学校代码：__________
学号：__________ 工艺课程设计
设计题目：5000t/d水泥生产线工艺流程设计
学科专业：
作者姓名：
无机非金属材料工程
詹丽君
作者学号：
导师姓名：
0803031008
田长安
完成时间：2011年12月19日—2011年12月30日
目录
无机非工艺课程设计任务书---------------------------------------------------3
第一章水泥产品的概况------------------------------------------------------- 4
§1.1水泥的性能的简介 (4)
1.1.1 325水泥简介 (4)
1.1.2水泥的性能指标 (4)
1.1.3水泥的组成及其作用 (5)
§1.2市场前景 (7)
§1.3我国水泥生产方法的发展概况 (9)
§1.4设备的选型及相关原理 (10)
1.4.1破碎机的工作原理 (10)
1.4.2粉磨机的工作原理 (11)
1.4.3回转窑的工作原理 (11)
1.4.4篦式冷却机的工作原理 (11)
第二章工艺计算---------------------------------------------------------------12
§2.1生料配比计算 (12)
§2.2工艺平衡计算 (13)
2.2.1物料平衡计算 (13)
2.2.2主机平衡计算 (15)
§2.3破碎系统的选型计算 (16)
§2.4粉磨系统的选型计算 (18)
§2.5其他设备的选型 (19)
第三章总结与感想------------------------------------------------------------20
无机非工艺课程设计任务书
一、题目
1、 2500t /d（或 5000 t/d、7500 t/d、10000 t/d）水泥生产线工艺流程设计
二、条件：
2、生产工艺：干法
三、目的和要求
3、掌握水泥工艺流程设计方法
4、掌握相关水泥生产设备的选型计算和物料衡算。
5、掌握工艺流程图的绘制方法。
四、设计内容
6、完成设计说明书一份（ 15~20页）
内容包括：
第一部分：包括产品性能介绍、市场前景、现有加工方法、相关设备的原理、为何选择该设备等。
第二部分：设计计算、设备选型、工艺布置
包括生料配比计算、工艺平衡计算、破碎系统选型计算、粉磨系统选型计算
、烧成系统选型计算、水泥生产工艺流程。
第三部分：总结与感想
7、完成工艺流程图或工厂设计平面图一份（二号图纸手绘）
要求标题栏、字体、标注等要规范。
第一章水泥产品的概况
§1.1水泥的性能的简介
1.1.1 325水泥简介
“325水泥”是市场上俗称，一般是指强度等级为 32.5 级的水泥，而不是特指某一个具体的水泥品种。325水泥
代表水泥凝固 28天侯抗比强度为 32.5MPa 。按照其水泥的主要水硬性物质分类：硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、
硫铝酸盐水泥等。由于它们的水硬性物质不同，它们的
性质也各异，如铝酸盐类水泥凝结速度快、抗酸性强。
早期强度高，耐热性能好而且耐硫酸盐腐蚀；硫铝酸盐
水泥硬化后体积，会膨胀等。
1.1.2水泥的性能指标
（1）比重与容重
普通水泥比重为 3.1，容重通常采用 1300公斤/立方米。
（2）细度
指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细，硬化得越快，
早期强度也越高。
（3）凝结时间
硅酸盐水泥初凝不小于 45 min，终凝不大于 6.5 h；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水
泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥初凝不小于 45mi
n，终凝不大于 10h。初凝为水泥加水拌和时起至标准稠
度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌
和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度
所需的时间。为使水泥混凝土和砂浆有充分的时间进行
搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。当
施工完成，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不
能太长。
（4）强度
水泥强度应符合国家标准。
32.5R 3d≥16不带 R 3d≥11.0, 28d≥32.5( MPa）
抗折强度 32.5R 3d≥3.5不带 R 3d≥2.5, 28d≥5.5 (MPa )
新标准实行以 MPa表示的强度等级，如 32.5 强度等级的数值与水泥 28天抗压强度指标的最低值相同。
（5）水化热
水泥与水作用会产生放热反应，在水泥硬化过程中，
不断放出的热量称为水化热。
（6）标准稠度
指水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定阻力时的稠
度。
（7）安定性
沸煮法合格。安定性是指水泥在凝结硬化过程中体
积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的
体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不
良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严
重事故。
1.1.3水泥的组成及其作用
水泥材料的组成主要有熟料、石膏、和混合材料。
1）硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成、含量及特性如
下：
硅酸三钙，矿物成分为 3CaO?SiO2，简称为 C3S，含量为 37%～60%，其水化速度较快，硅酸盐水泥强度的主要
来源，水化热较高，干缩较小 ;硅酸二钙，矿物成分为
2CaO·SiO2，简称为 C2S，含量为 15%～37%；其水化速度慢，早期强度低，后期强度增进率较高，水化热低，
干缩较小 ;铝酸三钙，矿物成分为 3CaO?Al2O3，简称为
C3A，含量为 7%～15%，水化速度快，早期强度高，后
期强度较低，水化热高，干缩大。铁铝酸四钙，矿物成
分为 4CaO?Al2O3?Fe2O3，简称为 C4AF，含量为 10%～18%，水化速度较快，早期强度较高，水化热较低，干缩小;其他组分包括少量的游离氧化钙、硫酸盐等。
水泥熟料需要贮存，其目的是降低熟料的温度，以
保证磨机的正常操作，改善熟料的质量，提高易磨性，
保证窑磨生产的平衡，有利于控制水泥的质量。
2）主要有：(1)天然石膏：符合 GB/T 5483 中规定的G类或 M类二级（含）以上的石膏或混合石膏。 (2)工业副产石膏：以硫酸钙为主要成分的工业副产物。采用前
应经过试验证明对水泥性能无害。
石膏可以调节凝结时间，一般掺入量为 3%—6%。对于矿渣硅酸盐水泥来说，石膏又是促进水泥增长的激发
剂，但石膏过多会影响水泥长期安定性，这是因为石膏
中 SO3同水化铝酸钙作用而形成钙矾石，体积显著增加，
从而导致水泥石结构破坏。
3）在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料，称为
水泥混合材料。水泥混合材料包括三类：
活性混合材料：符合标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料。活性混合
材是具有火山灰性或潜在水硬性，以及兼有火山灰性和
水硬性的矿物质材料。
非活性混合材料：活性指标低于标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料；石灰石和砂岩，其中石灰石中的三氧化二铝含量应不超
过 2.5%。
窑灰：从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘。
混合材料在水泥水化时，混合材料中活性组分能与氢氧化钙作用在水泥没有硬化以前就生产一些有益的新
物质。它不仅仅没有破坏水泥石的结构，反而能提高水
泥的抗腐蚀性能。因此在水泥中掺入混合材料改善水泥
质量，并且改善了水泥的某些性质。
§1.2市场前景
我国水泥产量已经连续18年居世界各国首位，但产品质量不高、生产水平落后、污染严重的问题也十分突出，急需进行产业调整。新型干法水泥生产的水泥仅占
水泥总量的55%，而发展国家都在90%以上。目前我国水泥生产企业有一定规模的近5000多家，国内十大水泥集团水泥产量仅达到全国总产量的23%，而世界十大水泥集团的产量占世界水泥总产量的1/3以上。另外我国的水
泥散装率也非常低，2007年仅达到了40%，而世界发达
国家水泥在上世纪60年代末就完成了从袋装到散装的改
革，实现了水泥散装，散装率达到并保持在90%以上。因此，我国水泥工业的发展任重而道远。而现在硅酸盐水
泥总的发展趋势自然是向高强度和多掺加混合材的方向
发展，其中值得注意的有以下几方面。
1）提高早期强度不再主要依靠提高 C3S含量
烧高 C3S含量的熟料势必增大能耗，因此有学者提出，熟料中 C3S和 C3A在现有高含量的基础上可以适当
降低，今后提高早期强度不必主要依靠提高 CS ，可以通过其它措施达到目的。
2 ）水泥无需磨得更细
现在国外的水泥已经够细了，再提高细度又会加大
能耗、钢耗，多使用助磨剂和减水剂，对混凝土耐久性
不利。今后提高水泥早期强度不一定要走细磨道路，可
以通过调整水泥颗粒分布达到最佳堆积密度，适当加入
高效分散剂降低水胶比，使浆体中水泥颗粒靠得更紧密，同样可以配制出高早期强度和高密实性的混凝土。
3）生产高活性贝利特水泥
国外自 80年代初就有人研究通过离子活化、提高升
温和冷却速度等方法生产高活性贝利特水泥。这种水泥
煅烧温度低，有利节能和环保，水泥中铝酸盐和铁酸盐
矿物含量都在正常范围内，不影响提高混凝土耐久性。
但由于技术和设备条件所限没有大规模工业化生产。近
几年日本等国生产一些高 C2S含量的水泥，今后有望在
提高贝利特水泥活性方面取得更大进展，成为一种通用
的大宗胶凝材料。
4 ）微粉改性与开发高效减水剂
微粉改性在配制高性能混凝土方面取得很大成功，
在水泥改性方面将发挥作用，用少量高度磨细的活性或
惰性混合材不仅可以提高水泥强度，还可以改善和易性、凝结硬化特性、抗蚀性等物理性能，这方面的研究与开
发还处于起步阶段。微粉改性要与高效减水剂相配合。
加入细粉会加剧结团，降低砂浆和易性，减水剂多加对
混凝土耐久性不利，所以必须开发高效的与水泥相容性
要求不严的外加剂与微粉改性相配合，这方面还大有潜
力可挖，将能获得许多具有独特性能的水泥。
另外还有一些新的成果和观点也值得一提，如日本
开发出的圆粒水泥，因颗粒圆形度好，大小均齐，水泥
砂浆用水量低，流动性好，强度也高。但这种水泥目前
都是经两次粉磨工艺生产的，在对混凝土工艺与性能的
影响和市场竞争力方面还有一段路要走。加拿大一学者
还提出，今后也可以用矿化剂降低熟料煅烧温度至
1250～1300℃，以降低能耗和 CO2排放量，与此有关的各种试验还在进行中，尚未达到完全可靠、可以大规模
工业生产和推广的程度。
§1.3我国水泥生产方法的发展概况
在 50年代末 60年代初，当时我国水泥厂基本建设方针确定为南方以湿法生产、北方以干法生产为主，并依靠我国自己的技术力量制造出较高水平的、适合当
时我国国情的φ3.5×14.5m,回转窑湿法生产成套装备和
φ4× 60m,立波尔窑半干成套设备，为以后水泥工业发展打下了坚实的基础。
70年代我国陆续建立了一些立筒预热器窑和旋风预
热器窑， 70年代末分别从日本、澳大利亚、丹麦等国引
进了大、中型的预分解窑干法生产成套设备，并在建成
投产后取得了良好的技术经济效益。在此基础上，通过
对国外设备的消化和国内自行建设的新型干法生产线的
总结，80年代初我国自行设计了日产 700t的熟料生产线的预分解窑成套系统，并组织了日产 2000t的熟料预分解窑干法生产线成套设备的设计、制造和建设。又将一些
湿法或半干法生产的老厂改造成新型干法厂，也取得了
重大的成功。
由于资源、市场以及交通运输等各方面条件的限制，我国水泥工业中小型水泥厂仍占相当的比例，而其中又
以小型立窑厂占绝大多数。立窑厂存在着机械化程度低、技术力量及经营管理力量差、产品质量不高而成本高的
缺点。在一些边远地区，还存在着一些热耗相当高的中
空干法小窑，对于为数众多的小立窑及中空干法小窑来说，如何提高生产技术，改造生产设备，提高水泥质量，降低水泥成本，是当前水泥工业需要重视的问题。
§1.4设备的选型及相关原理
1.4.1破碎机的工作原理
反击式破碎机的工作原理：反击式破碎机的工作部
件为带有打击板的作高速旋转的转子以及悬挂在机体下
的反击板组成。进入破碎机的物料在转子的回转区域内
受到打击板的冲击，并被高速抛向反击板，再次受到冲击，又从反击板反弹到打击板上，继续重复上述过程。
物料不仅受到打击板、反击板的冲击而被破碎，还有物
料之间的相互撞击而被破碎。当物料的粒度小于反击板
与打击板之间的间隙时即可被卸出。
锤式破碎机的工作原理：锤式破碎机的主要工作部
件为带有锤子（又称锤头）的转子。转子由主轴、圆盘、销轴和锤子组成。电动机带动转子在破碎腔内高速旋转。物料自上部给料口给入机内，受高速运动的锤子的打击、冲击、剪切、研磨作用而粉碎。在转子下部，设有筛板、粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒级通过筛板排出，大于筛孔尺寸的粗粒级阻留在筛板上继续受到锤子的打击和
研磨，最后通过筛板排出机外。
1.4.2粉磨机的工作原理
工作时，先由破碎机将大块状物料破碎到所需的进料粒度后，由畚斗提升机将物料输送到储料仓，然后由
电磁振动给料机均匀地送到粉磨机的磨腔内，铲刀在与
磨辊同转过程中把物料铲起抛喂入磨辊磨环之间，形成
垫料层，物料在磨辊与磨环之间研磨，由此达到制粉目的。粉磨后的粉子由风机气流带到分析机选粉，达到细
度要求的细粉随气流经管道进入旋风收集器内，进行分
离收集，再经卸料器排出即为成品粉子，气流由旋风收
集器上端回风管吸入鼓风机。不合要求的粉子被叶片抛
向外壁与气流脱离，粗粉颗粒因自身重力作用落入磨室
进行重磨。
1.4.3回转窑的工作原理
物料回转窑内煅烧的过程是生料从窑的冷端喂入，由于窑有一定的倾斜度，且不断回转，因此使生料连续
向热端移动。燃料自热端喷入，在空气助燃下燃烧放热
并产生高温烟气，热气在风机的驱动下，自热端向次端
流动，而物料和烟气在逆向运动的过程中进行热量交换，使生料烧成熟料。因此，研究回转窑的工作原理，主要
是研究物料在窑内的运动，窑内气体的流动，燃料燃烧
和物料与气体间传热的现象和规律。
1.4.4篦式冷却机的工作原理
热熟料从窑口卸落到篦床上，在往复推动的篦板推送下，沿篦床全长分布开，形成一定厚度的料床，冷却
风从料床下方向上吹入料层内，渗透扩散，对热熟料进
行冷却。冷却熟料后的冷却风成为热风，热端高温热风
作为燃烧空气入窑及分解炉，部分热风还可供烘干之用，
热风利用可达到热回收，从而降低系统热耗的目的；多
余的热风将经过电收尘器处理后排入大气中。冷却后的
小块熟料经过栅筛落入篦冷机下的输送机中；大块熟料
经过破碎、再冷却后后汇入输送机中；细粒熟料及粉尘
通过篦床的篦缝及篦孔漏下进入集料斗，当斗中料位达
到一定高度时，由料位传感系统控制的电动弧形阀自动
打开，漏下的细粒便进入机下的输送机中而被输送走。
第二章工艺计算
§2.1生料配比计算
由于是用三种原料在新型干法窑进行生产，要求熟
料的的三个率值为 KH=0.89、SM=2.1、IM=1.3, 单位熟料
热耗为 3350kJ/kg，计算原料的配合比。
解：1）确定熟料的组成根据题意，已知熟料率值
为：KH=0.89、SM=2.1、IM=1.3。
2）计算煤灰掺入量
G A=4.57% G A= = =4.57%
3)计算原料配合比设∑=97.5%,则
Fe2O3=
Al2O3=IMFe2O3=5.85%
SiO2=SM(Fe2O3+Al2O3)=21.74%
CaO=∑（SiO2+Fe2O3+Al2O3）=65.41%
生熟料化学成分：