单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,章硅酸盐水泥熟料的煅烧,学习本章的意义,1.,煅烧直接决定水泥的产质量、燃料消耗和窑的安全运转，有必要了解和研究；,2.,煅烧过程因窑型不同有差别，但基本反应是类同的，有必要了解六个基本反应。,学习的目的和要求,1.,了解物料在煅烧过程中所经历的一系列物理化学变化；,2.,了解各种水泥窑的生产方法；,3.,了解影响熟料煅烧过程的主要工艺因素。,1,章硅酸盐水泥熟料的煅烧学习本章的意义1.煅烧直接决定水泥的产,第一节 物料在煅烧过程中的物理化学变化,一、干燥,生料中自由水的蒸发。,100,150,热耗：,100,，蒸发,1kg,水热耗为,2257kJ,。,含水分,35,的料浆，生产,1kg,熟料蒸发水分热耗,2210kJ,，占湿法窑热耗的,35,。,降低生料水分，从而降低热耗，提高窑产量。回转窑型的发展朝此方向不断改进。,2,第一节 物料在煅烧过程中的物理化学变化一、干燥生料中自,二、粘土矿物脱水,两种化合水,层间吸附水,晶体配位水,以,H,2,O,分子状态吸附在,晶体结构间，,100,脱去,以,OH,-,离子状态存在于,晶体结构内，,400,600,脱去,高岭石,600,脱水,无定形偏高岭石,晶体莫来石,1000,1100,晶型转变,吸热,放热,蒙脱石、伊利石,脱水,仍是晶体结构,活性高,活性低,3,二、粘土矿物脱水两种化合水层间吸附水晶体配位水以H2O分子状,急烧，提高脱水过程的温度梯度，使高岭石脱水温度滞后，,脱水后的产物偏高岭石来不及进行晶型转变，就已经进入,碳酸钙分解温度，使无定形偏高岭石和碳酸钙分解产物,CaO,，,均处于高活性状态而进行反应，有利于熟料的形成。,4,急烧，提高脱水过程的温度梯度，使高岭石脱水温度滞后，4,三、碳酸盐分解,CaCO,3,CaO+CO,2,-1645kJ/kg 890,MgCO,3,MgO+CO,2,-10471214kJ/kg 590,1.,碳酸盐分解反应的特点,（,1,）可逆反应：受温度、,CO,2,分压影响,保持较高温度，降低,CO,2,分压或,CO,2,浓度,（,2,）强吸热反应：热耗占湿法回转窑的,1/3,，干法回转窑的,1/2,保持较高温度，供给足够热量,（,3,）反应在,600,左右开始但速度缓慢，,900,以后快速进行。,5,三、碳酸盐分解CaCO3 CaO+CO2-,2.,碳酸钙的分解过程,热气流,颗粒表面,分解面,CO,2,颗粒表面,周围介质,Q,Q,反应,扩散,扩散,两个传热过程,一个化学反应,两个传质过程,反应速度受控于最慢的一个过程,湿法回转窑,物料呈堆积状态,传热面积小,传热系数低,取决传热过程,立窑,立波尔窑,料球球径较大,传热速度慢,传质阻力大,取决传热和,传质过程,干法回转窑,生料悬浮于气流中,传热面积大,传热系数高,传质阻力小,取决化学反应速度,6,2.碳酸钙的分解过程热气流颗粒表面分解面CO2颗粒表面周围介,3.,影响碳酸钙分解反应的因素,石灰石结构,结构致密,结晶粗大,晶体缺陷少,分解反应困难,生料细度,细度小且均匀,比表面积大,传热,和传质速度快,有利于分解反应,反应条件,温度高,化学反应速度快,CO,2,扩散快,;,通风好,及时排出,CO,2,生料悬浮分散程度,粘土质组分的性质,悬浮分散好,传热面积大,传质阻力小,活性高的高岭石,可加速分解反应,;,蒙托石、伊利石，影响分解反应速度,7,3.影响碳酸钙分解反应的因素石灰石结构结构致密,结晶粗大,晶,四、固相反应,1.,定义：,无论有无气、液相参加，一种或一种以上物质转变成为一种或一种以上物质的反应。,2.,反应过程：,碳酸钙分解产物,CaO,，与生料中的,SiO,2,、,Fe,2,O,3,和,Al,2,O,3,通过质点的互相扩散进行固相反应，形成熟料矿物。,800,，,CA,、,CF,和,C,2,S,开始形成；,800,900,，,C,12,A,7,、,C,2,F,开始形成；,900,1100,，,C,3,A,、,C,4,AF,开始形成；,CaCO,3,全部分解，,CaO,达最高值；,1100,1200,，大量形成,C,3,A,和,C,4,AF,，,C,2,S,达最大值。,8,四、固相反应1.定义：无论有无气、液相参加，一种或一种以上物,3.,影响固相反应的主要因素,原料性质,结晶质,SiO,2,方解石结晶粗大,影响固相反应速度,生料细度、均匀性,温度和时间,矿化剂,接触面积大,表面自由能高,反应和扩散能力增强,较高的温度,一定的时间,可加速固相反应,9,3.影响固相反应的主要因素原料性质结晶质SiO2,方解石结晶,矿化剂：,能改善水泥生料的易烧性，加速熟料矿物形成的少量外加剂。,与反应物形成固溶体,活化晶格,增加反应能力,提高反应速度,降低液相出现温度，,加速扩散和溶解作用,与反应物形成低共熔物,使反应物断键,矿,化,剂,加,速,固,相,反,应,10,矿化剂：能改善水泥生料的易烧性，加速熟料矿物形成的少量外加剂,五、熟料的烧成,温度升高至,1250,1280,时，达到最低共熔温度，,C,3,A,、,C,4,AF,熔成液相，出现主要由,Fe,2,O,3,、,Al,2,O,3,、,CaO,组成，还有,MgO,和,碱等的液相。,在高温液相的作用下，熟料逐渐烧结；同时，,C,2,S,与,fCaO,溶解于,液相，以,Ca,2,离子扩散与,SiO,4,4,离子、,C,2,S,反应，形成,C,3,S,。,C,2,S +CaO,C,3,S,液相,11,五、熟料的烧成温度升高至12501280时，达到最低共熔,1.,液相出现温度,取决于组分的性质和数目,2.,液相量,取决于组分的性质、含量和煅烧温度,12,1.液相出现温度取决于组分的性质和数目2.液相量取决于组分的,MgO,和碱等组分可认为全部变成液相，所以,MgO,和碱的存在及其含量影响液相量的多少。,一般熟料的液相量约为,20,30,，白水泥熟料的液相量只有,15,左右（采用白土，熟料中,Fe,2,O,3,1.38,，应急冷，可增加,C,3,S,(,液相粘度大，温度梯度大，析出,C,3,S);,对高铁配方，,IM,1.38,，应适当慢冷，可增加,C,3,S,(,液相粘度小，温度梯度小，回吸,C,2,S,析出,C,3,S),。,（,2,）相变反应,影响熟料质量,C,2,S +fCaO,C,3,S,1250,(1),反应条件：冷却速度慢，还原气氛，,1.38，应急冷，可增加C3S（2）相变反,(1),反应条件：冷却速度慢，还原气氛，,500,；,(2),后果：,C,2,S,密度减小，体积增大，导致熟料粉化，强度下降；,(3),措施：急冷；引入少量,Ba,2+,、,Na,+,替代,Ca,2+,BO,4,5-,、,PO,4,3-,替代,SiO,4,4-,稳定,C,2,S,。,C,2,S,500,C,2,S,20,(1)反应条件：冷却速度慢，还原气氛，500；C2,第二节 其它少量组分和矿化剂,对熟料煅烧和质量的影响,矿化剂：,能改善水泥生料的易烧性，加速熟料矿物形成,的少量外加剂。,助熔剂：,能降低液相出现温度的少量外加剂。,按作用分,单一矿化剂,复合矿化剂,按组成分,氟化物：,CaF,2,、,NaF,、,Na,2,SiO,6,硫化物：,CaSO,4,、,FeS,2,、,FeS,有些工业废渣：含少量金属,矿 化 剂 种 类,21,第二节 其它少量组分和矿化剂矿化剂：能改善水泥生料的易,一、氟化钙,1.,破坏,SiO,2,晶格；,2.,加速,CaCO,3,分解；,CaF,2,+H,2,O CaO+2HF,4HF+SiO,2,SiF,4,+2 H,2,O,SiF,4,+2CaO 2CaF,2,+SiO,2,再生,新生态,CaF,2,+H,2,O CaO+2HF,CaCO,3,+2HF CaF,2,+CO,2,+H,2,O,CaCO,3,CaO+CO,2,22,一、氟化钙1.破坏SiO2晶格；2.加速CaCO3分解；Ca,3.,降低液相出现温度和粘度，增加液相量；,4.,形成中间过渡相，加速,C,3,S,形成；,加入,0.6,1.2,的,CaF,2,，可降低烧成温度,50,100,，,扩大了烧成温度范围，增加了反应时间。,3(-C,2,S)+3CaF,2,+CaO 3C,3,S,CaF,2,3C,3,S,CaF,2,3C,3,S+CaF,2,液相,晶种,23,3.降低液相出现温度和粘度，增加液相量；4.形成中间过渡相，,5.,增加,A,矿含量；,6.,促使含碱矿物分解；,7.,生成早强矿物。,C,12,A,7,+CaF,2,C,11,A,7,CaF,2,+CaO,C,2,S+CaO C,3,S,C,12,A,7,+CaF,2,C,11,A,7,CaF,2,+CaO,KC,23,S,12,+CaF,2,KF+12C,2,S,NC,8,A,3,+CaF,2,NaF+3C,3,A,24,5.增加A矿含量；6.促使含碱矿物分解；7.生成早强矿物。C,二、硫,1.,降低液相出现温度和粘度，增加液相量；,2.,形成中间过渡化合物；,3.,生成早强矿物；,4.,降低液相表面张力，有利于,A,矿生长成大晶体；,5.,含硫酸盐的,A,矿晶体水硬性较弱。,4CaO+2SiO,2,+CaSO,4,2(,-C,2,S)+CaSO,4,2(,-C,2,S)+CaSO,4,2 C,2,S,CaSO,4,1050,1200,4CaO+3Al,2,O,3,+CaSO,4,4CaSO,4,3Al,2,O,3,SO,3,25,二、硫1.降低液相出现温度和粘度，增加液相量；2.形成中间过,三、萤石、石膏复合矿化剂,掺氟硫复合矿化剂，形成熟料矿物的影响因素较多：,熟料组成、,CaF,2,/SO,3,的比值、烧成温度的高低。,（,1,）多采用高饱和系数、低硅率和高铝率配料。,（,2,）石膏掺量，以熟料中,SO,3,1.0,1.5,为宜；萤石掺量，以熟料中,CaF,2,0.4,0.8,为宜；,CaF,2,/SO,3,0.35,0.6,为宜。,（,3,）降低液相出现的温度，降低液相粘度，使,A,矿形成温度降低,150,200,，促进,A,矿形成。,有时出现不正常凝结现象：,CaF,2,/SO,3,比偏高，煅烧温度偏低，,KH,偏低，,IM,偏高，窑内出现还原气氛，形,成较多的,C,11,A,7,CaF,2,，若所加石膏不足以阻止其迅速水化，就会发生闪凝。,CaF,2,/SO,3,比偏高，煅烧温度过高，,KH,偏高，,IM,偏低，形成,C,6,AF,2,，,C,3,A,少；,C,6,AF,2,和氟固溶在,C,3,S,中，减缓,C,3,S,的水化，从而慢凝。,26,三、萤石、石膏复合矿化剂掺氟硫复合矿化剂，形成熟料矿物的影响,四、碱,（,1,）降低液相出现的温度，增加液相量，起助熔作用；,（,2,）增加液相粘度，液相中质点扩散困难,烧结后料散；当有矿,化剂时，,R,2,O,转变为,R,2,SO,4,，液相粘度下降；,（,3,）粘附在旋风预热器上形成结皮，严重时堵塞卸料管，影响,窑正常生产；,（,4,）取代,CaO,形成,KC,23,S,12,、,NC,8,A,3,等无胶凝性含碱化合物，析出,CaO,，使,C,2,S,难以再吸收,CaO,形成,C,3,S,，增加,fCaO,含量，,C,3,S,发育,差，影响,28,天强度；当有矿化剂时，可促使含碱矿物分解；,（,5,）水泥中含碱量高，易生成钾石膏（,K,2,SO,4,CaSO,4,H,2,O,），,使水泥快凝；,（,6,）在混凝土中，水泥中的碱能与活性集料发生“碱集料反应”，,使混凝土膨胀破坏；,（,7,）碱还能使混凝土表面起霜（白斑）。,27,四、碱（1）降低液相出现的温度，增加液相量，起助熔作用；27,五、氧化镁,（,1,）降低熟料烧成温度，增加液相量，降低液相粘度，具有助,熔