第六章第一部分硅酸盐水泥熟料的煅烧

1、第六章 硅酸盐水泥熟料的煅烧 The calcining of Portland Cement Clinker学习本章的意义学习本章的意义1.煅烧直接决定水泥的产质量、燃料消耗和窑的安全运转，有必要了解煅烧直接决定水泥的产质量、燃料消耗和窑的安全运转，有必要了解和研究；和研究；2.煅烧过程因窑型不同有差别，但基本反应是类同的，有必要了解六个煅烧过程因窑型不同有差别，但基本反应是类同的，有必要了解六个基本反应。基本反应。学习的目的和要求学习的目的和要求1.理解并记忆理解并记忆物料在煅烧过程中所经历的一系列物理化学变化；物料在煅烧过程中所经历的一系列物理化学变化；2.了解各种水泥窑的生产方法；了解

2、各种水泥窑的生产方法；3.理解理解影响熟料煅烧过程的主要工艺因素影响熟料煅烧过程的主要工艺因素；4.以旋风筒以旋风筒换热管道换热管道分解炉分解炉回转窑回转窑冷却机为主线，掌握当代水泥工冷却机为主线，掌握当代水泥工业发展的主流和最先进的煅烧工艺及设备、生产过程的控制调节等业发展的主流和最先进的煅烧工艺及设备、生产过程的控制调节等； 熟料烧成系统关键技术装备：筒、管、炉、窑、机关键技术装备：筒、管、炉、窑、机旋风旋风筒筒连接连接管管道道分解分解炉炉回转回转窑窑冷却冷却机机 预预 热热(Preheat) 分解分解(decompose)烧成烧成(burn)冷却冷却(cooling)第一节 物料在煅烧过

3、程中的物理化学变化一、干燥一、干燥 自由水的蒸发自由水的蒸发； 100150 窑型窑型生料状态生料状态生料所含水分（）生料所含水分（）立窑、立波尔窑立窑、立波尔窑料球料球1215湿法回转窑湿法回转窑料浆料浆3040干法回转窑干法回转窑干粉干粉 1.381.38，应急冷，可增加，应急冷，可增加C C3 3S S ( (液相粘度大，温度梯度大，析出液相粘度大，温度梯度大，析出C C3 3S);S);对高铁配方，对高铁配方，IMIM 1.381.38，应适当慢冷，可增加，应适当慢冷，可增加C C3 3S S ( (液相粘度小，温度梯度小，回吸液相粘度小，温度梯度小，回吸C C2 2S S析出析出C

4、C3 3S)S)。(1)(1)反应条件：冷却速度慢，还原气氛，反应条件：冷却速度慢，还原气氛， 500500；(2)(2)后果：后果：C C2 2S S密度减小，体积增大，导致熟料粉化，强度下降；密度减小，体积增大，导致熟料粉化，强度下降；(3)(3)措施：措施：急冷；引入少量急冷；引入少量BaBa2+2+、NaNa+ +替代替代CaCa2+2+,BO,BO4 45-5-、POPO4 43-3-替代替代SiOSiO4 44-4-, ,稳定稳定C C2 2S S。 C2S 500 C2S （2）相变反应）相变反应 影响熟料质量影响熟料质量C2S + fCaOC3S 1250(1)(1)反应条件：

5、冷却速度慢，还原气氛，反应条件：冷却速度慢，还原气氛， 12501250；(2)(2)后果：降低水硬性，不影响安定性，因生成的后果：降低水硬性，不影响安定性，因生成的fCaOfCaO较快水化；较快水化；(3)(3)措施：急冷。措施：急冷。理论热耗：理论热耗：1650-1800 KJ/kg 实际热耗：实际热耗：3400-7500KJ/kg 实际热耗理论热耗；因为有各种热损失。%100实际热耗理论热耗七、熟料形成热1.单位单位热耗热耗 烧成1熟料所消耗的热量（KJ/kg）3.热效率热效率2.熟料形成热熟料形成热 基准温度下，干燥物料在没有任何损失条件下，制成1Kg同温度的熟料所需要的热量。理论热耗

6、水泥煅烧过程中的物理化学变化及热效应温度/阶段物理化学变化热效应100干燥物理水的蒸发225KJ/Kg-水（吸热）450预热黏土脱去结晶水922 KJ/Kg-高岭土（吸热）650预热MgCO3分解1420 KJ/Kg- MgCO3或2458 KJ/Kg- MgO（吸热）900分解分解黏土中无定形物质黏土中无定形物质结晶结晶260285 KJ/Kg-高岭土（放热）高岭土（放热）900分解CaCO3分解1655 KJ/Kg- CaCO3或2985 KJ/Kg- CaO（吸热）9001200固相反应固相反应固相反应生成矿物固相反应生成矿物420500 KJ/Kg-熟料（放热）熟料（放热）125012

7、80固相反应生成部分液相105 KJ/Kg-熟料（吸热）13001450烧成反应烧成反应C2S+CaOC3S8.6 KJ/Kg- C3S（微吸热）项目湿法长窑干法长窑半干法预热器窑热耗热耗(kj/kg)(kj/kg)热效热效率率(%)(%)热耗热耗(kj/kg)(kj/kg)热效热效率率(%)(%)热耗热耗(kj/kg)(kj/kg)热效率热效率 (%)(%)热耗热耗(kj/kg)(kj/kg)热效热效率率(%)(%)理论热耗理论热耗1756175628.9928.991756175644.0744.071756175652.1152.111756175653.5753.57水分蒸发水分蒸发2

8、211221136.5136.5145645613.5213.52废气带走废气带走1104110418.2218.221304130432.7432.7440540512.0412.0476976923.4723.47冷却空气冷却空气带走热带走热3013014.674.673303308.298.2933933910.8510.8534734710.5310.53熟料带走熟料带走83831.351.3583832.102.1083832.482.4883832.552.55筒体散热筒体散热6026029.949.9451051012.8012.803303309.809.803223229.8

9、29.82总热耗总热耗60576057100100398339831001003369336910010032773277100100热效率热效率28.9928.9944.0744.0752.1152.1153.5753.57各种窑的热耗对比各种窑的热耗对比回转窑内物料温度与气体温度以及各带划分的情况预分解窑内物料煅烧进程短型预分解窑内物料煅烧进程 第二节 矿化剂及微量元素对熟料煅烧和质量的影响矿化剂：矿化剂：改善易烧性，加速熟料矿物形成改善易烧性，加速熟料矿物形成；助熔剂：助熔剂：降低液相出现温度降低液相出现温度；按作用分按作用分单一矿化剂单一矿化剂复合矿化剂复合矿化剂按组成分按组成分氟化物

10、：氟化物：CaFCaF2 2、NaFNaF、NaNa2 2SiOSiO6 6硫化物：硫化物：CaSOCaSO4 4、FeSFeS2 2、FeSFeS有些工业废渣：含少量金属有些工业废渣：含少量金属矿矿 化化 剂剂 种种 类类一、氟化钙一、氟化钙1.1.破坏破坏SiOSiO2 2晶格；晶格；2.2.加速加速CaCOCaCO3 3分解；分解；CaF2+H2O CaO+2HF4HF+SiO2 SiF4+2H2OSiF4+2CaO 2CaF2+ SiO2再生再生新生态新生态CaF2+H2O CaO+2HFCaCO3+2HF CaF2+CO2 + H2O CaCO3 CaO+ CO2 在含有33%熔剂矿

11、物(C3A、MgO、C4AF) 的配料中, 加入1.0 %的CaF2 ,碳酸钙的分解数量明显增加, 其含量明显降低。3.3.降低液相出现温度和粘度，增加液相量；降低液相出现温度和粘度，增加液相量；4.4.形成中间过渡相，加速形成中间过渡相，加速C C3 3S S形成；形成；加入加入0.60.61.21.2的的CaFCaF2 2，可降低烧成温度，可降低烧成温度5050100100，扩大了烧成温度范围，增加了反应时间。扩大了烧成温度范围，增加了反应时间。3(-C2S)+3CaF2+CaO 3C3S CaF23C3S CaF2 3C3S+CaF2 液相液相晶种晶种5.5.增加增加A A矿含量；矿含量

12、；6.6.促使含碱矿物分解；促使含碱矿物分解；7.7.生成早强矿物生成早强矿物；C12A7+CaF2 C11A7 CaF2 +CaO C2S+CaO C3SC12A7+CaF2 C11A7 CaF2 +CaOKC23S12+CaF2 KF+12C2SNC8A3+CaF2 NaF+3C3A二、硫二、硫酸盐酸盐1.1.降低液相出现温度和粘度，增加液相量；降低液相出现温度和粘度，增加液相量；2.2.形成中间过渡化合物；形成中间过渡化合物；3.3.生成早强矿物；生成早强矿物；4.4.降低液相表面张力，有利于降低液相表面张力，有利于A A矿生长成大晶体；矿生长成大晶体；5.5.含硫酸盐的含硫酸盐的A A

13、矿晶体水硬性较弱。矿晶体水硬性较弱。4CaO+2SiO2+CaSO4 2 (,-C2S)+CaSO42 (,-C2S)+CaSO4 2 C2S CaSO4 105012004CaO+3Al2O3+CaSO4 4CaSO43Al2O3SO3注意：窑内硫的循环-结皮堵塞三、萤石、石膏复合矿化剂三、萤石、石膏复合矿化剂掺氟硫复合矿化剂，形成熟料矿物的影响因素较多：掺氟硫复合矿化剂，形成熟料矿物的影响因素较多： 熟料组成、熟料组成、CaF2/SO3的比值、烧成温度的高低。的比值、烧成温度的高低。（1 1）多采用高多采用高KH、低、低SM和高和高IM配料。配料。（2 2）石膏掺量，以熟料中石膏掺量，以熟

14、料中SO31.01.5为宜；萤石掺量，以熟料中为宜；萤石掺量，以熟料中 CaF20.40.8为宜；为宜；CaF2/SO30.350.6为宜。为宜。（3）降低液相出现的温度，降低液相粘度，使）降低液相出现的温度，降低液相粘度，使A矿形成温度降低矿形成温度降低150 200，促进，促进A矿形成。矿形成。有时出现不正常凝结现象：有时出现不正常凝结现象：CaF2/SO3比偏高，煅烧温度偏低，比偏高，煅烧温度偏低，KH偏低，偏低，IM偏高，偏高，窑内出现还原气氛，形成较多的窑内出现还原气氛，形成较多的C11A7 CaF2 ，若所加，若所加石膏不足以阻止其迅速水化，就会发生闪凝。石膏不足以阻止其迅速水化，

15、就会发生闪凝。CaF2/SO3比偏高，煅烧温度过高，比偏高，煅烧温度过高，KH偏高，偏高，IM偏低，偏低，形成形成C6AF2，C3A少；少；C6AF2和氟固溶在和氟固溶在C3S中，减缓中，减缓C3S的水化，从而慢凝。的水化，从而慢凝。四、四、矿化剂的选择及掺矿化剂的选择及掺加量加量种类的选择种类的选择 掺加量掺加量 工厂实际工厂实际原燃料的化学成份原燃料的化学成份；单掺单掺CaF2，1-2%熟料的熟料的KH 、IM；加矿化剂两率值可高些加矿化剂两率值可高些烧成温度有关烧成温度有关；高温煅烧，可少些高温煅烧，可少些 掺加矿化剂进行熟料的煅烧, 使用得当, 能提高产质量、节能降耗, 应注意： (1

16、) 对原燃料进行化学分析的基础上, 合理选择矿化剂种类和掺量。 (2) 掺加方式很多, 但都必须准确掺加并与生料充分均化。 (3) 掺入矿化剂后, 要注意提高KH 和IM 值。 (4) 掺加矿化剂后, 熟料高温煅烧效果会更好些。p碱碱 在煅烧过程中，碱要挥发，而挥发的碱只有一部分排入大在煅烧过程中，碱要挥发，而挥发的碱只有一部分排入大气，其余部分随窑内烟气向窑低温区域运动时会凝结在温度较气，其余部分随窑内烟气向窑低温区域运动时会凝结在温度较低的生料上。低的生料上。循环富集循环富集 随原料种类、窑型、烧成温度不同，残留在熟料中的碱的随原料种类、窑型、烧成温度不同，残留在熟料中的碱的含量有所不同。

17、含量有所不同。不同窑型所生产的熟料中碱的残留量为：不同窑型所生产的熟料中碱的残留量为： 立波尔窑立波尔窑64%；SP窑窑80%；湿法长窑；湿法长窑88%;五、微量元素的影响五、微量元素的影响易循环富集，结皮堵塞易循环富集，结皮堵塞 结皮严重时会堵塞卸料管，影响窑的正常生产。 碱会冷凝在较低温的生料上（通常在二级预热器内），虽然Na2O的冷凝率较低，但K2O的高达81-95%，产生循环富集。 SO3由燃料和矿化剂带入与碱形成R2SO4，降低液相的共熔温度，增大粘度，使容易粘结在设备的边壁上，形成结皮料。且回转窑内的R2SO4与C2S形成固溶体，不利于C3S的形成。 氯化物由粘土质原料及燃料带入，含量为0.01%0.1%，与碱反应形成碱金属氯化物（RCl），降低生料的低共熔温度，使生料发粘，产生结皮。有害成分在预分解系统的循环内循环内循环外循环外循环 冷凝的有害物质排出预热器，被捕集再次配料，随生料重新入窑，二次富集。 碱、硫、氯在窑内高温挥发，低温冷凝，随生料沉积入窑，在预热器和窑之间的循环和富集过程。pMgO 少量能降低熟料的烧成温度，增加液相量，少量能降低熟料的烧成温度，增加液相量，降低液相粘度，利于熟料煅烧，