水泥工艺知识

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1、水泥工艺知识一、水泥窑的类型和作用水泥窑目前主要有三大类，一类是窑筒体卧置（略带斜度），并能作回转运动的称为回转窑（也称旋窑）；另一类窑筒体是立置不转 动的称为立窑；第三类是新型干法悬窑， 最近几年新上大型水泥项目均采用此类窑。水泥立窑的类型及特点我国目前使用的立窑有两种类型：普通立窑和机械立窑。普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；机械立窑是机械 加料和机械卸料。机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高。 根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械 化立窑，逐步取代普通立窑。但根据环保节能法规，立窑在未来几年会全部被淘汰（好几个省都在 2010 年之前）。水泥回

2、转窑的类型即特点 水泥工业在发展过程中出现了不同的生产方法和不同类型的回转窑，按生料制备的方法可分为干法生产和湿法生产，与生产方法相 适应的回转窑分为干法回转窑和湿发回转窑两类。由于窑内窑尾热交换装置不同，又可分为不同类型的窑。回转窑的分类大致如下：1、湿法回转窑的类型：用于湿法生产中的水泥窑称湿法窑，湿法生产是将生料制成含水为 32%40%的料浆。由于制备成具有流动性的泥浆，所以各原料 之间混合好，生料成分均匀，使烧成的熟料质量高，这是湿法生产的主要优点。2、干法回转窑的类型：干法回转窑与湿法回转窑相比优缺点正好相反。干法将生料制成生料干粉，水分一般小于 1%，因此它比湿法减少了蒸发水分所需

3、的 热量。中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。所以原料混合不好，成分不均匀。新型干法窑从制造工艺上来讲，“新型干法生产”其实是指水泥熟料的“悬窑”生产法，区别于以往的“立窑”生产法，传统的湿法或立窑法生产低碱 硅酸盐水泥或中低热硅酸盐水泥难度较大，新型干法可以生产高硅酸率、高饱和比的水泥熟料，其熟料中硅酸二钙和硅酸三钙的含量可 高达76%80%，可煅烧任何品种的高质量硅酸盐水泥熟料是其领先之处；同时，它在环保、节能、产品质量上也优势明显，能将粉煤 灰等工业废料回收利用也成为其工艺的一个亮点。二、水泥的主要技术性能指标：（1）比重与容重：普通水泥比重为

4、 3：1，容重通常采用1300公斤/立方米。（2）细度：指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细，硬化得越快，早期强度也越高。（3）凝结时间：水泥加水搅拌到开始凝结所需的时间称初凝时间。从加水搅拌到凝结完成所需的时间称终凝时间。硅酸盐水泥初凝时间 不早于45分钟，终凝时间不迟于 12小时。（4）强度：水泥强度应符合国家标准。（5）体积安定性：指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性能。水泥中含杂质较多，会产生不均匀变形。（6）水化热：水泥与水作用会产生放热反应，在水泥硬化过程中，不断放出的热量称为水化热。三、常用的水泥品种：1）硅酸盐水泥：以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，添加适量石膏磨细而成。（2）普通硅

5、酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料，添加适量石膏及混合材料磨细而成。（3）矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料，混入适量粒化高炉矿渣及石膏磨细而成。（4）火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和火山灰质材料及石膏按比例混合磨细而成。（5）粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，加适量石膏混合后磨细而成。而按其主要水硬性物质名称分为：硅酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、 其它系列等。四、关于新型干法窑堵塞问题 预热系统堵塞时，一般有以下几种“症状”：堵塞部位以上多处负压剧烈上升；堵塞部位以下部位出现了正压；捅料孔、排风阀等处 向外冒灰，窑头通风不好，严重时

6、往外冒火。排风机入口，一级筒C1出口，分解炉出口，窑尾等处温度异常升高，甚至达到或超过危险 温度范围。预热器锥体负压急剧减少或下料温度减少。如果发现不及时，旋风筒内几分钟就积满了料粉，但往窑内下料却很少。对于五级旋风预热预分解窑来说，预热器系统内容易堵塞的部位主要有以下几处：1、旋风筒C2-C4锥体及翻板阀处。2、窑尾烟室、 窑尾斜坡和分解炉缩口。 3、五级旋风筒 C5 锥体膨胀腔及下料管。 4、分解炉及其连接管道。造成预热器系统堵塞的主要原因是在预热器和窑之间的 “内部循环”。当窑尾废气温度达到一定值时，粉尘就粘附在废气管道壁上， 而这种粉尘由于吸附了碱、氯、硫，故粘性很大，随着温度的上升，

7、粉尘粘附的数量和硬度也增加了，这便形成结皮。管道实际通风截 面就要减少，有时旋风筒顶部的粘灰脱落在旋风筒内，就使旋风筒下部堵塞。当预热器内生料和燃料含硫、碱较高时，温度达到400-600时SO2就会转化为S03, S03被生料粉吸收以后生成CaSo4，在860C 时CaSO3熔融并容易与料粉在预热器底部尾内部结成圈。 预热系统的结皮和堵塞最容易发生在最低的两个预热器内部，特别是最下一级旋风筒是最容易发生结皮的地方，在预热器和回转窑入口 处的沉积物含有较高的硫酸碱和氯化碱，窑气中含有的硫酸碱因熔融，凝聚而分离出来，形成与燃烧物质和窑灰相结合的物质。这样的 熔融物在生料颗料上形成薄膜，使流动恶化并

8、在预热器内造成堵塞。预热器系统堵塞除上述工艺方面原因外，还有操作方面，设备维护方面的原因。1、操作方面：喂料不均，生料量和成分波动，火焰形成不当，窑内还原气氛，不完全燃烧等容易造成预热系统结皮堵塞。2、设备维护方面：窑尾密封处，人孔、冷风闸门等漏风，预热器内剥蚀，翻板阀不灵活等也容易造成预热系统结皮堵塞。五、水泥的组分材料1、硅酸盐水泥熟料：凡适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为 主要成分的产物称为硅酸盐水泥熟料（简称熟料）。2、石膏：包括天然石膏和工业副产石膏、质量必须符合标准。3、活性混合材：系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。如高炉矿渣、火山灰和粉煤灰。4、非活性混合材：系指活

9、性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰的水泥混合材料，以及砂岩和石灰石。5、窑灰：从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘。6、助磨剂：水泥粉磨时允许加入起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂。其加入量不超过水泥质量的 1%。六、关于水泥原料与熟料 生产硅酸盐水泥用的原料，主要是石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅、氧化铝和少量氧化铁）。我国粘土质原料及燃料灰分一般氧化铝较高，含氧化铁不足。因此，当用这两种原料配合后，其成分满足不了水泥熟料成分要求时，需用铁质校 正原料，即采用石灰质原料，粘土质原料和铁质校正原料进行配料。 生产硅酸盐水泥用石灰岩中氧化钙含量，应大于等于 48%。

10、衡量 粘土质量主要看粘土的化学成分（硅率、铝率）、含砂量、碱含量及粘土的可塑性、热稳定性、正常流动的需水量等工艺性能，如要求硅 率2.5-3.5%（最好2.7-3.1）；铝率1.5-3%等。烧制一吨熟料一般需要石灰石1.3-1.5吨，粘土0.2-0.4吨，铁粉0.03-0.05吨。水泥原料经破碎、预均化后成生料， 生料成分均匀稳定对熟料烧成具有重要影响。衡量生料成分稳定性的重要指标是碳酸钙滴定值， 出磨生料碳酸钙滴定值波动范围，湿法窑不大于0.15%；干法窑不大于0.4%；立窑不大于0.5%。 一般生料以 0.08mm 方孔筛筛余量应 控制在 8-10%， 0.2mm 方孔筛筛余不大于 10%

11、为宜。生料的水分：湿法，料浆含水份33-40%；干法一般控制在1.2%以内。熟料煅烧是硅酸盐水泥生产工艺过程的第二阶段。是指将生料制备过程中制得的生料送入煅烧窑，经高温煅烧，发生一系列物理的、 化学的和物理化学变化后形成熟料的工艺过程。虽然生产方法和各种煅烧窑各有不同，但熟料煅烧过程大体相同。下面以湿法回转窑为例，来说明熟料的煅烧过程：熟料煅烧物料可分为：水分蒸发-生料预热-生料分解-熟料煅烧-熟料冷却五个功能单元。相应分为干燥带、预势带、分解带和放热 带，烧成带和冷却带。硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙（CaO）, 般范围为62-67%；二氧化硅（Si02）, 般范围为20-24%；三氧

12、化二铝（A12O3） 一般范围为4-7%；三氧化二铁（Fe2O3）, 般范围为2.5-6%。这四种氧化物组成通常在熟料中占95%以上，同时含有5%以下的少数氧 化物，如氧化镁（MgO）、硫酐（SO3）、氧化钛（TiO2）、氧化磷（P2O5）以及碱（k20、Na20）等。如熟料中若CaO含量过高，则 CaO 不能充分与硅酸性氧化物化合，部分呈现游离状态存在于熟料中，成“死烧状态”。这种“死烧状态”的氧化钙，其水化作用非 常缓慢，常发生在水泥凝结硬化过程之后的水泥石中，致使水泥石膨胀变形、破裂。如氧化铝和氧化铁，它们是熟料烧成过程中产生液 相的主要氧化物，如果它们的含量过高，则产生的液相量过多，使

13、物料易结大块而影响操作；如果含量过低，则产生液相量过少，使烧 成困难，熟料易于“粉化”。熟料中的矿物相原料中CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，这四种氧化物，经过高温煅烧后发生化合反应：硅酸盐矿物（CaO、SiO2）生成：硅酸二钙（2CaOSiO2）,简写为C2S，又称贝里特和硅酸三钙（3CaOSiO2）,可简写为C3S，又称阿 利特，二者合计占 75%左右。熔剂矿物（A12O3和Fe2O3）生成：铝酸三钙（3CaOA12O3）,可简写为C3A、铁铝酸四钙（4CaOA12O3 Fe2O3）简写为C4AF，又称才 利特、钙铁石，二者合计占 22%左右。七、熟料率值 率值就是用来表示水泥熟料

14、中多氧化物之间相对含量的系数。它是生产控制的一种指标。水硬率表示水泥熟料中氧化钙与酸性氧化物（SiO2、A12O3、Fe2O3）之和的质量百分数的比值，用HM或m表示。计算公式如下： HM（m） =CaO/ （SiO2+ Al2O3+ Fe2O3 ），通常波动值在1.82.4之间。硅率 表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。也表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例。用SM或n表示： 计算公式如下： SM（n）= SiO2/ Al2O3+ Fe2O3 通常硅酸盐水泥熟料的硅率在 1.72.7之间。铝率 铝率又称铁率或铝氧率。表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比，液表示熟料溶剂矿物中铝酸

15、三钙与铁铝四钙的比例，用 IM 或者 p 表示。计算公式如下： IM（p）= Al2O3/ Fe2O3通常硅酸盐水泥熟料的铝率在 0.91.7之间。为熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C2S和C3S）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含量的比值，也即表示熟料 中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。计算公式为：KH= （CaO -1.65Al2O3-0.35Fe2O3） /2.8SiO2为使熟料顺利形成，不出现过量游离石灰，通常KH值控制在0.820.96之间。七、硅酸盐水泥品质（技术）指标1、化学指标 氧化镁含量：在水泥熟料中，常含有少量与其他矿物结合的游离氧化镁，它是高温时形成的

16、方镁石，它水化为氢氧化镁的速度很慢，常 在水泥硬化以后才开始水化，在水化时产生体积膨胀，可导致水泥石结构产生裂缝甚至破坏，因此，它是引起水泥安定性不良的原因之一。因此，国家标准（GB175-1999）规定，水泥中氧化镁的含量不得超过5%。如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含 量允许放宽到 6%。三氧化硫含量：水泥中的 S03 主要是在生产时为调节凝结时间加入石膏而带来的，也可能是煅烧熟料时加入石膏矿化剂而带入熟料的。 适量石膏虽能改善水泥性能（如提高水泥强度、降低收缩性、改善抗冻耐蚀和抗渗性等），但石膏超过一定含量后，水泥性能会变差，甚 至引起硬化水泥石膨胀，导致结构破坏。因此水泥中S03的含量必须加以限制。现行国家标准规定，水泥中S03的含量