材料工程专业技术班康臻明

1、阳泉职业技术学院 毕业论文 毕业生姓名：康臻明 专业.材料工程技术 学号.080625021 指导教师郭涛明 所属系（部）.建筑工程系 二0一一年五月 阳泉职业技术学院 毕业论文评阅书 题目：立窑水泥熟料的分析 建筑工程系材料工程技术专业姓名康臻明 设计时间：2011年3 月 7 日2011年 6月 3日 评阅意见： 成绩: 指导教师：（签字） 职 务: 200年月曰 阳泉职业技术学院 毕业论文答辩记录卡 系专业姓名 答辩内容 问题摘要 评议情况 记录员：（签名） 成绩评定 指导教师评定成绩 答辩组评定成绩 综合成绩 注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70% 专业答辩组组长：

2、（签名） 200 年月日 、尸 、- 前言 立窑水泥在我国水泥工业发展史上做出了重要贡献。它有力地支撑了我国国民 经济的持续高速发展，缓解了长期以来水泥短缺状态。自1985 年立窑水泥跃居全国 水泥总量的 80以来，一直居高不下，占据我国水泥数量的主体地位。“八五 ”以 来，水泥工业加大了结构调整的力度。新型干法生产工艺得到了快速发展，全国已 形成了 7000 万吨的生产能力。但与此同时， 立窑水泥仍保持了较高的增长速度， 2001 年全国 6 亿吨水泥中有 4.5 亿吨是立窑水泥， 仍占水泥总量的 75以上。可 以预见在今后相当长的历史时期，立窑将与新型干法窑有一个共存时期。在社会经 济活动

3、中仍将发挥重要作用，在交通不便，市场容量不大的地区，立窑水泥仍将有 很大的存在空间，特别是西部大开发，立窑水泥仍将以其独特的优势发挥着积极的 作用。 自 80 年代以来，由于立窑水泥新技术 （ 如原燃材料预均化技术、预加水成球技术、 预粉磨技术、窑体综合改造技术、小料球煅烧技术、生料速烧技术、水泥添加剂技 术等 ） 的应用和科学的企业管理，在全国涌现出一大批优秀的现代化立窑企业。它 们的产品质量和各项技术经济指标完全可以和代表国内水泥发展科技水平的新型干 法回转窑相媲美。如山东沂州水泥集团、山东庆云山水泥厂、山东齐银水泥有限公 司、山东丛林集团水泥厂、广东梅塔水泥公司等厂，它们的熟料强度均大于

4、 52.5MPa能稳定生产32.5、42.5级的水泥，其中山东庆云山水泥厂可生产 52.5级 普硅水泥，山东齐银水泥有限公司能生产油井水泥。长期以来，以窑型来判定水泥 质量优劣的标准对我国水泥的发展是一种误导，影响了我国水泥结构的调整，既不 科学，也不符合我国水泥工业的实际情况。有些地方出台了立窑水泥一律不能用于 重要建设工程的规定，是不切合实际的。为此，原国家建材局于 1996 年向建材研究 院下达了 “立窑与旋窑熟料、水泥、砼性能特点及机理的研究 ”任务，再次以大量的 实验数据证明了好的立窑水泥和好的回转窑水泥其质量基本相同。研究报告提供的 大量科学数据和论据，为正确评价和使用立窑水泥提供

5、了科学的依据，为正确认识 和处理立窑和回转窑的发展产生了积极的影响。由于立窑水泥的发展基础差，发展 不平衡，众多的立窑水泥企业发展参差不齐，确实存在着有些企业水泥质量差、不 均匀、形象不好的现实。但是占立窑水泥总量20的现代化优秀立窑企业的事实证 明，立窑水泥存在着水泥质量差的原因不是窑型决定的，而是其他工艺条件决定 的，通过加强技术进步和科学的企业管理，完全可以达到优秀的现代化立窑企业的 水平。就是回转窑水泥中也不是全好。除新型干法回转窑外，小型中空回转窑、湿 法回转窑、立波尔窑、亦存在提高和淘汰的问题。 水泥的生产技术水平远远超过国外立窑技术的顶峰时期水平，出现了一大批不 仅在产品质量上可

6、以稳定生产 32.5 、42.5 级水泥，而且综合能耗优于日产 1000 吨 水泥的新型干法窑，在我国水泥工业中具有较强竞争力的现代化立窑企业。 目录 立窑水泥熟料的分析 摘要 根据熟料矿物的组成分析不同的立窑熟料的成分、矿物组成及形成条件，使入 窑生料均匀，加大风压并使其稳定、加快出窑熟料的冷却速度是提高熟料质量的有 效措施。硅酸盐分解、铁膨胀、和石灰石消解共同作用是熟料窑外粉化的原因。 关键词 ：水泥、熟料矿物、立窑水泥孰料、粉化 1 原料的选择 立窑水泥熟料的生产实践表明，选择不同的原燃料配料，生料的易磨易烧性是 完全不同的。可见，选择适合的原燃料对于提高水泥熟料质量是十分重要的。 1.

7、1 石灰石 石灰石是水泥生产的主要原材料，在水泥生产中占有很高的比例，因此选择石 灰石必须谨慎。例如在石灰石中燧石，燧石不仅硬度大，而且晶形结构完整，粉 磨、烧成所需的能耗都很高，故燧石含量高于 4.0 的石灰石不宜使用。 石灰石按照不同品质的矿山有计划地开采，检测后进厂，分区存放并设质量标 识，使用时按易烧性和成份比例搭配破碎入库 （严格控制粒度v 20 mm）,有条件的厂 设组合均化圆库（一般46个）。可使得石灰石能够很好的混合，使得成分均匀，对 于水泥质量的提高有很好的作用。 1.2 粘土 在选择粘土时用页岩或粉砂岩作粘土质原料有利于粉磨和熟料烧成。因此尽量 在生产中选择页岩或粉砂岩作粘

8、土质原料。 另外粘土质原料一般要求硅率（n）为2.53.5，女口 n 3.5，则可能是含粗砂过 多的砂质土，不宜使用。 2 燃料品质 燃料品质既影响缎烧过程又影响熟料质量。一般说来，发热量高的优质燃料， 其火焰温度高，熟料的 KH 值可高些。若燃料质量差，除了火焰温度低外，还会因 煤灰的沉落不均匀，降低熟料质量。一般说来，发热量高的优质燃料，其火焰温度 高，熟料的 KH 值可高些。若燃料质量差，除了火焰温度低外，还会因煤灰的沉落 不均匀，降低熟料质量。 煤灰掺入熟料中，除全黑生料的立窑外，往往分布不均匀，对熟料质量影响极 大。据统计，由于煤灰不均匀掺入，将使熟料KH值降低0.00.16 ;硅率

9、下降 0.050.20。铝率提高0.050.30。当煤灰掺入量增加时，熟料强度下降此 时除了采用提高煤粉细度和用矿化剂等措施外，还应适当降低熟料 KH 值，以利生 产正常进行。 当煤质变化时，熟料组成也应相应调整。对回转窑来说，采用的煤的发热量 高，挥发分低，则因挥发分低，火焰黑火头长，燃烧部分短，热力集中，熟料易结 大块，游离氧化钙增加，耐火砖寿命缩短，除设法使火焰的燃烧部分延长外，还应 降低 KH 值并提高 IM 值。若用液体或气体燃料，火焰强度很高，形状易控制，几 乎无灰分，因此 KH 值可适当提高。 2.1 煤 无烟煤：熟料质量的好坏重要的是看其煅烧的情况，在水泥煅烧中一般选用的 是无

10、烟煤。因此无烟煤的选择很重要。对于分批次进厂的煤碳质量波动大、立窑热 工制度不稳的问题，采用劣质煤碳进行破碎，用铲车搭配均化，经晒场再次均化入 库，多库配煤。 立窑使用的无烟煤应尽量选用挥发分为 6.59，发热量为 2300025080kJkg 的无烟煤，这种无烟煤有利于上火正常、底火稳定，便于立窑大风大料操作，对于 提高熟料的质量很重要。 煤炭给进剂 ：煤炭改性剂打破了传统的助燃技术理论，而采用当代先进的催 化、改性等物理、化学复合技术。其主要由改性剂、催化剂、氧化剂、助燃剂、消 烟剂、固硫剂等成份组成，是一种粉粒状物质，将它按煤炭实际重量的0.2%0.3% 比例加入到煤炭当中，能提高煤炭的

11、燃烧温度、燃烧速度，实现催化、改性燃烧， 改善煤的燃烧效果，提高煤炭的利用率。 水泥熟料的煅烧是通过煤的燃烧来实现的，煤的燃烧状况（发热量大小，加入 量多少）直接影响到水泥熟料的煅烧效果。在水泥煅烧中，煤在“改性剂”的作用 下，加速强氧化物、催化剂经气化后释放氧和催化剂元素，与生料中释放出来的混 合气体产生化学反应，进行离子交换，促使煤炭进行催化、改性燃烧，使生料球内 燃和外燃同时进行。燃烧强度的提高和升温速度的加快，给水泥煅烧提供了足够的 热能，同时也提高了水泥煅烧热动力，加速热传递，促进质点、固相、气相、液相 反应，提高了物质扩散速度和相间反应速度。 实践证明，如果在水泥熟料煅烧中加入 H

12、S- JMC型煤炭改性剂，可节煤10流 右，也可提高熟料产量10%左右，也可提高熟料3天、28天强度；而且还能实现急 烧快冷，提高熟料质量，改善立窑的操作；同时具有消烟除尘、固硫，改善大气污 染的环保效果。HS-JMC型煤炭改性剂在立窑水泥熟料煅烧过程中发挥了重要作用， 取得了很好经济效益和环保效果，是立窑水泥厂近几年在节能降耗、环保方面效果 最佳的高新技术产品。受到了应用该产品的水泥厂的一致推崇 煤质波动对立窑生料成分的影响及对策：煤质的波动，不但会引起生料发热量 的变化，还会引起生料成分的波动，对稳定立窑熟料的质量十分不利。可以通过改 变生料配料的控制方法来消除因煤质波动所带来的危害，当煤

13、质波动大时，即使其 他原料很稳定，采用钙铁和烧失量三个指标也无法控制出磨生料成分，无论是生料 成分还是生料发热量都会产生较大波动。用钙铁和生料热三个指标控制生料成分， 其控制效果可以有一定的改善，可稳定生料的发热量，但还是无法稳定生料率值。 如采用生料配料率值控制系统，无论是生料发热量还是生料率值均可达到非常理想 的状态，生料成分波动幅度最小。 在立窑生产中煤是煅烧熟料的重要燃料，同时煤的灰分又是水泥生料的原料。 煤的质量是熟料质量优劣的重要因素，在立窑熟料煅烧过程中煤的灰分全部掺入熟 料中，煤质波动大，往往会给工艺控制带来一些影响。 入窑生料配煤量不足，必然使煅烧温度降低，弓I起生烧、欠烧，

14、造成黄球、黄 粉、游离氧化钙升高，严重影响熟料质量。反之，配煤量过大，会使窑温过高，窑 内出现结大块和严重粘边现象。大块的出现会导致窑内通风不均，而且过多的煤会 因空气量不足而产生化学不完全燃烧，形成强烈的还原气氛，再由于高价铁被还原 和熟料中C3S在还原气氛中分解，就会使熟料质量降低。 配煤对熟料质量的影响还反映在燃料灰分给熟料成分带来的波动上。当煤的灰 分变化时，会造成熟料化学成分较大的波动，生料率值不稳定，熟料强度显著下 降。煤灰分大时，煤灰分中的 SiO2、AI2Q、Fe2O、CaO使熟料中的化学成分变动，熟 料中的FeO、ALO相对增加，熔剂矿物增加，KH降低，SM减小。再者煤灰分大

15、时， 煤的热值降低，生料配热不够，使窑内上火慢，烧成温度低，造成熟料欠烧，游离 氧化钙偏高，熟料强度低。 煤质波动的对策：采用钙铁和烧失量指标控制生料成分；采用钙铁和生料热指 标控制生料成分；采用生料配料率值控制系统控制生料成分。 3硅酸盐水泥熟料矿物组成、计算、选择及特性 3.1硅酸盐水泥熟料矿物组成 在硅酸盐水泥熟料中CaO,SiO2,Al2O3,Fe2OB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经高温化学反应而生成的多种矿物的集合体，即以多种熟 料矿物的形态存在。因此可见，水泥熟料是一种多矿物组成的结晶。它主要有以下 四种矿物： 硅酸三钙：3CaO. SiO2，可简写为C3

16、S ； 硅酸二钙：2CaO. SiO2，可简写为C2S ； 铝酸三钙：3CaO.Al2C3，可简写为C3A ； 铁铝酸四钙：4CaO.Al26Fe2O作为代表式，可简写成 C4AF。 另外，还有少量游离氧化钙 （.f-CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物及 玻璃体等。 通常熟料中C3S和C2S含量约占75 %左右，称为硅酸盐矿物,是熟料的主要 组成部分。 在水泥熟料锻烧过程中 C3A和C4AF以及氧化镁、碱等在12501280C会逐渐 熔融形成液相，促进硅酸三钙的形成，故称熔剂矿物。 上述四种矿物中硅酸钙矿物（包含C3S和C2S）是主要的，其含量约占 70% 85%。各种矿物单独与水作用时

17、所表现出的特性如表3.1所示。 表3.1硅酸盐水泥熟料主要矿物的特性 性能指标 熟料矿物 QS C2S C3A C4AF 水化速率 快 慢 最快 快，仅次于 C3A 凝结硬化速 率 快 慢 快 快 放热量 多 少 最多 中 强度 早期 高 低 低 低 后期 高 高 低 低 水泥熟料是由各种不同特性的矿物所组成的混合物。因此，改变熟料矿物成分 之间的比例，水泥的性质会发生相应的变化。 硅酸三钙 硅酸三钙是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。其含量通常为50 %左右，有时甚至高 达60 %以上。通常它是在高温液相作用下，由先导形成的固相硅酸二钙而成。 纯C3S只有在20651250E温度范围内才稳定。在 2

18、065 C以上不一致熔融 为CaO和液相；在1250 C以下分解为C2S和CaO,但反应很慢，故纯 CS在室温 可呈介稳状态存在。 在硅酸盐水泥熟料中,C 3S并不以纯的形式存在，总含有少量氧化镁、氧化 铝、氧化铁等形成固溶液，称为阿利特(Alite)或A矿。 C3S凝结时间正常，水化较快，放热较多，早期强度高且后期强度增进率较 大，28d强度可达一年强度的 70%80%，其28d强度和一年强度在四种矿物中 均最高。 硅酸二钙 硅酸二钙由CaO与SiO2化合而成，在熟料中含量一般为20 %左右，是硅酸盐 水泥熟料的主要矿物之一，熟料中硅酸二钙并不是以纯的形式存在，而是与少量 MgO,A1OB,

19、Fe2Q,R2O等氧化物形成固溶体，通常称为贝利特(Belite ) 或B矿。 中间相 填充在阿利特、贝利特之间的物质通称中间相，它可包括铝酸盐、铁酸盐、组 成不定的玻璃体和含碱化合物以及游离氧化钙和方镁石。但以包裹体形式存在于阿 利特和贝利特中的游离氧化钙和方镁石除外。中间相在熟料缎烧过程中，熔融成为 液相，冷却时，部分液相结晶，部分液相来不及结晶而凝固成玻璃体。 1 铝酸钙 熟料中铝酸钙主要是铝酸三钙，有时还可能有七铝酸十二钙。在掺氟化钙作矿 化剂的熟料中可能存在氟铝酸钙（CiiA7.CaF2）,而在同时掺氟化钙（CaF2）和硫酸 钙（CaSO）作矿化剂低温烧成的熟料中可以是 CiiA7.

20、CaF2和CA2S而无QA。纯C3A 为等轴晶系，无多晶转化。C3A 也可固溶部分氧化物，如 K2O,Na2O , SiO 2 , Fe 2O3 等，随固溶的碱含量的增加，立方晶体的 C.A 向斜方晶体 NCBA, 转变。 铝酸三钙在熟料煅烧中起熔剂的作用，也成为熔剂性矿物，它和铁铝酸四钙在 12501280C时熔融成液相，从而促使硅酸三钙顺利生 成。 C3A在熟料中的潜在含量为715 %。纯C3A为无色晶体，密度为3. 04g /cm 3,熔融温度为1533 C,反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱形。因反光能力 差，呈暗灰色，故称黑色中间相。 C3A 水化迅速 , 放热多，凝结很快，若不

21、加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝；硬化 快，强度 3d 内就发挥出来，但绝对值不高，以后几乎不增长，甚至倒缩。干缩变形 大，抗硫酸盐性能差。 2 铁相固溶体 铁相固溶体在熟料中的潜在含量为 1018%。熟料中含铁相较复杂，有人认为 是 C2F - C 8A3F 连续固溶体中的一个成分，也有人认为是 C6A2F -C6AF2 连续固溶体 的一部分。在一般硅酸盐水泥熟料中，其成分接近C4AF故多用C4AF代表熟料中铁 相的组成。也有人认为，当熟料中 MgO含量较高或含有CaF2等降低液相粘度的组分 时，铁相固溶体的组成为 C3A2F.若熟料中A12G3/Fe2030.64，则可生成铁酸二钙。 铁铝酸四

22、钙的水化速度早期介于铝酸三钙和硅酸三钙之间，但随后的发展不如 硅酸三钙。早期强度类似于铝酸三钙，后期还能不断增长，类似硅酸二钙。抗冲击 性能和抗硫酸盐性能好，水化热较铝酸三钙低，但含CAF 高的熟料难磨。在道路水 泥和抗硫酸盐水泥中，铁铝酸四钙的含量高为好。 含铁相的水化速率和水化产物性质决定于相的A12G3/Fe2G3 比，研究发现 :C6A2F 水化速度比CAF快，这是因为其含有较多的 A12G3之故C6AF2水化较慢，凝结也 慢C2F的水化最慢，有一定水硬性。 3 玻璃体 硅酸盐水泥熟料锻烧过程中，熔融液相若在平衡状态下冷却，则可全部结晶出 C3A ,C4A 和含碱化合物等而不存在玻璃体

23、。但在工厂生产条件下冷却速度较快，有 部分液相来不及结晶而成为过冷液体，即玻璃体在玻璃体中，质点排列无序，组 成也不定.其主要成分为 Al2Q,Fe2Q,CaO,还有少量MgO和碱等. 铝酸三钙和铁铝酸四钙在锻烧过程中熔融成液相，可以促进硅酸三钙的顺利形 成，这是它们的一个重要作用。如果物料中熔剂矿物过少，则易生烧使氧化钙不易 被吸收完全，从而导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料的质量，降低窑的产量并 增加樵料的消耗。如果熔剂矿物过多，物料在窑内易结大块，甚至在回转窑内结 圈，在立窑内结炉瘤等，严重影响回转窑和立窑的正常生产。 4 游离氧化钙和方镁石 游离氧化钙是指熟料中没有以化合状态存在的氧化

24、钙，也称游离石灰。熟料中 f-CaO 的产生条件不同，形态也不同，其对水泥的质量影响也不同。 经高温锻烧的游离氧化钙结构比较致密，水化很慢，通常要在 3d 后才明显，水 化生成氢氧化钙体积增加 7.9 ，在硬化的水泥浆中造成局部膨胀应力。随着游离 氧化钙的增加，首先是抗折强度下降，进而引起 3d 以后强度倒缩，严重时引起安 定性不良。因此，在熟料缎烧中要严格控制游离氧化钙含量。我国回转窑一般控制 在 1.5 以下，而立窑在 2.5 以下。因为立窑熟料的游离氧化物中有一部分是 没有经过高温死烧而出窑的生料。这种生料中的游离氧化钙水化快，对硬化水泥浆 的破坏力不大。 方镁石是指游离状态的MgC晶体

25、，是熟料中氧化镁的一部分。 MgO由于与SiO 2,FeM的化学亲和力很小，在熟料锻烧过程中一般不参与化学 反应。它以下列三种形式存在于熟料中：溶解于 C,AF,C,S中形成固溶体；溶 于玻璃体中；以游离状态的方镁石形式存在。据认为，前两种形式的MgO含量约 为熟料的 2 ，它们对硬化水泥浆体无破坏作用，而以方镁石形式存在时，由于水 化速度比游离氧化钙要慢，要在 0.51年后才明显。水化生成氢氧化镁时，体 积膨胀 148 ，也会导致安定性不良。方镁石膨胀的严重程度与晶体尺寸、含量均 有关系。国家标准规定硅酸盐水泥中氧化镁含量不得超过5.0。在生产中应尽量 采取快冷措施减小方镁石的晶体尺寸。 3

26、.2 熟料的率值 因为硅酸盐水泥熟料是由两种或两种以上的氧化物化合而成，因此在水泥生产 中控制各氧化物之间的比例即率值，比单独控制各氧化物的含量更能反映出对熟料 矿物组成和性能的影响。故常用表示各氧化物之间相对含量的率值来作为生产的控 制指标。 石灰饱和系数 KH 石灰饱和系数 KH 是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙所需的氧化钙含量与全部二 氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值，也即表示熟料中氧化硅 被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度 . KH的数学表达式 KH =w(CaO-1.65w(A12O3)-0.35 w(Fe 2O3)/2.8(SiO 2) 硅酸盐水泥熟料 KH 值在 0. 8

27、2 0. 94 中间，我国湿法回转窑 KH 值一般控 制在 0.89 士 0.0l 左右。 石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下面数学式表示： kH=w(C3S)+0.8838w(C2S)/w(C 3S)+1.3256 w(C 2S) 从上可见,当C3S =0时KH=0.667,即当KH = 0.667 时，熟料中只有 C2S、C3A 和CAF而无C3S.当C2S =0时,KH=1，即当KH=1时，熟料中无 C2S而只有 OS, 故实际上KH值介于0.6671.00. KH 表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度， KH 越大，则硅酸盐 矿物中的 C3S 的比例越高，熟料质量(主要为强度

28、)越好，故提高 KH 有利于提高 水泥质量。但KH过高，熟料锻烧困难，保温时间长，否则会出现游离 CaO同时窑 的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化。 硅率或硅酸率 硅率又称硅酸率，它表示熟料中 SiO 2 含量与 Al 2O3 和 Fe 2O3 含量之和的比例，反 映了熟料中硅酸盐矿物(C2S+C3S)、熔剂性矿物(C4AF+CA)的相对含量。 用 SM 表示： SM=w(SiO2)/ w(Fe 2O3)+ w(Al 2O3) 通常硅酸盐水泥的硅率在 1.7 2.7 之间。 硅率除了表示熟料的 SiO 2 与 A12O3 和 Fe2O3 的质量百分比外，还表示了熟料 中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比

29、例关系，相应地反映了熟料的质量和易烧性。当 A12O3/Fe2O3 大于 0.64 时，硅率与矿物组成的关系为： SM=w(C3S)+1.3256w(C2S)/1.4341w(Al 2O3)+2.0464w(C4AF) 式中 C3S,C2S,C3A,C4AF 分别代表熟料中各矿物的质量百分数。从该式可见， 硅率随硅酸盐矿物与熔剂矿物之比而增减。若熟料硅率过高，表示硅酸盐矿物多， 熔剂性矿物减少，对熟料强度有利，但将给熟料缎烧造成困难，硅酸三钙不易形 成，如果氧化钙含量低，那么硅酸二钙含量过多而熟料易粉化。硅率过低，则熟料 因硅酸盐矿物少而强度低，且由于液相量过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，

30、 影响窑的操作。 铝率或铁率 铝率又称铁率，以 IM 表示。其计算式为： IM=w(Al 2O3)/w(Fe 2O3) 铝率通常在0.91.9之间。抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝率可低至 0.7。 铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量百分比，也表示熟料中铝酸三钙与铁铝 酸四钙的比例关系，因而也关系到熟料的凝结快慢。同时还关系到熟料液相粘度， 从而影响熟料的锻烧的难易，熟料铝率与矿物组成的关系如下： IM= 1 . 1 50 1 w(C 3A)/ w(C 4AF)+0.6383 从上式可见，铝率高，熟料中铝酸三钙多，液相粘度大，物料难烧，水泥凝结 快。但铝率过低，虽然液相粘度小，液相中质点易扩散对硅酸

31、三钙形成有利，但烧 结范围窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。 熟料真实矿物组成与计算矿物组成的差异 我国目前采用的是石灰饱和系数 KH,硅率SM和铝率IM三个率值，为使熟料 既顺利烧成，又保证质量，保持矿物组成稳定，应根据各厂的原料、燃料和设备 等。具体条件来选择三个率值，使之互相配合适当，不能单独强调其某一率值。一 般说来，不能三个率值都同时高，或同时都低。 硅酸盐水泥洲料矿物组成的计算是假设熟料是平衡冷却并生成C3S,C2S,C4AF 和 C3A 四种纯矿物，其计算结果与熟料真实矿物组成并不完全一致，有时甚至相差 很大。 3.3 熟料矿物组成的计算 熟料的矿物组成可用岩相分析 ,X 射线定

32、量分析等方法测定，也可根据化学成 分进行计算。 岩相分析基于显微镜下测量出单位面积各矿物所占的面积的百分率再乘以相应 的矿物的相对密度而得各矿物含量。这种方法较符合实际情况，但要求操作者要有 熟练的技巧，且劳动，强度大。此外，晶体较小，也可重迭而产生误差.X射线定 量分析基于熟料矿物特征峰强度与基准单矿物特征峰强度之比求其含量。这种方法 方便且准确，国外现代化水泥厂都普遍采用。但限于设备条件，我国水泥厂使用的 还不多，另外，此方法对含量太低的矿物不适用。我国常用化学方法进行计算。此 方法计算出来的仅是理论上可能生成的矿物，称之为“潜在矿物”组成。在生产条 件稳定的情况下，熟料真实矿物组成与计算

33、矿物组成有一定的相关性，已能说明矿 物组成对熟料及水泥性能的影响，因此在我国仍普遍使用。 常用的从化学成分计算熟料矿物组成的方法有两种，即石灰饱和系数法和代数 法。 3.4硅酸盐水泥熟料矿物配料计算 熟料组成确定后，即可根据所用原料，进行配料计算，求出符合要求熟料组成 的原料配合比. 配料计算的依据是物料平衡任何化学反应的物料平衡是：反应物的量应等于 生成物的量。随着温度的升高，生料缎烧成熟料经历着：生料干燥蒸发物理水；粘 土矿物分解放出结晶水；有机物质的分解、挥发；碳酸盐分解放出二氧化碳，液相 出现使熟料烧成。因为有水分、二氧化碳以及某些物质逸出，所以，计算时必须采 用统一基准。 蒸发物理水

34、以后，生料处于干燥状态，以干燥状态质量所表示的计算单位，称 为干燥基准。干燥基准用于计算干燥原料的配合比和干燥原料的化学成分。 如果不考虑生产损失，则干燥原料的质量等于生料的质量，即：干石灰石+干 粘土 +干铁粉=干生料 去掉烧失量（结晶水、二氧化碳与挥发物质等）以后，生料处于灼烧状态。以 灼烧状质量所表示的计算单位，称为灼烧基准。灼烧基准用于计算灼烧原料的配合 比和熟料的化学成分。 如果不考虑生产损失，在采用无灰分掺入的气体或液体燃料时，则灼烧原 料、灼烧生料与熟料三者的质量相等，即： 灼烧石灰石+灼烧粘土 +灼烧铁粉=灼烧生料=熟料 如果不考虑生产损失，在采用有灰分掺入的燃煤时，则灼烧生料

35、与掺入熟料的 煤灰之和应等于熟料的质量，即： 灼烧生料+煤灰（掺入熟料的）二熟料 在实际生产中，由于总有生产损失，且飞灰的化学成分不可能等于生料成分， 煤灰的掺入量也并不相同。因此，在生产中应以生熟料成分的差别进行统计分析， 对配料方案进行校正。 3.5 熟料矿物组成的选择 熟料矿物组成的选择，一般应根据水泥的品种和标号、原料和燃料的品质、生 料制备和熟料锻烧工艺综合考虑，以达到优质高产低消耗和设备长期安全运转的目 的。 3.5.1 水泥品种和标号 若要求生产普通硅酸盐水泥，则在保证水泥标号以及凝结时间正常和安定性良 好的条件下，其化学成分可在一定范围内变动。可以采用高铁、低铁、低硅、高 硅、

36、高饱和系数等多种配料方案。但要注意三个率值配合适当，不能过份强调某一 率值。 生产专用水泥或特性水泥应根据其特殊要求，选择合适的矿物组成。若生产快 硬硅酸盐水泥，则要求硅酸三钙和铝酸三钙含量高，因此应提高KH和IM。而生产 中热硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥则应减少铝酸兰钙和硅酸三钙含量，即降低KH 和 IM 率。 3.5.2 原料品质 原料的化学成分和工艺性能对熟料矿物组成的选择有很大影响，在一般情况 下，应尽量采用两种或三种原料的配料方案。除非其配料方案不能保证正常生产， 才考虑更换原料或掺加另一种校正原料。 若石灰石品位低而粘土氧化硅含量又不高，则无法提高石灰饱和系数和硅率， 熟料强度难以提高

37、，只有采用品位高的石灰石和氧化硅含量高的粘土才能提高饱和 系数和硅率，烧出标号较高的水泥。若石灰石的隧石含量较高而粘土的粗砂含量 高，则因为原料难磨，熟料难烧，其熟料的饱和系数也不能高。原料含碱量太高， KH宜降低。 3.5.3 生料细度和均匀性 生料化学成分的均匀性，不但对窑的热工制度的稳定和运转率的提高有影响， 而且对熟料质量也有影响，因而也就对配料方案的确定有影响。 一般说来，生料均匀性好， KH 值可高些。据认为，生料碳酸钙滴定值的均匀性 达士 0.25时，可生产 525 号以上的熟料。若生料均匀性差，其熟料 KH 值应比生 料均匀性好的要低一些，否则游离氧化钙增加，强度下降。若生料粒

38、度粗，由于化 学反应难以进行完全， KH 值也应适当低些。 物料均化 水泥熟料的主要矿物是靠固相反应形成的，而固相反应是通过高温下反应物接 触表面上质点热运动的加强，并相互扩散而进行的。因此，生料混合不均匀，有效 接触面就少，必然影响反应速度。从整体看，即使配料方案是合理的，但如果生料 混合不均匀，就会造成从各个局部看，某一化学组分不是偏多就是偏少，偏离要求 的数值。生产实践表明， 入窑生料成份稳定，立窑生产就容易保持正常，熟料质量 也就有保证。因此，对没有自己矿山、原料品质波动大、物料储存期短的立窑水泥 厂来说，物料的均化就显得尤为重要。 原料预均化 在原料的制备中原料成份波动是影响出磨生料

39、合格率的主要原因，通过原料的 预均化可以使原料的成分在一定的范围之内，减小原料的成分的波动，使得生料合 格率提高，从而使得熟料质量提高。原料的预均化方式通常有三种： (1) 预均化堆 场； (2) 预均化长条库； (3) 多库搭配。 在以上三种原料预均化方式中原料预均化堆场均化效果好，均化系数可达6 10，但投资大，适宜于原料成份波动大，且生产规模大的立窑厂。预均化长条库采 用平铺堆料、横断面切取物料方式均化，均化效果较好，均化系数可达 35，投资 较大，适用于矿点多，成分波动较大的原料预均化。多库搭配效果一般，均化系数 为 2 3，但投资省、简单易行，适用于成份波动不大的原料预均化。因此，为

40、了使 水泥熟料的质量尽可能提高，我们应该根据自身的条件，选择适合自己方式。 生料均化 通过生料的粉磨以后，出磨生料的成份波动还是较大的，即使全部的生料都在 合格范围内，也是如此。因此，我们需要对生料进行生料均化这是很有必要。在生 料的均化中生料均化方式也通常有三种： (1)空气搅拌； (2)漏斗流式均化； (3)机械 倒库。 空气搅拌库常用的有两种，一种是间歇式空气搅拌库，其均化系数可达8 10；另一种是连续式空气搅拌库，可同时进出料，其均化系数为 68。漏斗流式均 化方式是指在普通圆库内采用漏斗流式均化装置，使圆库内物料从上至下，全断 面、立体式的以漏斗流为特征的全方位取料，并使取料、混合均

41、化与出料同步进 行，其均化系数可达26。立窑厂常用的机械倒库其均化系数为 23。立窑厂的生 料均化已越来越被引起重视，并且发展趋势是采用均化效果较好的空气搅拌库，这 就使得水泥在生产中的质量能够有很高的提高。但在使用时，一定要控制好供气 量、充气压力、生料水分及料面高度，这是保证均化库正常使用和效果的必备条 件。 3.6硅酸盐水泥熟料的特性 一般认为硅酸三钙水化快，在水化过程中产生层状和凝胶状氢氧化钙，对水泥 水化初始形成的纤维状和片状骨架空隙起填充密实作用。它是强度骨干，而且耐磨 性好，干缩性小。但从3d到28d，水泥抗折强度的增进率随硅酸三钙含量的增加而 减小，而抗压强度的增进率却明显增大

42、，这就说明水泥石的脆性增大，抗裂性变 差。此外，硅酸三钙的水化放热量及放热速率都较大，仅次于铝酸三钙，这对大体 积混凝土的施工是不利的。 硅酸二钙水化速度特别慢，约为硅酸三钙的 1/20。硅酸二钙的最大优点是水化 热低，抗水性好，后期强度高，在 1年之后可赶上硅酸三钙。此外，硅酸二钙的干 缩性最小，水化28d后的收缩值约为硅酸三钙的 1/4。也有人认为硅酸二钙在水化 早期对水泥石抗折强度的贡献大于抗压强度，它是低需水性水泥的主要矿物。 长久以来认为铁铝酸四钙主要是耐磨性好。据南京化工大学的实验数据，水泥 中每增加1%铁铝酸四钙，磨损系数减小0.014%0.033%,是每增加19鉄铝酸四 钙，磨

43、损系数降低值的717倍。由此应当肯定铁铝酸四钙在水泥石耐磨性上所起 的作用远较硅酸三钙显著。此外，铁铝酸四钙与铝酸三钙相比，不仅有较高的早期 强度，而且后期强度还能有所增长，铁铝酸四钙对抗折强度的贡献远大于抗压强 度，即脆性系数特别低。铁铝酸四钙的另一个重要作用是生成凝胶状铁酸盐，使水 泥石具有较大的变形能力，但是铁铝酸四钙过高，对熟料的煅烧和水泥粉磨都会造 成很大的困难。 硅酸三钙在最初四个星期内强度发展迅速，它决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度；硅 酸二钙在四个星期后才发挥强度作用，约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度；铝酸三 钙强度发展较快，但强度较低，仅对硅酸盐水泥在13天的强度起

44、到一定的作用；铁铝酸四钙 的强度发展也较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献不大。 这四种熟料中，如果提高硅酸三钙的含量，可得到高强硅酸盐水泥；提高硅酸三钙和铝酸三钙 的含量，可得快硬性硅酸盐水泥；降低硅酸三钙和铝酸三钙的含量，提高硅酸二钙的含量，可 得低热或中热硅酸盐水 4立窑生产优质水泥熟料 4.1均化技术 立窑水泥厂要稳定生产高标号水泥就必须搞好原燃材料预均化、生料均化、熟 料均化、水泥均化。化学成分合理和均匀的生料是生产优质熟料的前提条件，对立 窑的产量、热耗、运转率和耐火材料消耗等均有较大的影响。 立窑水泥企业的生料均化，可以采取以下措施： (1) 石灰石按照不同品质的矿山有计划地开

45、采，检测后进厂，分区存放并设质 量标识，使用时按易烧性和成份比例搭配破碎入库 (严格控制粒度v 20 mm),有条件 的厂设组合均化圆库(一般46个)。 (2) 搞好粘土的搭配均化，严格控制水份，并季节性地增加库存量。 (3) 对于分批次进厂的煤碳质量波动大、立窑热工制度不稳的问题，采用劣质 煤碳进行破碎，用铲车搭配均化，经晒场再次均化入库，多库配煤。 (4) 强化生料均化措施，依据出磨、入库生料成份及一定的库容量，合格搭配 入窑，条件好的企业采用机械倒库、空气搅拌均化库，均化系数、合格率、标准偏 差均要达到规定要求，入窑 CaCO合格率70% JT立窑技术为了满足生产工艺对原辅材料及成品、半

46、成品的库容要求，根据生 产实际需要对库容进行填平补缺，对石灰质原料采用独特的原材料预均化工艺，建 造了容量达2.8万吨的原材料预均化库，达到了质量管理规程的要求，对提高成 品、半成品的质量稳定性和均匀性起到了重要作用。 4.2测量和计量技术 有了合理的化学成分和均匀的生料，而在原燃材料分析、生料配比、成球水灰 比配比方面没有先进的测量和计量技术，做不到原燃材料分析准确、生料配比准 确、成球水灰比准确，照样生产不出优质的立窑水泥熟料。过去，国内大多数地方 水泥企业计量设备比较陈旧，准确度低，可靠性差，普遍采用容积法计量，如圆盘 给料机、螺旋给料机、电磁振动给料机以及皮带输送机等。在生产方式上，大

47、多是 靠人工操作、经验控制。落后的计量技术影响了产品产质量的提高和能源消耗的降 低。在JT立窑出现之前，很多企业就很重视这一点。 MCT- JT立窑技术讲究的就是用高新技术对传统工艺进行改造，包括生料配料系统、熟料配料系 统和水泥配料系统，提高了计量精度，保证了配料的准确性和可靠性。在成球方面，采用 W第六代小料球预加水成球计算机控制系统成球新技术，该系统供料稳定，料水跟踪及时准 确，确保了料球质量。在监控生产全过程方面，采用了 X 荧光多元素分析仪、水泥生料率值控 制仪、热值测定仪、钙铁煤分析仪 4.3 窑体保温技术 而当窑体保温较差，配料配热不稳定时，烧成带出现较大的温差，边部温度可 低至

48、1200C或更低，而中部温度高达1600C或更高。这时可能还会出现以下不正常 情况：生烧黄料球和未充分冷却的赤热熟料熔块同时卸出，增加熟料带走的热量、 生烧料塌边、熟料柱倾斜倒塌而出现偏火；熟料结大块并架窑，出现塌空、喷火等 严重事故。 由以上分析可见，加强窑体保温，不仅可减少窑体表面的散热损失，稳定窑的 热工制度，降低熟料热耗，而且有利于熟料质量的提高。 机立窑所采用的强化窑体保温措施是：加长高温带保温层长度；加厚高温带保 温层厚度；采用新型保温材料膨胀珍珠岩和硅酸铝耐火纤维毡等进行五个层次的隔 热保温。从而使高温带窑体表面温度降低至 45C以下，大大减少了窑体表面热量散 失，并使窑内高温带

49、温度分布均匀，热工制度稳定，为熟料的优质高产创造了良好 的条件。 4.4 改善生料的易烧性 根据影响生料的易烧性和最高煅烧温度的因素，可以从配料方案和控制生料中 粗颗粒两方面来改善生料的易烧性，降低最高煅烧温度，达到节能降耗的目的。 （ 1 ）优化设计配料方案 配料方案的合理与否直接影响熟料的强度、凝结时间、安定性等物理力学性 能，且对熟料的热耗、产量及看火操作等有重大的影响。因此，在进行配料方案设 计时，要综合考虑，进行多目标优化设计。以低能耗、合适的强度、凝结时间、良 好的安定性为目标，以石灰石、粘土等原料的质量及其工艺性能、煤的品质指标及 其波动、是否使用矿化剂和晶种技术、生料成分的均匀

50、性、料球质量、窑内通风状 况、化验室质量控制水平和看火操作技能为约束条件，实行多目标联合控制。 建议：采用氟硫复合矿化剂时，机立窑全黑生料的适宜配料方案为KH= 0.92 0.96、SMh 1.8 2.0、IM= 1.2 1.5。 （2）控制中粗颗粒含量 生料中的粗颗粒，特别是粒径 44卩m的粗大石英（结晶二氧化硅）和粒径 125卩m的方解石晶体的化学反应能力低，且不能与其他氧化物组分充分接触，这 就造成煅烧反应不完全，使熟料中的 f-CaO 含量增多，严重影响熟料的烧成和质 量，当生料细度为 1.4%(0.2 mm 筛筛余 )时，熟料中 f-CaO 显著增加，见表 1。因 此，当生料中有石英

51、质原料和粗石灰岩时，生料细度不仅应控制0.08 mm 方孔筛筛 余小于 10%，而且还应控制 0.2 mm 方孔筛筛余小于 1.5%。 表 4 生料细度与熟料中 f-CaO 的关系 0.2 mm 筛余 (%) 0 90 1 40 2 42 3 06 KH SM IM F-CaO(%) 0 76 0 84 1 57 2 24 0 96 1 96 1 26 45 小料球煅烧技术 近年来的生产实践证明，小料球全黑生料的煅烧技术，对提高熟料的质量、降 低烧成煤耗和增加熟料产量都有显著作用，特别是采用复合矿化剂和晶种技术时， 效果尤为显著。 小料球直径小、比表面积大，因此，对传热速度和料球内部传质速度大

52、为加 快，故时间可以大大缩短，物料在窑内的煅烧速度加快，从而使高温带的厚度变 薄，料球在高温带承受来自料层的压力减少，料球的变形减少，防止高温带致密 化。对10 mm和5 mm的料球进行比较，每个10 mm的料球可以制成 8个5 mm的小料球。每个料球在理想状况下(最紧密堆积)有12个接触点，因而5 mm的 料球每个接触点承受的压力只有 10 mm料球的1/8,这就大大减轻了高温带内料 球的变形，保持料层良好的通风性能。 此外,由于料球直径小,传热速度快、料球内的温度分布较均匀,料球内由温 度差造成的热应力小,使其热稳定性好,爆破率大为减少,使高温带空隙率高,通 风良好,从而减少了全黑生料的化

53、学不完全燃烧,减轻窑内还原气氛的出现。 46 选用立窑专用风机 立窑专用风机在满足立窑工况基本要求的同时,与罗茨风机相比,还具有很多 突出的优点。 (1) 节能。节能是立窑专用风机的最大特点。就拿 SLG-11 系列风机来说,它所 配置的电动机功率仅为对应罗茨风机电动机功率的56%-83%另外，立窑专用风机 具有风量调节功能,避免了罗茨风机放风造成的能源浪费,在实际运用中表现更好 的节能效果，综合节电率在 30%-60沱间。四川省安县水泥厂在 3.2 m X 10 m机 立窑上采用了 SLG-11-J3.2 立窑专用风机替代罗茨风机，仅 8 个月节电近 28 万 kWh节约电费支出11万多元。

54、仅此一项，数月内便把专用风机的投资收回。 (2) 投资省。由于立窑专用风机自重轻、结构简单、造价低，而且省去了放风 阀、放风管道及消声器等辅助设备，因而同型号的机立窑配置专用风机的投资一般 为罗茨风机的50%-65% SLG-11系列专用风机的价格仅为罗茨风机的一半甚至更低 一点。 (3) 噪声低。在 SLG-11 系列专用风机上，采用了先进的低噪声技术，再加上这 种风机运行平稳，无放风产生的噪声，其噪声仅为 100 dB(A) 左右，可省去添加消 声器的投资。四川省德清第二水泥厂和长兴后样水泥厂采用的 LYF-5 系列立窑专用 风机的平均噪声分别为102dB(A)和101.5dB(A)。 (

55、4) 安装维修方便。罗茨风机结构复杂，运行过程中故障较多，磨损较严重，因 而维护费用较高。而立窑专用风机除轴承为易损件外，无其它较大的易损件。如 SLG-11 系列专用风机，除轴承的使用寿命为 1 年外，叶轮的使用寿命一般在35 年。四川省什邡水泥厂、安县水泥厂的立窑专用风机已使用 4 年，均未曾更换过叶 轮。在安装方面，由于专用风机自重轻、机型小，拆御方便；采用整体机座，振动 小，喘振裕度大，无需大型钢筋混凝土基础。 (5) 容易操作。立窑专用风机可选用节流阀或变频调速器进行风量调节，具有软 风的特性，生产中不易出现风洞，产生喷窑、龇火等情况，有利于看火操作 5 立窑水泥熟料的分析 观察立窑

56、生产的水泥熟料，发现其颜色不均匀，有黑色、灰色、黄色、白色 等，而且形状也各异，有块状、串状、球状、和粉状等，这主要是由煅烧设备造成 的。立窑不同于回转窑，它是一种立式不动的煅烧设备，需煅烧的物料自窑顶靠自 重整体下移，在煅烧过程中发生物料间的物化反应，由于颗粒不能单个活动，当通 风不良时，物料受热不均，就使得熟料质量差别很大。 为了探索不同形状的熟料产生的原因及水泥质量的影响，对水泥厂两个不同时 期生产的水泥熟料进行了分析、比较。 5.1 实验内容及结果分析 将每一小时的熟料分成以下几种： a 黑色致密块状、 b 灰黑色串状、 c 棕色、 d 白色块状、e黄球、f黄粉，将这些试样分别在玛瑙岩

57、体内磨细，全部通过4900孔 筛后进行化学分析、 X 射线检验及差热分析等。 化学分析 经分析各种熟料成分各异，除了 a、 b 2 种熟料具有正常熟料成分外，其余均有 不同程度的欠烧，尤以黄球、黄粉最严重，其f-CaO、烧失量均很高，属于生烧 料。棕色和白色成分不理想， Fe2O3 少而 FeO、 FeS 多，说明这 2 种是在还原气氛中 形成的。在白色料中 Fe2O3 极少，甚至有融滴状金属铁，这些均是极度还原的特 征。另外，棕、白 料中 f-CaO 偏高，宗料更明显，这主要是它们均具有大量熔融 相，有利于QS形成，而在低温下，又有加速了 C3S分解，形成了较多f-CaO。 X 射线检验 X

58、 射线分析显示： a、 b 2 中熟料具有正常熟料的矿物组成，即以C3S、 B- C2S 为主，并含有适量 C3A和QAF而棕料C3A含量大，QAF含量较少，白料中C4AF特 征没有。黄料由于烧成程度差别大，各矿物组成也不一致，主要有CaCO3、 CaO、 QAF和少量B- C2S。另外，X射线也显示，棕色料中f-CaO含量较多，与化学分析 结果相符。 差热分析 从差热分析分析可见，除了 a、b夕卜，其余；料均含有较多的f-CaO，表现在曲 线466490E处，均出现明显的f-CaO生成Ca(OH的吸热谷，其中黄料尤为明 显。另外黄料于815894E出现2个大的残余CaCO分解吸热谷，说明其欠烧程 度。在棕色曲线上，于低温处出现明显物理水蒸发吸热谷，在288