，我国有采取新的发展方针，在水泥的各个工艺环节相继做了很大的调整，使得水泥发展到达一个新的高度。在2009年我国投入生产了日产1.2万吨水泥生产线这标志着我国进入水泥发展的世界领先水准。而且在当今追求更加绿色和谐的生态经济两手抓的现在，我们国家现在水泥行业生产顺应发展潮流越来越多的讲究生产设备大型化，生产产量结构规模化，生产工艺环节系统化，生产利用多元化。将落后的水泥厂取缔，从而在国际市场上散发着中国优势。 在现在水泥的发展有走

21、向一个新的方向，从高炉矿渣的利用作为水泥的原料，到水泥厂的垃圾焚烧技术，还有利用余热发电技术更有之湖北黄石水泥厂将垃圾磨当水泥的原料这些都成为水泥厂发展的一个亮点，体现着我国的竞争优势。1.3世界水泥工业发展趋势1824年，水泥首次出现在人类所生活的世界里，距今已有将近两百年的历史。两百年里，水泥工业的革新从未间断，从间歇式土窑到“立波儿”窑，从人力生产到机械化生产，不仅设备不断更新换代，技术也发展出了窑外分解技术。尤其窑外分解技术的发明，直接改变了现代水泥工业的生产方式，揭开了水泥工业的新篇章。自从窑外分解技术发明以来，随着各种各样的预分解窑不断出现，新型干法水泥生产技术逐渐成型，使得水泥质

22、量得到很大提高，再加上信息技术与自动化的不断发展，水泥厂越来越加大型化，水泥产量也越来越高，再加上传统水泥厂污染大的特点，水泥工业正在往节能环保方向发展，具体有下面几点：（1）生产能力大型化在20世纪70年代，国外发达国家水泥的生产线规模为日产1000到3000吨，80年代为日产3000到4000吨，90年代为日产4000吨到10000吨，到现在，日产5000吨熟料生产线已成为主流，最大的达到12000吨每天。而在国内，也有很大发展，大规模生产线建设成为主流，已有很多日产5000吨以上熟料的水泥厂相继建成。（2）生产与管理信息化随着信息时代到来，水泥厂的生产和管理方式也发生了很大变化，大多采用

23、中控系统来完成水泥的生产控制。（3）生产工艺节能化现代辊压机、辊式磨和辊筒磨显示出了巨大的节能潜力，比起传统磨机具备更加优秀的性能。在生料磨中采用带有磨外循环的辊式磨已经成为首选，并且结合各类高效节能的新型选粉机，不仅能提高生产效率，也能降低电耗。此外，纯低温余热发电系统的使用，减少了能源的浪费。（4）生产环境协调化从二十世纪70年代开始，国外水泥公司已经开始研究并推进工业废弃物代替自然资源作为水泥原料的工作，随着人们环保意识的增强，更是对水泥企业提高了环保的要求。上世纪90年代，日本ECO水泥厂将城市垃圾焚烧灰和下水道污泥作为水泥原料，接近原料配比的50%。在欧洲，很多水泥厂将可燃性的废弃物

24、作为燃料，应用于回转窑。美国水泥厂则对有毒有害废弃物有丰富的经验。自从20世纪70年代新型干法工艺的成熟后，水泥的产量，能耗，质量都有了很大的优化，因而其也成为当今主流的生产方式。在实用新型干法同时配合先进的生料熟料的粉磨技术、原料以及熟料的均化技术、同事配备了信息化操作。实现了对生产工艺集散式计算机控制操作生产。结合现代科学技术理论应用以及提倡的环保的理念，加入了余热发电和城市垃圾焚烧处理（CKK）等技术优点。这些优点很好的顺应了我国发展的潮流符合我国提倡的五大发展理念，为国家，为人民提供更可观的好处，同时更多的保护了环境节约资源。从我们上次的毕业，我们感触颇深，传统行业稍微一个工艺环节带来

25、的利益竟然如此的客观。纵观全世界水泥行业发展，现代水泥追求原料的现成化，废物再利用化，绿色化，当然还有水泥性能更优化越来越多的废渣的利用成为热门，所以本次设计我们也理所当然是用矿渣作为水泥的一种材料。但综合很多因素，虽然一些先进的手段例如直接利用垃圾粉磨做水泥的原料，但考虑到各个环节成本，这些技术就显得不那么成熟，所以本次设计拟定采用新型干法水泥生产同时在原料选择我们选择了矿渣作为其生料的一部分，从而做到废物再利用的功效。1.4 现代水泥发展趋势特点自从20世纪70年代新型干法工艺的成熟后，水泥的产量，能耗，质量都有了很大的优化，因而其也成为当今主流的生产方式。在实用新型干法同时配合先进的生料

26、熟料的粉磨技术、原料以及熟料的均化技术、同事配备了信息化操作。实现了对生产工艺集散式计算机控制操作生产。结合现代科学技术理论应用以及提倡的环保的理念，加入了余热发电和城市垃圾焚烧处理（CKK）等技术优点。这些优点很好的顺应了我国发展的潮流符合我国提倡的五大发展理念，为国家，为人民提供更可观的好处，同时更多的保护了环境节约资源。从我们上次的毕业，我们感触颇深，传统行业稍微一个工艺环节带来的利益竟然如此的客观。纵观全世界水泥行业发展，现代水泥追求原料的现成化，废物再利用化，绿色化，当然还有水泥性能更优化越来越多的废渣的利用成为热门，所以本次设计我们也理所当然是用矿渣作为水泥的一种材料。但综合很多因

27、素，虽然一些先进的手段例如直接利用垃圾粉磨做水泥的原料，但考虑到各个环节成本，这些技术就显得不那么成熟，所以本次设计拟定采用新型干法水泥生产同时在原料选择我们选择了矿渣作为其生料的一部分，从而做到废物再利用的功效。2 水泥熟料配料计算2.1配料计算说明水泥质量和性能决定于熟料的矿物组成，而熟料的性能和矿物成分又取决于熟料的成分，熟料的成分又跟生料的成分之间存在着坏坏相扣的关系。如此一来，生料的组分是水泥工艺生产的重要一坏。单一的天然生料成分很难达到水泥工艺生产实际要求，所以，将各种原生料按一定的比例进行混合显得尤为重要，这样才可满足实际煅烧生料成分的要求。故配料的合理性是水泥生料制备的主要保障

28、障，是保证熟料的质量和水泥产品质量的前提条件熟料成分确定以后，就可以依据原料进行配料计算，从而算出符合熟料组成成分要求的原料配合比。配料计算的理论依是物料平衡即反应物和生成物的量应该理论上相等。确定熟料成分之后，便可依据所利用的原料配比计算，从而算出达到熟料组成成分要求的原料配合比配料计算的方法有很多，例如代数法、图解法和尝试误差差法（尝试误差法又包括递减试凑法、累加试凑法）、矿物组成法、最小二乘法等计算方法。随着计算机技术和信息技术的迅速发展，电子科学计算机的应用已经慢慢普及到农业、林业、建材、体育等众多领域，同样地，水泥厂工艺设计中的配料计算也可以使用电子计算机进行计算。2.2原始资料数据

29、水泥是日常生活中十分普遍也较为人们熟悉的一种建筑材料，像砌筑房子、结构物或其他方面都会用到水泥。从建筑材料的角度来看，水泥的定义是较为宽泛的，凡是细磨成粉末状，经过和水发生作用后，能够成为塑性浆体，不仅能够在空气中进行硬化，同时在水中也能够得到硬化，并且它能够将砂子、石子等骨料牢固地粘合在一起的水硬性胶结材料，则统称为水泥。各种原料、燃料的化学石灰质原料：水泥生产中，生料中的MgO主要来源于石灰石中的镁质矿物，这些矿物主要以硅酸镁、白云石、菱镁矿、铁白云石等不同类型存在。当石灰石中MgO以硅酸镁形式存在时，可获得均匀分布和细小（15m）的方镁石晶体，而以白云石或菱镁矿形式存在时，易生成粗大（2

30、530m）的方镁石晶体。我院曾对不同年代所形成的石灰石中MgO含量对熟料强度的影响进行了测试，发现石灰石中MgO的含量对熟料强度有一定的影响，总的趋势是石灰石中MgO含量越高，则熟料强度越低。根据试验研究，镁质矿物中MgCO3的分解温度为660700，白云石Mg（CO3）2的分解温度为800，而石灰石中CaCO3分解温度接近900。在水泥熟料生产过程中，MgO较CaO先形成。以碳酸钙为主要成分的原料，是水泥熟料中CaO的主要来源。如石灰石、白垩、石灰质泥灰岩、贝壳等。一吨熟料约需1.41.5吨石灰质干原料，在生料中约占80%左右。 石灰质原料的质量要求 品位 CaO（%） MgO（%） R2O

31、（%） SO3（%） 燧石或石英（%） 一级品 48 2.5 1.0 1.0 4.0 二级品 4548 3.0 1.0 1.0 4.0 (2)粘土质原料： 含碱和碱土的铝硅酸盐，主要成分为SiO2，其次为AI2O3，少量Fe2O3，是水泥熟料中SiO2、AI2O3、Fe2O3的主要来源。粘土质原料主要有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。一吨熟料约需0.30.4吨粘土质原料，在生料中约占1117%。 粘土质原料的质量要求 品位 硅酸率 铁率 MgO（%） R2O（%） SO3（%） 塑性指数 一级品 2.73.5 1.53.5 3.0 4.0 2.0 12 二级品 2.02.7或3.54.

32、0 不限 3.0 4.0 2.0 12 一般情况下SiO2含量6067%，AI2O3含量1418%。 (3)主要原料中的有害成分 MgO：影响水泥的安定性。水泥熟料中要求MgO5%，原料中要求MgO3%。 碱含量（K2O、Na2O）：对正常生产和熟料质量有不利影响。水泥熟料中要求R2O1.3%，原料中要求R2O4%。 P2O5：水泥熟料中含少量的P2O5对水泥的水化和硬化有益。当水泥熟料中P2O5含量在0.3%时，效果最好，但超过1%时，熟料强度便显著下降。P2O5含量应限制。 TiO2：水泥熟料中含有适量的TiO2，对水泥的硬化过程有强化作用。当TiO2含量达0.51.0%，强化作用最显著，

33、超过3%时，水泥强度就要降低。如果含量继续增加，水泥就会溃裂。因此在石灰石原料中应控制TiO22.0%。成成分。各种原料、燃料的化学组成成分见表2.1。物料名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他项石灰石45.661.740.430.1952.981.460.54黏土4.6766.4515.705.733.900.962.59铁粉1.0238.001.9651.723.601.702.00煤灰-58.5226.349.103.231.401.41石膏18.604.101.570.4634.440.8839.95表2.1 各种原料、燃料的化学组成成分（%）各种原料、燃料的化学组成成

34、分原料和燃料的化学成分与其自身性质有关，不同地方的原料其化学成分的数据都会存在不同。根据设计目的，选择石灰石和粉砂岩作为原料，并参照资料所提供的数据，选取了一组数据作为配料计算的原始数据，见以下各表。名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3合计石灰石41.352.141.300.5051.501.30粉砂岩1.7775.4911.435.204.680.80铁粉1.1816.987.3466.662.852.62煤灰53.4923.0115.574.661.24石膏18.704.091.590.5034.490.8938.87各种原料、燃料含水量表2.2列出了各种原料、燃料的含

35、水量。物料石土粉灰粉矿渣石烟天然含水量/%另外在率值得选择当中，应该根据实际生产过程中经验选择SM值与KH值相适应。应当注意到我们在考虑熟料烧成时候，一个重要的参数就是在烧成过程中游离氧化钙的吸收。当石灰石饱和系数和硅率都高，那么熟料就越不易烧成。 当然我们也要考虑到熟料的烧成成分。根据理论来说，当SM高而KH低时，就会造成熟料中C2S量多，熟料的细分化程度高，以至于其强度大大降低。此外，需要注意的是，KH值低，SM 值低。其烧结制度上熟料不需要很高温度，但易烧结的熟料同样有以下不利方面，易结大块，且其熟料易烧穿。烧成后期游离氧化钙含量高，熟料的质量同样不好。所以综合以上的考虑，熟料的三个率值

36、要综合起来考究，不能片面的考虑某一个或者某两个。所以在理论上和我们实际生产中，我们考虑到熟料的质量以及强度我们要使得根据我们选择原料，使用设备合理的选择互相适配的三个率值。但根据生产经验，三个率值要避免同高或同低。本毕设中配料预算如下所示：我国水泥厂工艺生产当前使用率值有三个，分别是石灰饱和系数KH、硅率SM和铝率IM。为了让水泥熟料既烧成顺利，熟料质量又可得以保证，熟料矿物组成成分保持相对稳定，则需要根据各水泥厂的生产原料、生料和设备等具体生产因素来合理选用三个率值，使三者之间互相适当配合，生产过程中不能单独强调某一率值。一般地，三个率值不能同时都高或都低。本毕设使用新型干法水泥工艺生产，预

37、分解窑生料预热性好，分解效率可观，但是，由于单位产量回转窑筒体散热量小，而耗费热量大的碳酸盐类矿石分解带已被转移到窑外，因而窑里面气流的温度就很高，为便于挂窑皮和防止结皮、堵塞、结大块，当前水泥工艺生产过程趋向于采用液相量相对较低的配料方案。我国的水泥生产规模化大型化预分解窑大多数都使用高硅率，高铝率、中石灰石饱和系数的配料方案。根据新型干法水泥窑的生产工艺实践，建议三率值分别为：KH：0.880.02，SM：2.50.2，IM：1.70.2。因此本毕设选取三率值分别为： KH=0.88，SM =2.50，IM=1.60。本毕设中选取单位水泥熟料热耗值为q=760kcal/kg熟料。窑型号石灰

38、石饱和系数 （KH）硅率 （SM）铝率（IM）单位熟料热耗（kJ/kg熟料）预分解窑0.850.892.12.71.31.929303760现代立窑0.910.981.52.31.01.631405400干法窑0.850.891.92.51.11.7584075502.3选择单位熟料热耗根据所查阅的资料，熟料热耗一般在2920kJ/kg到3750kJ/kg之间，而主流生产方式的预分解窑熟料热耗基本在2920kJ/kg到3200kJ/kg之间，所以本设计取2995kJ/kg。熟料的率值，也就是水泥生产中各氧化物之间的比例，是水泥生产控制中的重要指标，能直接反映对熟料矿物组成的影响。熟料的率值有三

39、个：石灰石饱和系数KH，表示熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的百分含量比。KH越大，硅酸三钙的比例越高，熟料强度也越好，但是KH太高，会使熟料煅烧困难，容易出现游离氧化钙。硅酸率SM，指熟料中二氧化硅百分含量与三氧化二铝和三氧化二铁百分含量之和的比值，一般在1.72.7之间。SM过高，高温液相量会减少，硅酸三钙不易形成，熟料煅烧困难，太低，容易结圈，结块等。铝率IM，通常在0.91.7之间。IM过高时，熟料中铝酸三钙增多，液相粘度变大，水泥凝结加快，过低，液相粘度小，虽然利于硅酸三钙形成，但烧结范围窄，容易结块。所以，选择合理的率值对水泥熟料的烧成非常重要。一般来说，熟料的率值有个经验范围，通过查阅资

40、料，找到预分解窑的熟料率值范围如下表:表3-1 硅酸盐水泥熟料率值参考范围窑型KHSMIM熟料热耗（kJ/kg）预分解窑0.880.922.42.81.41.929203750选择熟料的率值为：KH=0.88，SM=2.5，IM=1.5。2.4物料平衡相关参数的确定及物料配比2.4.1物料平衡相关参数的确定为了进行合理的配料和物料平衡的计算，必须先确认一些主要的技术参数，那么这些参数的确定就需要由水泥厂生产工艺手册，新型干法水泥生产设计手册等资料的一些分析和现成的全国各地一些水泥厂提供的已有的生产数据的考究。影响熟料强度等级的因素是很多的，但我们在工艺生产中可以确定的因素表现为：熟料的率值，原

41、料的均匀度，以及我们采用的窑特定的煅烧理论。以 下就具体的阐述各个因素对熟料强度的影响（1）率值对强度的影响我们根据经验及生产实际中可以知道，当熟料的硅率大于1.6时，理论上我们烧成得到的熟料的质量最好，又着较高的强度等级，甚至可以达到特种水泥强度的65Mpa的标准。考虑到预分解窑产量问题，率值可以取到取：铝率取1.51.7，硅率2.32.7石灰石饱和系数取0.860.91。（2）生料均化程度对强度的影响生料进行酿好的均化处理，其的稳定性相对而言会更好。为了保证生料的细度，粒度更好时，在生料的后期煅烧，其混合更加均匀，从而在回转窑里的固相反应更加充分。此时生料就更容易煅烧，相应的水泥熟料质量强

42、度也就比较高。（3）窑的煅烧制度的影响我们生产熟料若有更好的熟料窑的热工系统，运行，故障少，煅烧平稳性能都有一定要求。在良好的烧成条件下，各矿物能形成良好的质量和充分的固相化学反应。（4）其他因素的影响我们指的其它的影响因素是在颗粒接触的情况下，熟料中碱含量的影响，特别在一些生产实际当中。综合而言，熟料的强度影响因素从很多因素构成，在水泥的监管和生产的每个环节，不仅从开始的原料的燃料选择，准备还有后期的熟料的煅烧冷却，必须严加监管，才能保证熟料的煅烧良好的活性。根据生产要求我们可以对水泥使用中要求的28天 强度进行标定： 式中 3保证系数 其中在生产中规定16.5kg/cm2 此次我们拟定设计

43、强度42.5的两种水泥， PI 42.5 和 P O 42.5同时根据上面提供的公式我们很容易的计算R =R标 +25 +3=425+25*3+3*16.5=499.5kg/cm2所以，我们的水泥熟料的强度达到499.5即符合标准，所以把水泥熟料的强度校准到499。影响熟料热耗的因素很多，生产中的一些结皮堵塞，窑的选择，原始的设备故障都会对热耗要求有所增加。在生产中即使是同一种生产方法，不同企业甚至同一企业不同时期，熟料的热耗可能不一样，我们国内预分解窑熟料热耗在29903750kJ/kg。拟定本次设计熟料热耗：3200kJ/kg熟料2.4.2物料的配比比例根据上面已有的原料成分，取石灰石配合

44、比例为79.61，砂岩2.65铁粉3.6，矿渣15.14.。 那么由上面数据可得生料的化学成分如下表表2.5 生料的化学成分（）名称配合比烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石79.6133.853.221.050.3639.28砂岩2.650.154.080.520.190.01铁粉3.600.030.850.101.250.09矿渣15.146.351.350.156.45生料粉100.0034.0314.393.132.0345.28灼烧生料_20.894.663.0165.17 由计算的GA=3.44，因此灼烧的生料的配合比为：1-3.44=96.56 因此确定的熟料的化学成分

45、可列为下表 表2.6 熟料成分（）名称配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼烧生料96.5620.894.663.0165.17煤灰3.441.930.870.300.13熟料100.0022.825.533.3165.30那么由以上的数据可以计算熟料的率值： 由以上的计算我们很清楚的发现三个率值我们可以看到我们所计算的率值（石灰石饱和系数）与实际的范围有微小的偏差。但是综合考虑到上述表的一些水泥厂相关参数的依据的已有水泥厂的实际生产率值外加选择预分解窑时它又是合理的。在合理的取值范围内。所以本次取石灰石配合比例为79.61，砂岩2.65铁粉3.6，矿渣15.14.是可行的。湿原料的配合比

46、由数据表的数据可以用以下方法计算 湿石灰石 = 湿砂岩= 湿铁粉= 湿矿渣=同样的与之对应的将其换算成湿物料的百分比：湿石灰石=湿砂岩 =湿铁粉=湿矿渣=2.4.5 熟料的矿物组成及液相量的计算影响水泥熟料化学组成和矿物组成的影响：有实验指出，与正常煅烧的熟料相比，还原气氛下烧成的熟料中氧化亚铁的含量增加1.60%，游离氧化钙的含量增加1.71%，硅酸二钙含量增加8.14%，铝酸三钙增加2.84%，而硅酸三钙含量降低8.80%，铁铝酸四钙含量降低4.59%。主要是因为水泥熟料在还原气氛下烧成,引起了熟料体系中可变价元素Fe 的变化, 即Fe3+还原成Fe2+( 熟料中未发现单质Fe 的存在)

47、, 使熟料体系中FeO 含量明显增加; 而且, 由于Fe 元素的价态变化, 将影响熟料体系中铁相的形成， 使熟料中C3A的含量增加, A 矿的稳定性降低, 在A 矿晶体内部发生成分离析而形成二次B 矿和fCaO。因此, 导致熟料体系中C4AF、C3S形成量减少, 而C2S、C3A、fCaO 含量增加。导致A矿分解影响熟料质量:通常认为在熟料体系中，A矿是在液相中结晶形成的，一般有两种生长模式，稳定生长和不稳定生长。稳定生长的A矿典型特点就是内部包裹物少，杂质含量低晶体形态规则，晶体结构缺陷少；不稳定生成的A矿内部含有大量的包裹物，晶体内杂质含量高，晶体形态不规则，晶体结构缺陷多。特别是熟料在还

48、原气氛烧成时，中间相矿物的结晶速度较快，熟料结构中将产生较大的拉应力，A矿以不稳定模式生长，内部含有大量包裹物。另外，A矿晶体断面有特殊条纹构造，是由于固溶于A 矿中的Fe2+重新被氧化成Fe3+引起A 矿分解成B 矿所致。由于熟料在还原气氛下烧成, Fe2+取代了部分Ca2+进入C3S 晶格中, 当熟料出炉在空气中冷却时, Fe2+又重新被氧化成Fe3+,Fe3+不能取代C3S 晶格中Ca2+, 在氧化过程中从碱性组分转变为酸性组分, 夺取A矿中的Ca2+化合形成CF, 这些离子的迁移导致A 矿结构不稳定而分解出B矿。在传统上我们计算液相量时往往采用专业水泥熟料的三元工业分析相图外加结合杠杆

49、规则来确定其液相量。但是在实际生产中，在一个水泥熟料确定的温度煅烧点我们可以采用以下的经验公式快速求得：矿物组成计算如下：C3S=3.8(3KH-2)SiO2=3.8(30.86-2)22.82%=50.30%C2S=8.60(1-KH) SiO2=8.60(1-0.86)22.82%=27.47%C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)=2.65(5.53-0.643.31)= 9.04%C4AF=3.04 Fe2O3=3.043.10=10.06%本次设计预采用热工制度良好的窑外分解技术，烧结温度根据烧结制度取1450，那么液相量可以用以下计算经验公式得出：L=（3.00A+2.

50、25F+R） -（此处R取0） =（3.00*5.53+2.25*3.31） =24.03根据实际的工艺生产烧结经验液相量在2030在合理的范围内，满足生产的要求规范。各个重要熟料烧结温度点的最大液相量可根据如下经验公式计算（）：1400时：P=2.95A+2.2F=2.955.53+2.23.31=23.511450时：P=3.0A+2.25F=3.05.53+2.253.31=24.041500时：P=3.3A+2.6F=3.35.53+2.63.31=26.853 水泥物料平衡计算3.1计算所需部分数据物料平衡计算需要一定的原始数据支撑，例如窑的标定台时量、石膏掺入量、混合材掺入量等，这

51、些数据通常是根据所设计水泥厂的水泥品种和窑的规格来确定。3.1.1窑的选型、产量标定表3-1国内外部分预分解窑的规格厂名产量（t/d）规格（m）单位熟料热耗冀东40004.7743308kJ/kg柳州32004.53683262kJ/kg日本某厂40004.5702630kJ/kg窑的选型通常由经验给出，可参照已成功建设的水泥厂的窑型来确定。参考表3-1国内外部分水泥厂家预分解窑的规格，初步选择回转窑的规格为4.672m，则标定窑的产量如下：窑的标定，通常用经验公式计算，查到北京建材研究院的经验公式： (K=0.114-0.119)G为窑的小时产量，t/h，D为窑的直径，m，L是窑的长度，m。

52、计算得到G=143.64t/h=3447.7t/d，K取0.118。从计算结果来看，很接近设计要求的产量，因此所选的回转窑规格满足设计要求。计算窑的台数 式中 n窑的台数； 窑的年利用率，新型干法窑的年利用率是0.800.85，这里取0.85。在实际生产中，窑的数量为整数，故确定所需要的窑的台数为1台。3.1.2水泥品种和掺入量的确定在此次设计中，所设计生产的水泥品种是P42.5，由水泥熟料和5%的矿渣以及适量的石膏磨制而成，因此矿渣掺入量取4%。而最佳的石膏掺入量是难以用经验公式精确计算的，一般硅酸盐水泥的石膏掺量在1.5%到2.5%之间，但是矿渣作为混合材时，石膏掺量会增大，因此石膏掺入量

53、取5%。3.2熟料量和水泥量的成分计算3.2.1计算要求的熟料的化学成分水泥熟料的正常生产是在氧化气氛下进行的，但是当燃料燃烧不充分时会产生还原气氛。正常状态，燃料充分燃烧生成二氧化碳，燃料所蕴含的热量全部释放出来，若氧气不足时，煤粉产生不完全燃烧生成一氧化碳，产生还原气氛。事实上还原气氛对熟料烧成产生严重的影响，烧成中出现黄心料，熟料易磨性差，并会严重影响水泥的颜色。熟料的物理性能主要指凝结时间、安定性、强度、外观特征等。测定作用是验证配料方案；检查窑内煅烧操作情况；作为水泥制成质量控制的依据。熟料的立升重即一立升熟料的质量，其高低是判断熟料质量和窑内温度（主要是烧成带温度）的参数之一，通过

54、物料结粒大小及均匀程度，可以推测烧成温度是否正常。当窑温正常时，产量高，熟料颗粒大小均齐，外观紧密结实，表面较光滑而近似小圆球状，立升重较高；物料在烧成带温度过高或在烧成带停留时间太长，过烧料多，熟料立升重过高，熟料质量反而不好。如窑内物料化学反应不完全，熟料颗粒小的多，而且其中还带有细粉，立升重就低，说明窑内温度低。因此立升重应控制在一定范围之内。一般回转窑13001500g/L，立窑8501000g/L。熟料中氧化镁为有害成分，含量过高会影响水泥安定性。国家标准规定，水泥熟料中MgO须5.0%，若在5.0%6.0%时，要进行压蒸安定性检验。如压蒸安定性合格，则熟料中MgO含量可放宽到6.0%。熟料煅烧时，约有2%的MgO和熟料矿物结合成固熔体，此类