窑操培训-基础知识篇

基础知识篇

一、硅酸盐水泥生产常识1水泥、水泥的分类水泥水泥是一种水硬性无机胶凝材料通常以1824年英国人J.Aspdin取得波特兰水泥名称专利时作为近代水泥工业的开始在建筑工程领域内水泥一直是应用最广、用量最大的建筑材料水泥按其化学成分可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、硫酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等品种（以后我们所有的讨论都是按硅酸盐水泥进行的）硅酸盐水泥硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料为主粉磨制成的，硅酸盐水泥的品质和性能也取决于所用硅酸盐水泥熟料的品质、性能和用量所以首先要弄清什么是硅酸盐水泥熟料在国家建材行业标准JC/T853-1999中对硅酸盐水泥熟料是这样定义的“硅酸盐水泥熟料，即国际上的波特兰水泥熟料（简称水泥熟料），是一种主要含CaO.Si

02、AI2O

3、Fe2O3的原料按适当的配比磨成细粉烧制部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物的水硬性胶凝物质”同时在国家标准GB175-1999对硅酸盐水泥作了如下定义“凡由硅酸盐水泥熟料、0〜5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材的称I类硅酸盐水泥，代号PL在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称II型硅酸盐水泥，代号P.II在硅酸盐水泥粉磨时，由于掺加混合材的品种和数量的不同，又派生出普通硅酸盐水泥（P.O）矿渣硅酸盐水泥（P.S）火山灰硅酸盐水泥（P.P）粉煤灰硅酸盐水泥（P.F）复合硅酸盐水泥P.c石灰石硅酸盐水泥P.L等品种2水泥熟料的化学成分和矿物组成

2.1水泥熟料中各主要化学成分及波动范围熟料中主要化学组分为CaO、Si

02、AI2O

3、Fe2O3其含量约占94〜98%微量组分主要有Mg、K

20、NaO.S03等，含量约2〜6%其化学成分波动如下成分CaOSi02AI2O3Fe2O3MgO简写csAFM波动范围％62〜6820〜243〜

72.5-

62.2水泥熟料的矿物组成及波动范围水泥熟料经高温煨烧后，各主要化学成分经过化合生成了所需要的矿物，其主要矿物组成及波动范围如下矿物名称硅酸二钙硅酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙结构式3CaOSiO22CaOSiO23CaOAI2O34CaOAI2O3Fe2O3简写C3SC2SC3AC4AF波动范围％50~6515-356-126〜

182.3水泥各矿物组成及混合材的水化反应及对水质量的贡献水泥熟料中C3s是以熔有杂质的固溶体形式存在的，称为阿利特，C2S、C3A、C4AF的固溶体分别称为贝利特、才利特和菲力特，严格说来这些固溶体与单矿物之间有一定的差异，一般为方便起见并不严格区分，因此，了解水泥水化和性能可以从单矿物着手硅酸三钙C3S的水化硅酸三钙的水化反应可用下式表示C3S+H—C+S+H+CH式中H为H20的简写，CH为Ca0H2的简写，C+S+H为水化硅酸钙的简写，其中的短线表示水化硅酸钙中的Ca、SiO

2、和H20的比例不定，C3s水化产生的C+S+H中Ca/Si原子比中间值约为L7~L8硅酸盐水泥中的C3S和P-C2S水化生成的C+S+H也称C+S+H凝胶，是硅酸盐水泥浆体的主要粘结组分，是水泥强度的根本来源，而同时产生的CH是六方晶体，几乎不产生强度硅酸三钙的水化速度快早起强度高且强度增进率大28天强度可达一年强度的70-80%就28天和一年强度而言是四重矿物最高的一般来讲水泥熟料中C3s含量高，说明其质量好，但也有负面的影响，一是c3s含量高的熟料燃烧困难，煨烧温度要求高，如果燃烧不充分易造成f-CaO含量高，对水泥的安定性和其他性能将造成不良影响；二是水化时生成的CH量较大，抗侵蚀性要差；三是水化时产生的水化热较高500kJ/Kg.sh不适用于大体积混凝土工程，但他还是水泥产生强度的主力军，是生产者追求的目标232硅酸二钙C2S的水化C2S水化反应式为C2S+H—C+S+H+CH与C3S的反应式基本相同，但生成的C+S+H中Ca/Si的壁纸比C3s小，水化产物中生成的CH也较少，因此抗侵蚀性能较好，C2s水化较慢，28天水化率仅为20%左右，早期强度较低，但一年以后的强度可赶上C3SC2s水化热较低250kJ/Kg.sh对大体积混凝土工程有利233铝酸三钙C3A的水化C3A的活性较高，和水接触后立即发生剧烈的水化反应，先生成两种亚稳相，最终生成C3AH63CaOAI2036H20凝结水化的速度相当快，如果不加石膏做缓凝剂易使水泥急凝水化热也是四种矿物最高的1340k〕/Kg.sh在有足量石膏CaSO4-2H2O存在的条件下，C3A水化时与石膏生成三硫钙钢石，形成细小的针状结晶，它与C+S+H凝胶一起在水泥颗粒周围形成紧密的被覆层，阻碍了C3A的快速水化，可起到延缓水化，调节凝结时间的作用C3A硬化快，它的强度3天内就可发挥出来，对水泥早期强度确有贡献，然而绝对值不高，以后强度几乎不再增长，甚至有倒缩的现象，由于其水化热高，在低温施工时对水泥水化也有促进作用，但不利于大体积混凝土施工，易引起冷缩开裂C3A需水量高，C3A每增加1%标准稠度用水量几乎增加1%每立方米混凝土用水量相应增加6〜8Kg使混凝土的强度及抗渗性、抗冻性能下降1%的水化速率高，其水化产物对水泥的干缩影响也大，会使混凝土产生裂纹，严重的会造成开裂，因此C3A的含量增多会使混凝土的耐久性变差另外C3A与减水外加剂的相容性也差，在现代高性能水泥中应适当减少C3A的含量234铁铝酸四钙C4AF的水化C4AF的水化在温度达15C以上时，最终生成C3AH6-C3FH6的固溶体，水化热为420kJ/Kg.shoC4AF具有较强的抗冲击性和耐磨性能，在生产道路硅酸盐水泥时，熟料中C4AF含量要大于16%o混合材的水化及作用矿渣、粉煤灰及火山灰质混合材，由于其活性低、水化慢，会降低水泥在标准要求的考核强度另一方面这些混合材经过细磨后确实可以改善水泥和混凝土的某些性能，如1）有些混合材（例入粉煤灰）与熟料水化时生成的Ca（0H）2产生火山灰反应，生成C+S+H凝胶，不仅提高了混凝土的密实性，其90天强度可达到或超过使用纯水泥的强度2）水泥中掺入混合材使水化热降低3）矿渣、粉煤灰、沸石等混合材在水化过程中能吸收可溶性碱生成沸石类矿物可抑制碱骨料反应同时还可减少干缩4）磨细的矿渣、粉煤灰等混合材还可以改善混凝土和砂浆的流动性能，减缓泌水和离析现象，增加塌落度，减缓塌落度的损失，改善工作性

二、熟料在烧成系统中的形成过程干燥带温度范围生料温度〜450C.主要任务

①物料升温至450C；

②物理水蒸发（生料进入窑系统后，大约在超过烟气的露点后75〜150C其间水分蒸发）o该反应在C2-C1上升烟道及C1筒和C3-C2上升烟道完成预热带温度范围450c〜700C，主要任务

①物料升温至700C；

②化合水脱水（粘土质原料）脱水反应在C3-C

2、C

2、C4-C3内进行，温度继续上升至700C碳酸盐分解带主要承担MgCO3和CaCO3的分解任务，是吸热反应碳酸盐在C4已有少量分解，主要分解反应发生在分解炉中，在C5也有少量分解反应发生，出C5筒的物料碳酸盐表观分解率达90%以上，其余部分的分解反应在回转窑内进行，入窑物料温度升至850C左右放热反应带（亦称过渡带）主要承担固相反应，生成C2S、C3A、C4AF以上三种反应生成的热量可使物料温度上升200C0放热反应在分解炉内、C5筒就有少量发生，大量反应是在进入回转窑内进行的烧成带主要承担熟料中最主要的矿物C3S的形成和f-CaO的吸收，完成熟料的最后烧成任务该带在回转窑内温度最高的部位在正常的配料范围内，物料在1280C时就开始出现液相，在1350〜1450C时液相量可达20%多（与配料有关）C2s和CaO先是溶于液相中，在液相中反应结合为c3s结晶析出，倒出地方使其他的C2s和CaO溶于液相，再结晶析出，这样使C3s大量形成，使f-CaO逐渐被C2s吸收窑内温度越高，液相粘度越低，C3s形成越快，f-CaO被吸收的越彻底，直至f-Ca逐渐被C2S吸收由此可见，影响f-CaO的因素⑴窑内燃烧温度越高，f-CaO吸收越快，f-CaO被吸收的越彻底，直至f-CaO最后被基本吸收（＜

1.5%）⑵配料中液相量越高（L）液相粘度越低，石灰石吸收越快；饱和比越低，石灰石吸收越快，但对熟料质量有影响，因此要兼顾熟料质量和燃烧能力达到最佳平衡点冷却带冷却带在1350〜1200C时，主要承担四项任务⑴使熟料中的C3A、C4AF及少量C5A3重新结晶（原已溶为液相）使C3s晶体停止发育⑵使部分液相形成玻璃体⑶回收热量加热

二、三次风重新回到窑系统内41200C以下，主要是冷却熟料，在585C时防止B-C2s转为r-C2S新型干法窑的冷却带主要在冷却机内

三、烧成系统三个区域的功能烧成系统分为三个既相互联系又相互制约的子系统，即预热器系统、烧成系统和冷却系统各区的传热方式不同，每个区域都有明确的控制目标预热器系统保持物料在悬浮状态下完成物料的预热、升温直至碳酸盐分解，保证入窑物料的碳酸盐分解率＞90%烧成系统的目的是使入窑的分解率在90%以上的物料在高温及液相的作用下生成C3S、C2S、C3A、C4AF并使熟料中f-CaO含量小于

1.5%冷却系统的任务就是要

①使熟料中的C3A、C4AF及少量C5A3重新结晶，使C3s晶体停止发育；

②使部分液相形成玻璃体；

③回收热量，加热

二、三次风重新回到窑系统内注1200C以下，主要是冷却熟料，在585C时防止B-C2s转为r-C2S。