水泥生产工艺培训讲义PPT课件.ppt

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1、水泥生产工艺,我们一起来了解水泥工艺,基础篇 水泥的物理化学性质,第1节：水泥第2节：生产工艺流程第3节：破碎第4节：粉磨第5节：烧成第6节：制成第7节：包装出厂,第1节：水泥,水泥为什么会硬化？水泥的质量特点？怎样生产水泥？让我们慢慢揭开水泥神秘的面纱,水泥是什么？,水泥：凡细磨物料，加适量水后，成塑性浆状，即能在空气硬化，又能在水中硬化的水硬性胶凝材料，并能把沙石等材料牢固地胶结在一起的叫水泥。,我们生产的水泥定义和类型,我们生产的是硅酸盐水泥，生产的原材料主要由硅酸盐矿物组成统称为硅酸盐水泥.颜色:灰色的粉末，矿物组成：钙(石灰石)、硅酸盐（砂岩）、铝酸盐(黏土或页岩)、铁酸盐（铁粉）组

2、成。,从各种矿石开采到水泥经历一系列的变化，我们将从以下系列反应中看到物料的个种不同状态,开采 破碎 预均化 研磨 矿山 原料 经破碎的物料 初步配比的物料 校正原料 煅烧 粉磨粉料 熟料 水泥 石膏 混合材,水泥的质量（标号）是由水泥28天达到的抗压强度定义的。,水泥品种：,+混合材,熟料+石膏,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,那种材料可以直接进入水泥产品中,矿渣 活性混合材 熟料 火山灰粉煤灰石膏,同样的熟料可以研磨出不同性能的硅酸盐水泥,提高早期强度应减小水泥颗粒度，可以得出更细的强度更高的水泥水泥粉磨流程：,熟料石膏混合材,熟料是什么？,粉料通过预热、分解、煅烧、冷却得到的矿物质物料。熟料

3、生产在那里：烧成系统。1 配好的料粉在预热器里预热、干燥、分解。2 热源：分解炉、回转窑。3 冷却机：使熟料急冷，使助燃气体加热。,回转窑,冷却机,配好的料粉,预热器,熟料,粉料是什么？,粉料是通过对配好了的生料进行研磨和均化后得到一定细度的粉末状物料。生料磨流程：,均化库,生料磨,原料均化堆场,粗粉,成品,原料,去预热器,破碎车间,预均化堆场,我们面对环境是责任,破,破,去生料磨,小 结,矿山,破 碎,预均化堆库,生料磨,均化库,回转窑,篦冷机,熟料库,水泥磨,包装,水泥罐车,煤磨,你明白了吗！,料粉,研磨,分解炉,煅烧,冷却,袋装,第2节：生料和熟料组份,生料经过配料和研磨后被称为生料粉。

4、生料粉经过煅烧后成为熟料生料里都含什么那？煅烧过程都发生那些变化？煅烧过程都释放出什么？熟料里有那些矿物组成？,生 料,矿 山,开 采,砂岩 SiO2石灰石 CaCO3铝矾土Al2O3铁粉 Fe2O3,如果用煤做燃料灰分中会掺入微量SiO2 Fe2O3 Al2O3,你将收获它!,石灰石和硅质原料(黏土砂岩)不是很纯,互相掺有成分.为了达到一个合理的配值,人们会使用一些辅助纯净产品来补充这四种化学成分.生料由四种化学成分组成:CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3,煅烧,煅烧生料要成为熟料,主要经过两个阶段.1 分解 2 烧结第一阶段：分解CaCO3 820-900 CaO+CO2 煅烧过程中

5、释放的主要气体CO2。术语：LOSS。LOSS 烧矢量：表示生料煅烧成为熟料释放出的气体的生料百分比。CO2%=44/100 CaCO3 第二阶段：煅烧CaO和其它物质相结合的最后阶段被称之为烧结。3C+A 1260-1338 C3A（液态）4C+A+F 1260-1338 C4AF2C+S 1338-1420 C2S(固态熟料)3C+S 13381420 C3S（固态熟料）这就是熟料中的四种矿物。熟料的矿物组成：两种硅酸盐，两种铝酸盐。,煅 烧,1000克熟料中：C3S=3*56=228g C2S=2*56=172gC3A=3*56+102=270gC4AF=4*56+102+160=486

6、g,生料惰性物质,SiO2Fe2O3CaO Al203,烧失量 CO2,煅烧,熟料活性物质,C3S,C2S,C3A,C4AF,四种化学成分的比例决定熟料质量.如果生料中的四种成分有任何变化熟料中的矿物质的比例就会发生相应的变化.并因此改变熟料质量.,第3节：熟料质量,水泥的水化、凝结、强度。熟料矿物的水硬特性。煅烧和急冷的影响。不同类型熟料组成的实施。水化：水化是一种水硬产品与水反应结晶时其强度得到提高。短时间的水化被之凝结。加入石膏的目的：在于延缓和调节凝结时间。28天的抗压强度是水泥进行分级的依据 凝结：凝结的原因：C3A首先凝结，因为它的亲水性极强，它的水化速度很快。由于熟料中的f-Ca

7、O的存在和石膏的添加。C3A+C+nH C2AH8+C4AH13+释放大量的热 C3A 的强度在头两天迅速增加，然后它就相对保持低强，不在变化。在熟料的矿物里，C3A对水泥的凝结时间起着极为重要的影响，并会促进水泥的早期强度。影响水泥凝结时间的因素还有：1石膏的掺加量。2 C3A含量的提高。3 熟料研磨的细度。,强度,产生强度的首要原因：C3S C3S的水化：C3S决定水泥的28天强度，C3A决定水泥的凝结时间 为了熟料易于煅烧人们在生料中加入Fe2O3，使熟料中就产生了一种新矿物C4AF。C4AF不具有明显的水硬性。关于C2S是一种过渡矿物质。,C3S+3H CHS+2 CH 释放出热量 C

8、3S+3H2O CHS+2Ca（OH）2,C2S+C 1420 C3S,为全部形成C3S应该有：1 足够未化合的CaO2 高于1420的温度3 分布均匀的温度4 C2S和CaO有足够的反应时间,在工业条件下，由于四个条件很难满足所以：熟料中将残留尚未转变的C2S。这种熟料很难研磨,Ca（OH）2可导致水泥构件脆性，数量要少些,28天 一年 时间,C2S,C3S,强度,结论：C2S水化缓慢，但一年以后强度和C3S一样。,C3S和C2S的水化反应：,C3S+3H CSH+2Ca（OH）2+热量,C2S+3H 水化慢 CSH+2Ca（OH）2+热量,煅烧和冷却对熟料质量的影响,过 度 煅 烧,C3S

9、强度,C3S晶体尺寸,水化时攻击点消失,水 化 困 难,早期强度,煅烧过度将增加热耗，研磨时消耗更高,易磨性,研磨不佳的危险,研磨能耗,冷 却 过 慢,C3S C2S,需要更多的能量,同 样 产 品,强 度 不 变,四种矿物决定水泥的强度和凝结时间,小结,熟料矿物组成：C3S 55-65%C2S 11-21%C4AF 5-15%C3A 8-12%,熟 料,水 泥,+=,石 膏,水,C3A决定水泥凝结时间C3S决定水泥28天强度C2S晚期强度C4AF较小的水硬性,随 时 间 硬 化 的 产 品,根据某种水泥特性和矿物水化特性。可以推出熟料矿物组成。,利用化学分析结果，并借助于鲍格公式，确定矿物组

10、成,第4节：熟料的微量元素第一种微量元素：游离钙 f-CaO煅烧对熟料中游离钙的影响：,f-CaO的来源：CaCO3 CaO+CO2 煤中带入,f-CaO高的危害:水化时产生膨胀,体积扩大1.6倍.,f-CaO=膨胀,对于配料良好的生料来讲,游离钙的多少,显示着烧成的状况,第二种微量元素：碱 K Na 来源:生料中的黏土,煤粉中带入.在熟料中的存在形式:以硫酸盐的形式(可容性碱)K2SO3 和 Na2SO3或吸收到晶格中的碱.对熟料质量的影响:提高1-3天强度.降低28天强度.并影响水泥的和易性(稠度增加).,Ca2SO3 可以延长水泥凝结时间,提高熟料硬度(难磨),第三种微量元素：氧化镁 M

11、gO 来源：碳酸盐分解中产生的。性质：当氧化镁以晶体存在时 它的水化速度很缓慢。如果混凝土暴露在一定温度下。几年后会产生极大的膨胀。控制方法：使熟料迅速急冷，使液相固化将氧化镁吸收（防止其结晶）。,熟料矿物生成顺序：C4AF C3A C2S C3S,第5节：熟料率值,氧化钙不饱和系数 SM 硅酸率 N 碳酸盐品位,AM 铝氧率 P,熟 料 率 值,氧化钙饱和系数,影响1、7、28天强度,SM硅酸率,影响易烧性,AM铝氧率,影响凝结时间和水化性,氧化钙不饱和系数 第一种情况：0 为控制C3S/C2S的比例，应限制值。通常 3%7%如果7%则氧化钙含量不足。第二种情况：=0 如果煅烧理想的话：=0

12、 则 f-CaO C2S 的值为0。,F+A+S+C,这种情况是不存在的。C2S（10-20%）很多的（3-7%）f-CaO。第三种情况：0 无论烧成质量如何 熟料中的f-CaO含量会很高。,2.8S+1.65A+0.35F-C,SM 硅酸率 SM=S/A+F 硅酸率是生料中氧化硅和熔剂的比例。是易烧性的指示。,A+F,C3A+C4AF,LP,烧结时间,f-CaO,更易烧结,2.2SM3.2,硅酸率为2.2%以便获得足够的C2S、C3S 和较高的物理强度,硅酸率最高不能超过3.2%最低限度地保证溶剂量(液相),AM 铝氧率 AM=A/F 通过AM 来控制 C3A/C4AF 的比例。1AM2.5

13、,小 结,氧化钙不饱和系数,03%C3S含量高难于煅烧 含少量 f-CaO C2S7%CaO 含量不足.C3S少且强度不足.,硅酸率 SM,SM2.2 容易煅烧.强度低.SM3.2 难于煅烧 强度高,铝氧率 AM,C3A/C4AF 比例的控制.AM0.683 没有C3A,可以控制的两个方面：化学成分 化验室控制生料细度 生产部控制,生料化学成分变化原因：1 矿山原料质量自然的变化。2 原料配料称的可靠性问题。3 熟料转变类型。,第 6节：生料对煅烧的影响化学成分的影响 细度的影响 原料地质成分的影响,在SM AM 恒定时，下降的变化：熟料强度、易磨性、热耗、f-CaO都相应的提高变化。,SM

14、变化的有：A+F 液相 难于煅烧 更大热耗,SM C2S+C3S 且恒定，C2S C3S 易磨性和强度提高,化学成分变化的影响,在SM AM 恒定时，下降的变化：熟料强度、易磨性、热耗、f-CaO都相应的提高变化。,SM 变化的有：A+F 液相 难于煅烧 更大热耗,SM C2S+C3S 且恒定，C2S C3S 易磨性和强度提高,化学成分变化的影响,化学成分变化的影响,在SM AM 恒定时，下降的变化：熟料强度、易磨性、热耗、f-CaO都相应的提高变化。,SM 变化的有：A+F 液相 难于煅烧 更大热耗,SM C2S+C3S 且恒定，C2S C3S 易磨性和强度提高,铝氧率提高：出现液相温度提高

15、；液相稠度增大；结圈危险降低。,细度的影响,细度变细 大量烧结点 易于热交换 易于煅饶 易于研磨 降低烧成成本,原料地质成分的影响,在天然生料里，分子可以随时相互化合。在人工原料里应破坏其化学键才能进行化合。人工原料比天然生料的煅烧需要更多的热耗。,小结,为了使煅烧更容易,生料化学成分,制备均匀稳定的生料,煅 烧,细研磨,原料细度,避免使用单一产品,原料地质成分,第 7节：燃料,燃料种类：燃料油 煤 天然气 石油焦 可燃垃圾 生料煅烧成熟料要消耗大量热量。,生 料 1.55吨,780兆卡,熟 料 1吨,燃料的选择总先考虑以下因素和综合情况.,设备成本,燃料选择,热 耗,煅烧干扰,熟料质量,煤,

16、煤的化学成分:S Al Fe Ca元素含量:C=55-65%H=3-5%N=1-2%S=0.5-1%水泥厂使用煤的质量5500兆卡-7000兆卡生产100吨熟料,要低热值煤14吨.(5500)生产100吨熟料,要高热值煤11.5吨.(7000),煤的挥发分:碳和氢以碳氢化合物形式存在.要想得到充分燃烧必须把煤研磨的很细.要根据挥发成分的含量来确定煤的研磨细度.20%的挥发成分 90筛余10%30%的挥发成分 90筛余14.5%,煤的灰分：灰分在煤里占15-35%，它不参与燃烧，不具可燃性。灰分里含的成分有：S C A F。煤燃烧后变成了：存在熟料之中；与窑皮结在一起。,几种燃料的对比,第 8节

17、：燃烧,燃烧反应,燃烧 是助燃剂中氧气和燃料之间放热化学反应的过程。,燃 料,助 燃 剂,热量,燃烧产物,烟气,灰分,燃烧释放释放的热量取决于燃料的化学成分,C+O2 CO2+97.6千卡,H2+O2 H2O+58.2千卡,H2+O2 H2O(液态)+69.1千卡,S+O2 SO2+70.7千卡,以煤作燃料，看看它的成分：,C=67.5%H2=4%O2=3%N2=2%S=2%,根据燃烧反映,燃烧 12克的碳需要22.4升的O2 2克的氢需要11.2升的O2 32克的硫需要22.4升的O2,除了这些元素外,还有含在灰分里的:Si AI Fe Ca燃烧1Kg煤需要氧气量为1477升.空气的氧气含量

18、为20.8%.推算需要空气7100升,等于7.1NM3C=22.4675/12=1260升O2 H=11.240/2=224升O2S=22.420/32=14升O2 燃煤带来的氧气是:O2=30/3222.4=21升 燃烧1Kg煤需要氧气量为:1260+224+14-21=1477升,燃烧1kg固体或液体燃料或1立方米煤气所需的空气量被称为燃料的燃烧空气量.燃烧时空气量恰好是所需空气量时,则被称之为完全燃烧.,烟气:是燃烧时,燃料释放出的燃烧气体.,燃烧1Kg煤时的烟气生成量是7378升。即 7.38Nm3,需要空气量与烟气生成量,它们之间存在着差别，是由于燃料中存在着H2在燃烧中会放出气体H

19、2O。燃料中O2也存在。,所提供的空气量为 7100升,烟气生成量7378升,空气需要量,热值,烟气生成量,完全燃烧,最佳能量效率,事实上,还原燃烧,过量的燃料,不可能实现,氧 化 燃 烧,过量空气,还原燃烧时,C+1/2O2 CO+29.4千卡,不良结果：1 烧成带热损失。2 窑尾进入漏风CO再次燃烧。3 碱性挥发物增多有结皮危险。4 CO在电收尘遇电火花发生爆炸。5 为防止事故发生，应确保在氧化气氛下燃烧。,氧化燃烧时,C+1/2O2 CO2+68.2千卡,供给等于化学计算的空气量,能够直接利用燃烧释放出来的所有热量.避免生成CO而带来的危害.供给精确的空气量,可以说:燃烧在过剩空气条件下

20、工作,这部分O2不被燃料消耗.我们应限制过剩空气量.因为加热这部分空气将消耗热能.烟气里的02浓度应限制在2%.该值对应的空气量是2/20.8*100%=9.62%.多10%的过剩空气,相对火焰温度下降120.生产1Kg熟料多消耗10千卡热量.,如果有电火花,将产生爆炸,小结:,1.燃烧1公斤液体或固体燃料或1立方体煤气所释放的热量被称之为燃烧热值.,2.如果燃烧时产生水(H20)以蒸汽状态存在,这便涉及了PCI 即低热值.,3.燃烧1kg固体或液体燃料或1立方米煤气所需的空气量被称为燃料的燃烧空气量.,4.燃烧时空气量恰好是所需空气量时,则被称之为完全燃烧.,燃烧空气量=完全燃烧,5.实际上

21、应该在氧化条件中工作,过剩空气量控制在9.62%.与该值对应的过剩O2浓度是2%.,O2%2.5 0.8,过剩空气,可 以,危 险,CO,10,成本更高,4,第9节：挥发组分（Na K S03 CI）的循环,挥发组分的性质和来源 挥发循环和冷凝循环,1 2%料 流 挥 发 组 分 料 流,循环负荷 影响循环负荷的因素 挥发组分的影响,生料+燃料,挥发组分影响和后果,气态,a 是入窑挥发组分的质量流量 K2S04循环,a a a-ka,固 化,挥发,冷凝,大部分挥发组分Ka（0k1）熔化.然后挥发剩余部分(a-ka)被物料带走.并聚集在物 料里.在循环结束时,挥发组分ka 冷凝,并添加到新的入窑

22、挥发组分中去.,第一循环的挥发组分ka加上新的挥发组分（最初流量）（a+ka）那么挥发组分就是（k+k2）即（k+k2）a它被称作挥发组分的循环负荷m。,入窑的挥发组分的数量=出窑熟料中挥发组分的数量,M=a/1-k,怎样控制循环负荷,缺少O2就易于挥发，为避免这一点，应当确保不出现还原反应如果O2由0.5%增加到3%，挥发就会减少一半。,控制四个方法,1 通过控制过剩空气。2 通过控制烧成带温度。3 通过控制生料研磨细度。4 通过控制燃料成分,窑内挥发组分积累的危害,生料中的挥发组分的危害,熟料质量：碱对熟料28天强度有危害,对设备的危害：腐蚀金属壳体,对混凝土的骨架有腐蚀的危险,对电收尘内

23、部极板的腐蚀,烟室结皮/预热器堵塞的危险,减低产量的危险,对于工厂：人、设备、好的原料、好质量、好的市场、好的结合=好多的钱,28、举一而反三，闻一而知十，及学者用功之深，穷理之熟，然后能融会贯通，以至于此。朱熹29、读书之乐乐陶陶，起并明月霜天高。朱熹30、读书之法无他，惟是笃志虚心，反复详玩，为有功耳。朱熹31、读书无疑者须教有疑，有疑者却要无疑，到这里方是长进。朱熹32、为学之道，莫先于穷理；穷理之要，必先于读书。朱熹33、读书譬如饮食，从容咀嚼，其味必长；大嚼大咀，终不知味也。朱熹34、读书无疑者，须教有疑，有疑者，却要无疑，到这里方是长进。朱熹35、举一而反三，闻一而知十，及学者用功之深，穷理之熟，然后能融会贯通，以至于此。朱熹36、我从未知道过有什么苦恼是不能为一小时的读书所排遣的。孟德斯鸠37、喜爱读书，就等于把生活中寂寞无聊的时光换成巨大享受的时刻。孟德斯鸠38、有时间读书，有时间又有书读，这是幸福；没有时间读书，有时间又没书读，这是苦恼。莫耶 39、读书人不一定有知识，真正的常识是懂得知识，会思想，能工作。徐特立,