《无机材料工学教学》4-水泥熟料煅烧ppt课件

1、第四章第四章 硅酸盐水泥熟料煅烧硅酸盐水泥熟料煅烧 硅酸盐水泥主要由熟料所组成。熟料硅酸盐水泥主要由熟料所组成。熟料的煅烧过程直接决议水泥的产量、质量、的煅烧过程直接决议水泥的产量、质量、燃料与衬料的耗费以及窑的平安运转。燃料与衬料的耗费以及窑的平安运转。 生料制备是根底，煅烧是关键。生料制备是根底，煅烧是关键。水泥工艺水泥工艺 煅烧熟料的设备煅烧熟料的设备 立窑立窑 普通立窑和机械化立窑普通立窑和机械化立窑 中空式窑中空式窑 窑窑 湿法回转窑湿法回转窑 带热交换安装的窑带热交换安装的窑 带余热锅炉的窑带余热锅炉的窑 回转窑回转窑 干法回转窑干法回转窑 带预热器的窑带预热器的窑 带分解炉的窑带

2、分解炉的窑 半干法回转窑半干法回转窑 立波尔窑立波尔窑 水泥工艺水泥工艺 新型干法水泥消费，是以悬浮预热和窑外分解技术为中心，把现代科学技术和工业消费成果，广泛用于水泥消费全过程，使水泥消费具有高效、优质、低耗、符合环保要求和大型化、自动化为特征的现代水泥消费方法，并具有现代化的水泥消费新技术和与之相顺应的现代管理方法。水泥工艺水泥工艺 生料回 转窑预热器窑气 悬浮预热、窑外分解技术，从根本上改动了物料的预热、分解过程的传热形状，将窑内物料堆积形状的预热和分解过程，分别移到悬浮预热器和分解炉内进展。水泥工艺水泥工艺 4.2 生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在煅烧过程中的物理化学变化 生料送入

3、煅烧窑，经高温煅烧，发生一系列生料送入煅烧窑，经高温煅烧，发生一系列物理的、化学的和物理化学变化后构成熟料的工物理的、化学的和物理化学变化后构成熟料的工艺过程。虽然消费方法和各种煅烧窑各有不同，艺过程。虽然消费方法和各种煅烧窑各有不同，但熟料煅烧过程大体一样。熟料煅烧物料可分为：但熟料煅烧过程大体一样。熟料煅烧物料可分为：水分蒸发水分蒸发生料预热生料预热生料分解生料分解熟料煅烧熟料煅烧熟熟料冷却五个功能单元料冷却五个功能单元,相应分为枯燥带、预热带、相应分为枯燥带、预热带、分解带和放热带，烧成带和冷却带。分解带和放热带，烧成带和冷却带。 水泥工艺水泥工艺 4.2.1 枯燥枯燥u排除生料中自在水

4、分的工艺过程称为枯燥排除生料中自在水分的工艺过程称为枯燥u湿法窑物料含湿法窑物料含32-40%32-40%的水分，经枯燥后，减的水分，经枯燥后，减到到22-26%22-26%，浆料失水变成球状。，浆料失水变成球状。u干法窑由于入窑生料水分小于干法窑由于入窑生料水分小于1%1%，几乎没有，几乎没有枯燥带。枯燥带。u预热器窑、窑外分解窑枯燥在预热器内进展，预热器窑、窑外分解窑枯燥在预热器内进展，因此回转窑内无枯燥带。因此回转窑内无枯燥带。水泥工艺水泥工艺 4.2.2 脱水脱水 u脱水是指粘土矿物分解放出化合水。脱水是指粘土矿物分解放出化合水。u 100 100u高岭土高岭土 失去自在水失去自在水u

5、u 400-600 400-600u 偏高岭土偏高岭土SiO2Al2O3SiO2Al2O3+ 2H2O+ 2H2Ou u 加热加热u SiO2Al2O3 SiO2Al2O3非晶质、高分散、活性高非晶质、高分散、活性高uu带悬浮预热器窑，预热都在窑外进展，回转窑内预热带悬浮预热器窑，预热都在窑外进展，回转窑内预热带很短或者没有。带很短或者没有。水泥工艺水泥工艺 4.2.3 4.2.3 碳酸盐分解碳酸盐分解u生料中的碳酸钙和夹杂的少量碳酸镁在煅生料中的碳酸钙和夹杂的少量碳酸镁在煅烧过程中分解并放出烧过程中分解并放出CO2CO2的过程称碳酸盐分的过程称碳酸盐分解。解。uMgC03 MgO + CO2

6、MgC03 MgO + CO2(1047(10471214)J/g1214)J/guCaC03 CaO + CO2CaC03 CaO + CO21645 J/g1645 J/gu带悬浮预热器，分解反响有一部分在预热带悬浮预热器，分解反响有一部分在预热器内进展，而带窑外分解炉的窑绝大部分的器内进展，而带窑外分解炉的窑绝大部分的分解反响是在分解炉内进展。分解反响是在分解炉内进展。水泥工艺水泥工艺 4.2.3.1 4.2.3.1 碳酸钙分解反响的特点碳酸钙分解反响的特点 可逆反响可逆反响强吸热反响强吸热反响 熟料构成过程中耗费热量最多的一熟料构成过程中耗费热量最多的一个工艺过程个工艺过程, ,分解所

7、需总热量约占预分解分解所需总热量约占预分解窑的二分之一。窑的二分之一。烧失量大烧失量大分解温度与分解温度与CO2CO2分压和矿物结晶程度有关分压和矿物结晶程度有关 水泥工艺水泥工艺 4.2.3.2 4.2.3.2 碳酸钙的分解过程碳酸钙的分解过程颗粒内部反响过程颗粒内部反响过程气流向颗粒外表传热气流向颗粒外表传热热量由外表向分解面传热热量由外表向分解面传热化学反响化学反响CO2CO2由分解面向颗粒外表传质由分解面向颗粒外表传质CO2CO2由外表向气流传质由外表向气流传质四个物理过程，一个化学反响过程四个物理过程，一个化学反响过程水泥工艺水泥工艺 颗粒内部反响控制过程颗粒内部反响控制过程 受控于

8、其中最慢的过程受控于其中最慢的过程 30um 30um 化学反响主化学反响主导导 0.2cm 0.2cm 相当相当 1.0cm 1.0cm 传热、传质传热、传质主导主导 水泥工艺水泥工艺 回转窑内回转窑内传热控制传热控制粒径粒径30 um30 um左右，但呈堆积形状，而分解反左右，但呈堆积形状，而分解反响需大量热。响需大量热。悬浮预热器和预分解窑内悬浮预热器和预分解窑内反响控制反响控制传热系数比回转窑高传热系数比回转窑高2.5-102.5-10倍倍传热面积比回转窑大传热面积比回转窑大1300-40001300-4000倍倍在回转窑内在回转窑内CaCO3CaCO3分解大于分解大于15min(80

9、0-15min(800-1100)1100)在分解炉内在分解炉内CaCO3CaCO3分解只需几秒钟分解只需几秒钟(850(850左左右右) )水泥工艺水泥工艺 4.2.3.3 4.2.3.3 影响碳酸钙分解速度的要素影响碳酸钙分解速度的要素石灰质原料的特性石灰质原料的特性 生料细度和颗粒级配生料细度和颗粒级配 生料悬浮分散程度生料悬浮分散程度 温度温度系统中系统中CO2CO2分压分压生料中粘土质组分的性质生料中粘土质组分的性质水泥工艺水泥工艺 4.2.4 4.2.4 固相反响固相反响 生料中CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3等经过质点的相互分散而进展反响，构成熟料矿物。 -800 CA、

10、CF、C2S构成 800-900 C12A7开场构成 900-1100 C3A 、C4AF开场构成 1100-1200 C3A 、C4AF大量构成， C2S到达最大值水泥工艺水泥工艺 u放热反响放热反响 u反响放热反响放热420-500 J/g420-500 J/gu实际上物料温度升高实际上物料温度升高300300以上以上u影响固相反响的主要要素影响固相反响的主要要素u生料细度生料细度 反响速度反响速度 1/d2 1/d2u生料的均匀性生料的均匀性u温度温度 u升温速度升温速度 温度梯度温度梯度，反响速度，反响速度u原料性质原料性质 结晶结晶SiO2SiO2和结晶方解石反响和结晶方解石反响慢慢

11、u矿化剂等矿化剂等 水泥工艺水泥工艺 * *新生态物质新生态物质 固态物质形状改动对固相反响速度有固态物质形状改动对固相反响速度有极大的促进作用。极大的促进作用。 如：如：CaSO4 + BaO BaSO4 + CaOCaSO4 + BaO BaSO4 + CaO CaSO4 CaSO4发生分解时，反响速度迅速添加。发生分解时，反响速度迅速添加。* *急烧实际、热力活化急烧实际、热力活化 在熟料矿物构成时，升温速度很快，在熟料矿物构成时，升温速度很快，SiO2SiO2晶型转变、粘土脱水、晶型转变、粘土脱水、CaCO3CaCO3分解的反响根本分解的反响根本重叠，重叠，CaO CaO 、SiO2S

12、iO2与与Al2O3Al2O3为新生态物质，那么大为新生态物质，那么大大促进固相反响。大促进固相反响。 水泥工艺水泥工艺 4.2.5 4.2.5 熟料烧结熟料烧结 在高温液相作用下，固相硅酸二钙和氧化钙在高温液相作用下，固相硅酸二钙和氧化钙都逐渐溶解于液相中，硅酸二钙吸收氧化钙都逐渐溶解于液相中，硅酸二钙吸收氧化钙构成硅酸盐水泥的主要矿物构成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。硅酸三钙。 C2S + CaO C3S C2S + CaO C3S 高温液相高温液相反响空间反响空间 液相液相13001450水泥工艺水泥工艺 u影响熟料烧结过程的要素影响熟料烧结过程的要素 u最低共熔温度最低共熔温度u与组分

13、性质、组分数目、升温速度等有与组分性质、组分数目、升温速度等有关关 u液相量液相量u与组分性质、组分含量、煅烧温度有关与组分性质、组分含量、煅烧温度有关 u液相粘度液相粘度 u与组成、温度、次要氧化物与组成、温度、次要氧化物u和杂质、升温速度等有关和杂质、升温速度等有关u液相的外表张力液相的外表张力 水泥工艺水泥工艺 4.2.64.2.6、熟料冷却、熟料冷却u从烧成温度开场下降至常温，熔体晶化、凝从烧成温度开场下降至常温，熔体晶化、凝固，熟料熟料颗粒构造构成，并伴随熟料矿物固，熟料熟料颗粒构造构成，并伴随熟料矿物相变的过程。相变的过程。u冷却的目的冷却的目的u降低熟料温度，便于熟料的运输、储存

14、和粉降低熟料温度，便于熟料的运输、储存和粉磨；磨；u改善熟料质量与易磨性；改善熟料质量与易磨性；u回收熟料出窑带走的热量，提高热利用率。回收熟料出窑带走的热量，提高热利用率。水泥工艺水泥工艺 5001250u 冷却对熟料矿物组成的影响冷却对熟料矿物组成的影响u 冷却方式对组成的影响冷却方式对组成的影响u 平衡冷却平衡冷却u 淬冷淬冷 构成玻璃体构成玻璃体u 独立结晶独立结晶 不经过固液相反响，液相单独结晶不经过固液相反响，液相单独结晶u 冷却过程中的冷却过程中的C2S相变和相变和C3S分解分解 - C2S - C2SC3S C2S + CaO 水泥工艺水泥工艺 u急冷对改善熟料质量的作用急冷对

15、改善熟料质量的作用 防止或减少防止或减少C3SC3S的分解的分解防止防止-C2S-C2S转变成转变成-C2S-C2S减方镁石结晶细小，改善了水泥安定性减方镁石结晶细小，改善了水泥安定性使熟料使熟料C3AC3A晶体减少，提高抗硫酸盐性能晶体减少，提高抗硫酸盐性能提高熟料内应力，改善易磨性提高熟料内应力，改善易磨性 水泥工艺水泥工艺 4.2 回转窑回转窑 4.2.1 4.2.1 回转窑的构造回转窑的构造回转窑由筒体、轮带托轮、传动安装和窑头窑回转窑由筒体、轮带托轮、传动安装和窑头窑尾密封安装等部分组成。尾密封安装等部分组成。 筒体为回转窑的主要组成部分，它是一个筒体为回转窑的主要组成部分，它是一个

16、钢质圆筒钢质圆筒, , 内部镶砌耐火资料，以维护筒体。内部镶砌耐火资料，以维护筒体。筒外面套装几道轮带，筒体成一定斜度，坐筒外面套装几道轮带，筒体成一定斜度，坐落在托轮上。落在托轮上。水泥工艺水泥工艺 4.2.1 4.2.1 回转窑的功能回转窑的功能回转窑是水泥熟料煅烧的关键设备，兼有回转窑是水泥熟料煅烧的关键设备，兼有多种功能。多种功能。燃料熄灭功能燃料熄灭功能热交换功能热交换功能化学反响功能化学反响功能物料保送功能物料保送功能水泥工艺水泥工艺 水泥工艺水泥工艺 水泥工艺水泥工艺 水泥工艺水泥工艺 4.3.1 4.3.1 熟料的热化学特性熟料的热化学特性 熟料的实际热耗熟料的实际热耗 167

17、0-1800 J/g 1670-1800 J/g 主要耗费在碳酸盐分解主要耗费在碳酸盐分解 固相反响为放热反响固相反响为放热反响 C2S + CaO C3S C2S + CaO C3S 微吸热微吸热4.3 熟料的热化学及回转窑的热工特性熟料的热化学及回转窑的热工特性 水泥工艺水泥工艺 烧成带需求热量不多，但需求高温暖反响烧成带需求热量不多，但需求高温暖反响时间时间 枯燥预热带、分解带需求大量热量，温度枯燥预热带、分解带需求大量热量，温度那么不需求很高那么不需求很高 存在窑发热才干与传热才干之间的矛盾存在窑发热才干与传热才干之间的矛盾 回转窑作为烧成设备是适宜的回转窑作为烧成设备是适宜的 回转窑

18、作为传热设备那么不适宜回转窑作为传热设备那么不适宜 碳酸盐分解是影响煅烧的主要矛盾碳酸盐分解是影响煅烧的主要矛盾4.3.1 4.3.1 回转窑的热工特性回转窑的热工特性 水泥工艺水泥工艺 4.4.1 4.4.1 湿法窑湿法窑 冷端参与生料浆冷端参与生料浆 链条安装链条安装强化传热强化传热 4.4.2 4.4.2 中空干法窑中空干法窑 生料粉生料粉 水分水分1%1%左右左右 窑尾气体温度高窑尾气体温度高 600-800 600-800 * *余热利用余热利用余热发电余热发电4.4 回转窑煅烧系统回转窑煅烧系统水泥工艺水泥工艺 4.4.3 4.4.3 悬浮预热窑悬浮预热窑 生料生料回转窑回转窑预热

19、器预热器窑气窑气悬浮预热窑特点悬浮预热窑特点 一台回转窑一台回转窑 + + 一一组悬浮预热器组悬浮预热器 预热与部分碳酸盐预热与部分碳酸盐分解移到预热器上进展分解移到预热器上进展水泥工艺水泥工艺 低温粉状物料均匀分散在高温气流之中，低温粉状物料均匀分散在高温气流之中，在悬浮形状下进展热交换，传热速度极快，在悬浮形状下进展热交换，传热速度极快，传热效率很高。传热效率很高。传热系数比回转窑高传热系数比回转窑高2.5-10倍倍传热面积比回转窑大传热面积比回转窑大1300-4000倍倍烟气烟气1000 350生料由室温生料由室温 800左右左右CaCO3分解率分解率40%左右，左右，10-20 S完成完成 水泥工艺水泥工艺 悬浮旋风预器的构成与任务原理悬浮旋风预器的构成与任务原理旋风预热器的热交换单元构成旋风预热器的热交换单元构成旋风筒旋风筒衔接纳道衔接纳道( (换热管道换热管道) ) 旋风预热器的功能旋风预热器的功能料粉的分散与悬浮料粉的分散与悬浮 气固相间换热气固相间换热 气