年产450万吨早强型高铝水泥工艺设计毕业设计(编辑修改稿)

年产450万吨早强型高铝水泥工艺设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

短养护期，即所谓 “一天混凝土 ”，因此高铝水泥被广泛应用于耐火材料行业。 早强型高铝水泥的水化性质 水化热是水泥的基本性质之一，硅酸盐水泥在水化过程中伴随着放热现象。 水泥的水 化热及水化放热速率在一定程度上可以更细微地描述水泥的水化过程。 在实际工程中，硅酸盐水泥的绝对放热量或水化放热速率对于大体积混凝土工程有很大的影响。 由于混凝土的导热能力很低，水泥水化放出的热量聚集在混凝土内部长期散发不出来， 使混凝土温度升高，其内部有时可高达 50℃内、外部之间形成了温差与温度应力，导致了混凝土裂缝的产生，形成了结构损伤 !对结构承受荷载极其不利。 但是对于冬季施工而言，水化热有利于水泥的正常凝结，使其不因环境温度过低而使水化变慢 [7]。 又成为一个有利的因素，调节硅酸盐水泥的水化放热量及水化放热速 率一般采用掺加混合材料和调凝外加剂的方法。 希望可以得到一种能够合理控制硅酸盐水泥水化放热速率的途径和方式。 由于 快硬性的 C12A7 和 C4AF 的发热量较高。 因此高铝水泥的发热量也将因含有该铝酸盐不同而变化。 如果在浇注耐火材料中加入过多含有 C12A7 或 C4AF 为主成分的高铝水泥，将因集中性发热而使浇注料硬化体中水分激烈蒸发而引起裂纹和表面剥落等。 所以，选择水泥的用量和质量是十分重要的 ，也是因为水化时放热量集中，放热量大，所以适合在冬季施工中使用。 化工与材料工程学院 毕业设计 文献综述 5 第 3 章 早强高铝 水泥的生产 工艺原理及工艺方法 生产原理 把石灰 石 、铝矾土和少量的助剂按 —定比例配合，经破碎、磨细、调配成质量均匀的生料 ， 生料在窑内煅烧至部分熔融所得到的以铝酸盐为主要成分的熟料 ， 熟料加适量石膏，有时加适量混合材共同磨细， 得到高铝水泥。 主要原料 ① 石灰质原料 凡是以 CaCO3 或者 CaO、 Ca(OH)2 为主要成分的原料都成为石灰质原料。 他可以微分天然石灰质原料和人工石灰质原料（即工业废渣）两类。 我国石灰质资源丰富，我国的水泥厂广泛采用石灰石生产水泥。 石灰石一级品的氧化钙含量为 48%~54%；二级品为 45~48%。 生产硅酸盐的石灰质原料的质量要求如 表 32 所示。 表 32 石灰质原料的质量要求（ %） 品位 CaO MgO R2O SO3 燧石、石英 石灰石 一级品 48 二级品 45~48 泥灰岩 35~45 ② 铁质校正原料 当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案时，必须根据所缺少的组分，掺假相应的校正原料 ③ 铝矾土原料 在高铝水泥熟料中，氧化铝含量约占 50%，其主要来源于铝矾土。 铝矾土的化学成分为 Al2O SiO Fe2O TiO2，次要成分为 CaO、 MgO、 K2O、 Na2O、 MnOS 及有机物国外铝矾土的 Fe2O3 含量较高（一般大于 20%），而我国铝矾土的 SiO2 含量较高， Al2O3+SiO2 含量为 70%~90%。 铝矾土的烧失量大多为 13%~15%。 铝矾土的成分及分布地是确定高铝水泥生产工艺及厂址所在地的一个重要依据。 表 33 列出了6 种铝矾土的成分 [8]。 化工与材料工程学院 毕业设计 文献综述 6 表 33 铝矾土的化学成分（ %） 编号 产地 Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O SO3 Loss ∑ 1 贵州 0 2 阳泉 3 巩县 0 4 登封 0 5 密县 （ S） 6 济源 0 生产方法 生产高铝水泥的原料为矾土和石灰石。 国外多采用熔融法生产高铝水泥，此时原料不需要磨细，可用低品位矾土，但烧成热耗高，熟料硬度高，粉磨电能耗大。 我国广泛采用回转窑烧成法生产高铝水泥，烧成热耗及粉磨电耗低，可用生产硅酸盐水泥的设备；但要用优质原料， 生料要均匀，烧成范围窄，仅 50~80℃，烧成温度一般在1300~1380℃。 高铝水泥的制造方法主要有以下几种 [9]： 反射炉熔融法 反射炉熔融法是法国的 Lafarge 公司的专有技术， Fondu 水泥， Secar51 水泥，德国的海德堡生产的 ISTRA40,ISTRA50 水泥都采用反射炉熔融法生产。 反射炉熔融法与电弧炉熔融法同样适合生产高钙含量和高铁含量水泥，并且需要严格控制气氛和冷却过程，以保证产品质量的稳定性。 电弧炉熔融法 用矾土和石灰质原料，按设计成分计算配合比混合，用电弧炉进行熔化，在控制冷却的 情况下，形成熟料。 经球磨机粉磨至要求的细度即为高铝水泥。 用电弧炉熔融法适合生产 CaO 含量较高的高铝水泥。 用回转窑烧结法生产的熟料，其 CaO 含量一般在 35％以内，因为 CaO 含量过高，就会使熟料的温度烧成范围变的狭窄而不易稳定操作。 而用熔融法生产，就可以配制 CaO 含量较高也即 CA 矿物含量较高的水泥，从而获得早期强度更高的高铝水泥，另外熔融法还适合利用高铁矾土作原料，生产 Fe2O3 含量较高的水泥。 用熔融法生产高铝水泥的技术要点是选用优质矾土和优质石灰质原料，在熔化过程中尽可能掌握氧化气氛，因为还原气氛中会有 FeO 生成，并形成称为 Pleochroite的多色矿物，根据 Midgley 教授的研究 [10]认为 Pleochroite 的化学式为：（ Ca， Na， K，Fe2+） A(Fe3+， Al)B (Al2O7)5 (AlO4)6x （ Si， TiO2)x ， Pleochroite 的生成会对高铝水化工与材料工程学院 毕业设计 文献综述 7 泥的性能产生有害影响，导致 C12A7 的含量增多，使高铝水泥的凝结硬化过程难于控制。 另外，用熔融法生产高铝水泥，冷却条件 对性能会产生巨大的影响。 因此，控制冷却是一个重要工序。 回转窑烧结法 由于中国的矾土含铁量较低，因此具有较宽的烧结温度范围，比较适合用回转窑烧结法生产。 回转窑烧结法采用烟煤作燃料，具有生产成本低、生产效率高、质量容易稳定的特点，在中国被广泛采用。 回转窑烧结法的要点是：选用优质矾土和优质石灰石为原料，按一定比例配合送入球磨机，粉磨成生料，然后进入回转窑进行烧结，烧成的熟料经球磨机粉磨成细粉即成为高铝水泥。 当选用工业氧化铝和优质石灰石为原料时，采用天然气和柴油或重油等无灰燃料可生产出白色的纯铝酸钙水泥。 由于 其杂质含量低，广泛用来配制高档耐火浇注料，同时由于其颜色为白色，已将它与白色硅酸盐水泥混合用于化学建材中需要装饰效果的场合。 回转窑烧结法的组分设计一般在 Al2O3－ CaO－ SiO2 三元相图中的 CA－ CA2－C2AS 三角形内，生料在回转窑的烧结过程中，首先通过固相反应形成 CA 矿物，由于石灰石在分解后具有较高的反应活性，因此会局部出现少量 C12A7 矿物，但随着温度的提高，矾土中的 Al2O3 和 SiO2 的反应速度加大，熟料中的矿物会逐渐按设计组成达到相平衡，最终 C12A7 消失，熟料矿物主要矿相为 CA，其次为 CA2 和 C2AS，以杂质存在的 Fe2O3 和 TiO2,形成 C2F 和 CT。 因此，用回转窑烧结法生产的高铝水泥，在煅烧状态较好的情况下，不会存在C12A7（这也是化学建材用高铝水泥中不希望存在的矿物）。 用回转窑烧结法生产化学建材用高铝水泥，其配料成分的稳定控制、烧成制度的严格掌握和稳定水泥的矿相组成，十分重要。 生料配料主要控制碱度系数 ( ) ( )m C S F TA A S M   和硅铝比系数 Am值低，则 CA 少，而 CA2 多凝结慢，强度低。 回转窑生产时，普通高铝高铝水泥一般 Am选取 ；若为快硬高强的高铝水 泥， Am 应控制在 ~ 之间 [11]；如果要求具有较好的耐高温性能，则 Am应控制在 ~ 较为合适。 铝硅比 A/S 值对水泥强度有很大影响 A/S7 水泥强度等级可达 级以上； A/S9，水泥等级可达 级以上；对低钙铝酸盐水泥， A/S 常高于 19。 化工与材料工程学院 毕业设计 文献综述 8 高铝水泥生产工艺流程 生料制备 将主要原料经破碎后，按一定比例配合磨细，并调配为成分合适、质量均匀的生料。 其制备方法有干法和湿法两种。 前者是将原料同时烘干与粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，而后喂入干法窑内煅烧成熟料的生产方法。 下面以干法为例进行介 绍。 水泥生产过程中，每生产 1 吨硅酸盐水泥至少要粉磨 3 吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏），据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的 60%以上，其中生料粉磨占。