水泥工艺基础知识

水泥工艺基础知识 (2010-06-13 17:04:25) 转载 标签： 杂谈 分类：水泥综合

第一章 水泥的定义及分类 1、定义：凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。石灰、石膏也是一种无机胶凝材料，但不是水泥，因为它们只能在空气中硬化，不能在水中硬化，属于气硬性胶凝材料。 2、分类：水泥的种类很多，按其用途和性能分，可分为：通用水泥、专用水泥及特性水泥三大类。 通用水泥是用于大量土木建筑工程的一般用途水泥，根据国家标准，通用水泥又分为6类：① 硅酸盐水泥(又分为P.I和P.II)：不掺加混合材的（纯熟料）硅酸盐水泥为P.I型，混合材掺加量不超过5%石灰石或粒化高炉矿渣的硅酸盐水泥为P.II型。 ② 普通硅酸盐水泥：混合材掺加量范围在6%—15%之间的硅酸盐水泥，代号为P.O。 ③ 矿渣硅酸盐水泥：水泥中粒化高炉矿渣掺加量范围，按质量百分比计在20%—70%之间的硅酸盐水泥 ，代号为P.S。 ④ 火山灰质硅酸盐水泥：火山灰混合材掺加量范围，按质量百分比计在20%—50%之间的硅酸盐水泥，代号为P.P。 ⑤ 粉煤灰硅酸盐水泥：水泥中粉煤灰混合材掺加量范围，按质量百分比计在20%—40%之间的硅酸盐水泥，代号为P.F。⑥复合硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号P.C。 专用水泥则指专门用途水泥，如：油井水泥、大坝水泥等等。特性水泥是某种性能比较突出的一类水泥，如：快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中低热硅酸盐水泥等等。 第二章 水泥生产的主要原材料和工艺过程 1、生产硅酸盐水泥的主要原材料：石灰质原料（提供CaO）；粘土质原料（提供SiO2、Al2O3），铁质校正原料（提供Fe2O3、Al2O3）。 2、工艺过程：硅酸盐水泥的生产分三个阶段：生料制备（包括生料配料、粉磨、均化）、熟料煅烧、水泥粉磨与包装。 石灰质原料、硅质原料与少量铝、铁质校正原料，经破碎后按一定比例配合、磨细、并调配成成分合适，质量均匀的生料，这一过程叫做生料制备。生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得到的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，这一过程叫做熟料煅烧。熟料加入少量石膏，有时还加入适量的混合材共同磨细为水泥，这一过程叫做水泥粉磨。 第三章 水泥的生产方法 水泥的生产方法按照生料制备方法的不同有干法、半干法、湿法三种，而半干法、湿法工艺由于能耗高，绝大多数已被淘汰。 将原料同时烘干与粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，喂入窑内煅烧，这一过程叫做干法生产。 将生料粉加水后制成生料球，然后喂入窑内（立窑或立波尔窑）煅烧，这一过程叫做半干法生产。 将原料加水，粉磨后变成生料浆，喂入窑内煅烧，这一过程叫做湿法生产。 湿法生产热耗高，但电耗低，生料易于均化，熟料质量好，粉尘少。随着生产技术的发展，特别是均化技术的发展，收尘设备的改进，自动化水平的提高，使干法生产的熟料质量逐步提高，是目前发展的主要方向。 第四章 熟料组成及合理的率值范围 1、水泥的质量主要决定于熟料的质量。优质熟料应该具有合适的矿物组成和岩相结构，因此，控制熟料的化学成分，是水泥生产的中心环节之一。 硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3 、Fe2O3 四种氧化物组成，通常在熟料中占95%以上。 在水泥熟料中，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体。因此，水泥熟料是由多种矿物组成的集合体。 矿物组成：C3S—硅酸三钙 3CaO·SiO2

C2S—硅酸二钙 2CaO·SiO2

C3A—铝酸三钙 3CaO·Al2O3

C4AF—铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3

通常，熟料中C3S和C2S含量占75%左右，称为硅酸盐矿物， C3A和C4AF占22%左右，称为

熔剂矿物，在煅烧过程中，这两种矿物在1250℃左右，熔融成液相，促进C3S的顺利进行。 2、合理的率值 水泥熟料是一种多矿物集合体，而各矿物又是由四种氧化物化合而成，因此，在生产控制中，不仅要控制熟料中氧化物的含量，还应控制各氧化物之间的比例即率值。熟料率值是熟料中各种氧化物含量的相互比例，我国用饱和比(KH)，硅率(SM)，铝率(IM)表示率值。 石灰饱和系数KH＝(CaO-1.65 Al2O3-0.35 Fe2O3 )/2.8 SiO2 当石灰饱和系数等于1.0时，此时形成的矿物组成为 C3S、C3A和C4AF而无C2S。 为使熟料顺利进行，不致因为过多的游离石灰而影响熟料质量,通常控制石灰饱和系数在0.82~0.94之间。 硅率(SM)表示水泥熟料中SiO2与Al2O3、Fe2O3 之间的比值。SM=SiO2/Ai2O3+Fe2O3[41] 铝率(IM)表示熟料中Al2O3和Fe2O3含量比值，也表示C3A和C4AF矿物含量比例。IM= Al2O3/ Fe2O3[42] 我公司5000t/d生产线设计熟料率值为：KH＝0.89±0.01 SM=2.60±0.10 IM=1.60±0.10 第五章 生料在煅烧过程中的物理化学变化。 1、干燥与脱水 干燥即物料中自由水的蒸发，而脱水则是物料分解放出化合水，自由水份蒸发温度在100℃，干法窑生料含水量一般在1.0~1.5%，半干法窑（立窑、立波尔窑）一般在12~15%，湿法窑为料浆，通常在30~40%，结晶水一般在 400℃~600℃时脱去水分。 2、碳酸盐分解带（590℃~1000℃） 生料中的碳酸钙与碳酸镁在煅烧过程中都分解出CO2， 其反应式为： MgCO3=MgO＋CO2↑－1047~1214J/g(590℃)

CaCO3= CaO＋CO2↑－1645J/g(900℃)

碳酸盐分解即是吸热反应又是可逆反应，为使反应顺利进行，必须保持较高的反应温度，即

必须提供足够的热量。同时降低周围介质中CO2分压，即加强通风，及时排走气体，反之，如果让反应在密闭的容器中进行，随着碳酸盐的不断分解周围介质中CO2分压随之增加，分解速度将逐渐变慢，直到停止。碳酸岩分解带是熟料煅烧过程中吸热最多的带，理论热耗指标1988kj/kg （475千卡）。 3、固相反应—放热反应带（1000℃~1300℃） 此带主要是氧化物间发生固相反应生成C3A、C4AF、C2S ，这些反应都是放热反应。 4、烧成带（1300℃~1450℃~1300℃） 烧成带是回转窑内温度最高的一带，物料进入这一带就出现液相，液相量波动于20~30%，在液相中C2S和f —CaO作用形成C3S ，其反应如下：C2S＋CaO→C3S 5、冷却带（1300℃~1000℃） 水泥熟料冷却的目的在于回收熟料余热，预热二次空气，提高窑的热效率；迅速冷却熟料以改善熟料质量与易磨性；便于熟料的运输、储存与粉磨。 以上窑内各带划分是人为的，同时各带不能截然分开，而是相互交叉的。 第六章 粉磨流程 1、水泥厂的粉磨系统有：生料粉磨系统、水泥粉磨系统、煤粉磨系统。基本流程有：开路系统流程和闭路系统流程。 开路系统：在粉磨过程中，物料一次性通过磨机即为成品。 闭路系统：在粉磨过程中，物料出磨后经过分级设备选出成品，粗粉返回磨内重磨。 2、优缺点比较 开路系统优点：流程简单、设备少、操作简便，基建投资少。 开路系统缺点：当要求产品细度较细时（290m2/kg以上），易产生过粉磨现象，降低粉磨效率，产量低，电耗高（由于物料必须全部达到成品细度后才能出来，因此，当要求产品细度较细时，已被磨细的物料将会产生过粉磨现象，并在磨内形成缓冲垫层，甚至出现细粉包球和堵塞隔仓板现象）。 闭路系统缺点：流程复杂、设备多、操作管理技术要求高，基建投资大。 闭路系统优点：当要求产品较细时，可以消除过粉磨现象，粉磨效率高，产量高。生料磨可以提高产量15~25%左右，水泥磨15%左右，产品细度可以调节，电耗低。 注：产品细度要求不是很高时（290 m2/kg）,开路、闭路电耗相差无几。 3、闭路系统两个重要工艺参数：循环负荷率，选粉效率 L（循环负荷）＝(选粉机回料量/成品量)×100%=B/G×100% 选粉效率（E）：选粉后成品中所含的细粉量与选粉机喂料中的细粉量之比。 4、辊式磨 ① 辊式磨的工作原理。 辊磨是应用料床粉磨原理来粉磨物料的机械。物料经回转锁风下料口，下料溜子进入磨内堆积在磨盘中间，由于磨盘的旋转（24.4rpm）带动磨辊转动。物料受离心力的作用向磨盘边缘移动，并被啮入磨辊底部而粉碎，磨辊由液力系统增加压力以满足粉磨要求，（5000t/d：3—∮3150×1050㎜）物料不仅在辊下被压碎，而且被推向边缘，越过挡料圈落入风环，被高速气流带起，大颗粒被折回落到磨盘，小颗粒被气流带入分离器，在笼式选粉机内进行分选，粗粉重新返回磨盘再粉磨，合格的成品随气流带出机外被收集为产品。由于风环处气流速度很高(45m/s)，因此传热速率快，小颗粒瞬时得到干燥，大颗粒表面被烘干，在折回重新粉碎过程中得到进一步干燥，据估算喂入辊磨的任一颗粒在成为成品之前，平均在辊子下面和上升气流中往复达几十次，亦即循环几十次。 特别难磨的物料以及意外入磨的金属件将穿过风环孔沉落，并通过刮料板和出渣门排出磨外，即物料的外循环，物料的外循环量与风环处风速有关。风速大，回料量小，风扫式系统风环处风速高达60~90m/s（无外循环量的系统），但要求循环风机风压大，风机磨损快，电耗高。半风扫磨风速可降至40~50m/s，实际循环量可占新喂料量的50~100%。半风扫式系统对循环风机的要求降低，寿命比风扫式系统循环风机寿命长。半风扫式系统应用较普遍。 ② 立磨的选型要点。 辊磨对原料性能有一定的要求，正确的选型应通过原料的加工试验。原料的两种性能是易磨性和磨蚀性。 易磨性是反映物料粉磨的难易程度的物性，用功指数Wi表示，单位kwh/t。我国水泥生料的数值一般在10~11kwh/t之间，属中等易磨性。易磨性用来标定磨机产量，确定磨机规格及所需功率大小，同规格的磨机，如果Wi的值不同，则磨机设计定额也不同。 磨蚀性是物料对粉碎部件耐磨表面产生磨损程度的性质，用g/t表示。磨蚀性对于辊磨的选型特别重要，如磨蚀性大辊套和衬板磨损太快，超过一定程度，产、质量均要下降，必须更换，一般认为其辊套和衬板寿命达到6000h以上，选用辊磨才合理。我公司磨盘寿命为7000h，磨辊寿命为6000h。 ③辊式磨的优缺点 优点a：粉磨效率高，粉磨能耗大大降低，辊磨与球磨相比，辊磨电耗仅为球磨的 50%~60%，整个粉磨过程单位生料电耗为球磨的75%~90%，据统计，每生产1吨生料可节电5kwh，5000t/d生产线年节电高达1150万千瓦时左右。 b：烘干能力强，利用窑尾废气可烘干6%~8%的原料水分。 c：系统简单，集中破碎、粉磨、烘干、选粉等工序为一体，大大简化了流程，便于布置设备，占地面积小，约为球磨系统的50%~70%。 d：入磨物料粒度大，进料粒度可达辊径的4%~5%。 e：控制方便，物料在磨机内的停留时间仅为2~3分钟，而球磨则需要15~20分钟，因此操作制度易于改变，物料的化学成分可以很快校正，产品细度调整方便，粒度均齐。