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水泥熟料烧成的变化过程一、干燥与脱水1.干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%。
2.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 ）发生脱水反应，脱去其中的化学结合水。
此过程是吸热过程。
Al2O3·2SiO2·2H2O== Al2O3 (无定形) + 2SiO2 (无定形) + 2H2O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。
二、碳酸盐分解当物料温度升高到600℃时，石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解，在CO2分压为一个大气压下，碳酸镁和碳酸钙的剧烈分解温度分别是750℃和900℃。
MgCO3=MgO+CO2CaCO3=CaO+CO2碳酸钙分解反应的特点碳酸钙的分解过程是一个强吸热过程（1645 kJ/kg ），是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程；该过程的烧失量大，在分解过程中放出大量的CO2气体，使CaO疏松多孔，强化固相反应。
三、固相反应1.反应过程从原料分解开始，物料中便出现了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3进行固相反应，形成熟料矿物。
2.影响固相反应的主要因素⑴生料细度及其均匀程度；⑵温度对固相反应的影响；四、熟料烧结水泥熟料主要矿物硅酸三钙的形成需在液相中进行，液相量一般在22～26％。
2 CaO·SiO2 + CaO=3 CaO·SiO2该反应称为烧结反应，它是在1300～1450～1300℃范围进行，故称该温度范围为烧成温度范围；在1450℃时反应迅速，故称该温度为烧成温度。
为使反应完全，还需有一定的时间，一般为15～25分钟。
五、熟料冷却熟料冷却时需急速冷却，其目的和作用是：1、为了防止C3S在1250℃分解出现二次游离氧化钙（对水泥安定性没大影响），降低熟料的强度；2、为了防止C2S在500℃时发生晶型转变，产生“粉化”现象；3、防止C3S晶体长大而强度降低且难以粉磨；4、减少MgO晶体析出，使其凝结于玻璃体中，避免造成水泥安定性不良；5、减少C3A晶体析出，不使水泥出现快凝现象，并提高水泥的抗硫酸盐性能；。
水泥的发明在19世纪初期(1810—1825年),人们用人工配合的石灰石和黏土为原料,再经煅烧,磨细以制造水硬性胶凝材料的方法,已经开始组织生产.1824年,英国人阿斯普丁(J.Aspdin)将石灰石和黏土配合烧制成块,再经磨细成水硬性胶凝材料,加水拌和后能硬化制成人工石块,且具有较高强度,因为这种胶凝材料的外观颜色与当时建筑工程上常用的英国波特兰岛上出产的岩石的颜色相似,故称之为波特兰水泥(Portland Cement,中国称为硅酸盐水泥).英国人阿斯普丁(J.Aspdin)于1824年10月首先取得了该项产品的专利权.例如,1825—1843年修建的泰晤士河隧道工程就大量使用波特兰水泥.随着现代工业的发展,到20世纪初,仅仅有硅酸盐水泥,石灰,石膏等几种胶凝材料已远远不能满足重要工程建设的需要.生产和发展多品种多用途的水泥是市场的客观需求,如铝酸盐水泥,快硬水泥,抗硫酸盐水泥,低热水泥以及油井水泥等.后来,又陆续出现了硫铝酸盐水泥,氟铝酸盐水泥,铁铝酸盐水泥等特种水泥品种,从而使水硬性胶凝材料发展成更多类别.多品种多用途水泥的大规模生产,形成了现代水泥工业。
世界水泥工业的发展概况1825年用间歇式的土窑烧成水泥熟料.1877年用回转窑烧制水泥熟料获得专利权,1905年发明了湿法回转窑.1910年立窑实现了机械化连续生产.1928年,德国发明了立波尔窑.1950年,发明悬浮预热器窑.20世纪60年代初,水泥工业生产和控制中开始应用电子计算机技术.自日本于1971年开发了水泥窑外分解后,各具特色的预分解窑相继发明,形成了新型干法水泥生产技术.当今,世界水泥工业发展的总体趋势是向新型干法水泥生产工艺技术发展,其特征如下：(1)水泥生产线能力的大型化世界水泥生产线建设规模在20世纪70年代为日产1000～3000t,在80年代为日产3000～5000t,在90年代达到4000～10000t.目前,日产能力达5000t,7000t,9000t,10000t等规模的生产线已达100多条,正在兴建的世界最大生产线为日产12000t.(2)水泥工业生产的生态化最大限度地减少粉尘,NO2,S02,重金属等对环境的污染；实现高效余热回收，最大程度减少水泥电耗；不断提高燃料的代替率，最大程度减少水泥热耗；.努力提高窑系统的运转率，提高劳动生产率；开发生产生态水泥，减少自然资源的使用量；.利用计算机网络系统；实现高智能型的生产自动控制和管理现代化。
水泥熟料烧成系统发展史
自1824年10月21日，J. Aspdin获波特兰水泥发明专利以来，水泥窑的发展经历了立窑—回转窑—悬浮预热器窑—流化床煅烧的发展历程，在这些发展过程中，水泥烧成系统越来越优化，为社会的发展做出了巨大的贡献。
1.仓窑
仓窑：1824年波特兰水泥发明时的煅烧设备为瓶窑，48年后的1872年在瓶窑基础上发明专门用于水泥烧制的仓窑，成为第一代水泥窑窑型。
2.立窑
立窑：1884年Dietzsch发明立窑并取得专利权。
其与仓窑的最大不同是将烧成过程由沿水平运动变为垂直方向。
1910年立窑生产实现了机械化连续作业。
我国目前使用的立窑有两种类型：普通立窑和机械立窑。
我国经历了人工间歇作业的普通立窑向机械化连续生产的机立窑的发展过程，带来了劳动强度降低、产量提高和质量改善的变化。
但是，那时能源问题还没有现在这样严重，其热耗低的优势亦不足以完全代替湿法回转窑，而湿法回转窑的产品质量明显优于机械化立窑。
根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。
3.湿法回转窑
二十世纪初，液态均化技术研究成功，催生了水泥制造技术的革命，1903年出现了第一条湿法水泥生产线，湿法生产是将生料制成含水为32%~40%的料浆。
由于制备成具有流动性的泥浆，液态均化技术的应用，提高了水泥制造过程对非均质原料的适应性，奠定了产品质量稳定的基础，这是湿法生产的主要优点。
因而湿法水泥生产线制造技术被普遍推广加上对产能的追求，湿法回转窑不断朝着大型化方向发展。
该类窑包括普通湿法窑、料浆蒸发机湿法窑、湿法长窑等。
4. 立波尔窑
严格意义上讲，早期的窑外预热技术的代表作应属于立波尔窑。
1928年德国的理利坡博士和普利休斯公司发明了设有生料成球和煅烧炉篦子机组的立波尔型回转窑水泥制造技术。
该技术继承了旋窑发热能力大的优势，吸取了机立窑透过式传热的合理内核，在窑尾增设了煅烧炉篦，以窑尾废气为热源，预热煅烧生料球，这就成功地将原料预热、部份硅酸盐分解移至窑外进行，使窑的容积产量比湿法窑提高150％，热能消耗下降35％，窑体长度减少50％，五十年代间
歇式均化库出现后，非均质粉体物料的均化度有了保证，立波尔窑的燃料消耗相差无几，但其电耗大，对比湿法回转窑产品质量稍有逊色，它并没有获得取代湿法回转窑的地位，亦没有将立窑挤出局。
5.干法回转窑
从干法中空回转窑起步，并由此发展出余热锅炉窑、干法长窑和立波尔窑等。
干法将生料制成生料干粉，水分一般小于1%，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。
中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。
干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。
所以原料混合不好，成分不均匀。
余热锅炉窑：1897年德国人发明，解决了干法中空回转窑窑尾废气温度高、热效率低的问题。
该窑型流传时间长但热效率较低，不是普遍的水泥烧成设备。
干法长窑：20世纪三四十年代采用，热效率差、窑尾粉尘大，未能普遍推广。
6.新型干法水泥
立波尔窑技术的重大进步是把原料的预热、部份硅酸盐分解的过程移至窑外面进行，这给人以极大的启迪，20世纪70年代初，出现了悬浮预热分解新技术，该技术继承和发展了悬浮预热器窑的优点，强化了预分解过程，它的煅烧热耗仅为湿法窑的50％，容积产量增高7倍，窑的长度比湿法窑仅为湿法的40％，到80年代末该技术已相当成熟，从而被称为新型干法水泥技术。
为什么悬浮预热技术1934年就已获得发明专利权，40年后才有了进一步的发展，又过了近十年才真正成熟呢？公平地说：这些很有诱惑力的经济指标并非只是悬浮预热窑外分解技术的功劳，此期间的工程技术背景，使它如虎添翼，取代了传统干法窑、湿法和立波尔窑，成为回转窑水泥制造技术先进。
这些背景技术包括：（1）.连续式粉体均化技术的出现，继承和发展了间歇式均化库高均化效果的强项，同时又克服了间歇式均化库电耗高的不足，更且有实用性。
（2）.原料预均化技术的诞生，使非均质原料的使用不再成为难题，它和各种连续式粉体均化技术一起，保证了悬浮预热分解窑永远吃“细粮”。
（3）.各种连续式计量装置的研制成功，X射线分析仪—电子计算机控制系统在配料上的应用，保证了配料设计思想的实现。
（４）.集散式远程控制技术、特别是微机算机技术的出现，使复杂的新型干法水泥系统的操作现控制变的及时简单。
20世纪50年代初德国洪堡公司首先应用于水泥生产。
组成：由预热器+分解炉等窑尾系统+回转窑+冷却机+窑头燃烧器等。
预分解窑：1971年日本石川岛磨重工业公司首创，其与SP窑的不同是在窑尾与预热器之间增设一分解炉，预分解窑简称NSP窑。
7.流化床水泥窑
回转窑是可靠的水泥熟料烧成设备，但它的致命弱点是热效率低、转动功率大，且体积庞大，一直是人们想要“革命”的对象。
为此，50年代以来，美国、日本、中国、俄罗斯、印度等国家都相继对不带回转窑的沸腾烧成工艺进行了研究。
由于当时的科技水平所限，用沸腾炉(流化床)锻烧水泥熟料时，在高温(1300℃一1400℃)条件下的自造粒而不粘结炉壁、结大块、维持正常的流态化操作难度很大，90年代之前均未取得完全的成功，更达不到工业化的要求。
在水泥工业中，流态化技术成功地应用于水泥生料的预热和预分解，从根本上改变了生料在预热和预分解过程中物料和气流间热交换过程，使生料的预热和预分解时间缩短到几十秒钟，从而成倍地增加了窑产量，大幅度降低了燃料消耗。
可以说，流态化技术在水泥生料预热和预分解中的成功应用，是水泥发展史上的一次重大变革。
基于流态化技术的上述优点，能否将水泥熟料的烧成环节也置于流态化状态下，一直是世界各国水泥工作者研究的课题之一。
但是由于高温气固反应的复杂性和大颗粒流态化技术的不成熟以及试验装置的放大受各种因素的影响等，使得此项技术的研究工作目前仅停留在理论研究和半工业试验研究阶段。
流化床水泥窑的特点是：1、大幅度地扩大了煤种的选择范围。
可选用烟煤、无烟煤或低质煤。
2、良好的节能指标。
可降低10-25%的热消耗量。
3、热回收效率高。
把造粒装置和烧结装置合并计算，热回收率大于80%，比现有的蓖冷机提高了20%以上。
4、较好的环保性能。
CO2排放减少10-25%，NOx排放减少40%以上。
5、节约建设费用，减低运行成本。
与同规格的回转窑相比，设备投资节约20%，运行成本降低25%。
由于其良好的工作指标和占地面积小等特点，适合我国目前量大面广的立窑改造。
阳山庄日产2500吨熟的高固气比悬浮锻烧生产线：
系统热稳定性好,运行十分平稳,产量高固气比高,热效率高,节能有害气体的减排效果显著过程简洁,投资省各项技术指标的总对比
(l)系统热稳定性好,运行十分平稳,产量高高固气比系统的产量超过同规格回转窑标准设计产量43%。
通过连续72小时的生产测试,熟料平均产量达到3592t/d。
(2)固气比高,热效率高,节能烧成系统热耗2838.8kJ/kg.cl (国际先进水平为3050)。
在本工艺中,将窑头冷却机排出的余风和窑尾预热器排出的烟气全部用作高炉矿渣粉磨系统和生料制备系统的烘干热源,折合每公斤熟料节约热耗
489kJ(117kCal),熟料实际综合热耗为2346kJ/kg.cl。
烧成系统电耗仅为
24.22kwh/t.cl.d低于国际最先进水平26。
低阻力预热分解系统的开发,确保了烧成系统最低的电耗。
(3)有害气体的减排效果显著
线,不但能迅速淘汰百分之三十的落后产能,而且能比较容易地年新增4.5亿吨左右的先进产能,节约上千亿元的投资,年节约标煤1100余万吨,年减排CO2600余万吨,年减排50220余万吨,年减排Nox30余万吨。
推广该技术具有巨大的节能减排效果,是我国传统产业转变经济发展方式的重要支撑技术之一。
