水泥熟料形成的熱化學

水泥熟料形成的熱化學

及影響水泥熟料質量的因素水泥熟料形成的熱化學首先，我們來回顧一下水泥熟料的形成的工藝流程：

原料（石灰質）或（粘土質）按一定要求的比例配合經均化、粉磨、調配而成生料熟料1450℃究竟發(fā)生了怎樣熱化學的變化？水泥熟料形成的熱化學什么稱為水泥熟料形成的熱化學？

生料在加熱過程中發(fā)生了一系列物理化學變化，將全過程的總吸熱量減去總放熱量，由0℃的干生料在沒有任何熱量損失和物料損失的情況下，燒成1Kg熟料所需的凈熱量。物理化學變化中包含：吸熱反應和放熱反應兩種。看下圖表1-1，水泥熟料在形成過程中的各種熱反應：溫度（℃）反應熱效應數值100~150游離水蒸發(fā)吸熱2249kJ/kg水450粘土結合水逸出吸熱932kJ/kg-kao600MgCO3分解吸熱1421kJ/kg-MC900粘土無定形脫水產物結晶放熱259-284kJ/kg-meta-kao900碳酸鈣分解吸熱1655kJ/kg-CC900-1200固相反應放熱418-502kJ/kg-cl1250-1280形成液相吸熱105kJ/kg-cl130-1450硅酸三鈣形成微吸熱8.6kJ/kg-cl圖表1-1經計算，熟料的理論形成熱：1630-1800kJ/kg-熟料

熟料形成熱化學理論形成熱實際形成熱理論形成熱

1、定義：在一定生產條件下，用某一基準溫度的干燥物料，在沒有任何物料損失和熱量損失的條件下，制成1kg同溫度的熟料所需要的熱量稱為熟料的形成熱（熟料理論熱耗）。2、計算原理：理論熱耗：吸收的總熱量－放出的總熱量。一般為1630～1800kJ/kg。3、影響因素：熟料的形成熱是熟料形成在理論上消耗的熱，它僅與原、燃料的品種、性質及熟料的化學成分與礦物組成、生產條件有關。實際形成熱定義：每煅燒1kg熟料窯內實際消耗的熱量稱為熟料實際熱耗，簡稱熟料熱耗，也叫熟料單位熱耗。熟料礦物的形成熱（理論熱耗)1675--1755KJ/kg；實際熱耗：目前>2900KJ/kg,為3400--7500KJ/kg思考：為什么實際熱耗＞理論熱耗？原因：機體散熱多不完全燃燒熱損失高系統(tǒng)漏風嚴重廢氣帶走的熱較多實際生產中形成的熟料和廢氣不可能冷卻到0℃，因而必然帶走一部分熱量；生產過程不可能沒有物料損失及物料循環(huán)的存在，其煅燒設備還要向外散失熱量，因此，實際生產每1kg熟料消耗的熱量，必然比熟料形成熱要大得多，干法水泥生產，一般在2800-3500kJ/kg范圍內，這就是熟料的單位熱耗。熟料的單位熱耗越接近熟料形成熱，煅燒設備的熱效率越高項目濕法長窯干法長窯半干法預熱器窯熱耗(kj/kg)熱效率(%)熱耗(kj/kg)熱效率(%)熱耗(kj/kg)熱效率(%)熱耗(kj/kg)熱效率(%)理論熱耗175628.99175644.07175652.11175653.57水分蒸發(fā)221136.5145613.52廢氣帶走110418.22130432.7440512.0476923.47冷卻空氣帶走熱3014.673308.2933910.8534710.53熟料帶走831.35832.10832.48832.55筒體散熱6029.9451012.803309.803229.82總熱耗6057100398310033691003277100熱效率28.9944.0752.1153.57各種窯的熱耗對比

提高熟料質量是確保水泥質量的基礎，熟料質量的優(yōu)劣與均勻程度，直接決定水泥質量的好壞與可靠程度。因此，熟料的質量控制是水泥生產質量管理環(huán)節(jié)中極為重要的一環(huán)。水泥熟料的質量控制在不同生產工藝、煅燒設備條件下也不一樣?；剞D窯生產，除常規(guī)化學全分析、物理檢驗和控制游離氧化鈣外，一般還要控制燒成帶的溫度、窯尾廢氣溫度及各點負壓，同時還要控制熟料的堆積密度，有些廠還進行巖相結構的檢驗和控制；而立窯生產，熟料在出窯后均經破碎處理，除常規(guī)控制外，有時也控制其堆積密度。所以，控制項目的多少，應視生產工藝條件具體確定。一般熟料質量控制項目有：熟料化學成分(包括KH、SM、IM三個率值)、燒失量、游離氧化鈣、游離氧化鎂、安定性以及強度等物理性能。

對熟料化學成分的控制，目的在于檢驗其礦物組成是否符合配料沒計的要求，從而判斷前道工序的工藝狀況和熟料質量，并作為調整前道工序的依據。水泥熟料中各氧化物之間的不同比例，決定著熟料中各種礦物組成的差異，以及由此影響到熟料本身的物理性能特點和其煅燒的難易程度，我國通常用石灰飽和系數(KH值)、硅率(n)和鋁率(P)來表示熟料中各氧化物含量之間的關系。熟料的三個率值，應根據各廠原料成分，上藝條件，技術水平以及生產水泥的品種、標號、季節(jié)等因素來綜合考慮，合理進行選擇以保證熟料的質量。一般情況下，生產條件不發(fā)生變化。游離氧化鈣相同時，熟料強度隨KH值和C3S含量增大而提高。當熟料化學成分一定時，其強度隨游離氧化鈣增加而降低，增大熟料小KH值，熟料中游離氧化鈣也會隨之上升。所以，對熟料KH值的控制是非常重要的，控制KH值應考慮以下幾個方面的因素：1．采用礦化劑尤其是復合礦化劑時，Ktt值可略高些。一般情況下，摻復合礦化劑的冊值比單摻時高0．02～0．04，單摻比不摻礦化劑時可高0．01～0．03。2．原料易燒性好，生料質量比較均勻且粗顆粒少時，KH值控制指標可略高，反之應低一些。3．生料n低時，KH值可高些，反之應低些?？荚嚧螅珖畲蠼逃惥W站(www．E)4．煅燒工藝穩(wěn)定，操作人員素質好時，KH值可略高，反之應降低。5．夏季生產時KH值可略高于冬季。KH值控制范圍為目標值+0.02；濕法回轉窯及日產2000t以上的預分解窯的KH值合格率應≥80％，其他窯型的KH值合格率》70％；KH的標準偏差按回轉窯、立窯的不同分別控制在不大于0.020和不大于0.030之內。熟料的n和P值也應合理、穩(wěn)定，盡量減小波動。一般而言，n和P值的控制范圍為目標值+0.10，合格率≥85％。率值合格率和飽和系數標準偏差各窯以日為單位(分班作分析，先以算術平均法求出率值日平均)，按月統(tǒng)計，然后按窯月產量加權計算總平均值。出窯熟料化學成分的測定，應進行連續(xù)取樣，取樣要具有代表性，每天測定一次。熟料的化學成分游離氧化鈣

游離氧化鈣是熟料中沒有參加化學反應，而是以游離態(tài)存在的氧化鈣。熟料在燒成時殘留的死燒游離氧化鈣水化很慢，要在水泥水化、硬化并形成一定強度后才開始水化，由于體積不均勻膨脹，會致使水泥石強度下降、開裂甚至崩潰，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。通過f-CaO的含量分析，可以對煅燒精況和熟料質量進行判斷。立窯水泥熟料中的游離氧化鈣主要有下述三種形式：①欠燒游離氧化鈣。只存在于經受1100—1200℃煅燒的牛燒料球中，石灰石分解產生的游離氧化鈣叫欠燒游離氧化鈣。因其輕燒，結構疏松，遇水很快消解，對水泥石的安定性無大影響。②一次游離氧化鈣。已經受燒成溫度煅燒，但未化合成熟料礦物，遇水消解緩慢，在硬化的水泥石中，水化成氫氧化鈣，體積膨脹達97．9％，嚴重影響水泥的安定性。正常熟料中形成一次游離氧化鈣的主要原因是：生料配料不當，石灰飽和系數過高，熔劑礦物少，生料粒度太粗，或生料均勻性差。③二次游離氧化鈣。在還原氣氛中，氧化鐵被還原為氧化亞鐵，如熟料冷卻緩慢，則Fe2+促使硅酸三鈣分解為硅酸二鈣和游離氧化鈣。如果包裹在熟料礦物中，則水化十分緩慢。

綜上所述，影響水泥安定性的主要成分是一次和二次游離氧化鈣。為了保證水泥的質量，并判斷生料配料和燒成工藝是否適宜，應及時測定熟料中游離氧化鈣的含量。從理論上講，熟料中f-CaO越低越好。因為隨著f-CaO含量的增加，熟料強度會明顯下降，安定性合格率也會大幅度下降。所以，在確定f-CaO的控制指標時，企業(yè)應綜合考慮本廠的生產工藝、原燃材料、設備、操作水平等因素，確定一個既經濟又合理的指標。熟料中f-CaO含量是水泥生產中較難控制而又對水泥質量影響很大的因素。在生產中造成f-CaO含量高有諸多原因：(1)配料不當，KH過高；(2)煤與生料配比不均勻、不準確，煤質波動大或煤粒過粗；(3