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1、熟料的生产,产品和质量亚洲技术中心（ATC）,绪论 比率和其他控制参数的影响 熟料形成阶段及最适宜的煅烧和冷却条件 熟料阶段的特征 次要成分 每一阶段对质量的影响,目录,熟料的生产是一个基本的化学/矿物（制陶）过程 它是水泥生产的一个中间环节 相对“不纯的”物质 杂质对水泥的特性有影响,绪论,下列各点我们会一一介绍,化学成分的控制 用公式表示比率 .哪些？ 物理参数的控制 恰当的解释,一般控制？,石灰饱和率（LSF） 与理论上要求以C3S、C3A和C4AF 的形式使S、A和F饱和的石灰相比， LSF是CaO的实际比率 通常的范围是 93 - 98 各种物质更容易发生化合反应 LSF越高，游离氧
2、化钙就越难以煅烧,比率的影响,硅氧率 典型的硅氧率：2.0 到 2.9 固态变为液态的比率：固态SiO2，液态A+F SM的增加更高的可煅烧性 (更多C3S) 对SR变化敏感的窑工艺（窖皮、环） 成粒的减少 耐火材料的保护窖皮的减少,比率的影响,氧化铝系数 典型的氧化铝系数是1.5到2.5 高温的液态氧化铝促进熟料化合物的生成 氧化铝系数越低，煅烧就越容易 AM的增加最初有更多的液态氧化铝 AM越多，C3A的含量就越高,比率的影响,细度 影响可化合温度 废料的化学成分 与生料接近的成分 钙质废料游离石灰和二钙硅酸盐 硅土废料化合性差 液态 1400C时的典型比例是24-27% 液态的比例越高，
3、煅烧就越容易 液态过多会产生珠滴等物 可煅烧性 拉法基K1450指数,其他控制参数的影响,矿物学和细度,粗废料的矿物类型会影响粗废料在窑里的可化合温度,CaOx的含量过高会导致硬混凝土发生膨胀。 含量过低则是熟料煅烧过度的结果。这样的熟料活性也低。 CaOx最合适的含量大约是1 %。,游离石灰的影响,这里，游离石灰是指不与其它成分化合的石灰（生石灰）,碱性硫化等级（比率） ASG % = SO3 % 1,29 Na2O+ 0,85 K2O 意义？值是多少？,碱性硫化等级（ASG）,碱与硫酸盐的混合物 (生料+燃料),为什么ASG 很重要？,碱 硫酸盐 混凝土的可煅烧性, 可用性及耐久度差,碱
4、= 硫酸盐 早期强度增加 + 0.1% Na2O溶胶 1天后达到1.5 KPa,硫酸盐 碱 熟料更细, 熟料的可磨性差 1% +5 kWh/t,绪论 比率和其他控制参数的影响 熟料形成阶段及最适宜的煅烧和冷却条件 熟料阶段的特征 次要成分 每一阶段对质量的影响,目录,窑里发生了什么？,一区： 游离水分的蒸发 二区： 脱水 三区： 脱碳 四区： 成料 (煅烧区) 五区： 冷却,窑里发生了什么？,一区：游离水分的蒸发 100到400 C 将原料湿气中的水分蒸发出去。 干燥过程中只需要消耗非常少的能量，因为生料的湿度很低。,窑里发生了什么？,二区：脱水 在350C和650C之间 粘土的晶体水开始流失
5、。 2SiO2.Al2O3.2H2O 加热 2SiO2.Al2O3 + 2H2O 400C 碳酸镁分解为氧化镁和二氧化碳，因为碳酸镁的分解压力在这个温度达到了大气压力。 MgCO3 + 热 MgO + CO2 550C CaCO3 在这一温度开始分解。,窑里发生了什么？,三区：脱碳 900C 在这个区，CaCO3 迅速地分解成CaO和CO2，因为在这一温度达到了其分解压力。大量的游离石灰生成出来，并开始发生反应： CaCO3 CaO + CO2 先和SiO2反应 2CaO + SiO2 2CaO.SiO2 再和Al2O3反应 2CaO + Al2O3 2CaO.Al2O3 2CaO + Fe2
6、O3 2CaO.Fe2O3,窑里发生了什么？,三区：脱碳 游离的CaO与SO3化合生成无水石膏。 CaO + SO3 CaSO4 无水石膏与粘土中的碱金属氧化物反应，生成碱式硫酸盐。 CaSO4 + Na2O CaO + Na2SO4 CaSO4 + K2O CaO + K2SO4 or 3K2SO4.Na2SO 一般来说，SO3的量不够与碱金属氧化物反应；这些多余的碱金属氧化物然后就有以下反应： Na2O + C3A NaC8A3 K2O + C2S KC23S12 在850C C2A 转化为C12A7,窑里发生了什么？,四区：成料 (燃烧区) 1200C 二钙硅酸盐最终形成了 2CaO +
7、 SiO2 2CaO.SiO2 C12A7 在石灰中的浓度增大，并转化为C3A C2A和C2F 形成C4AF的固溶体 4CaO + Al2O3 + Fe2O3 C4AF 在1250C和1300C之间 C3A 和C4AF液化并形成熔剂。这个过程要吸热。 C2S 与游离CaO化合形成了熔剂形式的C3S, 反应式： CaO + C2S C3S,窑里发生了什么？,四区：成料 (煅烧区) 碱式硫酸盐分解为碱金属氧化物和SO2 R2SO4 + 热量 R2O + SO2 + 1/2 O2 无水石膏分解为CaO和SO2 CaSO4 + 热量 CaO + SO2 + 1/2 O2 燃料中的碳被氧化成一氧化碳,
8、然后再氧化成二氧化碳. C + O2 CO + 1/2 O2 CO2 ,窑里发生了什么？,五区：冷却 从1400C到1250C 在窑的后部将窑火温度冷却到1250 C 进一步快速冷却 (每分钟18-20 C) 熟料阶段和液态阶段受到冷却率的影响 C3A和C4AF由液体变为晶体 C2S和C3S “不稳定”，并被“锁定”为液态 缓慢冷却影响熟料阶段 C3A和C4AF生成相对很大的晶体 C3S 变得不稳定，分解为C2S和FCaO,窑里发生了什么？,熟料矿石是如何形成的,煅烧方法 窑进料口的煅烧度 煅烧环境 氧化窑气 还原窑气 对熟料成分的影响 冷却率,影响熟料质量的因素,煅烧方法 窑中熟料准备情况的
9、好坏会极大地影响熟料的质量。 高质量的熟料需要： 注意过多的游离石灰 (过多的游离石灰 - 膨胀) 注意过少的游离石灰 (过少的游离石灰 - 煅烧过度 - BZ高温 - 烧坏窑砖 - 高能耗),影响熟料质量的因素,煅烧环境 氧化环境是必需的。 窑的稳定性 各个阶段的“正确”形成 化学分析和Bogue 计算法是按氧化物（比如Fe2O3、SO3）的形式进行的。如果按还原物（比如FeO、Fe2S、S）的形式进行分析和计算，那么实际的矿物含量就会和按氧化物形式计算的含量有很大的不同，而药剂师也就不知道了。 切记不要采用还原条件！,影响熟料质量的因素,原料中碳含量高 窑进料口的硫化铁含量高 窑火设计不好
10、（与窑壁接触的未燃烧燃料） 燃烧器导管不成直线（窑火紧靠熔结块层） 窑煤太粗（煤灰沉积过慢） 水泥窑负荷过重（CO2 含量增加） 代用燃料的使用（轮胎, 塑料制品） 骨粉的使用,影响熟料质量的因素,造成还原环境的原因,还原环境 还原环境会阻碍C3S的生成，使C3S的含量降低。 FeO会增加C3S的不稳定性：在缓慢的冷却过程中，A-水泥石降解为B-水泥石和游离石灰。 在还原环境中，碱式硫酸盐分解出SO2，SO2就从窑系统中损失出去。 未化合的碱性化合物暴露在外，会吸收大气中的水分，使库中水泥在空气中凝结，其和易性也随之降低。 保留游离石灰需要升高煅烧温度。 还原环境下的铁不会形成C4AF，而是会
11、形成其他产物，比如FeO、 Fe2S或者Fe。本会形成C4AF的铝现在可以形成更多的C3A。,影响熟料质量的因素,冷却率 煅烧区末端和窑口护铁之间的时段 影响C3A/C4AF和方镁石的晶体大小 冷却过慢会影响水泥强度 C3A 和C4AF 生成相对较大的晶体 C3S 变得不稳定，分解为C2S + FCaO,影响熟料质量的因素,快速升到最高温度 晶体小 小煅烧区 最大反应活性 恰当的火焰形状和位置 氧化条件/煤灰化合物 在冷却机中骤冷 适当“冻结”晶体结构 冷却机允许热传递和熟料处理,最适宜的煅烧和冷却条件,绪论 比率和其他控制参数的影响 熟料形成阶段及最适宜的煅烧和冷却条件 熟料阶段的特征 次要
12、成分 每一阶段对质量的影响,目录,熟料矿石,熟料各阶段,C3S, A-水泥石 占熟料的52%到65% 水泥主要的强度成分 早期强度高，后期强度好 水合反应快 含有杂质：Mg、Al、Fe 如果C3S 65%，窑进料口煅烧就很困难,C3S的特性 (A-水泥石),C2S, B-水泥石 占熟料的15%到25% 早期强度低，但后期强度高 水合反应慢 含有杂质：碱性化合物、铝、铁、氟化物 更高的C2S含量会对熟料的可磨性产生不利的影响,C2S的特性 (B-水泥石),C3S和C2S,C3S “A-水泥石”,C2S “B-水泥石”,0.1 mm,0.1 mm,C3A 加热水合反应快 添加石膏控制反应速率 早期
13、强度 占熟料的8%到12% 对混凝土质量的重要影响 塑性/和易性 在水/土中抗硫酸盐 C4AF 决定水泥的颜色：C4AF越多=水泥颜色越深 对强度没有影响 占熟料的6%到9%,C3A和C4AF的特性,C3A和C4AF,C3A,C4AF,0.1 mm,铁 ( C4AF ),C4AF 影响水泥颜色,主要矿物成分的强度变化,不同熟料成分的比较,%,熟料,平均,早期,强度,凝固时间,HS,熟料,白水泥,低热,C3S,60,70,50,57,63,50,C2S,14,4,24,21,19,25,C3A,11,11,11,1,12,5,C4AF,8,8,8,16,1,12,绪论 比率和其他控制参数的影响
14、熟料形成阶段及最适宜的煅烧和冷却条件 熟料阶段的特征 次要成分 每一阶段对质量的影响,目录,C,次要成分： 5 %,S,A,F,次要化学成分,MgO 2.0 SO3 1.0 K2O 0.7 Na2O 0.2 氯化物 0.02 P2O5 0.15,次要成分,原料 石灰石MgO 页岩/粘土K2O, Na2O, Cl 氧化铁SO3,燃料 煤Cl, K2O, Na2O 焦油SO3 油/溶媒Hg, ZnO, PbO 塑料Cl 轮胎Fe2O3 骨粉P2O5,次要成分,次要成分虽然仅占熟料成分的3%到6%，但是可以影响,化合性 熟料的成粒和窑皮环的形成 后端堵塞和堆积 沉淀剂粉尘组成和性质 烟囱废气 水泥质
15、量,28天强度 (MPa),碱性化合物总量 (%),来自原料或燃料 Na2O和K2O减少28天强度,碱性化合物,碱性化合物对强度的影响,熟料中的硫酸盐和碱金属,熟料 煅烧工艺,C3A 斜方晶结构和立方晶结构,斜方晶结构的C3A, 富含碱金属元素,立方晶结构的C3A, 缺乏碱金属元素,= 活性很强,不同燃料的影响,不同燃料对 窑内温度的影响是？ 熟料成分的影响是？ 水泥质量的影响是？,示例：对水泥质量的影响,氯化物和碱 塑料/原料/煤的主输入 含灰量 煤的输入,以及这些物质之间的相互作用,物质相互作用,灰环 挥发性成分凝聚成灰 灰变粘并聚集成环 碱盐 起初在成粒区挥发 NaCl、KCl、CaCl2形成 (在600-800C) 硫酸盐环 存在于煅烧区 矿物的形成（硫硅酸钙 2C2S.CaSO4） 是碱促进形成的，在1200C的高温也保持稳定,挥发物环是在哪里产生的？,对成功的熟料生产的主要要求,生料达到化学要求 生料足够细 统一的化学成分窑进料+ 燃料 理想的煅烧区（没有还原条件） 快速冷却煅烧区温度 将次要成分对熟料质量的影响减到最小,小结, refresh., 休息一下.,