第5章 硅酸盐水泥熟料的煅烧

硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺硅酸盐水泥熟料是水泥生产过程中的关键原料之一，它通过煅烧工艺将原料中的生石灰和硅酸盐化合物进行热反应，形成熟料。

熟料是水泥生产的主要成果，它经过磨碎等加工步骤后可以用于生产各种类型的水泥产品。

本文将对硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺进行详细介绍。

1. 原料准备硅酸盐水泥熟料的原料主要包括石灰石、白云石、黏土、铁矿石等。

在煅烧工艺中，这些原料需要经过粉碎、混合等步骤进行初步的处理。

原料准备的关键目标是确保原料的化学成分、粒度分布等参数能够满足生产要求，并能够保证煅烧过程中的稳定性和高效性。

2. 煅烧过程硅酸盐水泥熟料的煅烧过程一般分为预热、煅烧和冷却三个阶段。

2.1 预热阶段在预热阶段，原料进入煅炉前会先经过预热窑进行预热处理。

这个过程旨在将冷料加热到适宜的温度，以提高煅炉的热效率，并促进原料的分解反应。

2.2 煅烧阶段在煅烧阶段，原料进入煅炉进行煅烧反应。

这个阶段的关键过程是煅烧反应，通过将原料加热到高温，使其中的石灰石和硅酸盐化合物发生热反应，生成熟料。

煅烧过程需要控制温度、时间、气氛等参数，以确保反应的充分性和产物的质量。

2.3 冷却阶段在煅烧反应完成后，熟料需要经过冷却处理。

冷却的目的是使熟料从高温状态迅速降温，防止其过度烧结，并稳定其结构。

冷却过程一般采用空气冷却或水冷却的方式进行。

3. 参数控制硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺需要对一系列的参数进行控制，以确保产品的质量和生产的稳定性。

3.1 温度控制温度是煅烧过程中最重要的参数之一。

煅烧反应的温度直接影响熟料的组成和品质。

过低的温度会导致反应不完全，熟料中未反应完全的硅酸盐化合物含量较高；过高的温度则会导致熟料的烧结，影响品质。

因此，温度的控制是煅烧工艺中的关键环节。

3.2 时间控制煅烧时间是指原料在煅烧炉中停留的时间。

时间过短会导致反应不完全，熟料中硅酸盐化合物含量较高；时间过长则会导致能耗过高，增加生产成本。

因此，时间的控制需要根据原料的组成和工艺的特点进行合理设定。

硅酸盐水泥熟料的煅烧§5-1 生料在煅烧过程中的物理化学变化§5-2 熟料形成的热化学§5-3 矿化剂、晶种对熟料煅烧和质量的影响§5-4 挥发性组分及其他微量元素的作用§5-5 水泥熟料的煅烧方法及设备【掌握内容】1、硅酸盐水泥熟料的形成过程：名称、反响特点、影响反响速度的因素；2、熟料的形成热、热耗的定义、一般数值、影响因素3、挥发性组分对新型干法水泥生产的影响4、悬浮预热器窑及预分解窑的组成、工作过程5、影响窑产、质量及消耗的因素【理解内容】1、C3S的形成机理，形成条件；2、影响熟料形成热的因素，形成热与实际热耗的区别，降低热耗的措施；3、回转窑的构造、组成、及工作过程；4、回转窑内“带〞的划分方法，预分解窑内“带〞的划分。

【了解内容】1、水泥熟料的煅烧方法及设备类型；2、矿化剂、晶种：定义、类型、作用、使用；3、湿法窑的组成，工作过程合格生料在水泥窑内经过连续加热，高温煅烧至局部熔融，经过一系列的物理化学反响，得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料的工艺过程叫硅酸盐水泥熟料的煅烧，简称煅烧。

结合目前生产现状及学生的就业去向，主要介绍与回转窑尤其是新型干法回转窑有关的知识，立窑有关知识留给学生自学。

第一节生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在加热过程中，依次进展如下物理化学变化：一、枯燥与脱水〔一〕枯燥入窑物料当温度升高到100～150℃时，生料中的自由水全部被排除，特别是湿法生产，料浆中含水量为32～40%，此过程较为重要。

而干法生产中生料的含水率一般不超过1.0%。

〔二〕脱水当入窑物料的温度升高到450℃，粘土中的主要组成高岭土〔Al2O3·2SiO2·2H2O〕发生脱水反响，脱去其中的化学结合水。

此过程是吸热过程。

Al2O3·2SiO2·2H2O Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O〔无定形〕〔无定形〕脱水后变成无定形的三氧化三铝和二氧化硅，这些无定形物具有较高的活性。

6 水泥熟料的煅烧【本章导读】生料在入窑后和热气体进行热交换发生一系列的物理化学反应生成熟料。

熟料主要由硅酸三钙(C 3S)、硅酸二钙(C 2S)、铝酸三钙(C 3A)、铁铝酸四钙(C 4AF)等矿物所组成。

煅烧过程所发生的物理化学变化在不同条件下进行的程度与状况决定了水泥熟料的质量和性能，也直接影响到水泥熟料的产量以及燃料、耐火材料的消耗和窑的长期安全运转。

无论窑型的变化如何，熟料的煅烧过程和煅烧中所发生的反应基本相同，掌握了这些矿物形成的机理及影响因素，掌握了这些物理化学变化的规律，就能烧出高质量的熟料。

6.1 煅烧过程物理化学变化水泥生料入窑后，在加热煅烧过程中发生干燥、粘土脱水与分解、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧成和熟料冷却等物理化学反应。

这些过程的反应温度、速度及生成的产物不仅和生料的化学成分及熟料的矿物组成有关，也受到其它因素如生料细度、生料均匀性、传热方式等的影响。

6.1.1 干燥干燥即自由水的蒸发过程。

生料中都有一定量的自由水，生料中自由水的含量因生产方法与窑型不同而异。

干法窑生料含水量一般不超过1.0%，立窑、立波尔窑生料需加水12～14%成球，湿法生产的料浆水分在30～40%。

自由水的蒸发温度为100～150℃左右。

生料加热到100℃左右，自由水分开始蒸发，当温度升到150℃～200℃时，生料中自由水全部被排除。

自由水的蒸发过程消耗的热量很大。

每千克水蒸发热高达2257kJ ，如湿法窑料浆含水35%，每生产1kg 水泥熟料用于蒸发水分的热量高达2100kJ ，占湿法窑热耗的1/3以上。

降低料浆水分是降低湿法生产热耗的重要途径。

3.1.2 粘土脱水粘土脱水即粘土中矿物分解放出结合水。

粘土主要由含水硅酸铝所组成，常见的有高岭土和蒙脱土，但大部分粘土属于高岭土。

粘土矿物的化合水有两种：一种是以OH -离子状态存在于晶体结构中，称为晶体配位水（也称结构水）；另一种是以分子状态存在吸附于晶层结构间，称为晶层间水或层间吸附水。

熟料煅烧液相量与温度熟料的烧结在很大程度上取决于液相含量及其物理化学性质。

因此，控制液相出现的温度、液相量、液相粘度、液相表面张力和氧化钙、硅酸二钙溶于液相的速率，并努力改善它们的性质至关重要。

1．最低共熔温度系 统最低共熔温度(℃) 系 统最低共熔温度(℃) C 3S-C 2S-C 3A 1455 C 3S-C 2S-C 3A –C 4AF 1338 C 3S-C 2S-C 3A -Na 2O 1430 C 3S-C 2S-C 3A -Na 2O -Fe 2O 3 1315 C 3S-C 2S-C 3A -MgO 1375 C 3S-C 2S-C 3A -Fe 2O 3 -MgO 1300 C 3S-C 2S-C 3A-Na 2O-MgO1365C 3S-C 2S-C 3A-Na 2O-MgO -Fe 2O 31280表1 一些系统的量低共熔温度液相出现的温度决定于物料在加热过程中的最低共熔温度。

而最低共熔温度决定于系统组分的性质与数目。

表1列出了一些系统的最低共熔温度。

由表1可知，系统组分数目越多，其最低共熔温度越低，即液相初始出现的温度越低。

硅酸盐水泥熟料由于含有氧化镁、氧化钠、氧化钾、硫矸、氧化钛、氧化磷等次要氧化物，因此，其最低共熔温度约为1280℃左右，适量的矿化剂与其他微量元素等降低最低共熔温度，使熟料烧结时的液相提前出现。

如参加矿化剂后最低共熔温度约1250℃，即1250℃开始出现液相。

2．液相量如前所述，熟料的烧结必须要有一定数量的液相。

液相是硅酸三钙形成的必要条件，适宜的液相量有利于C 3S 形成，并保证熟料的质量。

液相量太少，不利于C 3S 形成，反之，过多的液相易使熟料结大块，给煅烧操作带来困难。

液相量与组分的性质、含量及熟料烧结温度等有关。

因此，不同的生料成分与煅烧温度等对液相量有很大影响。

一般水泥熟料烧成阶段的液相量大约为20%～30%。

(1)液相量与煅烧温度、组分含量有关，根据硅酸盐物理化学原理，不同温度下形成的液相量可按下式计算：①煅烧温度为1338℃时：IM（P）>1.38 L=6.1F(6.1)IM（P）<1.38 L=8.2A-5.22F(6.2)②煅烧温度为1400℃和1450℃时:1400℃L=2.95A+2.5F+M+R(6.3)1500℃L=3.0A+2.2F+M+R(6.4)式中L——液相量(％)；F——熟料中Fe2O3的含量(％)；A——熟料中Al2O3的含量(％)；M、R——MgO及(Na2O+K2O)的含量(％)。

硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺硅酸盐水泥熟料是一种重要的建筑材料，其主要成分是硅酸盐矿物质。

熟料的生产是通过对原料进行煅烧工艺来实现的。

以下是硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺的详细步骤：1. 原料准备：硅酸盐水泥熟料的主要原料包括石灰石、黏土和其他辅助原料。

这些原料需要粉碎和混合以获得均匀的化学成分。

2. 煤粉燃烧：在水泥炉中，需要使用煤粉作为主要燃料。

煤粉经过燃烧反应产生高温和热量，为后续反应提供能量。

3. 干法预热：将经过预处理的原料送入水泥炉，通过高温烟气进行干法预热。

在预热过程中，原料中的水分逐渐蒸发，从而实现干燥和预热的目的。

4. 煅烧反应：在水泥炉中，原料经过预热后被加热至高温，从而引发一系列的化学反应。

其中，主要的反应是石灰石的分解反应，将石灰石中的钙碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳。

此外，还有一系列的矿物转化反应和固相反应发生。

5. 冷却：煅烧后的硅酸盐水泥熟料需要进行冷却。

这一过程通过烟气和新鲜空气流通来降低熟料的温度，避免过度煅烧。

6. 粉磨：冷却后的熟料被送入水泥磨进行粉磨处理。

通过磨破磨、分级破磨和分级等步骤，熟料被加工成细度符合要求的水泥产品。

硅酸盐水泥熟料的煅烧工艺是一个复杂的化学和物理变换的过程。

煅烧过程中，需要控制适当的温度、时间和燃烧条件，以确保熟料的质量。

同时，通过优化煅烧工艺，可以降低能耗和环境排放，实现节能减排的目的。

硅酸盐水泥熟料煅烧工艺的详细步骤：7. 烟气处理：在炉内煅烧过程中，产生大量的烟气、灰尘和废气。

这些废气含有有害物质，需要进行处理以减少对环境的影响。

常见的烟气处理方法包括电除尘、袋式除尘等，以去除烟气中的粉尘和固体颗粒，并通过喷淋洗涤等方式去除废气中的二氧化硫等有害物质。

8. 能源回收：在煅烧过程中，通过使用高温烟气作为热源，可以回收能量并用于干法预热等步骤。

这种能源回收措施不仅可以降低能源消耗，减少生产成本，还可以减少对自然资源的开采和环境的影响。

9. 质量控制：在整个煅烧工艺中，对煅烧过程的温度、时间和燃烧条件等进行严格控制，以确保熟料的质量。