水泥工藝技術(shù)課件

水泥工藝技術(shù)

第一章緒論

水泥工藝技術(shù)課程的特點和學習要求

特點：

《水泥工藝技術(shù)》是省級教改試點專業(yè)“材料工程技術(shù)”（水泥工藝方向）的一門主干專業(yè)技術(shù)課程。本課程按專業(yè)服從市場、課程服務專業(yè)和“以崗為綱”原則，以新型干法水泥生產(chǎn)企業(yè)崗位操作人員所需知識和能力為依據(jù)，以化學分析技術(shù)、硅酸鹽工業(yè)熱工基礎等課程為基礎，設置教學內(nèi)容。學習要求：

1.根據(jù)每章教學內(nèi)容，老師會作具體的學習要求，希同學們按老師的要求認真學習。

2.本課程是一門專業(yè)理論課，所以要求同學們掌握基本理論和基本概念、以及基本的計算方法。

3.本課程又是一門專業(yè)實踐課，老師在教學過程中會聯(lián)系很多生產(chǎn)實際問題，同學們一定要吸取實際生產(chǎn)中的一些經(jīng)驗和教訓；同時配套的實踐教學課程有水泥物理性能檢測技術(shù)、認識實習、生產(chǎn)實習、水泥生產(chǎn)控制模擬操作實訓、水泥物理性能檢測技術(shù)及其實訓等，同學們一定要將理論與實踐結(jié)合起來學習和記憶，收到良好的學習效果。

中國古長城埃及金字塔

（公元7世紀開始建、3世紀秦王連、明朝完工、（距今4500年歷史，埃及國王建造陵墓）距今2700年歷史，西起甘肅嘉峪關(guān)東至遼寧省的鴨綠江邊，全長635萬米）。

古埃及的金字塔、中國古長城所用建筑材料——石塊、磚是用什么材料粘結(jié)的？

1.1膠凝材料的定義

膠凝材料——是指在物理、化學作用下，漿體變成堅固石狀體，并能膠結(jié)其他物

料且具有一定機械強度的物質(zhì)。拌水后只能在空氣

中硬化不能在水中硬化有機膠凝材料（如：瀝青、各種樹脂

）無機膠凝材料氣硬性膠凝材料（如：石灰、石膏）水硬性膠凝料（如：水泥

）拌水后既能在空氣

中硬化又能在水中硬化1.2膠凝材料的分類

1.3膠凝材料發(fā)展簡史

天然粘土時期：新石器時代（4000—10000年前）石膏-石灰時期：公元前2000-3000年石灰-火山灰時期：公元初

天然水泥時期：18世紀后期現(xiàn)代水泥時期：19世紀初開始泥巴墻金字塔燈塔長江大橋

長城1.4水泥的發(fā)明和發(fā)展水泥的發(fā)明時期（也稱硅酸鹽水泥時期）

19世紀初（1810～1824年），用人工配合粘土與石灰石經(jīng)煅燒、磨細以制造水硬性膠凝材料已經(jīng)開始組織生產(chǎn)。

1824年，英國人阿斯普丁將粘土與石灰石配合燒制成塊（熟料），再經(jīng)磨細而成水硬性膠凝材料，加水拌和后能硬化制成人工石，并具有較高強度，其外觀與當時建筑上常用的英國波特蘭島上出產(chǎn)的巖石相似，故稱之為“波特蘭水泥”（PortlandCement），并于1824年10月21日首先獲得該產(chǎn)品的專利權(quán)。

水泥熟料外觀與當時建筑上常用的英國波特蘭島上的巖石相似，故稱之“波特蘭水泥”（PortlandCement）多品種水泥時期隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，到20世紀初，僅僅有硅酸鹽水泥、石灰、石膏等幾種膠凝材料已遠遠不能滿足重要工程建設的需要。生產(chǎn)和發(fā)展多品種多用途的水泥是市場的客觀需求，如鋁酸鹽水泥、快硬水泥、抗硫酸鹽水泥、低熱水泥以及油井水泥等等。1.5水泥的定義水泥——是指細磨成粉末狀，加水拌和成塑性漿體后，能膠結(jié)砂、石等適當材料并能在空氣中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。簡言之，水泥是一種水硬性膠凝材料。

1.6水泥的分類按其用途和性能分

通用水泥

專用水泥

特性水泥

按水泥的組成分硅酸鹽水泥系列（簡稱硅酸鹽水泥）硫鋁酸鹽水泥系列氟鋁酸鹽水泥系列鋁酸鹽水泥系列鐵鋁酸鹽水泥系列其他1.7水泥的用途

建筑：房屋橋梁道路大壩涵洞

石油：固井

地礦：固礦井

醫(yī)藥：假牙人造骨骼

其它：

水泥用途舉例現(xiàn)代建筑長城南京城墻橋美國世貿(mào)大廈美國世貿(mào)大廈水泥管水泥噴漿作業(yè)水泥空心磚BGR型水泥殼電阻器腹膜水泥膜板水泥刨花板水泥井蓋水泥花瓶水泥花瓶

1928年—1950年1928年德國發(fā)明了立波爾窯；使窯的產(chǎn)量明顯提高，熱耗降低較多

1950年—1971年1950年懸浮預熱器窯的發(fā)明，更使熟料熱耗大幅度降低；熟料冷卻設備也有了較大發(fā)展，其他的水泥制造設備也不斷更新?lián)Q代

1971年開發(fā)了水泥窯外分解技術(shù)，從而帶來了水泥生產(chǎn)技術(shù)的重大突破，揭開了現(xiàn)代水泥工業(yè)的新篇章1.8世界水泥的發(fā)展

1825年—1877年1825年人類用間歇式的土立窯煅燒水泥熟料

1877年—1905年1887年用回轉(zhuǎn)窯燒制水泥熟料獲得專利權(quán)蛋窯遺址回轉(zhuǎn)窯土立窯1905年—1910年1905年發(fā)明了濕法回轉(zhuǎn)窯1910年—1928年1910年立窯實現(xiàn)了機械化連續(xù)生產(chǎn)，發(fā)明了機立窯濕法回轉(zhuǎn)窯機械化立窯1.9中國水泥的發(fā)展

1.早期發(fā)展階段（1889年至1937年）1889年，我國第一個水泥廠—--河北唐山細綿土廠（后改組為啟新洋灰公司，現(xiàn)為啟新水泥廠）建立，于1892年建成投產(chǎn)，并正式生產(chǎn)水泥，以后，又相繼建立了大連、上海、中國、廣州等水泥廠。2.衰落停滯階段（1937年至1949年）

先后建設了哈爾濱、本溪、小屯、撫順、錦西、牡丹江、工源、琉璃河、重慶、辰西、嘉華、昆明、貴陽、泰和、華新、江南等水泥廠。這些水泥廠大多數(shù)是由外國人主持設計和建設，生產(chǎn)設備主要來自國外，沒有規(guī)范的水泥工業(yè)建設機制，又因連年戰(zhàn)亂，許多水泥廠不能持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)。1949年，全國水泥總產(chǎn)量為66萬噸。3.自行研制階段

50年代—60年代，我國開始研制濕法回轉(zhuǎn)窯和半干法立波爾窯生產(chǎn)線成套設備，并進行預熱器窯的試驗，使我國水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設備取得較大進步。這期間，先后新建、擴建了30多個重點大中型的濕法回轉(zhuǎn)窯和半干法立波爾窯生產(chǎn)企業(yè)，同期，也建設了一批立窯水泥企業(yè)。

70年代—80年代，我國自行研制的日產(chǎn)700噸、1000噸、1200噸、2000噸熟料的預分解窯生產(chǎn)線分別在新疆、江蘇邳縣、上海川沙、遼寧本溪和江西水泥廠建成投產(chǎn)；從1978年開始，我國相繼從國外引進了一批日產(chǎn)2000噸—4000噸熟料的預分解窯生產(chǎn)線成套設備，先后建成了冀東、寧國、柳州、云浮等大型水泥企業(yè)，這些大型水泥廠的建成，不僅極大地改善了水泥生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，而且迅速提高了我國的新型干法水泥生產(chǎn)能力和技術(shù)水平。最大特色是水泥產(chǎn)品的80%是由立窯水泥企業(yè)生產(chǎn)的。改革開放以來，我國水泥生產(chǎn)年產(chǎn)量平均增長12%以上，1985年水泥總產(chǎn)量躍居世界第一，并保持至今，水泥總產(chǎn)量占世界水泥總產(chǎn)量的30%以上。2000年，我國水泥總產(chǎn)量達5.5億噸。我國已是水泥生產(chǎn)大國，水泥總產(chǎn)量為世界首位，但人均產(chǎn)量較低，總體技術(shù)水平不高，不是水泥生產(chǎn)強國。主要表現(xiàn)在：一是立窯水泥企業(yè)仍占較大比例，立窯水泥廠生產(chǎn)成本較高，勞動生產(chǎn)率較低，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，環(huán)境污染比較嚴重。二是水泥生產(chǎn)技術(shù)進步加快，總體技術(shù)水平與世界先進水平有較大差距，在設備大型化、技術(shù)性能、能耗指標、機電一體化水平以及設備的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、成套性、可靠性等方面都有明顯的差距。三是水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，大中型水泥企業(yè)數(shù)量少，高標號水泥產(chǎn)量比例低。四是水泥行業(yè)職工隊伍大，技術(shù)隊伍力量不足，人才相當缺乏。4.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整蓬勃發(fā)展階段90年代—本世紀初A.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

1）東部和沿海沿江經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)原則上發(fā)展日產(chǎn)4000噸及以上的新型干法窯外分解水泥生產(chǎn)線；

2）其他地區(qū)可發(fā)展日產(chǎn)2000噸～4000噸的新型干法線；

3）除邊遠地區(qū)、交通不便、經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)外，原則上不再擴建、新建日產(chǎn)1000噸及以下規(guī)模的生產(chǎn)線。B.發(fā)展狀況

1）到2005年底，全國累計建成投產(chǎn)的新型干法生產(chǎn)線有600條以上，預分解窯水泥產(chǎn)量占全國水泥總產(chǎn)量的比例，由2002年的16.8%增長到38.8%；年度總產(chǎn)（億噸）新型（億噸）比例%20027.051.1816.8200510.54.0438.8

2）在未來的5年里，中國新型干法水泥工業(yè)的平均增長率有望保持在8%左右，到2010年預分解窯水泥產(chǎn)量占全國水泥總產(chǎn)量的比例達到50%以上；

3）2500t/d熟料左右的生產(chǎn)線，在沿海發(fā)達地區(qū)的競爭能力已經(jīng)大大下降，許多大型集團把建設5000t/d以上級生產(chǎn)線作為發(fā)展重點（僅海螺集團一家就建成投產(chǎn)了四條10000t/d熟料生線）。4）市場競爭、企業(yè)兼并、外資滲入促使新型干法迅猛發(fā)展；

（1）國內(nèi)企業(yè)利用新型干法技術(shù)進行企業(yè)間的兼并，涌現(xiàn)了一批大型水泥集團公司，如海螺、天山、冀東、山水等；（2）外資的滲入，使先進的新型干法在國內(nèi)高速發(fā)展，起到了示范效應，如拉法基、菲律賓康達集團、日本小野田、韓國大宇等；（3）民間資本的參與，使新型干法在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)快速發(fā)展，并逐步向內(nèi)地進軍，特別是浙江的民間資本最有眼光、行動最快。結(jié)語：新型干法水泥生產(chǎn)是水泥行業(yè)最先進的生產(chǎn)技術(shù)，代表了水泥工業(yè)發(fā)展的方向，隨著新型干法水泥生產(chǎn)的進一步發(fā)展，對水泥專業(yè)人才的需求量也逐步增大，但要求也同時提高,要求中控操作人員必須掌握工藝技術(shù)，熟悉設備、計算機操作，所以我們必須加強學習（理論知識+操作技能），努力提高專業(yè)技術(shù)水平，才能夠適應新型干法水泥生產(chǎn)發(fā)展對人才的需求！

硅酸鹽水泥生產(chǎn)技術(shù)

2.1硅酸鹽水泥生產(chǎn)概述

硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）：凡由硅酸鹽水泥熟料，0～5%石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料。

硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱Ⅰ型硅酸鹽水泥，用代號P．Ⅰ表示；在硅酸鹽水泥粉磨時摻入不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t渣混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，用代號P．Ⅱ表示。其中P為波特蘭“Portland”的英文字首。

2.1.1硅酸鹽水泥熟料

即國際上的波特蘭水泥熟料，簡稱水泥熟料。是一種由主要含CaO、SiO-2、Al2O3、Fe2O3的原料按適當比例配合磨成細粉（生料）燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水硬性膠凝物質(zhì)。

熟料2.1.2混合材料

混合材料是指在粉磨水泥時與熟料、石膏一起加入磨內(nèi)用以改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥標號、提高水泥產(chǎn)量的礦物質(zhì)材料，如?；郀t礦渣、石灰石等。?；郀t礦渣是高爐冶煉生鐵所得以硅酸鈣和鋁酸鈣為主要成分的熔融物經(jīng)淬冷成粒后的產(chǎn)品。石灰石為水泥工業(yè)原料，在水泥中摻入少量石灰石可以起到混合材料的作用。

混合材料

2.1.3石膏

石膏是用作調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間的組分，是緩凝劑。適量石膏可以延緩水泥的凝結(jié)時間，使建筑施工中的攪拌、運輸、振搗、砌筑等工序得以順利進行；同時適量的石膏也可以提高水泥的強度。2.1.3.1天然石膏

（1）石膏以二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）為主要成分的天然礦石。（2）硬石膏以無水硫酸鈣（CaSO4）為主要成分的天然礦石。

2.1.3.2工業(yè)副產(chǎn)石膏

工業(yè)生產(chǎn)中以硅酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品，稱工業(yè)副產(chǎn)石膏。2.1.4硅酸鹽水泥生產(chǎn)技術(shù)要求2.1.4.1水泥的化學和物理指標(1)不溶物不溶物是指水泥經(jīng)酸和堿處理，不能被溶解的殘留物。(2)燒失量水泥燒失量是指水泥在950~1000℃高溫下燃燒失去的質(zhì)量百分數(shù)。(3)細度細度即水泥的粗細程度，通常以比表面積或篩余數(shù)表示(4)凝結(jié)時間水泥凝結(jié)時間是水泥從和水開始到失去流動性，即從可塑性狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時間，分初終時間和終凝時間兩種。初凝時間：是指水泥加水拌和到標準稠度凈漿開始失去塑性的時間。終凝時間：是指水泥加水拌和起到標準稠度凈漿完全失去塑性的時間。(5)安定性水泥硬化后體積變化的均勻性稱為水泥體積安定性，簡稱安定性。

引起水泥安定性不良的原因主要有三種:熟料中游離氧化鈣、方鎂石過高及水泥中石膏摻加量過多。(6)氧化鎂（MgO）水泥中氧化鎂含量過高時，由于其緩慢的水化和體積膨脹效應可使水泥硬化體結(jié)構(gòu)破壞。采用壓蒸安定性試驗進行檢驗。(7)三氧化硫（SO3）

(8)堿

硅酸鹽水泥化學物理指標

序號項目指標檢驗方法與依據(jù)P·ⅠP·Ⅱ1不溶物（%）≤0.75≤1.5GB/T176—19962燒失量（%）≤3.0≤3.5GB/T176—19963細度（比表面積）（m2/kg）≥300GB80744凝結(jié)時間（min）初凝≥45終凝≤390GB13465安定性沸煮法檢驗合格GB1346雷氏夾膨脹（mm）≤56氧化鎂（%）≤5.0；水泥壓蒸安定性檢驗合格可放寬到6.0GB176或GB7507三氧化硫（%）

≤3.5GB176

8堿（Na2O+0.658Na2O）（%）

≤0.6或協(xié)商指標

GB176

2.1.4.2強度與強度等級

(1)水泥強度

水泥強度是水泥試體凈漿在單位面積上所能承受的外力。

通常以各齡期的抗壓強度、抗折強度來表示水泥的質(zhì)量。一般3d或7d以前的強度為早期強度，28d及其后的強度稱為后期強度，也有將3個月以后的強用度稱為后期強度。通常用28d的強度作為水泥質(zhì)量劃分的強度等級。

(2)強度等級與水泥標號強度等級是按規(guī)定齡期的抗壓強度和抗折強度來劃分各強度等級水泥的各齡期強度值不得低于表數(shù)值。強度等級習慣稱之水泥標號。俗稱商品標號?？箟簩嶒灆C抗折實驗機抗壓強度測量實驗硅酸鹽水泥的強度指標（GB175—99）

強度等級抗壓強度（MPa）

抗折強度（MPa）

3天

28天

3天

28天

42.517.042.53.5

6.5

42.5R22.022.022.022.052.542.542.542.542.552.5R4.04.04.04.062.56.56.56.56.562.5R23.023.023.023.0

(2)強度等級與水泥標號強度等級是按規(guī)定齡期的抗壓強度和抗折強度來劃分，各強度等級水泥的各齡期強度值不得低于表數(shù)值。強度等級習慣稱之水泥標號。俗稱商品標號。

2.1.4.3廢品與不合格品

（1）廢品凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性中的任一項不符合標準規(guī)定時，均為廢品。

（2）不合格品凡細度、終凝時間、不溶物、燒失量中的任一項不符合標準規(guī)定，或混合材料摻加量超過最大限量、強度低于商品強度等級的指標時，該水泥稱為不合格品。水泥包裝標志中的水泥品種、強度等級、生產(chǎn)者名稱、出廠編號不全的，也屬于不合格品。習慣稱之水泥標號。俗稱商品標號。2．2 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝

2．2．1生產(chǎn)過程

硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過程通常可分為三個階段：

生料制備

熟料煅燒

水泥制成。

生料制備熟料煅燒

水泥制成。2.2.2生產(chǎn)方法

按生料制備的方法分為：濕法、干法；按煅燒熟料窯的結(jié)構(gòu)分為：回轉(zhuǎn)窯；立窯。濕法新型干法回轉(zhuǎn)窯立窯

(1)濕法生料漿水分占32%~40%左右。生料漿脫水烘干后破碎，入窯煅燒，稱之為半濕法。(2)干法生料粉調(diào)配均勻并加入適量水，制成料球喂入立窯或立波爾窯內(nèi)煅燒稱為半干法，料球含水12%～15%。

2.2.2.1濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝流程與特點

A.熟料質(zhì)量較好且均勻B.粉塵飛揚少

c.熟料單位熱耗高2.2.2.2現(xiàn)代立窯水泥生產(chǎn)的基本特征

現(xiàn)代立窯水泥應有的八項指標是：ａ.企業(yè)規(guī)模：年產(chǎn)水泥30萬噸以上。ｂ.技術(shù)裝備:自動化控制及計算機管理。ｃ.產(chǎn)品質(zhì)量:42.5等級水泥。ｄ.均勻穩(wěn)定：水泥質(zhì)量均勻性不大于1.1R。

ｅ.環(huán)境保護：達到國家標準。ｆ.能耗指標：熱耗3762kj/kg以下，綜合電耗80（kw.h）/t以下。ｇ.全員實物勞動生產(chǎn)率：1000t/(人.年)以上。ｈ.企業(yè)管理：通過ISO9001質(zhì)量管理體系認證。2.3新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)特征

新型干法水泥生產(chǎn)的特點

（1）優(yōu)質(zhì)

（2）低耗：熱耗3000kJ/kg以下，水泥單位電耗90～110kWh/t以下。

（3）高效：單位容積產(chǎn)量達110～270kg/m2，勞動生產(chǎn)率達1000～4000t/年·人。(4)環(huán)保

(5）裝備大型化：單機生產(chǎn)能力達10000t/d

(6)生產(chǎn)控制自動化

(7)管理科學化

(8）投資大建設周期較長

2.4硅酸鹽水泥熟料

是一種由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料按適當比例配合磨成細粉（生料）燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水硬性膠凝物質(zhì)。

2.4.1熟料的化學組成

◆主要化學成分與含量主要氧化物：CaOSiO2Al2O3Fe2O3

其總和通常占熟料總量的95%以上。其它氧化物：如MgOSO3Na2OK2OTiO2P2O5等，其總量通常占熟料的5%以下。2.4.1熟料的化學組成

◆主要化學成分要求實際生產(chǎn)中，硅酸鹽水泥中個主要氧化物含量的波動范圍一般為：CaO62%～67%SiO220%～24%Al2O34%～7%Fe2O32.5%～6%

2.4.2熟料的礦物組成

硅酸鹽水泥熟料是一種多礦物組成的、結(jié)晶細小的人造石。通常為30～60μm。主要礦物：硅酸三鈣（3CaO·SiO2，簡寫成C3S）

硅酸二鈣（2CaO·SiO2，簡寫成C2S）

鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3，簡寫成C3A）

鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3，簡寫成C4AF）

熟料的礦物組成及巖相結(jié)構(gòu)2.4.2熟料的礦物組成

其次礦物：游離氧化鈣（f-CaO）方鎂石（結(jié)晶MgO）玻璃體硅酸三鈣和硅酸二鈣合稱硅酸鹽礦物，約占75%左右。鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣合稱熔劑礦物，約占22%左右。硅酸鹽礦物和熔劑礦物總和約占95%左右。2.4.2熟料的礦物組成

熟料礦物含量范圍（%）

熟料類別C3SC2SC3AC4AF回轉(zhuǎn)窯熟料立窯熟料新型干法窯熟料國內(nèi)重點企業(yè)熟料國外水泥企業(yè)熟料45～6538～6053545715～3220～332420204～114～787810～1813～201014102.4.3熟料的物理性能要求

凝結(jié)時間

安定性

強度硅酸鹽水泥熟料物理性能的檢驗，是通過將水泥熟料在Φ500ｍｍ×500ｍｍ標準小磨中與二水石膏一起磨細至表面積350m2/kg，80

m方孔篩篩余≤4%制成P.Ⅰ型硅酸鹽水泥后來進行的。2.4.4化學成分與礦物組成間的關(guān)系

熟料中的主要礦物均由各主要氧化物經(jīng)高溫煅燒化合而成，熟料礦物組成取決于化學組成，控制合適的熟料化學成分是獲得優(yōu)質(zhì)水泥水泥熟料的中心環(huán)節(jié)，根據(jù)熟料化學成分也可以推測出熟料中各礦物的相對含量高低。（1）CaO（2）SiO2

（3）Al2O3

（4）Fe2O3

（5）其他少量氧化物和微量元素

2.4.5熟料礦物的特性

◆硅酸三鈣

存在形式：純C3S只在2065℃~1250℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定，在2065℃以上不一致熔融為CaO與液相；在1250℃以下分解為C2S和CaO。調(diào)整純C3S具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象,熟料中C3S不純，總是與少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶體。在反光顯微鏡下為黑色多角形顆粒，又稱阿利特（Alite），簡稱A礦。2.4.5熟料礦物的特性

◆硅酸三鈣

礦物水化特性：水化較快，水化反應主要在28d以內(nèi)進行，約經(jīng)一年后水化過程基本結(jié)束。早期強度高，強度的絕對值和增進率較大。其28d強度可達到一年強度的70%～80%。水化熱較高；抗水性較差。

2．4．5熟料礦物的特性

◆硅酸二鈣

多晶轉(zhuǎn)變純C2S在1450℃以下有同質(zhì)多晶現(xiàn)象。其中：γ-C2S的密度為2.97g/cm3，β-C2S的密度為3.28g/cm3，故發(fā)生β→γ轉(zhuǎn)變時，伴隨著體積膨脹10%，結(jié)果是熟料崩潰，生產(chǎn)中稱之為粉化。而γ-C2S幾乎無水硬性。

2．4．5熟料礦物的特性

◆硅酸二鈣

礦物特性熟料中硅酸二鈣通常固溶有少量氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶體，稱貝利特（Belite），簡稱B礦。在反光顯微鏡下呈圓粒狀，常具有黑白交叉雙晶條紋。

2．4．5熟料礦物的特性

◆硅酸二鈣

水化特性水化反應比C3S慢的多，28d只水化20%左右，凝結(jié)硬化慢；早期強度低，但28d后強度仍能較快增長，一年后其強度可趕超阿利特；水化熱小；抗水性好。

2.4.5熟料礦物的特性

◆鋁酸三鈣

礦物特性

C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶體，在反光鏡下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A礦與B礦中間，又稱黑色中間相。

2.4.5熟料礦物的特性

◆鋁酸三鈣

水化特性水化迅速，凝結(jié)較快，如不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝；早期強度較高，但絕對值不高，其強度3d之內(nèi)大部分發(fā)揮出來，以后幾乎不增長，甚至倒縮；水化熱高；干縮變形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸鹽性能差。

2．4．5熟料礦物的特性

◆鐵鋁酸四鈣

礦物特性鐵鋁酸四鈣代表的是一系列連續(xù)的鐵相固溶體。通常固溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，又稱才利特（Celite）或C礦。在反光鏡下其反射能力強，呈亮白色，并填充在A礦與B礦之間，也稱白色中間相。

2.4.5熟料礦物的特性

◆鐵鋁酸四鈣

水化特性水化速度在早期介于鋁酸三鈣與硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣；早期強度類似于鋁酸三鈣，而后期還能不斷增長，類似于硅酸二鈣；水化熱較鋁酸三鈣低，抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好。2.4.5熟料礦物的特性

◆玻璃體

形成部分熔融液相被快速冷卻來不及結(jié)晶而成為過冷凝體

主要成分Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O

含量取決于液相量及冷卻條件

性能不及晶體穩(wěn)定，水化熱較大；可改善熟料性能與易磨性。

2.4.5熟料礦物的特性

◆游離氧化鈣（f-CaO）

定義是指熟料中沒有以化合狀態(tài)存在而是以游離狀態(tài)存在的氧化鈣。

游離氧化鈣的種類及其對安定性的影響種類產(chǎn)生原因特點對水泥安定的影響性欠燒f-CaO熟料煅燒過程中因欠燒、漏生，在1100～1200℃低溫下形成結(jié)構(gòu)疏松多孔不大一次f-CaO因配料不當、生料過粗或煅燒不良，尚未與S、A、F反應而殘留的CaO呈“死燒狀態(tài)”，結(jié)構(gòu)致密大二次f-CaO熟料慢冷或還原氣氛下，C3S分解而形成的經(jīng)過高溫，水化較慢較大◆方鎂石（MgO）指游離狀態(tài)的氧化鎂晶體。

產(chǎn)生一部分氧化鎂存在于玻璃體中，一部分結(jié)晶呈游離狀態(tài)。當熟料快冷時，結(jié)晶細小，慢冷時晶體發(fā)育較大，結(jié)構(gòu)致密。

危害方鎂石與水反應速度很慢，幾個月甚至幾年才明顯反映出來。水化生成Mg(OH)2時，體積膨脹148%，在水泥石內(nèi)產(chǎn)生應力，輕者會降低水泥制品強度，重者會造成水泥制品破壞。方鎂石含量越多，晶體尺寸越大，引起的破壞越嚴重，因此，應限制其含量及晶體尺寸。熟料冷卻速度越快，方鎂石晶體越小，含量越少。2.5熟料的率值

硅酸鹽水泥熟料中各主要氧化物含量之間比例關(guān)系的系數(shù)稱作率值。表示化學成分與礦物組成之間的關(guān)系，水泥熟料的性能及其對煅燒的影響。在一定的工藝條件下，率值是水泥生產(chǎn)質(zhì)量控制的主要指標。我國主要采用石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（n）、鋁率（p）三個率值。

2.5.1石灰飽和系數(shù)

物理意義：KH表示水泥熟料中的總CaO含量扣除飽和酸性氧化物（如Al2O3、Fe2O3）所需要的氧化鈣后，剩下的與二氧化鈣化合的氧化鈣的含量與理論上二氧化硅全部化合成硅酸三鈣所需要的氧化鈣含量的比值。簡言之，石灰飽和系數(shù)表示熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。

數(shù)學表達式：式中：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分別為熟料中相應氧化物的質(zhì)量百分數(shù)；f-CaO、f-SiO2分別為熟料中呈游離狀態(tài)的氧化鈣、二氧化硅的質(zhì)量百分數(shù)。

KH值與熟料礦物間的關(guān)系從理論上講：KH值高，則C3S較多，C2S較少。（1）、KH=1，熟料中只有C3S，而無C2S；（2）、KH＞1，無論生產(chǎn)條件多好，熟料中都有游離氧化鈣存在；（3）、KH≤=0.667，熟料中無C3S。因此，熟料的KH值應控制在0.667～1間。實際生產(chǎn)中，為使熟料順利形成，又不產(chǎn)生過多的游離氧化鈣，通常KH值控制在0.87～0.96。

其他石灰飽和系數(shù)LSF的含義：熟料中CaO含量與全部酸性組分需要結(jié)合的CaO含量之比。一般LSF值高水泥強度也高。LSF的取值：一般硅酸鹽水泥熟料LSF=90～95早強型的水泥熟料LSF=95～982.5.2硅率

含義：熟料中SiO2含量與Al2O3、Fe2O3之和的比例。反映了熟料中硅酸鹽礦物（C3S+C2S）、熔劑礦物（C3A+C4AF）的相對含量。

SM值與熟料礦物及煅燒之間的關(guān)系：SM值過高，表示硅酸鹽礦物多，熔劑礦物少，對熟料強度有利，但將給煅燒造成困難；隨SM值的降低，液相量增加，對熟料的易燒性和操作有利，但SM值過低，熟料強度低，操作困難。一般取值：1.7～2.72.5.3鋁率（又稱鋁氧率或鐵率）

含義：表示熟料中Al2O3含量Fe2O3含量之比，反映了熟料中C3A和C4AF的相對含量。也反映煅燒過程中液相的性質(zhì)（主要是液相的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的液相粘度?。?/p>

p值與熟料礦物及煅燒的關(guān)系p值過大，C3A多，液相粘度大，不利于C3S的形成，易引起熟料快凝；p值過低，C4AF量相對較多，液相粘度小，對C3S的形成有利，但易使窯內(nèi)結(jié)大塊，對煅燒不利。說明：三個率值要相互配合適當，才能使熟料順利燒成，并保證熟料質(zhì)量。

2.5.4熟料率值的控制

在工廠生產(chǎn)中，為了使熟料順利燒成，保證熟料的質(zhì)量，應同時控制KH、n、p這三個率值，并使三率值相應配合適當。

窯型KHnp預分解窯0.86～0.902.2～2.61.3～1.8濕法長窯0.88～0.921.5～2.51.0～1.8干法回轉(zhuǎn)窯0.86～0.892.0～2.351.0～1.6立波爾窯0.85～0.881.9～2.31.0～1.8立窯（無礦化劑）0.85～0.022.0～0.11.3～0.1立窯（摻復合礦化劑）0.92～0.961.6～2.11.1～1.52.6熟料礦物組成的計算與換算

獲得熟料的礦物組成的方法：①儀器分析法：如巖相分析；X射線分析；紅外光譜分析等。②理論計算法。

2.6.1硅酸鹽水泥熟料礦物組成的計算

◆化學法C3S=3.80（3KH-2）SiO2C2S=8.60(1-KH)SiO2C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)C4AF=3.04Fe2O3式中：SiO2、Al2O3、Fe2O3分別是熟料中相應氧化物的百分含量（%）。

KH是熟料的石灰飽和系數(shù)。2.6.1硅酸鹽水泥熟料礦物組成的計算

◆代數(shù)法：（也稱鮑格法）C3S=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754C3SC3A=2.65A-1.69FC4AF=3.04FCaSO4=1.70SO3式中：C、S、A、F、SO3分別代表熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3的百分含量。以上公式適用于：IM≥0.642.6.1硅酸鹽水泥熟料礦物組成的計算

【例2.1】已熟料化學成分如表2.11所示，試求熟料的率值和礦物組成。

氧化物SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3?-CaO

%（質(zhì)量）21.406.224.3565.601.060.371.00100.00=0.877按化學法公式可求得熟料礦物組成：C3S＝3.80（3KH－2）SiO2-＝3.80（3×0.877－2）×21.40＝51.31%C3S＝8.60（1－KH）SiO2-＝8.60（1－0.877）×21.40＝22.64%C3A＝2.65（Al--2O3－0.64Fe--2O3）-＝2.65（6.22－0.64×4.35）＝9.11%C-4AF＝3.04Fe2O3＝3.04×4.35＝13.22%解：

2.6.2熟料化學組成、礦物組成與率值的換算

◆由礦物組成計算各率值2.6.2熟料化學組成、礦物組成與率值的換算

◆由熟料率值計算化學成分設∑=CaO+SiO2+Al2O3+Fe2O3，一般∑=95%~98%，具體∑值大小受原料化學成分和配料方案的影響，通常情況下可取∑=97.5%。

Al2O3＝p·Fe2O3SiO2＝n（Al2O3＋Fe2O3）CaO＝∑－（SiO2＋Al2O3＋Fe2O3）2.6.2熟料化學組成、礦物組成與率值的換算

◆由礦物組成計算化學成分SiO2＝0.2631C3S＋0.3488C2SAl2O3＝0.3773C3A＋0.2098C4AFFe-2O3＝0.3286C4AFCaO＝0.7369C3S＋0.6512C2S＋0.622C3A＋0.4616C4AF＋0.4119CaSO4SO3＝0.5881CaSO4本章學習小結(jié)

◆硅酸鹽水泥的基本組分材料是硅酸鹽水泥熟料、混合材料（石灰石或?；郀t礦渣）、石膏。硅酸鹽水泥技術(shù)指標主要有不溶物、燒失量、細度、凝結(jié)時間、安定性、氧化鎂、三氧化硫、堿及強度指標?！艄杷猁}水泥的生產(chǎn)過程通?？煞譃槿齻€階段：生料制備、熟料煅燒、水泥制成。水泥的生產(chǎn)方法按生料制備可分為濕法、干法；按煅燒熟料窯的結(jié)構(gòu)可分為回轉(zhuǎn)窯、立窯?！艄杷猁}水泥熟料主要含CaO、SiO-2、Al2O3、Fe2O3。主要礦物為C3S、C2S、C3A、C4AF，還有少量的游離氧化鈣（?-CaO）、方鎂石（結(jié)晶氧化鎂）、含堿礦物以及玻璃體等成分的水硬性膠凝物質(zhì)。◆采用石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（n）、鋁率（p）三個率值作為控制生產(chǎn)的主要指標。利用計算式可以對熟料的率值、化學組成、礦物組成進行測算和換算。

原料及預均化技術(shù)

3.1水泥生產(chǎn)用主要原料

生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的主要原料有石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料。通常，生產(chǎn)1t硅酸鹽水泥熟料約消耗1.6t左右的干原料，其中干石灰質(zhì)原料約占80％左右，干粘土質(zhì)原料約10％～15％。

3.1.1石灰質(zhì)原料

凡是以碳酸鈣為主要成分的原料都屬于石灰質(zhì)原料。它可分為天然石灰質(zhì)原料和人工石灰質(zhì)原料兩類。水泥生產(chǎn)中常用的是含有碳酸鈣的天然礦石。石灰石◆石灰質(zhì)原料的種類和性質(zhì)

天然石灰質(zhì)原料△石灰石由碳酸鈣所組成的化學與生物化學沉積巖。其主要礦物為方解石（CaCO3)，常含有白云石(CaCO3·MgCO3)、石英(結(jié)晶SiO2)，燧石(又稱玻璃質(zhì)石英、火石，主要成分為SiO2，屬結(jié)晶SiO2)、粘土質(zhì)及鐵質(zhì)等雜質(zhì)。純凈的石灰石白色。自然界中的石灰石常因含雜質(zhì)的含量不同而呈青灰、灰白、灰黑、淡黃及紅褐色等不同顏色。石灰石一般呈塊狀，結(jié)構(gòu)致密，性脆，莫試硬度3～4，密度2.6～2.8g/cm3，，耐壓強度隨結(jié)構(gòu)和孔隙率而異，單向抗壓強度在30～170MPa之間，一般為80～140MPa，石灰石含水一般不大于1.0%，水分大小隨氣候而異。

△泥灰?guī)r泥灰?guī)r是由碳酸鈣和粘土物質(zhì)同時沉積所形成的均勻混合的沉積巖，屬石灰?guī)r向粘土過渡的中間類型巖石。泥灰?guī)r中CaO量超過45%，稱為高鈣泥灰?guī)r;若其CaO含量小于43.5％，稱為低鈣泥灰?guī)r。泥灰?guī)r主要礦物也是方解石，常見的為粗晶粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。泥灰?guī)r顏色決定于粘土物質(zhì)，從青灰色、黃土色到灰黑色，顏色多樣。質(zhì)軟易采掘和粉碎，常呈夾層狀或厚層狀。其硬度低于石灰?guī)r，粘土礦物含量愈高，硬度愈低。耐壓強度小于100MPa，含水率隨粘土含量和氣候而變化。

◆石灰質(zhì)原料的選擇

石灰質(zhì)原料的質(zhì)量要求石灰質(zhì)原料使用最廣泛的是石灰石，其主要成分是CaCO3，純石灰石的CaO最高含量為56%，其品位由CaO含量確定。有害成分為MgO、R2O、（Na2O、K2O）和游離SiO2。石灰質(zhì)原料的質(zhì)量要求

成分CaOMgOf-SiO2（燧石或石英）SO3Na2O+K2O含量（％）≥48≤3≤4≤1≤0.6

石灰質(zhì)原料的選擇

●搭配使用；●限制MgO含量；●限制燧石含量；●新型干法水泥生產(chǎn)，還應限制K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量組分。

3.1.2粘土質(zhì)原料

指含水鋁硅酸鹽物原料的總稱

粘土礦◆粘土質(zhì)原料的種類與特性

粘土是多種微細的呈疏松或膠狀密實的含水鋁硅酸鹽礦物的混合體，它是由富含長石等鋁硅酸鹽礦物的巖石經(jīng)漫長地質(zhì)年代風化而成。包括華北、西北地區(qū)的紅土，東北地區(qū)的黑土與棕壤，南方地區(qū)的紅壤與黃壤等。根據(jù)粘土中主導礦物不同，將其分為高嶺石類、蒙脫石類、水云母類等。

黃土是沒有層理的粘土與微粒礦物的天然混合物。成因以風積為主，也有成因于沖積、坡積、洪積和淤積的。顏色以黃褐色為主。

頁巖是粘土經(jīng)長期膠結(jié)而成的粘土巖。一般形成與海相或陸相沉積，或海相與陸相交互沉積?；瘜W成分類似于粘土，可作為粘土使用，但其硅率較低，通常配料時需摻加硅質(zhì)校正原料。頁巖顏色不定，一般灰黃、灰綠、黑色及紫色等，結(jié)構(gòu)致密堅實，層理發(fā)育，通常呈頁狀或薄片狀。

◆粘土質(zhì)原料的品質(zhì)要求及選擇

品質(zhì)要求品位npMgO(%)R2O(%)SO3(%)塑性指數(shù)一級品2.7～3.51.5～3.5＜3.0＜4.0＜2.0＞12二級品2.0～2.7或3.5～4.0不限＜3.0＜4.0＜2.0＞12

選擇粘土質(zhì)原料時應注意的問題

●n、p值要適當?！癖M量不含碎石、卵石，粗砂含量應小于5%?！裥G生產(chǎn)時對可塑性不做要求。3.2水泥生產(chǎn)用輔助原料

3.2.1校正原料

當石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求時，必須根據(jù)所缺少的組分摻加相應的原料，這種以補充某些成分不足為主的原料稱為校正原料。

鐵質(zhì)校正原料補充氧化鐵含量不足的原料，F(xiàn)e2O3含量＞40％（1）硫鐵礦渣(即鐵粉)：硫酸廠工業(yè)廢渣，F(xiàn)e2O3含量＞50％，紅褐色粉末，含水量較大。（2）低品位鐵礦石：（3）煉鐵廠尾礦：（4）鉛礦渣或銅礦渣：

鐵礦石

硅質(zhì)校正原料補充氧化硅含量不足的原料，SiO2含量70％～90％，n＞4.0，R2O＜4.0。常用：硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河砂、砂巖、粉砂巖等。其中砂巖，河砂中結(jié)晶SiO2多，難磨難燒，盡量不用，風化砂巖易于粉磨，對煅燒影響小。

砂巖頁巖鋁鈣渣

鋁質(zhì)校正原料補充氧化鋁含量不足的原料，Al2O3含量＞30％。常用：爐渣、煤矸石、鋁礬土等3.2.3低品位原料和工業(yè)廢渣的利用

低品位原料是指化學成分、雜質(zhì)含量、物理性能等不符合一般水泥生產(chǎn)要求的原料。

工業(yè)廢渣是指企業(yè)生產(chǎn)過程中的廢渣或副產(chǎn)品。3.2.3低品位原料和工業(yè)廢渣的利用

◆低品位石灰質(zhì)原料的利用◆煤矸石、石煤的利用◆粉煤灰及爐渣的利用◆玄武巖資源的開發(fā)與利用◆其他原料的應用

3.3礦山開采

◆主要原料（石灰石和粘土）資源，靠近工廠，自行開采?！糸_采前對礦山資源進行詳細的勘探；作必要的原料工業(yè)性試驗。

水泥廠的原料均屬非金屬礦床。非金屬礦床開采按開采對象和開采方法不同可分為露天開采和地下開采。

露天開采又分為機械開采和水力開采。水力開采是用高壓高速的水流沖采礦巖。機械開采是用一定的采掘運輸設備。水泥廠的原料是用露天開采開采過程：剝離：覆蓋層的剝離

開采：有用礦的開采鉆眼爆破采運

礦石的運輸，根據(jù)采石場距工廠的距離及采石場與工廠間的地形可以利用不同的運輸工具。

皮帶輸送機

鋼索絞車

自動卸料汽車

小型內(nèi)燃機車

火車裝運

架空索道

3.4原料破碎與烘干、輸送與儲存

3.4.1破碎

破碎：利用機械方法將大塊物料變成小塊物料的過程（粒度大于２～５mm）破碎的目的：便于工作于運輸，儲存，烘干，配料和粉磨．破碎的物料：石灰石，粘土等原料及熟料，石膏，混合材料，媒等水泥廠常用破碎設備一覽表

破碎機類型破碎原理破碎比i允許物料含水（％）適宜破碎的物料顎式、旋回式、顎旋式破碎機擠壓3～6<10石灰石、熟料、石膏細碎顎式破碎機擠壓8～10<10石灰石、熟料、石膏錘式破碎機沖擊10～15（雙轉(zhuǎn)子30～40）<10石灰石、熟料、石膏、煤反擊式破碎機沖擊10～40<12石灰石、熟料、煤立軸錘式破碎機沖擊10～20 <12石灰石、熟料、石膏、煤沖擊式破碎機沖擊10～30<10石灰石、熟料、石膏風選錘式破碎機沖擊、磨剝50～200<8煤高速粉煤機沖擊50～1808～13煤齒輥式破碎機擠壓、磨剝3～15<20粘土刀式粘土破碎機擠壓、沖擊8～12<18粘土3.4.2烘干

烘干：利用熱能將物料中的水分汽化并排除的過程。烘干的目的：提高磨機粉磨效率；利于粉狀物料的輸送、儲存和均化。常需要烘干的物料：粘土、煤、礦渣等?；剞D(zhuǎn)烘干機被烘干物料的水分要求：采用普通干法粉磨工藝時，要求入磨物料的平均水分應小于1.5%。一般設烘干設備，對含水多的物料進行烘干采用烘干磨時，要求入磨物料的平均水分小于6%（也有的更高）。一般不設烘干設備，但當平均水分超過允許入磨水分時，也需對含水多的物料烘干。

烘干工藝及選擇：

單獨烘干系統(tǒng)：利用單獨的烘干設備對物料進行烘干?；剞D(zhuǎn)烘干機，流態(tài)烘干機，振動烘干機，立式烘干窯（塔）

烘干兼粉磨（烘干磨）：可簡化流程，節(jié)省設備和投資，減少人員，減少揚塵點，還可以利用窯尾和冷卻機的廢氣余熱。采用烘干磨時，要求入磨物料的平均水分小于6%（也有的更高）。烘干兼粉磨3.4.3輸送與儲存

◆物料的輸送

粒狀或小塊狀的物料：皮（膠）帶輸送機、斗式提升機、振動輸送機、埋刮板式輸送機等

粉狀物料的輸送：螺旋輸送機（鉸刀）、斗式提升機、空氣輸送斜槽、氣力提升泵等3.4.3輸送與儲存

◆物料的儲存

儲存的目的：平衡生產(chǎn)。

儲存期：某物料的儲存量能滿足工廠生產(chǎn)需要的天數(shù)。

儲存設施：露天堆場、堆棚、聯(lián)合儲庫、圓庫、預均化設施兼儲存、儲料倉3.5原料的預均化

3.5.1均化與預均化的基本概念

◆物料的均化1

定義：通過采用一定的工藝措施，達到降低物料的化學成分波動振幅，使物料的化學成分均勻一致的過程。

作用：是保證熟料質(zhì)量、產(chǎn)量及降低消耗的基本措施和前提條件，也是穩(wěn)定出廠水泥質(zhì)量的重要途徑?！艟Ч脑u價

標準偏差：標準偏差值越小，物料的成分越均勻

均化效果均化效果亦稱均化倍數(shù)或均化系數(shù)，通常它指的是均化前物料的標準偏差與均化后物料的標準偏差之比值，即：

3.5.2原、燃料的預均化

◆基本原理原燃料的預均化就是原料或燃料在粉磨之前所進行的均化?！捌戒佒比　保憾逊艜r，盡可能地以最多的相互平行、上下重疊的同厚度的料層構(gòu)成料堆；取料時，按垂直于料層方向的截面對所有料層切取一定厚度的物料。

3.5.2原、燃料的預均化

◆基本概念

定義原燃料的預均化就是原料或燃料在粉磨之前所進行的均化。

作用降低原燃料成分波動，為準確配料、提高生料均勻性，穩(wěn)定熟料煅燒提供良好的條件。

條件Cv＜5％：不需要進行預均化。Cv＝5％～10％：原料的成分有一定的波動。Cv＞10％：必須進行預均化。

原理“平鋪直取”：堆放時，盡可能地以最多的相互平行、上下重疊的同厚度的料層構(gòu)成料堆；取料時，按垂直于料層方向的截面對所有料層切取一定厚度的物料。預均化工藝及設施:預均化堆場的布置方式有矩形和圓形兩種

矩形預均化堆場一般設兩個料堆，一個在堆料，另一個在取料，相互交替。圓形預均化堆場料堆為圓環(huán)狀，在料堆的開口處，一端在連續(xù)堆料；另一端連續(xù)取料。

本章學習小結(jié)：

水泥生產(chǎn)用的主要原料有石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料。原料開采、破碎、烘干、輸送與儲存等加工處理。原料的預均化堆場的布置方式有矩形和圓形兩種。

生料制備技術(shù)

4.1生料的配料及計算

4.1.1基本概念

◆生料由石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料、少量校正原料（有時還加入礦化劑、晶種等，立窯生產(chǎn)時還要加煤）按比例配合，粉磨到一定細度的物料。生料化學成分隨產(chǎn)品品種、生產(chǎn)方法、原燃料品質(zhì)、窯型及其它生產(chǎn)條件等不同而有所差異。

生料有生料粉、生料漿兩種。

生料粉干法生產(chǎn)用的生料為生料粉，其水分含量一般不超過1%。

生料漿濕法生產(chǎn)所用的生料為生料漿。是由各種原料并摻入適量水后共同磨制而成的含水32%～40%左右的料漿。

生料粉

◆配料根據(jù)水泥品種、原燃料品質(zhì)、工廠具體生產(chǎn)條件等選擇合理的熟料礦物組成或率值，并由此計算所用原料及燃料的配合比，稱為生料配料，簡稱配料。

配料的目的（1）工藝設計（2）生產(chǎn)運行

配料的原則（1）生料成分滿足煅燒優(yōu)質(zhì)熟料的要求；（2）生料具有良好的易磨性和易燒性；（3）生產(chǎn)過程易于控制，便于操作，簡化流程；（4）經(jīng)濟、合理地使用礦山資源。

◆配料計算的依據(jù)配料計算的依據(jù)是物料平衡。（1）干燥基準：物料中的物理水分蒸發(fā)后處于干燥狀態(tài)，以干燥狀態(tài)質(zhì)量所表示的計量單位，稱為干燥基準，簡稱干基。（2）灼燒基準：去掉燒失量（結(jié)晶水、二氧化碳與揮發(fā)物質(zhì)等）以后，生料處于灼燒狀態(tài)。以灼燒狀態(tài)質(zhì)量所表示的計算單位，稱為灼燒基準。（3）濕基準：用含水物料作計算基準時稱為濕基準，簡稱濕基。

◆配料方案的選擇配料方案，即熟料的礦物組成或熟料的三率值。配料方案的選擇，實質(zhì)上就是選擇合理的熟料礦物組成，也就是對熟料三率值KH、n、p值的確定。確定配料方案，應根據(jù)水泥品種、原料與燃料品質(zhì)、生料質(zhì)量及易燒性、熟料煅燒工藝與設備等進行綜合考慮。

熟料率值的選擇：三個率值要互相匹配，吻合，不能只強調(diào)某一率值而忽視其他兩個。一般率值的波動范圍：KH=目標值±0.01～0.02，n=目標值±0.1，p=目標值±0.1。

4.1.2配料計算方法

配料計算方法很多，主要介紹應用比較廣泛的嘗試誤差法、遞減試湊法、代數(shù)法及其用微機編制程序的計算方法。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，水泥工業(yè)已逐漸實現(xiàn)電子計算機的控制和管理，使配料計算更簡單、高效。◆嘗試誤差法先按假定的原料配合比計算熟料組成，若計算結(jié)果不符合要求，則調(diào)整配合比重新計算，直到符合要求為止。[例4-1]已知原、燃料的有關(guān)分析數(shù)據(jù)如表4-2，4-3所示，假設用窯外分解窯以四種原料配合進行生產(chǎn)，要求熟料的三率值為：KH=0.90±0.02，SM=2.6±0.1，IM=1.7±0.1，單位熟料熱耗為3053KJ/Kg熟料(730Kcal/Kg.熟料)，試計算原料的配合比。

[解]（1）確定熟料組成根據(jù)題意，已知熟料率值為：KH=0.90，SM=2.6，IM=1.7。(2)計算煤灰摻入量(3)計算干燥原料配合比四組分配料，通常，石灰石配合比例為80%左右；砂頁巖（砂巖）10%左右；鐵礦石4%左右；粉煤灰10%左右；設定干燥原料配合比為：石灰石81%，砂巖9%，鐵礦石3.5%，粉煤灰6.5%，以此計算生料的化學成分。

名稱LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OCI-石灰石34.721.360.490.3241.811.790.040.200.020.0154砂頁巖0.248.060.250.150.160.070.0060.03240.00540.0014粉煤灰0.243.091.830.580.270.0380.03250.07350.01370.0000鐵礦石0.091.750.191.1380.090.070.00000.00000.01580.0000生料35.2914.262.762.1942.331.960.07930.30840.05910.0167灼燒生料——22.054.273.3865.423.030.12260.47650.09130.0259名稱配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OCI-灼燒生料96.5421.284.123.2663.162.920.11830.46000.08820.0250煤灰3.461.821.000.220.220.050.07620.03460.01520.0000熟料10023.105.123.4863.382.970.19450.49470.10340.0250熟料的率值計算如下：KH=0.83SM=2.69IM=1.47上述計算結(jié)果可知，KH過低，SM較接近，IM較低。根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計，每增減1%石灰石（相應減增適當砂巖），約增減KH=0.05。據(jù)此，調(diào)整原料配合比為：石灰石82.3%，砂巖8.1%，鐵礦石2.6%左，粉煤灰7%。重新計算結(jié)果如下：熟料的率值計算如下：KH=0.90SM=2.60IM=1.69上述計算結(jié)果可知，KH、SM達到預先要求，IM略低，但已十分接近要求值。熟料率值控制指標可定為：KH=0.90±0.02，SM=2.6±0.1，IM=1.7±0.1。干燥原料配合比為：石灰石82.3%，砂巖8.1%，鐵礦石2.6%，粉煤灰7%。

(4)計算濕原料的配合比設原料操作水分：石灰石1%，砂巖3%，鐵礦石4%，粉煤灰0.5%，則濕原料質(zhì)量配合比為：石灰石82.12%砂巖8.25%鐵礦石2.68%粉煤灰6.95%◆遞減試湊法從熟料化學成分中依次遞減假定配合比的原料成分，試湊至符合要求為止（又稱遞減試湊法）。[例4-2]已知原、燃料的有關(guān)分析數(shù)據(jù)如表4-4，4-5所示，假設用窯外分解窯以三種原料配合進行生產(chǎn)，要求熟料的三率值為：KH=0.89，SM=2.1，IM=1.3，單位熟料熱耗為3350KJ/Kg熟料，試計算原料的配合比。

[解]計算煤灰摻入量4.57kg用由熟料率值計算化學成分的公式計算要求熟料的化學成分。設∑=97.5%則Fe2O3=4.50%Al2O3=IM·Fe2O3=5.85%SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=21.74%CaO=∑-(SiO2+Al2O3+Fe2O3)=65.41%

計算結(jié)果表明，熟料中Al2O3

和Fe2O3略為偏低，但若加粘土和鐵粉，則SiO2又過多，因此不再遞減計算，其它一項差別不大，說明∑設定值合適。按上表干原料質(zhì)量比換算為百分配合比：干石灰石==82.2%；干粘土==13.7%；干鐵粉==4.1%。

4.2生料粉磨粉磨是將小塊狀(粒狀)物料碎裂成細粉(100μm以下)的過程。所謂生料粉磨即是將原料配合后粉磨成生料的工藝。

4.2.1粉磨流程及特點按一定粉磨流程配置的主機和輔機組成的系統(tǒng)稱作粉磨系統(tǒng)。隨生產(chǎn)方法不同，生料粉磨流程可分為濕法和干法兩大類，而無論是濕法還是干法都有開路和閉路(圈流)系統(tǒng)之分。

◆濕法生料粉磨系統(tǒng)◆普通干法生料粉磨系統(tǒng)◆烘干兼粉磨系統(tǒng)◆立式磨系統(tǒng)◆擠壓粉磨技術(shù)在生料粉磨中的應用

普通干法生料粉磨系統(tǒng)烘干兼粉磨系統(tǒng)擠壓粉磨4.2.2生料粉磨系統(tǒng)的發(fā)展特點

◆利用廢氣進行磨內(nèi)物料的烘干◆粉磨設備日趨大型化◆新型閉路粉磨系統(tǒng)◆磨機系統(tǒng)操作自動化4.2.3生料的粉磨細度及顆粒分布要求

合理的生料粉磨細度包括兩方面：一是使生料的平均細度控制在一定范圍內(nèi)，二是要使顆粒大小均勻，盡量避免粗顆粒。一般，干法生料細度0.08mm方孔篩篩余8%～12%；濕法粉磨細度0.08mm方孔篩篩余12%～16%。4.3立式磨在生料粉磨中的應用

4.3.1立式磨的發(fā)展歷史

輥式磨是根據(jù)料床粉磨原理，通過相對運動的磨輥、磨盤碾磨裝置來粉磨物料的機械。

輥式磨已經(jīng)成為水泥生料粉磨的主導系統(tǒng)。世界上著名的水泥機械制造公司開發(fā)出各種型式的輥式磨。主要有德國Loesche、Pfeiffer、KruppPolysius、O＆K，美國Fuller、Raymond，丹麥FLS，日本UBe、KHI、IHI、Kobe、Steel等。

4.3.3立式磨的特點◆優(yōu)點

粉磨效率高

烘干能力強

系統(tǒng)簡單

入磨物料粒度大

控制方便

噪音低，金屬消耗少

漏風少

運轉(zhuǎn)率高4.3.2立式磨系統(tǒng)

4.3.3立式磨的特點◆缺點

不適宜粉磨磨蝕性大的物料，否則磨輥、磨盤襯板磨損大，影響產(chǎn)質(zhì)量。

襯板磨損后更換和維修工作量大，難度亦大。

操作技術(shù)水平要求較高。

4.3.4操作控制要點

◆操作要點

維持穩(wěn)定料床

尋求適宜的輥壓

控制合理的風速

調(diào)節(jié)一定的出磨氣溫

4.3.4操作控制要點◆異常情況分析

大量吐渣可能發(fā)生的情況

劇烈振動的原因◆控制策略4.4生料粉磨系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制控制項目有：物料配比控制；磨機負荷控制；各部位氣溫、壓力（壓差）控制；立磨的振動控制；成品細度控制；粉磨系統(tǒng)機電設備啟停順序控制等。

應用各種先進的自動化檢測儀表和微機來進行自動控制。

4.4.1物料配比控制物料配比控制是由微機根據(jù)各種原料的分析數(shù)據(jù)和半成品熟料的目標值進行自動配方計算，得出各種物料的配比。再通過生料成分(或人磨前的混合料)分析，準確及時地凋節(jié)人磨物料配比（通過調(diào)節(jié)各喂料機的速度實現(xiàn)），保證產(chǎn)品的化學成分符合規(guī)定要求。

4.4.2磨機負荷自動控制◆用“電耳”控制磨機的喂料(管磨系統(tǒng))◆提升機功率為主、磨音為輔的控制方式(管磨系統(tǒng))◆磨音為主、提升機功率為輔的串級控制方式(管磨系統(tǒng))◆喂料量加粗粉回粉量等于常數(shù)的控制方式(管磨系統(tǒng))◆控制磨機進出口壓差以調(diào)節(jié)磨機喂料量(輥式磨系統(tǒng))4.4.3溫度控制磨機系統(tǒng)溫度控制的目的，是為了保持良好的烘干及粉磨作業(yè)，保證成品水分達到規(guī)定要求。出磨氣溫低烘干效果不好，且會引起收塵器結(jié)露。但溫度太高會影響設備安全運行，降低熱效率。

4.4.4壓力控制◆管磨系統(tǒng)磨機系統(tǒng)壓力控制的目的，是為了檢測各部位通風情況，及時調(diào)節(jié)，滿足烘干及粉磨作業(yè)要求。磨機出入口負壓差表征磨內(nèi)通風阻力大小，壓差增大表明磨內(nèi)可能負荷過大或隔倉板篦縫可能發(fā)生堵塞。其它任何兩點間的壓差有較大變動，都表明兩點間阻力的變化。

4.4.4壓力控制◆立磨入口壓力控制、指示、報警為保持磨內(nèi)風量穩(wěn)定，需要調(diào)節(jié)循環(huán)風風門或磨機入口熱風擋板的開度來調(diào)節(jié)入磨風量，以穩(wěn)定入磨風壓。

4.4.5控制磨內(nèi)通風量風量不足，磨細的料不能及時帶出，致料床增厚，排渣量增多，產(chǎn)量降低；風量過大，料床過薄，也影響設備的操作。4.4.6根據(jù)出磨氣溫來調(diào)節(jié)噴水量或

輔助熱風溫度如入磨物料水分變小，烘干需熱容量較小，在入磨空氣溫度、風量不變的條件下，出磨氣溫將上升，此時應調(diào)節(jié)噴水量以維持不變。在另一種情況如粉磨物料水分較大，除了應用窯尾廢氣外還需補充熱源時，則應以出磨氣溫來控制熱風爐溫度或熱風量以維持出磨氣溫穩(wěn)定。

4.4.7控制粉磨液壓磨機拉緊裝置向磨輥施加的壓力稱為粉磨液壓。粉磨液壓加上磨輥自身的重壓為研磨壓力。研磨壓力是穩(wěn)定磨機運行的重要因素，也是影響主機輸入功率、產(chǎn)量和粉磨效率的主要因素。4.4.8控制出磨生料細度生料細度受分離器轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)風量、磨內(nèi)負荷量等因素的影響。后兩者一般不變動，細度的調(diào)整一般只是調(diào)節(jié)分離器的轉(zhuǎn)速，且只能逐步進行。4.4.9選擇合理的擋抖圈高度擋料圈高度太大時，磨盤周邊積料量太多，阻力大，磨盤上的碎粉不能及時分離，引起磨輥壓力大，主電動機電流高，電耗上升；擋料圈太低時，磨盤上的物料少，風環(huán)的負擔過重。

4.4.10搞好輥磨密封，提高入磨氣體負壓值磨內(nèi)氣體負壓值大可有效防止吐渣。為保證磨內(nèi)氣體負壓足夠，首先，需及時清除排渣口的集料，保證排渣口暢通，并減少排渣口漏風；其次，需定時更新磨輥與筒體間的密封材料。4.4.11開車喂料程序控制對磨機啟動時的喂料程序控制的目的，是為了避免磨機啟動時，由于喂料不當發(fā)生磨滿堵塞。該程序控制可以保證對磨機的喂料量均勻地進行、按一定程序逐步加大，實現(xiàn)最優(yōu)操作。4.4.12料倉料位指示控制控制原理：由荷重傳感器測出的料倉的料量與設定值相比較，用其差值調(diào)節(jié)預均化堆場取料機取料速度，以保持料倉料量穩(wěn)定。4.4.13增濕塔出口氣體溫度控制控制原理：由熱電阻測出增濕塔出口氣體溫度與設定值相比較，用其差值調(diào)節(jié)回水閥開度，以保持出口氣體溫度穩(wěn)定。

本章學習小結(jié)本章主要介紹了配料計算的有關(guān)知識，常見的生料粉磨系統(tǒng)特點及應用，立式磨系統(tǒng)在生料粉磨生產(chǎn)中的應用，生料粉磨生產(chǎn)控制知識等內(nèi)容。

生料均化技術(shù)

5.1生料均化的基本原理

5.1.1生料均化的意義提高熟料的質(zhì)量，穩(wěn)定窯的熱工制度、提高窯的運轉(zhuǎn)率和產(chǎn)量、降低能耗。

5.1.1生料均化的意義◆生料均化在生料制備過程中的重要地位水泥工業(yè)生料制備過程，包括礦山開采、原料預均化、生料粉磨和生料均化四個環(huán)節(jié)。在新型干法水泥生產(chǎn)的生料制備過程“均化鏈”中，生料均化占有最重要的地位。

5.1.1生料均化的意義◆生料均化程度對熟料產(chǎn)質(zhì)量的影響生料在窯內(nèi)煅燒成熟料的過程是典型的物理化學反應過程。一般熟料的形成過程可分為三個階段：第一階段反應在溫度升高時發(fā)生；第二階段反應在恒溫時發(fā)生；第三階段反應在溫度降低時發(fā)生。

5.1.1生料均化的意義◆生料均化程度對易燒性的影響生料易燒性是指生料在窯內(nèi)煅燒成熟料的過程中相對難易程度。在生產(chǎn)工藝一定、主要設備相同的條件下，影響生料易燒性的因素有生料化學組成、物理性能及其均化程度。生料均化程度是影響其易燒性的重要原因。

生料易燒性指數(shù)或生料易燒性系數(shù)表示生料的易燒程度，指數(shù)或系數(shù)越大，生料越難燒。

易燒性系數(shù)改變1.0時，不會造成易燒性的重大變化；

當系數(shù)變動大于2.0時，可以清楚地看到反應；

當系數(shù)變動超過3.0時，看火人員必須調(diào)整燃料用量來做好燒成帶，對付易燒性大變化的準備。5.1.2生料均化基本原理

生料均化原理主要是采用空氣攪拌及重力作用下產(chǎn)生的“漏斗效應”，使生料粉向下降落時切割盡量多層料面予以混合。同時，在不同流化空氣的作用下，使沿庫內(nèi)平行料面發(fā)生大小不同的流化膨脹作用，有的區(qū)域卸料，有的區(qū)域流化，從而使庫內(nèi)料面產(chǎn)生徑向傾斜，進行徑向混合均化。

5.1.3均化過程的基本參數(shù)◆均化度多種（兩種以上）單質(zhì)物料相互混合后的均勻程度稱為這種混合物的均化度（M）。均化度是衡量物料均化質(zhì)量的一個重要參數(shù)。硅酸鹽水泥生料中因CaCO3含量占75%以上，所以生料均化度主要用CaCO3在生料中分布的均勻程度來表示（有時也增加Fe2O3含量的檢測）。（1）生料均化度的極差表示法及其計算一組測定值中最大什與最小值之差稱之為極差，用下式表示：

這種方法沒有充分利用該組測定值所提供的全部數(shù)據(jù)，而且沒有與平均值聯(lián)系起來，因而反映實際情況的精確度較差。但由于其計算方便、直觀，故被許多廠所采用，也就是所說的“生料成分最大波動值”。

標準偏差不僅反映了數(shù)據(jù)圍繞平均值的波動情況，而且便于比較多個數(shù)據(jù)的不同分散程度。ST越大，分散愈大；ST越小，分散愈小。ST比極差R反映問題精確，但計算比極差要復雜些。

圖上有兩條正態(tài)分布曲線1和曲線2。兩條曲線的算術(shù)平均值可以相等，但S不等。曲線1的標準偏差S1較大，故曲線較“胖”。曲線2的標準偏差S2較小，故曲線較“瘦”。

測定值偏離平均值的波動較小，生料成分較均勻。如果用這兩條曲線分別表示均化前后的情況，則曲線1可代表均化前生料成分的波動，曲線2可代表均化后生料成分的波動。

（3）生料均化度的頻譜表示法在上述極差法中，若以各取樣點所代表的生料量為橫坐標，以各相應點所測的生料為縱坐標，繪制成如圖所示的波動曲線，該曲線既可表示實際平均偏差，又能看出成分波動變化的全過程，利于了解波動周期的規(guī)律性，找出不符合工藝指標的時間間隔或區(qū)段。因此，頻譜法常用于表示庫內(nèi)生料均化度的分布情況和對連續(xù)式均化系統(tǒng)均化質(zhì)量的評價。

頻譜法5.1.3均化過程的基本參數(shù)◆均化效率均化效率是衡量各類型均化庫性能的重要依據(jù)之一。均化前后被均化物料中某組分（如生料Tc值）差之比，就稱為該均化庫在某段時間t內(nèi)的均化效率（Ht），即：

5.1.3均化過程的基本參數(shù)均化時間與均化效率的關(guān)系為：

生產(chǎn)實踐證明，粉磨均化初期均化效率很高，隨均化時間的延長，均化效率逐漸降低，一定時間后，效率不再提高。均化時間（分）均化效率Ht1/Ht均