1、第四講第四講 生料在煅燒過(guò)程中的生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化物理化學(xué)變化n生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n生料在加熱過(guò)程中，依次發(fā)生干燥、粘土礦物脫水、碳酸鹽分解、固相反應(yīng)、熟料燒結(jié)及熟料冷卻結(jié)晶等重要的物理化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)溫度、反應(yīng)速度及反應(yīng)產(chǎn)物不僅受原料的化學(xué)成分和礦物組成的影響，還受反應(yīng)時(shí)的物理因素諸如生料粒徑、均化程度、氣固相接觸程度等的影響。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n1 干燥n 排除生料中自由水分的工藝過(guò)程稱為干燥。n2 脫水n 脫水是指粘土礦物分解放出化合水。n 粘土礦物的化合水有兩種：一種是以O(shè)H一離子狀態(tài)存在于晶體結(jié)構(gòu)中，稱為晶

2、體配位水(也稱結(jié)構(gòu)水)；另一種是以水分子狀態(tài)吸附于晶層結(jié)構(gòu)間，稱為晶層間水或?qū)娱g吸附水。所有的粘土都含有配位水；多水高嶺土、蒙脫石還含有層間水；伊利石的層間水因風(fēng)化程度而異。層間水在100左右即可排除，而配位水則必須高達(dá)400600以上才能脫去。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n粘土中的主要礦物高嶺土發(fā)生脫水分解反應(yīng)如下式所示：nAl2O32SiO22H20 Al2O32SiO2 + 2H20n 高嶺土 偏高嶺土 水蒸氣nAl2O32SiO2 Al2O3 + 2SiO2n 高嶺土進(jìn)行脫水分解反應(yīng)屬吸熱過(guò)程。高嶺土在失去化合水的同時(shí)，本身晶體結(jié)構(gòu)遭受破壞，生成了非晶質(zhì)

3、的無(wú)定形偏高嶺土(脫水高嶺土)，由于偏高嶺土中存在著因OH-基跑出后留下的空位，故可以把它看成是無(wú)定型的SiO2和Al2O3，這些無(wú)定形物具有較高活性。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n3 碳酸鹽分解n生料中的碳酸鈣和夾雜的少量碳酸鎂在煅燒過(guò)程中分解并放出CO2的過(guò)程稱碳酸鹽分解。碳酸鎂的分解溫度始于402480左右，最高分解溫度700左右；碳酸鈣在600時(shí)就有微弱分解發(fā)生，但快速分解溫度在812928之間變化。MgCO3在590 、CaCO3在890時(shí)的分解反應(yīng)式如下： MgCO3 MgO + CO2(10471 214)J/gnCaC03 CaO + CO216

4、45 J/gn 其中，碳酸鈣在水泥生料中所占比例80%左右，其分解過(guò)程需要吸收大量的熱，是熟料煅燒過(guò)程中消耗熱量最多的一個(gè)過(guò)程，因此，它是水泥熟料煅燒過(guò)程重要的一環(huán)。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n3.1 碳酸鈣分解反應(yīng)的特點(diǎn) n1可逆反應(yīng)n2強(qiáng)吸熱反應(yīng) n每1 kg純碳酸鈣在890時(shí)分解吸收熱量為1645J/g，是熟料形成過(guò)程中消耗熱量最多的一個(gè)工藝過(guò)程。分解所需總熱量約占預(yù)分解窯的二分之一。n3燒失量大n 每100 kg的純CaCO3分解后排出揮發(fā)性CO2氣體44 kg，燒失量占44%。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n4分解溫度與

5、CO2分壓和礦物結(jié)晶程度有關(guān)n在常壓(101325 Pa)和分解出的CO2分壓達(dá)1個(gè)大氣壓(即平衡分解壓力101325Pa) 的環(huán)境中，純碳酸鈣的分解溫度為800。平衡分壓增大，分解溫度增高，環(huán)境CO2的濃度和壓力對(duì)碳酸鈣分解溫度的影響見(jiàn)圖6-2所示生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n3.2、 碳酸鈣的分解過(guò)程n一顆正在分解的CaCO3顆粒，顆粒內(nèi)部的分解反應(yīng)可分為下列5個(gè)過(guò)程： n熱氣流向顆粒表面?zhèn)鬟M(jìn)分解所需要的熱量Qi； n 熱量以傳導(dǎo)方式由表面向分解面?zhèn)鬟f的過(guò)程；n在一定溫度下碳酸鈣吸收熱量，進(jìn)行分解并放出CO2的化學(xué)過(guò)程；n分解放出的CO2，穿過(guò)CaO層，向表

6、面擴(kuò)散傳質(zhì)；n表面的CO2向周圍氣流介質(zhì)擴(kuò)散。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n在這5個(gè)過(guò)程中，有4個(gè)是物理傳熱傳遞過(guò)程，唯獨(dú)碳酸鈣吸收熱量分解放出CO2的過(guò)程是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。在顆粒開(kāi)始分解與分解面向顆粒內(nèi)部深入時(shí)，各過(guò)程對(duì)分解的影響程度不相同，哪個(gè)過(guò)程最慢，哪個(gè)便是主控過(guò)程。即碳酸鈣的分解速度受控于其中最慢的一個(gè)過(guò)程。n分解速度或者分解所需的時(shí)間將決定于化學(xué)反應(yīng)所需時(shí)間，即反應(yīng)生成的CO2通過(guò)表面CaO層的擴(kuò)散是整個(gè)碳酸鈣分解過(guò)程中的速度控制過(guò)程。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n在懸浮預(yù)熱器和分解爐內(nèi)，由于生料懸浮于氣流中，基本上

7、可以看作是單顆粒，其傳熱系數(shù)較大，特別是傳熱面積非常大，分解過(guò)程的速率受化學(xué)反應(yīng)過(guò)程所控制。在分解爐(物料溫度850左右)，只需幾秒鐘即可使碳酸鈣分解率達(dá)到85%95%。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n3.3、 影響碳酸鈣分解速度的因素n1石灰質(zhì)原料的特性 n以最常見(jiàn)的石灰石為例，當(dāng)石灰石中伴生有其他礦物和雜質(zhì)一般具有降低分解溫度的作用，n 2生料細(xì)度和顆粒級(jí)配 n 生料粉磨得細(xì)，且顆粒均勻、粗粒少，生料比表面積增加，使傳熱和傳質(zhì)速度加快，有利于分解反應(yīng)進(jìn)行。 n 3生料懸浮分散程度n生料懸浮分散差，相對(duì)地增大了顆粒尺寸，減少了傳熱面積，降低了碳酸鈣的分解速度。

8、生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n4溫度n提高反應(yīng)溫度，分解反應(yīng)的速度加快，分解時(shí)間縮短。但應(yīng)注意溫度過(guò)高，將增加廢氣溫度和熱耗，預(yù)熱器和分解爐結(jié)皮、堵塞的可能性亦大。n5系統(tǒng)中CO2分壓n通風(fēng)良好CO2分壓較低，有利于CO2的擴(kuò)散和加速碳酸鈣的分解。 n6生料中粘土質(zhì)組分的性質(zhì)n 如果粘土質(zhì)原料的主導(dǎo)礦物是高嶺土，由于其活性大，在800下能和氧化鈣或直接與碳酸鈣進(jìn)行固相反應(yīng)，生成低鈣礦物，可以促進(jìn)碳酸鈣的分解過(guò)程。反之，如果粘土主導(dǎo)礦物是活性差的蒙脫石和伊利石，則CaCO3的分解速度就慢。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n4、固相反應(yīng)n

9、4.1、反應(yīng)過(guò)程 n 通常在碳酸鈣分解的同時(shí)，分解產(chǎn)物CaO與生料中的SiO2、Fe2O3、Al2O3等通過(guò)質(zhì)點(diǎn)的相互擴(kuò)散而進(jìn)行固相反應(yīng)，形成熟料礦物。n 水泥熟料礦物C3A和C4AF、C2S的形成是一個(gè)復(fù)雜的多級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程是交叉進(jìn)行的。水泥熟料礦物的固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)，固相反應(yīng)的放熱量約為420500J/g。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化800 CaO+ Al2O3 CaOAl2O3 (CA) Ca0+Fe2O3 CaOFe2O3 (CF) 2Ca0+ Si02 2CaOSi02 (C2S)開(kāi)始形成開(kāi)始形成800900 7(CaOAl2O3)+5CaO 12

10、CaO7Al2O3 (C12A7)9001100 2CaO+Al2O3+Si02 2CaOAl2O3Si02 (C2AS) 形成后又分解形成后又分解 12CaO7 Al2O3+9CaO 7(3CaOAl2O3) (C3A)開(kāi)始形成開(kāi)始形成 7(2CaOFe2O3)+2CaO+12CaO7Al2O3 7(4CaOAl2O3Fe2O3) (C4AF)開(kāi)始形成開(kāi)始形成1100l200 大量形成大量形成C3A和和C4AF，C2S含量達(dá)最大值。含量達(dá)最大值。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化固相反應(yīng)通常需要在較高溫度下進(jìn)行，影響固相反應(yīng)的主要因固相反應(yīng)通常需要在較高溫度下進(jìn)行，

11、影響固相反應(yīng)的主要因素主要有以下幾點(diǎn)：素主要有以下幾點(diǎn)：1 1）生料細(xì)度及均勻程度）生料細(xì)度及均勻程度: :生料的均勻混合，使生料各組分之間生料的均勻混合，使生料各組分之間充分接觸，有利固相反應(yīng)進(jìn)行。充分接觸，有利固相反應(yīng)進(jìn)行。2 2）原料性質(zhì)）原料性質(zhì) 當(dāng)原料中含有結(jié)晶當(dāng)原料中含有結(jié)晶Si0Si022( (如燧石、石英砂如燧石、石英砂) )和結(jié)晶方解石時(shí)，由和結(jié)晶方解石時(shí)，由于破壞其晶格困難，晶體內(nèi)的分子很難離開(kāi)晶體而參加反應(yīng)，所以于破壞其晶格困難，晶體內(nèi)的分子很難離開(kāi)晶體而參加反應(yīng)，所以使固體反應(yīng)的速度明顯降低，特別是原料中含有粗顆粒石英砂時(shí)，使固體反應(yīng)的速度明顯降低，特別是原料中含有粗顆

12、粒石英砂時(shí)，其影響更大。因此，在原料選擇時(shí)，力求避免采用粗晶石英，如不其影響更大。因此，在原料選擇時(shí)，力求避免采用粗晶石英，如不得已而必須使用時(shí)，可將其單獨(dú)粉磨，務(wù)求配制粉磨能耗最低但反得已而必須使用時(shí)，可將其單獨(dú)粉磨，務(wù)求配制粉磨能耗最低但反應(yīng)活性最佳的生料顆粒級(jí)配。應(yīng)活性最佳的生料顆粒級(jí)配。（3 3）溫度）溫度 提高反應(yīng)溫度，質(zhì)點(diǎn)能量增加，增加了質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散速度和化學(xué)反應(yīng)速度，可加速固相反應(yīng)。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n5、熟料燒結(jié)n當(dāng)物料溫度升高到最低共熔溫度后，固相反應(yīng)形成的鋁酸鈣和鐵鋁酸鈣熔劑性礦物及氧化鎂、堿等熔融成液相。在高溫液相作用下，固相硅酸二

13、鈣和氧化鈣都逐步溶解于液相中，硅酸二鈣吸收氧化鈣形成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣，其反應(yīng)式如下： n C2S + Ca0 C3S130014501300 液液 相相生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n隨著溫度的升高和時(shí)間延長(zhǎng)，液相量增加,液相粘度降低，氧化鈣、硅酸二鈣不斷溶解、擴(kuò)散，硅酸三鈣晶核不斷形成，并逐漸發(fā)育、長(zhǎng)大，最終形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體。與此同時(shí)，晶體不斷重排、收縮、密實(shí)化，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的孰料，我們稱以上過(guò)程為熟料的燒結(jié)過(guò)程，簡(jiǎn)稱熟料燒結(jié)。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n在配合生料

14、適當(dāng)，生料成分穩(wěn)定的條件下，硅酸鹽水泥熟料在12501280開(kāi)始出現(xiàn)液相，1300左右時(shí)Ca0和C2S溶入液相中開(kāi)始大量生成C3S，這一過(guò)程也稱為石灰吸收過(guò)程。一直到1450液相量繼續(xù)增加，游離氧化鈣被充分吸收。故通常把130014501300稱為熟料的燒結(jié)溫度。在此溫度范圍內(nèi)大致需要1020 min完成熟料燒結(jié)過(guò)程。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n5.1、影響熟料燒結(jié)過(guò)程的因素n由上述過(guò)程可知，熟料的燒結(jié)在很大程度上取決于液相含量及其物理化學(xué)性質(zhì)。因此，控制液相出現(xiàn)的溫度、液相量、液相粘度、液相表面張力和氧化鈣、硅酸二鈣溶于液相的速率，并努力改善它們的性質(zhì)至關(guān)重

15、要。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n最低共熔溫度n液相出現(xiàn)的溫度決定于物料在加熱過(guò)程中的最低共熔溫度。而最低共熔溫度決定于系統(tǒng)組分的性質(zhì)與數(shù)目。表6-2列出了一些系統(tǒng)的最低共熔溫度，系統(tǒng)組分?jǐn)?shù)目越多，其最低共熔溫度越低，即液相初始出現(xiàn)的溫度越低。系系 統(tǒng)統(tǒng)最低共最低共熔溫度熔溫度()()系系 統(tǒng)統(tǒng)最低共熔最低共熔溫度溫度()()C C3 3S-CS-C2 2S-CS-C3 3A A14551455C C3 3S-CS-C2 2S-CS-C3 3A CA C4 4AFAF13381338C C3 3S-CS-C2 2S-CS-C3 3A -NaA -Na2 2O O

16、14301430C C3 3S-CS-C2 2S-CS-C3 3A -NaA -Na2 2O -FeO -Fe2 20 03 313151315C C3 3S-CS-C2 2S-CS-C3 3A -MgOA -MgO13751375C C3 3S-CS-C2 2S-CS-C3 3A -FeA -Fe2 20 03 3 -MgO -MgO13001300C C3 3S-CS-C2 2S-CS-C3 3A-NaA-Na2 2O-MgOO-MgO13651365C C3 3S-CS-C2 2S-CS-C3 3A-NaA-Na2 2O-MgO -FeO-MgO -Fe2 20 03 312801280

17、生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n2液相量n熟料的燒結(jié)必須要有一定數(shù)量的液相。液相是硅酸三鈣形成的必要條件，適宜的液相量有利于C3S形成，并保證熟料的質(zhì)量。液相量太少，不利于C3S形成，反之，過(guò)多的液相易使熟料結(jié)大塊，給煅燒操作帶來(lái)困難。n 液相量與組分的性質(zhì)、含量及熟料燒結(jié)溫度等有關(guān)。因此，不同的生料成分與煅燒溫度等對(duì)液相量有很大影響。一般水泥熟料燒成階段的液相量大約為20%30%。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n(1)液相量與煅燒溫度、組分含量有關(guān)，根據(jù)硅酸鹽物理化學(xué)原理，不同溫度下形成的液相量可按下式計(jì)算：煅燒溫度為煅燒溫度為13

18、381338時(shí)：時(shí)： IM1.38 L=6.1F (6.1) IM1.38 L=6.1F (6.1) IM1.38 L=8.2A-5.22F (6.2) IM1.38 L=8.2A-5.22F (6.2) 煅燒溫度為煅燒溫度為14001400和和14501450時(shí)時(shí): : 1400 L=2.95A+2.5F+M+R (6.3) 1400 L=2.95A+2.5F+M+R (6.3) 1500 L=3.0A+2.2F+M+R (6.4) 1500 L=3.0A+2.2F+M+R (6.4)式中式中L L液相量液相量( () )； F F熟料中熟料中FeFe2 2O O3 3。的含量。的含量( (

19、) )； A A熟料中熟料中AlAl2 2O O3 3的含量的含量( () )； M M、R RMgOMgO及及(Na(Na2 20+K0+K2 20)0)的含量的含量( () )。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n (2)液相量隨熟料中鋁率而變化，一般硅酸鹽水泥在煅燒階段的液相量隨鋁率和溫度的變化情況見(jiàn)表6-3所示。表表6-36-3 熟料中液相量隨鋁率和溫度的變化情況熟料中液相量隨鋁率和溫度的變化情況溫度溫度()()IM=AIIM=AI2 2O O3 3/Fe/Fe2 2O O3 32.02.01.251.250.640.641338133818.318.321.

20、121.10 01400140024.324.323.623.622.422.41450145024.824.824.024.022.922.9生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n生產(chǎn)中，應(yīng)合理設(shè)計(jì)熟料化學(xué)成分與率值，控制煅燒溫度在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。這個(gè)范圍大體上是出現(xiàn)燒結(jié)所必需的最少的液相量時(shí)的溫度到出現(xiàn)結(jié)大塊時(shí)的溫度之間，即通常所說(shuō)的燒結(jié)范圍。就硅酸鹽水泥而言，燒結(jié)范圍約150左右。當(dāng)系統(tǒng)液相量隨溫度升高而緩慢增加，其燒結(jié)范圍就較寬；反之，其燒結(jié)范圍就窄。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化3 3液相粘度液相粘度 液相粘度對(duì)硅酸三鈣的形成影

21、響較大。粘度小，液液相粘度對(duì)硅酸三鈣的形成影響較大。粘度小，液相中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散速度增加，有利于硅酸三鈣的形成。而液相中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散速度增加，有利于硅酸三鈣的形成。而液相的粘度又隨溫度與組成相的粘度又隨溫度與組成( (包括少量氧化物包括少量氧化物) )而變化。提高而變化。提高溫度，液相內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能增加，削弱了相互間作用力，因溫度，液相內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能增加，削弱了相互間作用力，因而降低了液相粘度。而降低了液相粘度。提高鋁率時(shí)，液相粘度增大，而降低鋁率則液相粘度減提高鋁率時(shí)，液相粘度增大，而降低鋁率則液相粘度減少。少。MgOMgO、SOSO3 3的存在可使液相粘度降低。的存在可使液相粘度降低。NaNa2 2

22、O O、K K2 2O O使液相粘使液相粘度增大度增大, ,而而NaNa2 2SOSO4 4或或K K2 2SOSO4 4則使液相粘度降低。則使液相粘度降低。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化4 4液相的表面張力液相的表面張力 液相的表面張力愈小，愈易潤(rùn)濕固相物質(zhì)或熟液相的表面張力愈小，愈易潤(rùn)濕固相物質(zhì)或熟料顆粒，有利于固液反應(yīng)，促進(jìn)料顆粒，有利于固液反應(yīng)，促進(jìn)C C3 3S S的形成。的形成。 5 5氧化鈣和硅酸二鈣溶于液相的速率氧化鈣和硅酸二鈣溶于液相的速率C C3 3S S的形成過(guò)程也可以視為的形成過(guò)程也可以視為CaOCaO和和C C2 2S S在液相中的在液相

23、中的溶解過(guò)程。溶解過(guò)程。CaOCaO和和C C2 2S S的溶解速率大，的溶解速率大，C C3 3S S的成核的成核與發(fā)育越快。因此，要加速與發(fā)育越快。因此，要加速C C3 3S S的形成實(shí)際上就的形成實(shí)際上就是提高是提高CaOCaO與與C C2 2S S的溶解速率，而這個(gè)速率大小受的溶解速率，而這個(gè)速率大小受CaOCaO顆粒大小和液相粘度所控制。表顆粒大小和液相粘度所控制。表6-46-4為實(shí)驗(yàn)室為實(shí)驗(yàn)室條件下，不同粒徑條件下，不同粒徑CaOCaO在不同溫度下完全溶于液在不同溫度下完全溶于液相所需的時(shí)間。相所需的時(shí)間。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化z表表6-4 C

24、aO6-4 CaO溶于液相所需的時(shí)間溶于液相所需的時(shí)間(min )(min )溫度溫度()()粒徑粒徑(mm)(mm)0.10.10.050.050.0250.0250.0010.0011340134011111 1.5.559592525121213751375282814146 64 41400140015155.55.53 31.51.5145014505 52.32.31 10.50.5150015001.81.81.71.7生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n6、熟料冷卻、熟料冷卻n6.1、熟料冷卻過(guò)程及目的、熟料冷卻過(guò)程及目的n熟料燒結(jié)過(guò)程完成之后，熟料燒

25、結(jié)過(guò)程完成之后，C3S的生成反應(yīng)結(jié)的生成反應(yīng)結(jié)束，熟料從燒成溫度開(kāi)始下降至常溫，熔體晶束，熟料從燒成溫度開(kāi)始下降至常溫，熔體晶化、凝固，熟料顆粒結(jié)構(gòu)形成，并伴隨熟料礦化、凝固，熟料顆粒結(jié)構(gòu)形成，并伴隨熟料礦物相變的過(guò)程稱為熟料的冷卻。物相變的過(guò)程稱為熟料的冷卻。n冷卻的目的在于：改善熟料質(zhì)量與易磨性；冷卻的目的在于：改善熟料質(zhì)量與易磨性；降低熟料溫度，便于熟料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和粉磨；降低熟料溫度，便于熟料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和粉磨；部分回收熟料出窯帶走的熱量，預(yù)熱二、三次部分回收熟料出窯帶走的熱量，預(yù)熱二、三次空氣，從而降低熟料熱耗，提高熱利用率?？諝猓瑥亩档褪炝蠠岷?，提高熱利用率。生料在煅燒過(guò)程中的物

26、理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化6.26.2、熟料冷卻速度對(duì)熟料質(zhì)量的影響、熟料冷卻速度對(duì)熟料質(zhì)量的影響 熟料冷卻的速度影響著熟料的礦物組成、結(jié)熟料冷卻的速度影響著熟料的礦物組成、結(jié)構(gòu)以及易磨性。冷卻速度不同，所得到的熟料礦構(gòu)以及易磨性。冷卻速度不同，所得到的熟料礦物組成與性能也會(huì)不同。物組成與性能也會(huì)不同。 如果以如果以181820/min20/min左右的急速降溫速率對(duì)左右的急速降溫速率對(duì)熟料進(jìn)行冷卻時(shí)，則可以發(fā)現(xiàn)熟料進(jìn)行冷卻時(shí)，則可以發(fā)現(xiàn)C C3 3S S的分解、的分解、C C2 2S S的的轉(zhuǎn)化、過(guò)大的方鎂石晶體及全部的轉(zhuǎn)化、過(guò)大的方鎂石晶體及全部的C C3 3A A、C C4

27、 4AFAF結(jié)結(jié)晶態(tài)不復(fù)存在，即急速降溫速率晶態(tài)不復(fù)存在，即急速降溫速率( (急冷急冷) )優(yōu)于緩慢優(yōu)于緩慢冷卻冷卻( (慢冷慢冷) )。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化6.36.3、急冷對(duì)改善熟料質(zhì)量的作用、急冷對(duì)改善熟料質(zhì)量的作用 1 1防止或減少防止或減少C C3 3S S的分解的分解 2 2避免避免-C-C2 2S S轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成-C-C2 2S S 3 3改善了水泥安定性改善了水泥安定性 4 4使熟料使熟料C C3 3A A晶體減少，提高水泥抗硫酸鹽晶體減少，提高水泥抗硫酸鹽性能性能 5 5改善熟料易磨性改善熟料易磨性 6 6可克服水泥瞬凝或快凝可克服水泥

28、瞬凝或快凝生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n水泥熟料的形成熱1 1水泥熟料形成熱的概念水泥熟料形成熱的概念 熟料的形成熱，是指在一定的生產(chǎn)條件下，熟料的形成熱，是指在一定的生產(chǎn)條件下，用某一基準(zhǔn)溫度用某一基準(zhǔn)溫度( (一般是一般是00或或20)20)的干燥物料，的干燥物料，在沒(méi)有任何物料損失和熱量損失的條件下，制成在沒(méi)有任何物料損失和熱量損失的條件下，制成1kg1kg同溫度的熟料所需要的熱量同溫度的熟料所需要的熱量( (熟料形成熱效熟料形成熱效應(yīng)應(yīng)) )。 因此，熟料的形成熱就是熟料形成在理論上因此，熟料的形成熱就是熟料形成在理論上消耗的熱量，它僅與原、燃料的品種、

29、性質(zhì)及熟消耗的熱量，它僅與原、燃料的品種、性質(zhì)及熟料的化學(xué)成分和礦物組成、生產(chǎn)條件等因素有關(guān)。料的化學(xué)成分和礦物組成、生產(chǎn)條件等因素有關(guān)。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n2水泥熟料形成熱的計(jì)算方法n 水泥熟料在形成過(guò)程中發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，有些是吸熱反應(yīng)有些是放熱反應(yīng)，將全過(guò)程的總吸熱量，減去總的放熱量，并換算為每生成1kg熟料所需要的凈熱量就為熟料的形成熱。n 現(xiàn)以20為計(jì)算的溫度基準(zhǔn)。生成1kg熟料需理論生料量約為1.55kg。在一般原料的情況下，根據(jù)物料在反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)熱和物理熱，可計(jì)算出生成1kg普通硅酸鹽水泥熟料的理論熱耗(見(jiàn)表l-4)。生料在

30、煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化表表l-4l-4水泥熟料形成熱水泥熟料形成熱吸收熱量吸收熱量kJ/kgkJ/kg-ck-ck% %放出熱量放出熱量kJ/kgkJ/kg-ck-ck% %干物料自干物料自2020加熱到加熱到450450吸熱吸熱69769716.416.4黏土無(wú)定形物質(zhì)結(jié)晶黏土無(wú)定形物質(zhì)結(jié)晶放熱放熱 41411.61.6黏土脫水吸熱黏土脫水吸熱1641643.93.9熟料礦物形成放熱熟料礦物形成放熱41041016.416.4脫水物料由脫水物料由450450加熱到加熱到900900吸熱吸熱80080018.918.9熟料由熟料由14001400冷至冷至2020

31、放熱放熱1476147659.059.0碳酸鹽分解吸熱碳酸鹽分解吸熱 1948194846.046.0 CO CO2 2由由900900冷至冷至2020放熱放熱49249219.719.7剩余物料由剩余物料由900900加熱到加熱到14001400吸熱吸熱52352312.412.4水汽自水汽自450450冷至冷至2020放熱放熱82823.33.3形成液相吸熱形成液相吸熱1031032.42.4合計(jì)合計(jì)25012501100100合計(jì)合計(jì)42354235100100Q=4235-2501=1734(kJ/kg-ck)Q=4235-2501=1734(kJ/kg-ck)生料在煅燒過(guò)程中的物理化

32、學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化n由此可見(jiàn)，生成1kg熟料理論上所需的熱量約為1734kJ/kg-ck，而碳酸鹽分解所需的熱量占熟料形成熱的46.0，故提高熱的利用率應(yīng)從碳酸鹽的分解著手，采取有效措施，降低熟料的單位熱耗。熟料冷卻放出的熱量占熟料形成過(guò)程中放出熱量的59.0，回收熟料中的熱量對(duì)降低熟料熱耗也是十分重要的。生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化此外，熟料的形成熱還可用下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：此外，熟料的形成熱還可用下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算： Q Q形形=G=G干干(4.5A1(4.5A12 2O O3 3+29.6CaO+17MgO)+29.6CaO+17Mg

33、O)284284式中式中 Q Q形形熟料形成熱，熟料形成熱，kJkJkg ckkg ck； G G干干生成生成1lkg1lkg熟料所需理論干生料量，熟料所需理論干生料量，kgkg； A1 A12 2O O3 3，CaOCaO，MgOMgO生料中各氧化物含量，生料中各氧化物含量，% %。 在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)1kg1kg熟料所需的熱量稱為熟料熟料所需的熱量稱為熟料的單位熱耗，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熟料的形成熱，目前熱利用率的單位熱耗，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熟料的形成熱，目前熱利用率比較高的生產(chǎn)廠，其熟料的單位熱耗也在比較高的生產(chǎn)廠，其熟料的單位熱耗也在3000kJ3000kJkg-kg-ckck以上，所

34、以水泥生產(chǎn)的熱效率是較低的，一般只有以上，所以水泥生產(chǎn)的熱效率是較低的，一般只有30%30%4040左右。若能提高水泥生產(chǎn)的熱效率左右。若能提高水泥生產(chǎn)的熱效率, ,對(duì)水泥工對(duì)水泥工業(yè)將是一個(gè)大的貢獻(xiàn)。業(yè)將是一個(gè)大的貢獻(xiàn)。配料的一般原則配料的一般原則n配料的一般原則是:易磨、好燒、強(qiáng)度高,三率值都是圍繞這個(gè)原則轉(zhuǎn)。n提高水泥產(chǎn)品的質(zhì)量主要辦法是提高熟料的質(zhì)量，而影響熟料質(zhì)量的主要控制指標(biāo)是熟料的KH。目前對(duì)熟料質(zhì)量控制的方法，依然是熟料的三率值，即KH、n、P，尤其是KH的控制更為重要。只有確定好日常生產(chǎn)控制KH的目標(biāo)值，才能生產(chǎn)出高標(biāo)號(hào)熟料，從而生產(chǎn)出高標(biāo)號(hào)水泥產(chǎn)品。采用KH計(jì)算出的熟料礦物

35、組成，雖然與采用電鏡等先進(jìn)儀器實(shí)測(cè)的有些差異，但是，采用KH控制生產(chǎn)，方法簡(jiǎn)單方便，目前依然是生產(chǎn)控制不可缺少的。 n確定KH目標(biāo)值最好的方法是將以前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，從而找出什么樣的KH質(zhì)量最好，熟料強(qiáng)度最高，同時(shí)也要把fCaO的大小考慮進(jìn)去，好的KH值應(yīng)該是生產(chǎn)出的熟料fCaO較少，強(qiáng)度較高，回轉(zhuǎn)窯好燒。具體操作方法是把前一、二年的熟料KH、fCaO、強(qiáng)度值系統(tǒng)的分類排隊(duì)，并進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，最后確定熟料KH的目標(biāo)值。 n如現(xiàn)在對(duì)窯外分解窯三率值的一般說(shuō)法是兩高一中，既高n、高P、中KH，但其中的中KH到底多少為宜，還需要通過(guò)一段生產(chǎn)實(shí)踐后才能找出合適的KH值。 n配料方案即便是相同他也會(huì)因?yàn)椴煌牡貐^(qū)不同的原材料，在煅燒時(shí)燒成溫度不同，生成的礦物也會(huì)不同，也就是說(shuō)生成的不一定是理論上計(jì)算的到的那幾種礦物。當(dāng)然了