水泥工艺学教学课件word精华版

水泥工艺学教学课件word精华版内容摘要：

，晶体较大，一般达 1020um，往往聚集成堆分布，形成矿巢，且包裹在熟料矿物之中，并受到杂质离子的影响，生成 CH 的反应很 慢，通常要在加水 3d 以后反应明显，到水泥混凝土硬化后较长一段时间内才完全水化。 影响：与水作用生成 CH 时，体积膨胀 %，在已感化的水泥石内部造成局部膨胀应力。 由于熟料中的 fCaO 往往成堆聚集，随着 fCaO 含量的增加，在水泥石内部产生不均膨胀，严重时甚至引起安定性不良，导致水泥制品变形或开裂、崩溃。 (3)二次的 fCaO 形成原因：熟料慢冷或还原气氛下，结构不稳定的 C3S 分解而形成的氧化钙，以及由熟料中碱取代 C2S、 C3S、 C3A中的氧化钙而形成。 由于氧化钙化合后又游离出来，故称为二 次游离氧化钙。 特点：也经过了高温煅烧，并分散在熟料矿物中，水化较慢。 影响：对水泥强度和安定性均有一定的影响。 在实际生产中，通常所指的游离氧化钙主要是指 “死烧状态 ”下的一次的 fCaO，是影响水泥安定性最主要的因素。 降低 fCaO 含量，提高 fCaO 的水化活性，适当提高水泥的粉磨细度等均有利于改善fCaO 对安定性的影响。 立窑中 fCaO 一般高于回转窑，原因是立窑熟料中有部分是欠烧的 fCaO。 五、方镁石 1．方镁石：是指游离状态的氧化镁晶体，是熟料中氧化镁的一部分。 在 熟料煅烧过程中一般不参加反应，含少量时，降低液相形成温度、粘度，增加液相量，有利于熟料形成。 氧化镁在熟料中的三种存在形式 ①．固溶于 C3S、 C2S、 C4AF 等矿物中，形成固溶体； ②．溶于玻璃体中：不影响安定性 ③．游离态的氧化镁晶体 (方镁石 )：影响安定性，体积膨胀 148% 第一节 熟料的矿物组成 五、方镁石 方镁石包裹在熟料矿物中间，与水反应速度很慢，通常认为要经过几个月甚至几年才明显反应出来。 水化生成 MH 时，固相体积膨胀 148%，在已硬化的水泥石内部产生很大的破坏应力， 轻者会降低水泥制品强度，严重时会造成水泥制品破坏，如开裂、崩溃等。 1．方镁石对安定性的影响：与方镁石含量及晶粒大小有关。 当熟料快速冷却时，结晶细小，而慢冷时其晶粒发育粗大，结构致密。 晶体小于 1um、含量为 5%时就会引起轻微膨胀；晶体在 57um、含量达 3%就会引起严重膨胀。 综上： ①．从硅酸盐水泥熟料的化学组成看，其氧化钙的低限大约为 60%。 过低，会降低水泥的胶凝性，且易粉化。 ②．氧化钙高限可达 67%，此时要求几乎全部的酸性氧化物与石灰反应生成铝酸三钙、铁铝酸四钙和硅酸三钙而甚少 硅酸二钙。 ③．氧化铝和氧化铁的含量过少时，由于要求较高的煅烧温度，因而增加煅烧费用，不经济。 ④．氧化铝含量过高时，液相粘度过大，不利于熟料的形成；同时，此种熟料水化时，凝结时间往往太短而难以控制；当铝酸三钙含量大约高于 15%时，有时加石膏也不足以控制规定的凝结时间。 ⑤．铁铝酸四钙不像铝酸三钙那样，故有时氧化铁多一些是允许的；但氧化铁过多，易使窑内结大块，甚至结圈，操作不易控制。 ⑥．生产硅酸盐水泥时，一般倾向于氧化钙含量稍高一些，使熟料中含有较多的硅酸三钙。 第二节 熟料的率值 率值：熟料中各主要氧化物含量之间比例关系的系数。 水泥熟料是一种多矿物的集合体，各矿物的含量决定了水泥的性能和煅烧的难易程度，且生产不同品种水泥要求各矿物含量不同，而这些矿物是由四种主要氧化物化合而成，因此要控制熟料中各矿物含量，就必须控制各氧化的含量，还应控制各氧化之间的比例即率值。 通过率值可以简明地表示化学成分与矿物组成之间的关系。 明确地表示出水泥熟料的性能及其对煅烧的影响。 一、水硬率 HM(或字母 m) 含义：是控制熟料适宜石灰含量的一个系数。 它是熟料中氧化钙与酸性氧化物之和的质量分数 的比值。 以 HM 或 m 表示， 二、硅率 (硅酸率 )SM(或字母 n)含义：熟料中 S 含量与 A、 F 含量之和的比例。 反映了熟料中硅酸盐矿物和熔剂矿物的相对含量。 也反映了熟料质量与易烧程度 (液相量 )关系。 对熟料煅烧及水泥性能的影响： 熟料中硅酸率过高，表示硅酸盐矿物多，熔剂矿物少，对熟料强度有利，但煅烧时液相量不多熟料煅烧困难；当氧化钙含量低而氧化硅含量较高，即硅酸二钙含量多时，熟料易粉化； 随着 SM 降低，液相量增加，对熟料的易烧性和操作有利； 硅酸率过低则硅酸盐矿物少，影响水泥强度，易出现结大块 、结圈等现象，妨害窑的操作。 熟料结圈往往结在物料刚出现液相的地方，物料温度在 12001300 范围内，由于物料表面形成液相，表面张力小、粘度大，在离心力作用下，易与耐火砖表面或者已形成 “窑皮 ”表面粘结。 三、铝氧率 (铝率、铁率 )IM(或字母 p) 含义：熟料中 A与 F 含量之比。 反映了熟料中C3A和 C4AF 的相对含量，在一定程度上反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。 对熟料煅烧及水泥性能的影响： 当 IM 增大时， C3A增多， C4 AF 相对较少，液相粘度增加，不利于 C3S 形成，且由于C3A增多，易引起水泥的快 凝； 当 IM 过低时， C3A相对含量少， C4AF 量相对较多，液相粘度小，有利于 C3S 形成，但使烧结范围变窄，且窑内易结大块，对燃烧不利。 四、石灰饱和率 LSF 和石灰饱和系数 KH 1．石灰最大限量 (石灰理论最大含量 )：假定熟料中主要酸性氧化物 (SiO Al2O Fe2O3)理论上反应形成碱性最高矿物所需要的石灰最高含量 Cmax。 用其优点：若配料中石灰 (CaO)量超过 Cmax，则 CaO 有剩余，而成为 fCaO，影响水泥质量，这样在生产中可控制 CaO 量，使其尽量大 (硅酸盐矿物多，熟熟料质量好 )， 而又不超过 Cmax。 四、石灰饱和率 LSF 和石灰饱和系数 KH 四、石灰饱和率 LSF 和石灰饱和系数 KH 3．石灰饱和系数 KH 古特曼和杰耳认为酸性氧化物形成碱性最高矿物为硅酸三钙 C3S、铝酸三钙 C3A、铁铝酸四钙 C4AF，从而提出了他们的石灰最大限量 Cmax。 为方便计算，将 C4AF粘土改写成 “C3A”和 “CF”，令 “C3A”与 C3A 相加，并到一起计算，则每 1%酸性氧化物形成相应碱性最高矿物需CaO 最为： 1% SiO2 → C3S 需 CaO = ＝ 1% Al2O3 → C3A 需 CaO = ＝ 1% Fe2O3 → CF 需 CaO = ＝ 则 Cmax = + + 第二节 熟料的率值 3．石灰饱和系数 KH 则 Cmax = + + SiO2完全形成 C3S需 CaO量为。 但苏联学者金德和容克认为实际生产中 Al2O3 和 Fe2O3 始终能被 CaO 所饱和，形成碱性最高矿物 C3A 和 C4AF，只有 SiO2 可能不完全被CaO 饱和成 C3S，而存在部分 C2S，否则熟料中就会出现 fCaO(如假设按 Cmax 进行配料，但实际生产中，可能料粗，保温时间不长，导致有部分 CaO 没来及参与 C2S 反应成 C3S，而出现fCaO)。 因而应在 前乘一个系数 KH，即： C 实际量 = KH + + 即： 第二节 熟料的率值 3．石灰饱和系数 KH 当 KH=1 时，表示理论上 SiO2 全部转化成 C3S，不存在 C2S 当 KH＞ 1 时 ，无论生产条件多好，熟料中都有 fCaO 存在 当 KH＜ 1 时，则存在 C2S， KH 值越大， C3S 越多， C2S 越少；反亦然。 当 KH＜ 2/3，即 时，熟料中无 C3S 物理意义：表示熟料中 SiO2 被 CaO 饱和形成 C3S 的程度。 也即为熟料中全部氧化硅生成硅酸钙 (硅酸二钙和硅酸三钙 )所需的氧化钙含量与全部氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大限量的比值。 取值范围： 第二节 熟料的率值 3．石灰饱和系数 KH 对熟料煅烧及水泥性能的影响： KH 越大， C3S 愈多，熟料 质量 (强度 )越好； KH 过大，由于 C3S 烧成温度高，因而需保温时间长，难烧，导致窑产量下降，热耗增加。 且 KH 越接近于 1 时，由于工艺条件难以满足需要，往往 fCaO 明显增加，熟料质量反而下降。 当 KH 过低时，熟料中 C3S 过少，熟料质量必然也会很差。 控制：保证熟料顺利形成，且不至于出现过多的 fCaO。 第二节 熟料的率值 3．石灰饱和系数 KH 上式适于 IM 的情况。 ①．当 IM= 时， Al2O3 和 Fe2O3 完全形成 C4AF，仍可用上式； ②．当 IM 时， Al2O3 形成 C4AF，而 Fe2O3 量还有多余，而形成 C2F；此时： ③．当 IM 时， Fe2O3 完成形成 C4AF，而 Al2O3 除与 Fe2O3 形成 C4AF 外，还有剩余，形成 C3A。 实际硅酸盐水泥熟料配料中 IM 均大于。 第二节 熟料的率值 五、熟料率值的控制 在工厂生产中，为了使熟料顺利烧成，保证熟料的质量，应同时控制 KH、 n、 p 三个率值，并使三率值相应配合适当。 KH 值的确定 工艺、技术装备条件较好，入窑生产成分均匀稳定，预烧性好，看火操作技术水平高且稳定 ，或者在中掺加了矿化剂（或复合矿化剂、晶种），这时应选择较高的 KH 值。 反之，KH 值宜适当低一些。 在实际生产中， KH 值过高时，一般都会使 fCaO 剧增，从而导致熟料安定性不良，并且当煅烧操作跟不上时，反而使熟料烧成率大幅度下降，生烧料多。 在生产过程中，最佳 KH值可根据生产经验综合熟料的煅烧难易程度和熟料质量等确定，并应控制 KH 值在一定范围内波动（一般波动值为177。 177。 ）。 第二节 熟料的率值 五、熟料率值的控制 选择 n 与 KH 相适应 n 值在确定时既要保证熟料中有一定数量的硅 酸盐矿物，又必须与 KH 值相适应。 一般应避免以下倾向。 a） KH 值高， n 值也偏高。 这时熔剂矿物含量必然少，生料易烧性变差，吸收 fCaO反应不完全，且 fCaO 含量高； b） KH 值低， n 值偏高。 熟料的煅烧温度不必太高，但硅酸盐矿物中的 C2S 含量将相对增高，从而易造成熟料粉化，熟料强度低； c） KH 值低， n 值也偏低。 熟料的煅烧温度同样不需要很高，但熔剂矿物的总量较高，以致液相量较多，易产生结圈、结大块现象。 同时由于大块料不易烧透， fCaO 含量还是较高，因而熟料质量差。 合适的 p 值 选 择 p 值时也要考虑与 KH 值相适应。 一般情况下，当提高 KH 值时便应降低 p 值，以降低相出现的温度和粘度，有助于 C3S 的形成。 至于究竟是采用高铝还是高铁配料方案，应根据原燃料特点及工艺设备、操作水平以及用户对水泥性能的要求等方面情况综合分析决定。 第三节 熟料矿物组成的计算 此处 省略，计算方面不会涉及太多，个人意见。 第四章 硅酸盐水泥的原料及配料计算 第一节 原料 水泥熟料的质量主要取决于生料率值的控制和成分的均齐。 制备合适的生料，并适应煅烧设备的性能，对原料就有一定的要求。 需正确合理地选择和控制原料质 量。 原料必须满足一定的要求： 1．化学成分满足要求。 否则配料困难，甚至无法配料； 2．含杂质少。 以免影响煅烧、水泥质量； 3．应具有良好的工艺性能。 如易磨性、易烧性、易混合性等。 第一节 原料 生产硅酸盐水泥的主要原料石灰质原料、粘土质原料和铁质原料 ， 还可以利用工业废渣作为水泥的原料或混合材料进行生产。 一、石灰质原料 凡是以碳酸钙为主要成分的原料都叫石灰质原料。 ①．天然的：石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。 ②．人工的 (工业废渣 )：电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥等。 二、粘土质原料 粘土质原料是碱和碱土的铝硅酸盐。 主要化学成分是 SiO2，其次是 Al2O3，还有少量的 Fe2O3，主要是供给熟料所需要的酸性氧化物 SiO Al2O3 和 Fe2O3。 1．种类 ①．天然的：黄土、粘土、页岩、泥岩、河泥等。 ②．人工的 (工业废渣 )：煤矸石、粉煤灰、煤渣、磷渣等。 一般均只代替部分粘土。 粘土中常常有石英砂等杂质，所以在选用粘土作原料时，除应注意粘土的硅酸率 n 和铝氧率 p 外，还要求含碱量要低，含砂量要少。 如果粘土中含有过多的石英砂，不但使生料不易磨细，而且会给 熟料煅烧带来困难，因为 α 石英不易与氧化钙化合。 3．衡量粘土质量的因素： 粘土的化学成分 (硅率、铝率 )、含砂量、含碱量以及粘土的可塑性、热稳定性、正常流动度的需水量等工艺性能。 这些性能随粘土中所含的主导矿物、黏粒多寡及其杂质等不同而。