水泥熟料的形成过程PPT优质资料课件

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水泥熟料的形成过程,水泥熟料的形成过程,1,水泥熟料的形成,1,、新型干法水泥熟料煅烧工艺过程,2,、煅烧过程物理化学变化,3,、熟料形成热,4,、熟料在回转窑内煅烧,5,、回转窑热经济分析,水泥熟料的形成 1、新型干法水泥熟料煅烧工艺过程,2,1,、新型干法水泥熟料煅烧工艺过程,新型干法水泥生产采用预分解窑煅烧熟料，预分解窑系统由悬浮预热器、分解炉、回转窑、冷却机等组成。生料均化库中的生料经卸料、计量、提升、定量喂料后由气力提升泵或提升机送至窑尾悬浮预热器，经预热和分解后的物料进入回转窑煅烧成熟料。回转窑和分解炉所用燃料煤由原煤经烘干兼粉磨后，制成煤粉并储存在煤粉仓中供给。,熟料经篦式冷却机冷却后，由链斗输送机送入熟料库内储存。,1、新型干法水泥熟料煅烧工艺过程新型干法水泥生产采用预分解窑,3,水泥熟料的形成过程PPT优质资料课件,4,新型干法水泥熟料煅烧工艺流程图,新型干法水泥熟料煅烧工艺流程图,5,2,、煅烧过程物理化学变化,水泥熟料的形成过程，是对合格的水泥生料进行煅烧，使其连续被加热，经过一系列的物理化学反应，形成熟料，再进行冷却的过程。,生料在加热过程中，,依次发生自由水的蒸发、粘土质原料脱水与分解、碳酸盐分解、固相反应、熟料的烧结及熟料的冷却,等重要的物理化学反应。这些反应过程的反应温度、反应速度及反应产物不仅受原料的化学成分和矿物组成的影响，还受反应时的物理因素诸如生料粒径、均化程度、气固相接触程度等的影响。,2、煅烧过程物理化学变化水泥熟料的形成过程，是对合格的水泥生,6,煅烧1kg熟料，在理论上要消耗16501800,提高反应温度，质点能量增加，增加了质点的扩散速度和化学反应速度，可加速固相反应。,1、新型干法水泥熟料煅烧工艺过程,4、熟料在回转窑内煅烧,煅烧1kg熟料，在理论上要消耗16501800,是指实际生产过程中每形成1Kg熟料所消耗的热量。,从窑尾起至物料温度1280止为过渡带，主要任务是物料升温及5%左右碳酸钙分解和固相反应。,液相粘度对硅酸三钙的形成影响较大。,其中，碳酸钙在水泥生料中所占比例80%左右，其分解过程需要吸收大量的热，是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个过程，因此，它是水泥熟料煅烧过程重要的一环。,但应注意温度过高，将增加废气温度和热耗，预热器和分解炉结皮、堵塞的可能性亦大。,悬浮预热器 分解炉 回转窑,从窑尾起至物料温度1280止为过渡带，主要任务是物料升温及5%左右碳酸钙分解和固相反应。,生料的均匀混合，使生料各组分之间充分接触，有利固相反应进行。,Na2O、K2O使液相粘度增大,而Na2SO4或K2SO4则使液相粘度降低。,在悬浮预热器和分解炉内，由于生料悬浮于气流中，基本上可以看作是单 颗粒，其传热系数较大，特别是传热面积非常大，分解过程的速率受化学反应 过程所控制。,在配合生料适当，生料成分稳定的条件下，硅酸盐水泥熟料在12501280开始出现液相，1300左右时Ca0和C2S溶入液相中开始大量生成C3S，这一过程也称为石灰吸收过程。,MgCO3 MgO+CO2(10471214)J/g,自由水的蒸发,排除生料中自由水分的工艺过程也称之为干燥。,生料都含有一定量的自由水分，随着温度的升高，物料中的水分被蒸发，,当温度升高到,100,150,时，生料中的自由水分全部被排除,，这一过程称为干燥过程。新型干法水泥生料水分小于,1%,，,在预热器内瞬间完成,。,煅烧1kg熟料，在理论上要消耗16501800自由水的蒸发,7,粘土质原料脱水和分解,脱水是指粘土矿物分解放出化合水。,粘土矿物的化合水有两种：一种是以,OH,一离子状态存在于晶体结构中，称为晶体配位水,(,也称结构水,),；另一种是以水分子状态吸附于晶层结构间，称为晶层间水或层间吸附水。所有的粘土都含有配位水；多水高岭土、蒙脱石还含有层间水；伊利石的层间水因风化程度而异。,层间水在,100,左右即可排除，而配位水则必须高达,400,600,以上才能脱去,粘土质原料脱水和分解,8,当温度升到,450,时，,粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示：,Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO2+2H2O,高岭土 无水铝硅酸盐,(,偏高岭土,),水蒸气,Al2O32SiO2Al2O3+2SiO2,高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。高岭土在失去化合水的同时，本身晶体结构遭受破坏，生成了非晶质的无定形偏高岭土,(,脱水高岭土,),，由于偏高岭土中存在着因,OH,一基跑出后留下的空位，故可以把它看成是无定型的,SiO2,和,Al2O3,，这些无定形物具有较高活性，为下一步与氧化钙反应创造了有利条件。,当温度升到450 时，粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反,9,碳酸盐分解,生料中的碳酸钙和夹杂的少量碳酸镁在煅烧过程中分解并放出,CO2,的过程称碳酸盐分解。,碳酸盐的分解速度随着温度升高而加快，在,600,700,时碳酸镁已开始分解，加热到,750,分解剧烈进行；碳酸钙分解温度较高，在,600,时只有微弱分解发生，但,快速分解温度在,812,928,之间变化,。,碳酸盐分解,10,MgCO3,在,600,、,CaCO3,在,890,时的分解反应式如下：,MgCO3,MgO+CO2(1047,1214)J/g,CaCO3,CaO+CO21645J/g,其中，碳酸钙在水泥生料中所占比例,80%,左右，其分解过程需要吸收大量的热，是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个过程，因此，它是水泥熟料煅烧过程重要的一环。,MgCO3在600、CaCO3在890时的分解反应式如下,11,碳酸钙分解反应的特点,1,可逆反应,碳酸钙的分解过程受系统温度、周围介质中,CO2,的分压影响较大。升高温度并供给足够的热量，及时排出周围介质中的,CO2,可使碳酸钙的分解速度加快。,2,强吸热反应,每,1kg,纯碳酸钙在,890,时分解吸收热量为,1645J/g,，是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程，,其分解过程中消耗的热量约占干法窑热耗的一半以上。,碳酸钙分解反应的特点,12,3,烧失量大,每,100kg,的纯,CaCO,分解后排出挥发性,CO,气体,44kg,，烧失量占,44%,。,4.,分解温度与,CO2,分压和矿物结晶程度有关,3烧失量大,13,碳酸钙的分解过程,一颗正在分解的,CaCO3,颗粒，颗粒内部的分解反应可分为下列,5,个过程：,热气流向颗粒表面传进分解所需要的热量,Qi,；,热量以传导方式由表面向分解面传递的过程；,在一定温度下碳酸钙吸收热量，进行分解并放出,CO2,的化学过程；,分解放出的,CO2,，穿过,CaO,层，向表面扩散传质；,表面的,CO2,向周围气流介质扩散。,碳酸钙的分解过程,14,在这,5,个过程中，有,4,个是物理传热传递过程，唯独碳酸钙吸收热量分解放出,CO2,的过程是一个化学反应过程。在颗粒开始分解与分解面向颗粒内部深入时，各过程对分解的影响程度不相同，哪个过程最慢，哪个便是主控过程。即碳酸钙的分解速度受控于其中最慢的一个过程。,分解速度或者分解所需的时间将决定于化学反应所需时间，即反应生成的,CO2,通过表面,CaO,层的扩散是整个碳酸钙分解过程中的速度控制过程。,在这5个过程中，有4个是物理传热传递过程，唯独碳酸钙吸收热量,15,影响碳酸钙分解速度的因素,1,石灰质原料的特性,以最常见的石灰石为例，当石灰石中伴生有其他矿物和杂质一般具有降 低分解温度的作用。,2,生料细度和颗粒级配,生料粉磨得细，且颗粒均匀、粗粒少，生料比表面积增加，使传热和传质速度加快，有利于分解反应进行。,影响碳酸钙分解速度的因素,16,3,生料悬浮分散程度,生料悬浮分散差，相对地增大了颗粒尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。,4,温度,提高反应温度，分解反应的速度加快，分解时间缩短。但应注意温度过高，将增加废气温度和热耗，预热器和分解炉结皮、堵塞的可能性亦大。,3生料悬浮分散程度,17,5,系统中,CO2,分压,通风良好,CO2,分压较低，有利于,CO2,的扩散和加速碳酸钙的分解。,6,生料中粘土质组分的性质,如果粘土质原料的主导矿物是高岭土，由于其活性大，在,800,下能和氧化钙或直接与碳酸钙进行固相反应，生成低钙矿物，可以促进碳酸钙的分解过程。反之，如果粘土主导矿物是活性差的蒙脱石和伊利石，则,CaCO3,的分解速度就慢。,在悬浮预热器和分解炉内，由于生料悬浮于气流中，基本上可以看作是单 颗粒，其传热系数较大，特别是传热面积非常大，分解过程的速率受化学反应 过程所控制。在分解炉,(,物料温度,850,左右,),，只需几秒钟即可使碳酸钙分解率达到,85%,95%,。,5系统中CO2分压,18,固相反应,反应过程,通常在碳酸钙分解的同时，分解产物,CaO,与生料中的,SiO2,、,Fe2O3,、,Al2O3,等通过质点的相互扩散而进行固相反应，形成熟料矿物。,水泥熟料矿物,C,3,A,和,C,4,AF,、,C,2,S,的形成是一个复杂的多级反应，反应过程是交叉进行的。,水泥熟料矿物的固相反应是放热反应，,固相反应的放热量约为,420,500J/g,。,固相反应,19,其过程大致如下：,800,900,CaO+Al,2,O,3,CaOAl,2,O,3,(CA),CaO+Fe,2,O,3,CaOFe,2,O,3,(CF),900,1100,2CaO+Al,2,O,3,+SiO,2,2CaOAl,2,O,3,SiO,2,(C,2,AS),形成后又分解,2CaO+SiO,2,2CaOSiO,2,(C,2,S),7(CaOAl,2,O,3,)+5CaO12CaO7Al,2,O,3,(C,12,A,7,),1100,1300,12CaO7Al,2,O,3,+9CaO7(3CaOAl,2,O,3,)(C,3,A),7(2CaOFe,2,O,3,)+2CaO+12CaO7Al,2,O,3,7(4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,)(C,4,AF),其过程大致如下：,20,固相反应通常需要在较高温度下进行，,影响固相反应的主要因素主要有以下几点：,（,1,）生料细度及均匀程度,生料的均匀混合，使生料各组分之间充分接触，有利固相反应进行。,（,2,）原料性质,在原料选择时，力求避免采用粗晶石英，如不得已而必须使用时，可将其单独粉磨，务求配制粉磨能耗最低但反应活性最佳的生料颗粒级配。,3,）温度,提高反应温度，质点能量增加，增加了质点的扩散速度和化学反应速度，可加速固相反应。,固相反应通常需要在较高温度下进行，影响固相反应的主要因素主要,21,熟料烧结,当物料温度升高到最低共熔温度后，固相反应形成的铝酸钙和铁铝酸钙熔剂性矿物及氧化镁、碱等熔融成液相。在高温液相作用下，固相硅酸二钙和氧化钙都逐步溶解于液相中，,硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸盐水泥的主要矿物,硅酸三钙，,其反应式如下：,C,2,S+CaOC,3,S,熟料烧结,22,随着温度的升高和时间延长，液相量增加,液相粘度降低，氧化钙、硅酸二钙不断溶解、扩散，硅酸三钙晶核不断形成，并逐渐发育、长大，最终形成几十微米大小、发育良好的阿利特晶体。与此同时，晶体不断重排、收缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的孰料，我们称以上过程为,熟料的烧结过程，简称熟料烧结。,随着温度的升高和时间延长，液相量增加,液相粘度降低，氧化钙、,23,在配合生料适当，生料成分稳定的条件下，硅酸盐水泥熟料在,1250,1280,开始出现液相，,1300,左右时,Ca0,和,C,2,S,溶入液相中开始大量生成,C,3,S,，这一过程也称为石灰吸收过程。一直到,1450,液相量继续增加，游离氧化钙被充分吸收。,故通常把,1300,1450,1300,称为熟料的烧结温度。,在此温度范围内大致需要,10,20mi