水泥工藝基礎(chǔ)知識(shí)

1、水泥工藝基礎(chǔ)知識(shí)第一章 水泥的定義及分類1、定義：凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后，可成為塑性漿體，既能在空氣中硬 化，又能在水中硬化， 并能將砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料， 通稱為水泥。石灰、石膏也是一種無(wú)機(jī)膠凝材料，但不是水泥，因?yàn)樗鼈冎荒茉?空氣中硬化，不能在水中硬化，屬于氣硬性膠凝材料。2、分類：水泥的種類很多，按其用途和性能分，可分為：通用水泥、專用水泥 及特性水泥三大類。通用水泥是用于大量土木建筑工程的一般用途水泥， 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 通用水泥又 分為6類： 硅酸鹽水泥（又分為P.I和P.II）:不摻加混合材的（純熟料）硅 酸鹽水泥為P.I型，混合材摻加量不超過5%石灰石

2、或粒化高爐礦渣的硅酸鹽水 泥為P.II型。 普通硅酸鹽水泥：混合材摻加量范圍在6%15%之間的硅酸 鹽水泥，代號(hào)為P.O。 礦渣硅酸鹽水泥： 水泥中?；郀t礦渣摻加量范圍，按質(zhì)量百分比計(jì)在20%70%之間的硅酸鹽水泥 ，代號(hào)為P.S。 火山灰質(zhì)硅 酸鹽水泥：火山灰混合材摻加量范圍，按質(zhì)量百分比計(jì)在20%50%之間的硅酸 鹽水泥，代號(hào)為P.P。 粉煤灰硅酸鹽水泥：水泥中粉煤灰混合材摻加量范圍，按質(zhì)量百分比計(jì)在20%40%之間的硅酸鹽水泥，代號(hào)為P.F。復(fù)合硅酸鹽 水泥：凡由硅酸鹽水泥熟料、 兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、 適量石膏磨細(xì)制 成的水硬性膠凝材料，代號(hào)P.C。專用水泥則指專門用途水泥，

3、如：油井水泥、大壩水泥等等。特性水泥是某種性 能比較突出的一類水泥，如：快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、中低熱硅 酸鹽水泥等等。第二章 水泥生產(chǎn)的主要原材料和工藝過程1、生產(chǎn)硅酸鹽水泥的主要原材料： 石灰質(zhì)原料 （提供CaO;粘土質(zhì)原料 （提 供SiO2、AI2Q） ，鐵質(zhì)校正原料（提供FeQ、AI2Q）。2、工藝過程：硅酸鹽水泥的生產(chǎn)分三個(gè)階段：生料制備（包括生料配料、粉磨、 均化）、熟料煅燒、水泥粉磨與包裝。石灰質(zhì)原料、硅質(zhì)原料與少量鋁、鐵質(zhì)校正原料，經(jīng)破碎后按一定比例配合、磨 細(xì)、并調(diào)配成成分合適，質(zhì)量均勻的生料，這一過程叫做生料制備。生料在水泥 窯內(nèi)煅燒至部分熔融所得到的以硅酸鈣為

4、主要成分的硅酸鹽水泥熟料， 這一過程 叫做熟料煅燒。熟料加入少量石膏，有時(shí)還加入適量的混合材共同磨細(xì)為水泥， 這一過程叫做水泥粉磨。第三章 水泥的生產(chǎn)方法水泥的生產(chǎn)方法按照生料制備方法的不同有干法、 半干法、濕法三種，而半干法、 濕法工藝由于能耗高，絕大多數(shù)已被淘汰。將原料同時(shí)烘干與粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，喂入窯內(nèi)煅燒，這 一過程叫做干法生產(chǎn)。將生料粉加水后制成生料球， 然后喂入窯內(nèi) （立窯或立波爾窯） 煅燒， 這一過程叫做半干法生產(chǎn)。將原料加水，粉磨后變成生料漿，喂入窯內(nèi)煅燒，這一過程叫做濕法生產(chǎn)。濕法生產(chǎn)熱耗高，但電耗低，生料易于均化，熟料質(zhì)量好，粉塵少。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是均化

5、技術(shù)的發(fā)展，收塵設(shè)備的改進(jìn)，自動(dòng)化水平的 提高，使干法生產(chǎn)的熟料質(zhì)量逐步提高，是目前發(fā)展的主要方向。第四章熟料組成及合理的率值范圍1、水泥的質(zhì)量主要決定于熟料的質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)熟料應(yīng)該具有合適的礦物組成和巖 相結(jié)構(gòu)，因此，控制熟料的化學(xué)成分，是水泥生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)之一。硅酸鹽水泥熟料主要由CaO Si02、AI2Q、FeO四種氧化物組成，通常在熟料中占95%以上。在水泥熟料中，CaO SQ2、AI2Q、FQO不是以單獨(dú)的氧化物存在，而 是經(jīng)高溫煅燒后，以兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成的多種礦物集合體。因此，水泥熟料是由多種礦物組成的集合體。礦物組成：GS硅酸三鈣3CaO Si02C2S硅酸二鈣2CaO

6、- Si02C3A-鋁酸三鈣3CaO- Al2QC4AF-鐵鋁酸四鈣4CaOAI2QFe2Q通常，熟料中GS和C2S含量占75%左右，稱為硅酸鹽礦物，C3A和CAF占22%左右，稱為熔劑礦物，在煅燒過程中，這兩種礦物在1250C左右，熔融成液相，促進(jìn)GS的順利進(jìn)行。2、合理的率值水泥熟料是一種多礦物集合體，而各礦物又是由四種氧化物化 合而成，因此，在生產(chǎn)控制中，不僅要控制熟料中氧化物的含量，還應(yīng)控制各氧 化物之間的比例即率值。熟料率值是熟料中各種氧化物含量的相互比例，我國(guó)用飽和比(KH)，硅率(SM)，鋁率(IM)表示率值。石灰飽和系數(shù)KH= (CaO-1.65 Al2C3-0.35 Fe2Q

7、)/2.8 SiO2當(dāng)石灰飽和系數(shù)等于1.0時(shí)，此時(shí)形成的礦物組成為C3S、C3A和GAF而無(wú)QS。 為使熟料順利進(jìn)行，不致因?yàn)檫^多的游離石灰而影響熟料質(zhì)量，通?？刂剖绎?和系數(shù)在0.820.94之間。硅率(SM)表示水泥熟料中SiO2與AI2O、FO之間的比值。SM=SiOAi 2Q+FQQ41鋁率(IM)表示熟料中AI2Q和FeO含量比值，也表示GA和GAF礦物含量比例。IM= AI2O/ Fe 2Q42我公司5000t/d生產(chǎn)線設(shè)計(jì)熟料率值為：KH= 0.890.01SM=2.60 0.10IM=1.600.10第五章生料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化。1、干燥與脫水干燥即物料中自由水的蒸

8、發(fā)， 而脫水則是物料分解放出化合水， 自由水份蒸發(fā)溫 度在100C，干法窯生料含水量一般在1.01.5%，半干法窯(立窯、立波爾窯) 一般在1215%濕法窯為料漿，通常在3040%結(jié)晶水一般在400C600C時(shí)脫去水分。2、碳酸鹽分解帶(590C1000C)生料中的碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過程中都分解出CO,其反應(yīng)式為：MgCOMgO COT10471214J/g（590C）CaCG= CaW COT1645J/g（900C）碳酸鹽分解即是吸熱反應(yīng)又是可逆反應(yīng)，為使反應(yīng)順利進(jìn)行，必須保持 較高的反應(yīng)溫度，即必須提供足夠的熱量。同時(shí)降低周圍介質(zhì)中CO2分壓，即加強(qiáng)通風(fēng)，及時(shí)排走氣體，反之，如果讓反應(yīng)

9、在密閉的容器中進(jìn)行，隨著碳酸鹽的 不斷分解周圍介質(zhì)中CO2分壓隨之增加，分解速度將逐漸變慢，直到停止。碳酸 巖分解帶是熟料煅燒過程中吸熱最多的帶，理論熱耗指標(biāo)1988kj/kg（475千 卡）。3、 固相反應(yīng)放熱反應(yīng)帶（1000C1300C）此帶主要是氧化物間發(fā)生固相反應(yīng)生成C3A、C4AF、C2S，這些反應(yīng)都是 放熱反應(yīng)。4、 燒成帶（1300C1450C1300C）燒成帶是回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度最高的一帶，物料進(jìn)入這一帶就出現(xiàn)液相，液相量 波動(dòng)于2030%在液相中CS和fCaO作用形成GS，其反應(yīng)如下：C2S+CaOHC3S5、 冷卻帶（1300C1000C）水泥熟料冷卻的目的在于回收熟料余熱，預(yù)熱

10、二次空氣，提高窯的熱效 率；迅速冷卻熟料以改善熟料質(zhì)量與易磨性；便于熟料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存與粉磨 。以上窯內(nèi)各帶劃分是人為的， 同時(shí)各帶不能截然分開， 而是相互交叉的。 第六章 粉磨流程1、水泥廠的粉磨系統(tǒng)有：生料粉磨系統(tǒng)、水泥粉磨系統(tǒng)、煤粉磨系統(tǒng)?；玖?程有：開路系統(tǒng)流程和閉路系統(tǒng)流程。開路系統(tǒng)：在粉磨過程中，物料一次性通過磨機(jī)即為成品。閉路系統(tǒng)： 在粉磨過程中， 物料出磨后經(jīng)過分級(jí)設(shè)備選出成品， 粗粉返回磨內(nèi)重 磨。2、優(yōu)缺點(diǎn)比較 開路系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：流程簡(jiǎn)單、設(shè)備少、操作簡(jiǎn)便，基建投資少。 開路系統(tǒng)缺點(diǎn)：當(dāng)要求產(chǎn)品細(xì)度較細(xì)時(shí)（290m2/kg以上），易產(chǎn)生過粉磨現(xiàn)象， 降低粉磨效率，產(chǎn)量低，電耗高

11、（由于物料必須全部達(dá)到成品細(xì)度后才能出來(lái)， 因此，當(dāng)要求產(chǎn)品細(xì)度較細(xì)時(shí)， 已被磨細(xì)的物料將會(huì)產(chǎn)生過粉磨現(xiàn)象， 并在磨內(nèi) 形成緩沖墊層，甚至出現(xiàn)細(xì)粉包球和堵塞隔倉(cāng)板現(xiàn)象）。閉路系統(tǒng)缺點(diǎn)：流程復(fù)雜、設(shè)備多、操作管理技術(shù)要求高，基建投資大。閉路系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)要求產(chǎn)品較細(xì)時(shí)， 可以消除過粉磨現(xiàn)象， 粉磨效率高， 產(chǎn)量高。 生料磨可以提高產(chǎn)量1525%左右，水泥磨15%左右，產(chǎn)品細(xì)度可以調(diào)節(jié)， 電耗低。 注：產(chǎn)品細(xì)度要求不是很高時(shí)（290 m2/kg）,開路、閉路電耗相差無(wú)幾。3、 閉路系統(tǒng)兩個(gè)重要工藝參數(shù)：循環(huán)負(fù)荷率，選粉效率L（循環(huán)負(fù)荷）=（選粉機(jī)回料量/成品量）X100%=B/G50um慣性收塵氣體

12、流動(dòng)中方向突然改變，由于固體 顆粒的慣性力而與氣體分離，適用粒徑30um離心收塵在旋轉(zhuǎn)的懸浮體中 利用固體顆粒的離心慣性力作用而與氣體分離，適用粒徑5um如旋風(fēng)收塵器。過濾收塵使含塵氣體通過多孔層過濾介質(zhì)， 由于阻擋、 吸附、擴(kuò)散等作用顆 粒被截留下來(lái)，如袋式收塵器，適用粒徑1um電收塵在高壓靜電場(chǎng)內(nèi)，使 粉塵顆粒帶電，利用電力作用，使粉塵沉積下來(lái)，如各式電收塵器，適用粒 徑0.01um。第八章 窯外分解技術(shù) 新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)窯外分解技術(shù)是二十世紀(jì)七十年代 發(fā)展起來(lái)的， 由于其具有能耗低、 自動(dòng)化水平高、 質(zhì)量穩(wěn)定等， “零污染”在 近二十年的時(shí)間里得到了迅猛發(fā)展。 目前新型干法已經(jīng)形成1

13、000t/d10000t/d系列生產(chǎn)線。1、窯外分解窯是一種能顯著提高水泥回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的煅燒工藝，主要特點(diǎn)：把大 量吸熱的碳酸鈣分解反應(yīng)從窯內(nèi)傳熱速率較低的區(qū)帶移到懸浮預(yù)熱器與窯之間 的分解爐中進(jìn)行， 物料與氣體的傳熱面積極大， 傳熱速率很高， 使生料迅速完成 分解反應(yīng)。前面講過，熟料的裝機(jī)及其它通用生產(chǎn)設(shè)生產(chǎn)過程生產(chǎn)設(shè)備名稱排放濃度mg/m3單位產(chǎn)品排放量kg/t排放濃度mg/m3礦山開采破碎機(jī) 及其它30水泥窯及窯磨一體500.15200機(jī)烘干機(jī)、水泥制造烘干磨、煤磨及冷 卻機(jī)破碎機(jī)、500.15磨機(jī)、 包 裝機(jī)及其300.024單位產(chǎn)品 排放濃單位產(chǎn)品 排放濃 單位產(chǎn)品排放量度排放量度排放

14、量kg/tmg/m3kg/tmg/m3kg/t0.608002.4050.015擬建工程大氣污染物排放值：煙塵或粉塵SO2它通用生產(chǎn)設(shè)備NO2氟化物煅燒過程分為干燥預(yù)熱帶、碳酸鹽分解帶、固相反 應(yīng)帶、燒成帶、冷卻帶，而在傳統(tǒng)的煅燒工藝中，這幾個(gè)帶都在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行， 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的傳熱速率是比較慢的， 因?yàn)榛剞D(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)數(shù)只有13轉(zhuǎn)/分，物料隨窯 的回轉(zhuǎn)緩慢向前移動(dòng)，其綜合傳熱系數(shù)較低，每千克物料的傳熱面積只有0.0120.013m2，因而產(chǎn)量低、熱耗高。我們知道，分解帶的碳酸鈣分解需要吸 收大量的熱量， 由于窯內(nèi)傳熱速率低， 是影響回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熟料煅燒的主要矛盾。 而 在窯外分解窯系統(tǒng)中， 生料顆粒分散在

15、分解爐中， 處于懸浮或沸騰狀態(tài)， 燃料顆 粒燃燒時(shí)， 在分解爐內(nèi)看不見象回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒時(shí)那樣明亮的火焰， 燃料是在一面 懸浮，一面燃燒，同時(shí)，把燃燒產(chǎn)生的熱量以強(qiáng)制對(duì)流的形式，立即直接傳給生 料顆粒，使CaCO立即分解，從而使整個(gè)爐內(nèi)都形成燃燒區(qū)，爐內(nèi)處于800900E的低溫?zé)o焰燃燒狀態(tài)。傳熱系數(shù)很大，傳熱速率極高。2、主要優(yōu)點(diǎn)：（1）質(zhì)量高。熟料強(qiáng)度達(dá)到60Mpa GS+GS在75%78%其中GS60%（2） 消耗低， 熟料理論熱耗在400500大卡/千克熟料， 國(guó)外先進(jìn)的 窯外分解窯已達(dá)到700大卡以下， 我公司4000t/d生產(chǎn)線設(shè)計(jì)熟料熱耗在720卡/kg熟料， 我廠余熱發(fā)電窯在1500

16、大卡左右，除去發(fā)電也在10001100大卡 之間。電耗國(guó)外先進(jìn)水平在90kwh/噸水泥以下，我公司4000t/d生產(chǎn)線設(shè)計(jì)電 耗是98kwh/噸水泥。（3）勞動(dòng)生產(chǎn)率高。新型干法窯不斷向大型化邁進(jìn)，自 動(dòng)化水平不斷提高，單機(jī)最大能力已達(dá)到10000t/d，勞動(dòng)生產(chǎn)率已提高到1000015000噸水泥/人.年。（4） “零污染”。水泥工業(yè)進(jìn)一步與環(huán)境相容，新型干法窯不但降低了粉塵排放，而且還使廢氣中的CQ NQ SQ的排放量達(dá)到最小。新型干法水泥生產(chǎn)，由于大部份燃料是從分解爐加入（一般 分解爐： 窯=6：4） ，在分解爐內(nèi)，燃料與生料進(jìn)行低溫?zé)o焰燃燒，這種狀態(tài)有利于有毒 物質(zhì)如CQ NQ SQ成

17、為熟料的固熔體，使排放量降低。高效率收塵器的使用， 使粉塵濃度能夠達(dá)到50mg/m以下。新世紀(jì)，水泥工業(yè)有可能利用當(dāng)代新技術(shù)， 建設(shè)成為“環(huán)境材料型”產(chǎn)業(yè)。水泥儲(chǔ)存與使用的有關(guān)知識(shí)如何選擇水泥品種?1、 普通混凝土可以根據(jù)需要，選擇通用水泥中的任何一種。2、硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度高，凝結(jié)硬化快，抗凍 性和耐磨性能好， 適用于低溫下施工、 要求早強(qiáng)的混凝土以及路面工程。 但不適 用于大體積混凝土或蒸汽養(yǎng)護(hù)工程和受化學(xué)侵蝕的工程。3、礦渣水泥早期強(qiáng)度低，水化熱低，抗硫酸鹽侵蝕性能好，抗凍 性差，保水性差， 泌水率高。 主要適用于地下、 水中及海水工程、 高溫受熱工程、 大體積混凝土工程

18、， 不適用于早期強(qiáng)度要求高的混凝土、 低溫環(huán)境施工以及路面 工程。4、復(fù)合水泥具有早期強(qiáng)度低，保水性能好，水化熱低、抗硫酸鹽 性能好，需水量大，干縮性大，抗凍性差。適用于地下、水中及海水工程，大體 積蒸汽養(yǎng)護(hù)工程，不適用于早期強(qiáng)度要求高， 受凍工程以及氣候干燥地區(qū)的工程。冬季施工如何選擇水泥?冬季施工除了采取一定的工藝措施外， 應(yīng)主要選擇早期強(qiáng)度高， 水化 放熱量高的水泥，如硅酸鹽水泥、早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥、快硬高強(qiáng)水泥等。水泥顏色不一致,是否為假冒水泥?水泥生產(chǎn)除了熟料和石膏外， 還要摻加一定數(shù)量的混合材料， 水泥的 顏色主要是受混合材料的影響， 隨著混合材品種的變化， 水泥顏色也會(huì)有細(xì)微的 區(qū)別，只要水泥的其他理化指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求， 既為合格水泥， 水泥顏色 的細(xì)微變化不會(huì)影響水泥的實(shí)物質(zhì)量?；炷翞槭裁从袝r(shí)候硬化慢?水泥的硬化是個(gè)綜合性因素， 施工溫度是影響最大的因素， 冬季以及 春秋施工， 氣溫低，晝夜溫差大等情況將直接影響水泥的水化速度， 容易出現(xiàn)硬 化慢的現(xiàn)象。再有就是混凝土水灰比大、砂子含土多，灰砂比偏小、在潮濕環(huán)境 下施工等。夏季使用水泥,為什么混凝土容易開裂?夏季施工 經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，主要原因是灰砂比大，水泥用量過多；養(yǎng) 護(hù)不當(dāng)，環(huán)境溫