普通硅酸盐工艺概论教案

1、普通硅酸盐工艺概论教案第一编水泥工艺学第一章引言一、胶凝材料的定义和分类（一）定义：1、胶凝材料：在物理、化学的作用下，能从浆体变成坚硬的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。2、水硬性胶凝材料：在拌水后既能在空气中硬化，又能在水中硬化，通常称为水泥。如：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。3、非水硬性胶凝材料：只能在空气中硬化而不能在水中硬化，又称为气硬性胶凝材料。如：石灰、石膏、耐酸胶结料等。（二）分类胶凝材料：分为有机和无机两大类有机：沥青和各种树脂。无机：按硬化条件分为：水硬性和非水硬性两类。二、胶凝材料发展简史见书上，略三、水泥的定义和分类（一）定义水

2、泥： 加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固的胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料，统称为水泥。（二）分类1、按其用途和性能可分为：通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥：是指大量土木工程使用的一般用途的水泥，如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。专用水泥：是指有专门用途的水泥，如：油井水泥、砌筑水泥等。特性水泥：是指某种性能比较突出的水泥，如：快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水泥等。2、按其所含的主要水硬性矿物，分为：硅酸盐水泥、铝酸

3、盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以及以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目前水泥品种已达一百多种。四、水泥工业在国民经济中的地位和作用见书，略五、水泥工业发展概况地窑、立窑、湿法回转窑、干法回转窑、带余热发电的回转窑、带余热器的回转窑、悬浮预热器回转窑、窑外分解窑，目前我国日产5000 吨熟料的窑外分解窑较多，也有更高产量的窑外分解窑。第二章硅酸盐水泥国家标准及其生产第一节硅酸盐水泥的国家标准硅酸盐水泥：是以硅酸钙为主要成分的熟料所制成的水泥的总称。如掺入一定数量的混合材料，则硅酸盐水泥名称前冠以混合材料名称，即得到不同品种的硅酸盐水泥，如：矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐

4、水泥等。根据国家标准，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的定义、标号、品质指标以及验收规则如下：一、定义（一）硅酸盐水泥凡是由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。国外通称波特兰水泥。硅酸盐水泥分为两种类型：I型硅酸盐水泥：不掺混合材料，代号：P I。n型硅酸盐水泥：在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料，代号：P-n。（二）普通硅酸盐水泥凡是由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥，代号：p-o。掺活性混合材料时，最大掺入量不得超过15%，其中允许

5、用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时最大掺量不超过水泥质量的10%。（三）组分材料1、硅酸盐水泥熟料凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物称为硅酸盐水泥熟料，简称孰料。2、石膏天然石膏，必须符合国家标准的规定。工业副产石膏，是工业生产中以硫酸钙为主要成分的副产品，使用时必须经过试验，证明对水泥性能无害。3、活性混合材料是指符合GB1596 的粉煤灰，符合GB2847 的火山灰质混合材料和符合GB203 的粒化高炉矿渣。4、非活性混合材料活性指标低于GB1596 的粉煤灰、GB2847 的火山灰质混合材料和GB203

6、的粒化高炉矿渣以及石灰石和砂岩。石灰石中的三氧化二铝含量不得超过2.5%。5、窑灰窑灰是从回转窑窑尾废气中收集下来的粉尘。应符合ZBQ12001 的规定。6、助磨剂水泥粉磨时还允许加入主要起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂，加入量不得超过水泥质量的1%。使用助磨剂、工业副产石膏时，须经省、市、自治区以上建材行业主管部门批准，投产后定期进行质量检查。二、强度等级（即水泥的标号）硅酸盐水泥强度等级分为42.5、 42.5R、 52.5、 52.5R、 62.5、 62.5R。普通水泥强度等级分为42.5、 42.5R、 52.5、 52.5R。三、技术要求1、不溶物I型硅酸盐水泥不溶物不超过0.7

7、5%。n型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50%。2、氧化镁水泥中氧化镁含量不超过5.0% o如果水泥压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁含量允许放宽到6.0%。3、三氧化硫水泥中三氧化硫含量不得超过3.5%。4、烧失量I型硅酸盐水泥烧失量不的大于3.0%, n型硅酸盐水泥烧失量不得大于3.5%。普通水泥烧失量不得大于5.0%。5、细度硅酸盐水泥比表面积大于300m2/kg,普通水泥80 dm方孔筛筛余不得超过10.0%。6、凝结时间硅酸盐水泥初凝不得早于45分钟，终凝不得迟于390分钟。普通水泥初凝不得早于45分钟,终凝不得迟于10小时。7、安定性用沸煮法检验必须合格。8、强度水泥强度等级按规定

8、龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各龄期强度不得低于下表数值（MPa :品种强度等级抗压强度抗折强度3天28天3天28天硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0普通水泥32.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.53.56.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.09、

9、碱水泥中碱含量按 Na2O+0.658K2O计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。四、废品与不合格品1、废品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时，均为废品。2、不合格品凡细度、 终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品。注意：1、凝结时间、安定性、强度是硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的三项重要建筑性质指标。2、凝结时间较短，水泥砂浆和混凝土在浇灌之前凝结而失

10、去流动性，无法使用；凝结时间过长，则降低施工速度，延长模板周转时间。3、硅酸盐水泥熟料初凝时间只有几分钟，要加入石膏进行调节，才能达到规定的要求；石膏掺入量过多，水泥强度会降低，还会产生安定性不良，水泥终凝时间过长。因此，石膏适宜的掺入量应通过试验来确定。4、强度是设计混凝土配合比的重要数据。水泥在水化硬化过程中，强度是逐步增长的，一般将 3 天、 7 天以前的强度称为早期强度，28 天及以后的强度称为后期强度。由于水泥经28 天后强度已大部分发挥出来，所以用28 天强度划分水泥的登记。第二节硅酸盐水泥的生产一、硅酸盐水泥的生产方法硅酸盐水泥的生产分为三个阶段：1、生料制备石灰质原料、粘土质原

11、料、少量的校正材料经破碎后按一定的比例配合、细磨，并经均化调配为成分合适、分布均匀的生料。2、熟料煅烧将生料在水泥工业窑内煅烧，生料首先分解为氧化钙、三氧化二铝、二氧化硅、三氧化二铁等活性氧化物，然后至部分熔融，在熔融状态下进行固相反应，生成硅酸二钙、硅酸酸三钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙等矿物，经冷却后得到以硅酸二钙、硅酸三钙为主要成分的熟料的过程。3、水泥的制成将熟料、石膏、有时加入适量的混合材共同磨细成为水泥的过程。以上三个阶段简称为“两磨一烧”。4、水泥生产方法分类按煅烧设备分类：普通立窑生产、机械化立窑生产、回转窑生产。按生产方法分类：湿法、干法两大类。湿法：将原料加水粉磨成生料浆，再入窑

12、煅烧的方法称为湿法。干法：将原料烘干、粉碎制成生料粉，然后入窑煅烧的方法称为干法。将生料加入适量的水分，制成料球后再入窑煅烧，称为半干法，也可归入干法。二、硅酸盐水泥生产的主要工艺过程见书。第7 页1、立窑生产2、窑外分解窑生产第三章硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算硅酸盐水泥熟料的主要化学成分：CaO:含量 62%67%;SiO2：含量 20%24%;AI2O3：含量 4%7%;Fe2O3：含量 2.5%15%。四种氧化物的含量总和在95%以上。另外，通常还含有：MgO、SO3、K2O、Na2。、TiO2、P2O5等。第一节硅酸盐水泥熟料的矿物组成在硅酸盐水泥熟料中，以上氧化物不是单独的以氧

13、化物形式存在，而是经高温化学反应生成的多种矿物的集合体。其结晶细小，一般为3060 d m。水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工岩石。主要有以下四种矿物组成：硅酸三钙：分子式，3CaO - SiO2,可简写为：C3S;硅酸二钙：分子式，2CaO - SiO2,可简写为：C2S;铝酸三钙：分子式，3CaO - Al 2O3,可简写为：C3A ；铁相固溶体：通常以铁铝酸四钙（4CaO - AI2O3 - Fe2O3）作为代表式，可简写为：C4AF。另外还有：游离氧化钙（?- CaO） 、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物和玻璃体。孰料中C3S 和 C2S 含量约占75%左右，称为硅酸盐矿物；孰料中

14、C3A 和 C4AF 的理论含量约为22%左右，在水泥熟料煅烧过程中与氧化镁、碱等在1250 1280会逐渐熔融形成液相，促进硅酸三钙的形成，古称熔剂矿物。一、硅酸三钙（C3S）硅酸三钙（C3S）是硅酸盐水泥熟料的主要矿物，含量通常为50%左右，有时甚至在 60%以上。纯 C3S 只有在20651250温度范围内才稳定。在 2065以上不一致熔融为CaO 和液相。在1250c以下时分解为 C2s和CaO,但反应很慢。纯 C3S 在室温可呈介稳状态存在。C3s 有三种晶系七种变形：10701060990960920520R f M 皿Mr f Mi 丁皿r Tn f T1R 型为三方晶系，M 型

15、为单斜晶系，T 型为三斜晶系，这些变形的晶体结构相近。但有人认为，R型和Mm的强度比T型的高。在硅酸盐水泥熟料中，C3s 并不以纯的形式存在，总含有少量的氧化镁、氧化铝、氧化铁等，形成固溶体，称为阿利特（Alite ）或 A 矿。纯 C3s 在常温下，通常只能为三斜晶系（T 型） ，如含有少量的MgO、 Al 2O3、 Fe2O3、 sO3、ZnO、 Cr2O3、 R2O 等氧化物形成固溶体则为M 型或 R 型。由于熟料中C3s 总含有MgO、AI2O3、Fe2O3以及其他氧化物，阿利特通常为M型或R型。纯C3s为白色，密度为3.14g/cm3,其晶体截面为六角形或棱柱形。单斜晶系的阿利特单晶

16、为假六方片状或板状。在阿利特中常以C2s和CaO的包裹体存在。C3s凝结时间正常，水化较快，粒经 4050m颗粒28d可水化70%左右。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。阿利特的晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力，当烧成温度高时，阿利特晶形完整，晶体尺寸适中，几何轴比大（晶体长度与宽度之比L/BA23）,矿物分布均匀，界面清晰，孰料的强度较高。适当提高熟料中的硅酸三钙含量，当其岩相结构良好时，可以获得优质孰料。但硅酸三钙的水化热较高，抗水性较差，如要求水泥的水化热低，抗水性较高时，则熟料中的硅酸三钙

17、含量要适当低些。二、硅酸二钙C2S 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，孰料中硅酸二钙并不是以纯的形式存在，而是与少量MgO 、 Al 2O3、 Fe2O3、 R2O 等氧化物形成固溶体，通常称为贝利特（Belite ）或 B 矿。纯 C2S 在 1450以下有下列多晶转变。14251160630680<500aa ' ha ' l3丫780860H- 高温型，L- 低温型在室温下，a、a' h、-、3等变形都是不稳定的，有转变成丫型的趋势。在熟料中，a型和型一般较少存在，在烧成温度较高、冷却速度较快的熟料中，由于固溶有少量 MgO、A

18、I2O3、Fe2O3等氧化物，可以3型存在。通常所指的硅酸二钙或B矿即为3型硅酸二钙。a型和a '型C2s强度较高，而丫型 C2s几乎无水硬性。在立窑生产中，若通风不良、还原气氛严重、烧成温度低、液相量不足、冷却较慢，则硅酸二钙在低于500c下易由密度为 3.28g/cm 3的3型转变为密度 2.97g/cm 3的丫型，体积膨胀10%而导致熟料粉化。但若液相量多，可使溶剂矿物形成玻璃体将3型硅酸二钙晶体包围住，并采用迅速冷却方法使之越过3-丫型转变温度而保留下来。贝利特为单斜晶系，在硅酸盐水泥熟料中常呈圆粒状，这是因为贝利特的棱角已溶进液相而其余部分未溶进液相之故。纯硅酸二钙色洁白，当

19、含有F&O3时呈棕黄色。贝利特水化反应较慢，28d 仅水化20%左右，凝结硬化缓慢，早期强度较低，但后期强度增长率较高，在一年后可赶上阿利特。贝利特的水化热较小，抗水性较好。在中低热水泥和抗硫酸盐水泥中，适当提高贝利特含量而降低阿利特含量是有利的。三、中间相填充在阿利特、贝利特之间的物质统称中间相，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。中间相在熟料煅烧过程中熔融为液相，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。（一）铝酸钙孰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C11A7 - CaF2。

20、在同时掺氟化钙和硫酸钙作矿化齐J低温烧成的熟料中可以是C11A7 CaF2和C4A2?而无C3A。纯 C3A 为等轴晶系，无多晶转化。结晶完善的C3A 常呈立方、八面体或十二面体。但在水泥熟料中，其形状随冷却速率而异，一般融入玻璃相或呈不规则微晶析出。C3A在熟料中含量为7%15%。纯C3A为无色晶体，密度 3.04g/ cm 3,熔融温度为1533Co 反光镜下，反光能力较差，呈暗灰色，故称黑色中间相。C3A 水化迅速，放热多，凝结很快，若不加石膏等缓凝剂易使水泥急凝，硬化快，强度三天内就发挥出来，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。（二）铁相固溶体铁相固溶体

21、在熟料中含量为10%18%。 孰料中含铁相较复杂，其成分接近C4AF， 故用C4AF代表熟料中铁相的组成。铁铝酸四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C4AF 高的熟料难磨。在道路水泥和抗硫酸盐水泥中，C4AF 含量高为好。（三）玻璃体硅酸盐水泥熟料煅烧过程中，熔融液相若在平衡状态下冷却，则可全部结晶出C3A、 C4AF和含碱化合物等而不存在玻璃体。但是在工厂生产条件下，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

22、，组成也不定，其主要成分为AI2O3、Fe2O3、CaO,还有少量MgO 和碱等。据认为：普通冷却熟料中玻璃体含量为2%21%， 急冷熟料玻璃体约为8%22%， 慢冷熟料玻璃体只有02% 。中间相的作用：煅烧过程中C3A、 C4AF 熔融成液相，可以促进硅酸三钙的顺利形成。过少，氧化钙不易被吸收，过多，窑内易结块。四、游离氧化钙和方镁石（一）游离氧化钙（?- CaO）游离氧化钙是指经高温煅烧而仍未化合的氧化钙，也称游离石灰。经高温煅烧的游离氧化钙，结构致密，水化很慢，通常要在三天后才明显，水化生成氢氧化钙体积增加97.9%，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

23、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，在熟料煅烧中，要严格控制游离氧化钙的含量。我国回转窑一般控制在1.5%一下，立窑在2.5%以下。因为立窑熟料中的游离氧化钙有一部分没有经过高温死烧，没有经过高温死烧的游离氧化钙水化快，对硬化水泥浆的破坏力不大。（二）方镁石方镁石是指游离状态的氧化镁晶体。MgO 与SiO2、 Fe2O3 的化学亲和力很小，在熟料煅烧过程中一般不参与化学反应，他以下列三种形式存在于熟料种：1、溶解于C4AF、C3s中形成固溶体；2、溶于玻璃体中；3、以游离状态的方镁石形式存在。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。以方镁

24、石形式存在时，由于水化速度比死烧游离氧化钙要慢，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。国家标准规定，硅酸盐水泥中氧化镁含量不得超过5.0%。方镁石膨胀的严重程度，还于晶体尺寸有关，尺寸1 m 时 , 含量5%才引起微膨胀，尺寸57 m 时， 含量3%就引起严重膨胀。在生产中应尽量采取快冷措施减小方镁石的晶体尺寸。第二节熟料的率值 在水泥生产中，各氧化物之间的比例(相对含量)即为率值。一、水硬率(Hydraulic Modulus )HM表不，其计算式水硬率是孰料中氧化钙与酸性氧化物之和的质量百分数的比值。常用 为：HMCaOSiOlAl 2O3Fe

25、?O336式中：CaO、SiO2、Al 2。3、Fe2O3分别代表熟料中各氧化物的质量百分数。水硬率通常在1.82.4之间。二、硅率或硅酸率(Silica Modulus )硅率又称硅酸率，它表示熟料中SiO2的百分含量与 AI2O3和Fe2O3百分含量之比，用SM表 示(水泥厂常用 n表示)。SMSiO2AI2O3 Fe2O3通常硅酸盐水泥的硅率在1.72.7之间。但白色硅酸盐水泥的硅率可达4.0甚至更高。硅率还表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系，反映了熟料的质量和易烧性。当Al2O3/Fe2O3大于0.64时，硅率与矿物组成的关系为：C3S 1.325C2SSM 321.434C3A

26、 2.046C4AF若硅率过高，高温液相量减少，熟料煨烧困难，硅酸三钙不易形成，如果氧化钙含量低，硅 酸二钙含量过多而孰料易粉化。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，已出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。三、铝率或铁率(Iron Modulus )铝率又称铁率，以IM表示(水泥厂常用 p表示)，其计算式为：IMAi2O3Fe2O3铝率通常在0.91.7之间，抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝率可低至0.7。铝率也表示熟料中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例关系，因而也关系到水泥的凝结快慢。同时还关系到熟料液相粘度，从而影响熟料的煨烧难易。 铝率与矿物组成的关系：1.15C3A IM

27、 0.64(A/F>0.64)C4AF铝率高，孰料中铝酸三钙多，液相粘度大，物料难烧，水泥凝结快。铝率低，液相粘度小，对硅酸三钙形成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利于窑的操 作。四、石灰饱和系数 KH不少学者认为水硬率的意义不明确，因此，又提出了不同的与石灰最大含量有关的计算公式，常用的就是石灰饱和系数 KH。计算公式为:KHCaO 1.65A12O3 0.35Fe2O32.8SiO2(IM >0.64)KHCaO I.IAI2O3 0.7Fe2O32.8SiO2(IM V 0.64)考虑到熟料中还有？ - CaO、游离SiO2和石膏，故熟料的 KH值公式写成:CaO fCa

28、O (1.65Al2O3 0.35Fe2O3 0.7SO3)2.8(SiO2 SQ 游)(IM >0.64)KHCaO fCaO (1.1*2。3 0.7Fe2O3 0.7SO3)2.8(SiO2 SiO2 游)(IM <0.64)硅酸盐水泥熟料 KH值在0.820.94之间，我国湿法回转窑 KH值一般控制在0.89±0.01。 石灰饱和系数与矿物组成的关系可以用下面数学式表示：C3s 0.8838C2S KH -C3S 1.3256C2S从上式可见，当C3s=0时，KH=0.667 ,即熟料中只有C2S、C3A和C4AF而无C3S。当C2s=0时，KH=1 ,即KH=1

29、时，孰料中无 C2S,只有C3S、C3A和QAF。故实际上KH介于0.6671.0之间。KH值越高，C3s的比例越高，孰料质量越好；但KH值过高，熟料夕烧困难，？ - CaO增多，热耗高，产量低。目前我国采用石灰饱和系数KH值、硅率SM、铝率IM三个率值控制生产。三个率值要配合适当，一般来说，三个率值不能同时高，或同时低。第三节孰料矿物组成的计算见书P16,略作介绍。第四节 孰料矿物组成的选择见书P18,略作介绍第五节配料计算略第四章 原料的破碎与均化第一节硅酸盐水泥的原料生产硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅和氧化铝，也提供部分氧化铁），还有校正原

30、料（铁质、硅质、铝质校正原料）。制造水泥的原料应满足以下工艺要求：1、化学成分必须满足配料的要求；2、有害杂质的含量应尽量少；3、应具有良好的工艺性能，如易磨性、易烧性、热稳定性、以混合性等。一、石灰质原料凡以碳酸钙为主要成分的原料都叫石灰质原料，主要有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。它是水泥生产中用量最大的一种原料，一般生产1t熟料约需1.21.3t石灰质干原料。石灰岩：主要成分是碳酸钙，主要矿物是方解石，并含有白云石、硅质（石英或燧石）、含铁矿物和粘土质等杂质。生产水泥用的石灰石中氧化钙含量一般应不低于48%。泥灰岩：是碳酸钙和粘土质物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩。氧化钙含量超过 45

31、%,石灰饱和系数大于 0.95时，称为高钙泥灰岩。应加入粘土配合。氧化钙含量低于 43.5%,石灰饱和系数小于 0.8时，称为低钙泥灰岩。应与石灰石搭配使用。氧化钙含量在 43.5%45%时，其率值也和熟料相近，称为天然水泥岩。可直接用于烧制水 泥熟料，但自然界很少见。杂质：石灰石中的白云石（CaCO3 MgCO3）是孰料中氧化镁的主要来源。为是孰料中的氧化镁含 量小于5.0%,应控制石灰石中的氧化镁含量小于3.0%。燧石俗称“火石”。主要成分是SiO2,常以“-石英为主要矿物，结晶完整粗大，质地坚硬， 难以磨细，化学反应能力差，在熟料煨烧时，也不易起反应，对熟料的产值量及消耗均有不利影响。作

32、为水泥原料的石灰石，其燧石和石英含量一般控制在4%以下。石灰石中碱含量应小于 1.0%,以免影响煨烧和熟料质量。另外，电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥等工业废渣都可做石灰质原料使用，但应注意其中杂质 的影响。石灰质原料的质量要求见下表：石灰质原料的质量要求品位CaO (%)MgO (%)R2O (%)SO3 (%)燧石或石英（）级品>48<2.5<1.0V 1.0<4.0二级品4548<3.0<1.0V 1.0<4.0泥灰岩3545<3.0<1.2V 1.0<4.0二、粘土质原料粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是SiO2,其次

33、AI2O3,还有少量Fe2O3。一般生产1t熟料勇0.30.4t粘土质原料。天然粘土原料有：黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。其中黄土和粘土使用最广。衡量粘土质量主要看它的：化学成分（硅率和铝率）、含碱量和可塑性、热稳定性、正常流动度的需水量等工艺性能。粘土同时含有几种粘土矿物时，其中含量最多的矿物，称为主导矿物。根据主导矿物的不同， 可将粘土分为高岭石类、蒙脱石类及水云母类等。他们的某些工艺性能见下表。粘土矿物与粘土工艺性能的关系种类粘土矿物名称SiO2粘 粒 含 量可 塑 性执 八、稳定性正常流 动度时 水分 (%)结构水脱 水温度 (C)粘土中矿物 分解达最高 活性时温度 (C)A

34、I2O3分子比高岭石类高岭石、多水高岭石2SiO2 - AI2O3 - nH2O2很 高好良 好中350550600800蒙脱石类蒙脱石 4SiO2 Al 2O3 mH2O贝得石 3SO Al 2O3 - mH2O34高很 好优 良高400600500700水云母类水云母、伊利石23低差差低300450400700粘土质原料的质量要求见下表。粘土质原料的质量要求品位硅率SM铝率IMMgO (%)R2O (%)SO3 (%)塑性指数级品2.73.51.53.5<3.0<4.0<2.0>12二级品2.02.7或 3.54.0不限<3.0<4.0<2.0&g

35、t;12注：SM=2.02.7时，一般需要参加硅质原料，当 SM=3.54.0时，一般需要与一级品或 SM低的二级品原 料搭配使用，或掺用铝质原料。采用立波尔窑及立窑时，才要求提供塑性指数。一般应控制粘土中碱含量小于4.0%;悬浮预热器窑用生料碱含量(K2O+Na2O)应不大于1.0%。粘土中石英砂含量一般要求0.08mm方孔筛筛余不得超过 10%, 0.2mm方孔筛筛余不超过5%。立窑和立波尔窑煨烧时，要求粘土的可塑性要好，以利于成球。三、校正原料当石灰质原料和粘土质原料配合所得的生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分，掺加相应的校正原料。常用的铁质校正原料：低品位铁矿石、炼铁

36、厂尾矿、硫酸厂工业渣硫酸渣(硫铁矿渣)等。它们的主要成分是 Fe2O3, 含量大于50%。Fe2O3含量大于40%的矿石、矿渣才可以做铁质校正原料。常用的硅质校正原料：砂岩、河砂、粉砂岩等。一般要求SiO2含量为70%90%,大于90%的石英含量过高，很少采用。常用的铝质校正原料：煤渣、粉煤灰、煤肝石等。一般要求AI2O3含量不小于30%。第二节物料的破碎一、物料破碎的目的物料破碎：就是依靠外力(主要是机械力)，克服固体物料内聚力而将其大块分裂为小块的过程。根据破碎后物料粒度的大小，将破碎分为：粗碎、中碎和细碎三类。具体见下表。粗、中、细碎的划分破碎的分类入料粒度（mm）出料粒度（mm）粗碎3

37、00900100350中碎10035020100细碎50100515破碎的目的：便于粉磨、烘干、输送和储存。最终目的为了达到生产水泥的工艺要求。二、破碎的方法破碎的方法有：（一）压碎物料在两坚硬平面之间受到逐渐增加的压力而被破碎。（二）折碎物料受弯曲应力作用而破碎。（三）冲击破碎物料在瞬间受到外来力的冲击而破碎。（四）劈碎物料由于受到硬状工作体的作用而破碎。（五）磨碎物料受到工作面的摩擦所产生的剪切力，以及物料相互间的摩擦剪切力而被粉碎。三、破碎比及破碎的工艺流程（一）破碎比物料破碎前后粒度之比称为破碎比。破碎比的表示方法1、平均破碎比, Dm i dm式中：i破碎比；Dm破碎前物料的平均粒径

38、（mm）;dm 破碎后物料的平均粒径（mm）。2、公称破碎比.B-，一i 一（用于破碎机）b式中：B破碎机最大进料口宽度（ mm）;b破碎机最大出料口宽度（ mm）。公称破碎比通常比平均破碎比高10%30%。水泥厂常用的破碎机的破碎比见下表。常用的破碎机的破碎比破碎机类型颗式圆锥式单辐式锤式（单转子）反击式（单转子）破碎比35364810251025（二）1、物料破碎的级数物料的破碎级数是根据物料的总破碎比来确定的。采用一种破碎机就能满足破碎要求时，即为单级破碎系统。选择两种或三种破碎机进行分级破碎才能满足总破碎比的要求时，即为两级破碎或三级破碎系统。2、破碎的工艺流程运输设备f颗式破碎机f皮

39、带输送机f锤式破碎机f斗式提升机f碎石库物料破碎的级数越多，系统越复杂，占地面积大，劳动生产率低，扬尘点多。因此，要力求减少破碎的级数。四、破碎机类型（一）颚式破碎机1、工作原理依靠活动颚板作周期性的往复运动，把进入两颚板间的物料压碎。画简图说明。2、适用范围粗碎和中碎3、优点结构简单、管理维修方便、工作安全可靠、适用范围广。4、缺点工作间歇式，非生产性动力消耗大，工作时产生较大的惯性力，使零件承受较大的负荷，不适合破碎片状及软质粘性物料，破碎比较小。（二）锤式破碎机1、工作原理料块受到高速旋转的锤头的冲击和物料块本身以高速向固定衬板撞击而破碎，在锤式破碎机的下部装有卸料篦条，被破碎到符合要求

40、的物料通过篦条间的缝隙经机壳卸料口卸出。2、适用范围常用中碎，也有用于粗碎。3、优点结构简单而紧凑，外形体积小，破碎比较大，生产能力高，单位产量电耗低，操作维修简便。4、缺点锤头和篦条等部件磨损较快，不适宜用于破碎潮湿或粘性物料，因为篦条容易堵塞而影响生产。（三）反击式破碎机1、工作原理物料被固定在转子上的板锤打击到反击板上，受反击板的反击而落下与转子连续打击的料快相互撞击，如此多次反复而是物料破碎，当物料粒度被破碎到小于反击板与板锤间的缝隙时就被排除而成为产品。2、适用范围水泥厂应用较广泛，可用于粉碎石灰石、水泥熟料、石膏和煤等。3、优点比锤式破碎机更多地利用了冲击和反击作用进行选择性破碎，

41、料块自击粉碎强烈，破碎效率高，生产能力大，动力消耗低，对物料适应性较强，破碎比较大，一般为40 左右，最高可达 150，简化生产流程，节约投资，结构简单、制造容易、操作维修方便。4、缺点打击板锤和反击板磨损快，运转是噪音大。第三节物料的均化技术 水泥厂物料的均化包括原料、燃料的预均化和生料、水泥的均化。一、标准偏差和均化效果物料成分的均匀性，以物料某主要成分含量的波动大小来衡量，常用的衡量物料均匀性的指标是某主要成分的标准偏差 So其算公式如下：11 nZS . （Xi x）2n n 1 i i式中：Xi 物料中某成分的各次测量值；X 各次测量值算术平均值；n测量的次数标准偏差越小，则表示物料

42、越均匀。均化设施的衡量指标是均化效果，通常指均化设施进料和出料的标准偏差之比，即为：S进H -S出式中：H均化设施的均化效果；S进、S出一一进入和卸出均化设施某成分的标准偏差。H值愈大，均化效果愈好。二、原、燃料的预均化原料的预均化常用于石灰石，粘土质原料和铁质原料一般不需要进行预均化。原、燃料的预均化主要是设置预均化堆场。在预均化堆场内，经破碎后的物料用专门的堆料设备沿纵向以薄层平铺迭堆，层数可达400500层，取料时则用专门的取料设备在横向以垂直料层而切去，即“薄层相迭成堆，垂直取切而混”，物料就是在堆、取、运的过程中得到均化。一般均化效果H为58。预均化堆场采用的堆料方式有多种，最常用的

43、是单“人”型堆料。预均化堆场的布置形式有矩形和圆形两种。见书P30三、生料的均化干法生料的均化可采用多库搭配、机械倒库和压缩空气搅拌库等。（一）多库搭配多库搭配是根据各库的生料碳酸钙滴定值及控制指标，计算出各库搭配的比例，各库按比例卸料，在运输过程中均化。不需增加设备，但均化效果较差。（二）机械倒库机械倒库是利用螺旋输送机和提升机反复将库内物料卸出和装入，已达到混合均匀的目的。均化效果H为23左右。（三）压缩空气搅拌库是粉状物料均化的有效办法。有间歇均化系统和连续均化系统。见书 P32第五章粉磨工艺粉磨在水泥生产过程中占有重要的地位。生产1t 水泥，需粉磨的物料量约3 t 左右。水泥生产总耗电

44、量的60%70%耗费在粉磨过程中。第一节粉磨的目的和要求粉磨是将颗粒状物料通过机械力的作用变成细粉的过程。对于生料和水泥，粉磨的目的是使物料表面积增大，促使化学反应的迅速完成。粉磨产品细度，常用筛余量和比表面积来表示。一、生料粉磨的目的和要求生料细度越细，则生料各组分间越能混合均匀，煅烧时， 各组分能够充分接触，是分解反应、固相反应、固液反应速度加快，有利于游离氧化钙的吸收；但细度过细时，电耗增加、产量降低，且对游离氧化钙的吸收并不显著。生料粉磨的细度控制：管磨生产时，0.08mm 方孔筛筛余10%左右，0.2mm 方孔筛筛余小于1.5%为宜；闭路粉磨是，0.08mm 方孔筛筛余可适当放宽，但

45、仍应控制0.2mm 方孔筛筛余小于1.5%。二、水泥粉磨的目的及要求水泥的细度越细，水化和硬化反应越快，强度尤其是早期强度越高，而且改善水泥的泌水性、和易性等。反之，水泥颗粒过粗，粗颗粒只能在表面反应，损失了水泥的活性。过细，电耗高，产量低，效率下降。通常水泥的细度比表面积控制在300m2/kg 左右。见书p34,水泥颗粒大小与水化的关系三、煤的粉磨目的和要求煤粉越细，燃烧速度快，燃烧完全，放热多，温度高；粗则燃烧慢、火力不集中，温度低，造成还原气氛。过细，耗电高，效率低。入回转窑的煤粉细度，一般要求控制0.08mm 方孔筛筛余10%15%为宜。第二节粉磨流程一、粉磨系统粉磨流程又称粉磨系统。

46、粉磨系统有开路和闭路两种。物料一次通过磨机后即为成品时成为开路系统。当物料出磨后通过分级设备选出产品，粗粉返回磨机内再磨称为闭路系统。见书 p34 二图开路系统优点：流程简单、设备少、投资省、操作维护方便；缺点：过粉磨现象严重，产量低，效率低。闭路系统优点：过粉磨现象减轻，产量可提高15%25%，粉磨效率相对提高，产品细度可通过调节分级设备来控制；缺点：设备多、较为复杂，系统设备利用率低，投资大，操作、维护、管理较复杂。二、生料粉磨流程（一）湿法生料粉磨系统有开路和闭路之分。见书p35（二）干法生料粉磨系统先要对含有水分的物料进行烘干，再粉磨。后出现多种闭路烘干-粉磨系统。70 年代以来，采用

47、立式粉磨系统。见书 p35三、水泥粉磨系统水泥粉磨系统通常有：长磨或中长磨开路系统，中长磨一级闭路系统，短磨二级闭路系统，闭路中卸磨系统等。后来出现了辊压机。近年来水泥粉磨趋向于采用球磨机、辊压机、高效选粉机不同组合的粉磨流程。见书 p3637第三节影响磨机产质量及能耗的主要因素影响因素很多，简要分析如下。一、入磨物料粒度入磨物料粒度小，可提高磨机产量，降低磨机电耗。但也不能过小。一般中型水泥厂，入磨物料粒度以810mm 为宜。二、易磨性物料的易磨性表示物料粉磨的难易程度。当然，好磨的物料好磨，产量高，电耗低；难磨的物料难磨了，产量低，电耗高。易磨性与物料本身结构有关，结构致密，难磨；结构疏松

48、，好磨。三、入磨物料温度物料的易磨性随温度的升高而降低，磨内温度高，易使水泥细粉因静电尔聚集，严重时会粘附研磨体和衬板，从而降低粉磨效率。温度高，还会使二水石膏脱水变成半水石膏，使水泥假凝，影响水泥质量；水泥入库后易结块。温度高，还会使磨机筒体产生热应力，引起衬板螺栓折断。影响轴承润滑。入磨物料温度根据经验一般应控制在50以下。出磨水泥温度应控制在110120以下。采取磨机外喷淋水冷却，还采取磨内喷水来降低磨内温度。磨内喷水要适当，要雾化好。闭路粉磨系统，可以降低磨内温度。四、入磨物料水分入磨物料水分大于1.8%时，磨机产量开始下降，达5%时，磨机无法工作，出现“糊磨”和“饱磨”现象。物料过于

49、干燥也无必要，入磨物料平均水分一般控制在1%左右为宜。五、磨内通风加强磨内通风有利于提高磨机产量。具体体现在：及时排除磨内微粉、降低磨内水气、降低磨内温度等。但磨内风速不能过大，否则，产品变粗、排风机电耗增加。一般开路磨机内风速以0.71.2m/s 为宜，闭路磨机可适当降低，以0.30.7m/s 为宜。磨内通风应加强收尘，保护环境。六、助磨剂在粉磨过程中，加入少量的外加剂，可以消除细粉的粘附和聚集现象，提高粉磨效率，降低单位电耗，提高产量。这类外加剂称为助磨剂。常用的助磨剂有：煤、焦炭等碳素物质。表面活性物质，如亚硫酸盐纸浆废液、三乙醇胺下脚料、醋酸钠、乙二醇、丙二醇等。碳素物质的加入量不得超

50、过1%;亚硫酸盐纸浆废液的浓缩物加入量为0.15%0.25%;三乙醇胺下脚料假如两位 0.05%0.1%。要选用效果好的、成本低的。并不得损害水泥的质量。七、设备及流程（一）设备的规格、内部结构及转速磨机的规格是用直径 DX长度L表示的。试验表明，磨机产量 Q与直径D和长度L的关系是：Q oc D2.52.6L单位产品电耗N与直径D的关系为:N 0c1_D0.1可见，磨机规格越大，产量越高，单位产品电耗越低。磨机内部结构主要是指衬板和隔仓板。衬板保护筒体，带起研磨体和物料，更好粉磨。隔仓板分割各仓，磨内物料粗细分开，提高粉磨效果。具体见书P39磨机转速加快，能提高磨机产质量，但不能超过磨机的临

51、界转速，理论上磨机的转速是临界转速的76%,实际控制在80%85%。（二）粉磨的流程开路磨安装选粉机或分级机后可提高产量15%25%。闭路系统的产量与循环负荷率和分级效率有关。循环负荷率K是指分级机的回料量 T与成品量G之比，以百分数表示。用下式表示：Tc aa cK 100% 100% 100%Ga bb a式中：a分级机的喂料细度（通过某一筛孔的百分数）；b分级机的回料细度（通过某一筛孔的百分数）；c分级机的成品细度（通过某一筛孔的百分数）；a ?b ?c 分别表示相应于 a、b、c某一筛孔的筛于百分数。分级效率Y是分级机选出的产品中精粉量占入分级机物料中精粉量的百分数。当分级机为选粉机时

52、即为选份效率。其计算公式为：Gc(G T)acaba c b100%(1 c )(b a )100%(1 a )(b c)适当地提高闭路系统的循环负荷率可以提高粉磨效率，过多地提高循环负荷率反而使粉磨效率下降。循环负荷率与磨机产量的关系见书p40图。选粉效率高可以减少过粉磨现象，提高粉磨效率。（三）研磨介质研磨体的形状、大小、装载量、配合和补充等对磨机产量的影响较大。研磨体的形状有：钢球、钢段、钢棒等。一般的研磨体的填充系数为：中长磨与长磨：25%35%、 30%35%时产量较高，30%左右时电耗较低；短磨：可以达到35%40%。第六章硅酸盐水泥熟料的煅烧第一节硅酸盐水泥熟料的形成一、水泥熟料的形成过程（一）水分蒸发100时，物料中的游离水税蒸发（二）粘土矿物脱水450左右时，粘土矿物结合水逸出。发生下列化学反应。A12O3 - 2SiO2 - 2H20fAI2O3 2SiO2+2H2O并随着温度的升高，形成活性Al 2O3、 SiO2（三）碳酸盐分解600左右时，碳酸镁开始分解，发生下列化学反应。MgC0 3-Mg0+C02900左右时，碳酸钙开始分解，发生下列化