水泥熟料形成的热化学

水泥熟料形成的热化学

及影响水泥熟料质量的因素水泥熟料形成的热化学首先，我们来回顾一下水泥熟料的形成的工艺流程：

原料（石灰质）或（粘土质）按一定要求的比例配合经均化、粉磨、调配而成生料熟料1450℃究竟发生了怎样热化学的变化？水泥熟料形成的热化学什么称为水泥熟料形成的热化学？

生料在加热过程中发生了一系列物理化学变化，将全过程的总吸热量减去总放热量，由0℃的干生料在没有任何热量损失和物料损失的情况下，烧成1Kg熟料所需的净热量。物理化学变化中包含：吸热反应和放热反应两种。看下图表1-1，水泥熟料在形成过程中的各种热反应：温度（℃）反应热效应数值100~150游离水蒸发吸热2249kJ/kg水450粘土结合水逸出吸热932kJ/kg-kao600MgCO3分解吸热1421kJ/kg-MC900粘土无定形脱水产物结晶放热259-284kJ/kg-meta-kao900碳酸钙分解吸热1655kJ/kg-CC900-1200固相反应放热418-502kJ/kg-cl1250-1280形成液相吸热105kJ/kg-cl130-1450硅酸三钙形成微吸热8.6kJ/kg-cl图表1-1经计算，熟料的理论形成热：1630-1800kJ/kg-熟料

熟料形成热化学理论形成热实际形成热理论形成热

1、定义：在一定生产条件下，用某一基准温度的干燥物料，在没有任何物料损失和热量损失的条件下，制成1kg同温度的熟料所需要的热量称为熟料的形成热（熟料理论热耗）。2、计算原理：理论热耗：吸收的总热量－放出的总热量。一般为1630～1800kJ/kg。3、影响因素：熟料的形成热是熟料形成在理论上消耗的热，它仅与原、燃料的品种、性质及熟料的化学成分与矿物组成、生产条件有关。实际形成热定义：每煅烧1kg熟料窑内实际消耗的热量称为熟料实际热耗，简称熟料热耗，也叫熟料单位热耗。熟料矿物的形成热（理论热耗)1675--1755KJ/kg；实际热耗：目前>2900KJ/kg,为3400--7500KJ/kg思考：为什么实际热耗＞理论热耗？原因：机体散热多不完全燃烧热损失高系统漏风严重废气带走的热较多实际生产中形成的熟料和废气不可能冷却到0℃，因而必然带走一部分热量；生产过程不可能没有物料损失及物料循环的存在，其煅烧设备还要向外散失热量，因此，实际生产每1kg熟料消耗的热量，必然比熟料形成热要大得多，干法水泥生产，一般在2800-3500kJ/kg范围内，这就是熟料的单位热耗。熟料的单位热耗越接近熟料形成热，煅烧设备的热效率越高项目湿法长窑干法长窑半干法预热器窑热耗(kj/kg)热效率(%)热耗(kj/kg)热效率(%)热耗(kj/kg)热效率(%)热耗(kj/kg)热效率(%)理论热耗175628.99175644.07175652.11175653.57水分蒸发221136.5145613.52废气带走110418.22130432.7440512.0476923.47冷却空气带走热3014.673308.2933910.8534710.53熟料带走831.35832.10832.48832.55筒体散热6029.9451012.803309.803229.82总热耗6057100398310033691003277100热效率28.9944.0752.1153.57各种窑的热耗对比

提高熟料质量是确保水泥质量的基础，熟料质量的优劣与均匀程度，直接决定水泥质量的好坏与可靠程度。因此，熟料的质量控制是水泥生产质量管理环节中极为重要的一环。水泥熟料的质量控制在不同生产工艺、煅烧设备条件下也不一样。回转窑生产，除常规化学全分析、物理检验和控制游离氧化钙外，一般还要控制烧成带的温度、窑尾废气温度及各点负压，同时还要控制熟料的堆积密度，有些厂还进行岩相结构的检验和控制；而立窑生产，熟料在出窑后均经破碎处理，除常规控制外，有时也控制其堆积密度。所以，控制项目的多少，应视生产工艺条件具体确定。一般熟料质量控制项目有：熟料化学成分(包括KH、SM、IM三个率值)、烧失量、游离氧化钙、游离氧化镁、安定性以及强度等物理性能。

对熟料化学成分的控制，目的在于检验其矿物组成是否符合配料没计的要求，从而判断前道工序的工艺状况和熟料质量，并作为调整前道工序的依据。水泥熟料中各氧化物之间的不同比例，决定着熟料中各种矿物组成的差异，以及由此影响到熟料本身的物理性能特点和其煅烧的难易程度，我国通常用石灰饱和系数(KH值)、硅率(n)和铝率(P)来表示熟料中各氧化物含量之间的关系。熟料的三个率值，应根据各厂原料成分，上艺条件，技术水平以及生产水泥的品种、标号、季节等因素来综合考虑，合理进行选择以保证熟料的质量。一般情况下，生产条件不发生变化。游离氧化钙相同时，熟料强度随KH值和C3S含量增大而提高。当熟料化学成分一定时，其强度随游离氧化钙增加而降低，增大熟料小KH值，熟料中游离氧化钙也会随之上升。所以，对熟料KH值的控制是非常重要的，控制KH值应考虑以下几个方面的因素：1．采用矿化剂尤其是复合矿化剂时，Ktt值可略高些。一般情况下，掺复合矿化剂的册值比单掺时高0．02～0．04，单掺比不掺矿化剂时可高0．01～0．03。2．原料易烧性好，生料质量比较均匀且粗颗粒少时，KH值控制指标可略高，反之应低一些。3．生料n低时，KH值可高些，反之应低些。考试大－全国最大教育类网站(www．E)4．煅烧工艺稳定，操作人员素质好时，KH值可略高，反之应降低。5．夏季生产时KH值可略高于冬季。KH值控制范围为目标值+0.02；湿法回转窑及日产2000t以上的预分解窑的KH值合格率应≥80％，其他窑型的KH值合格率》70％；KH的标准偏差按回转窑、立窑的不同分别控制在不大于0.020和不大于0.030之内。熟料的n和P值也应合理、稳定，尽量减小波动。一般而言，n和P值的控制范围为目标值+0.10，合格率≥85％。率值合格率和饱和系数标准偏差各窑以日为单位(分班作分析，先以算术平均法求出率值日平均)，按月统计，然后按窑月产量加权计算总平均值。出窑熟料化学成分的测定，应进行连续取样，取样要具有代表性，每天测定一次。熟料的化学成分游离氧化钙

游离氧化钙是熟料中没有参加化学反应，而是以游离态存在的氧化钙。熟料在烧成时残留的死烧游离氧化钙水化很慢，要在水泥水化、硬化并形成一定强度后才开始水化，由于体积不均匀膨胀，会致使水泥石强度下降、开裂甚至崩溃，造成水泥安定性不良。所以控制熟料中f-CaO的含量是十分重要的。通过f-CaO的含量分析，可以对煅烧精况和熟料质量进行判断。立窑水泥熟料中的游离氧化钙主要有下述三种形式：①欠烧游离氧化钙。只存在于经受1100—1200℃煅烧的牛烧料球中，石灰石分解产生的游离氧化钙叫欠烧游离氧化钙。因其轻烧，结构疏松，遇水很快消解，对水泥石的安定性无大影响。②一次游离氧化钙。已经受烧成温度煅烧，但未化合成熟料矿物，遇水消解缓慢，在硬化的水泥石中，水化成氢氧化钙，体积膨胀达97．9％，严重影响水泥的安定性。正常熟料中形成一次游离氧化钙的主要原因是：生料配料不当，石灰饱和系数过高，熔剂矿物少，生料粒度太粗，或生料均匀性差。③二次游离氧化钙。在还原气氛中，氧化铁被还原为氧化亚铁，如熟料冷却缓慢，则Fe2+促使硅酸三钙分解为硅酸二钙和游离氧化钙。如果包裹在熟料矿物中，则水化十分缓慢。

综上所述，影响水泥安定性的主要成分是一次和二次游离氧化钙。为了保证水泥的质量，并判断生料配料和烧成工艺是否适宜，应及时测定熟料中游离氧化钙的含量。从理论上讲，熟料中f-CaO越低越好。因为随着f-CaO含量的增加，熟料强度会明显下降，安定性合格率也会大幅度下降。所以，在确定f-CaO的控制指标时，企业应综合考虑本厂的生产工艺、原燃材料、设备、操作水平等因素，确定一个既经济又合理的指标。熟料中f-CaO含量是水泥生产中较难控制而又对水泥质量影响很大的因素。在生产中造成f-CaO含量高有诸多原因：(1)配料不当，KH过高；(2)煤与生料配比不均匀、不准确，煤质波动大或煤粒过粗；(3