第1章硅酸盐水泥生产技术(水泥工艺学精品课程)

第一章水泥生产概述第一章(1)硅酸盐水泥生产技术§1-2硅酸盐水泥生产基本技术要求§1-1水泥的分类及命名§1-3硅酸盐水泥的生产方法简介§1-4硅酸盐水泥生产工艺流程一、水泥的定义：水泥是一种水硬性胶凝材料。加水拌和成塑性浆体后,能胶结砂,石等适当材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉状水硬性胶凝材料.§1-1水泥的分类及命名二、水泥的种类通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥专用水泥：具有专门用途的水泥。特性水泥：某种性能比较突出的水泥。合称：特种水泥§1-1水泥的分类及命名按水泥的用途及性能分：二、水泥的种类硅酸盐水泥系列铝酸盐水泥系列氟铝酸盐水泥系列硫铝酸盐水泥系列铁铝酸盐水泥系列其它:如无熟料、少熟料水泥§1-1水泥的分类及命名按水泥的组成分类：一、水泥标准二、硅酸盐水泥的定义、代号三、组分材料四、技术要求五、废品、不合格品§1-2硅酸盐水泥生产基本技术要求类型：100多个水泥专业标准强制性标准国家标准（代号GB）建材行业标准（代号JC）推荐性标准国家标准（代号GB/T）建材行业标准（代号JC/T）一、水泥标准此外还有企业标准（代号：Q）GB175-1999硅酸盐水泥标准名称制订或修订年份标准编号标准代号标准号表示方法：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。二、硅酸盐水泥的定义、代号分类及代号：Ⅰ型：不掺加混合材料。P.ⅠⅡ型：掺＜5%的石灰石或粒化高炉矿渣。P.Ⅱ硅酸盐水泥熟料：凡以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烧结物。混合材料：在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以改善水泥性能，调节水泥标号、提高水泥产量的矿物质材料。石膏：调节凝结时间。石膏：CaSO4·2H2O硬石膏：CaSO4天然石膏工业副产石膏：三、组分材料：硅酸盐水泥9项四、技术要求序号项目指标P·ⅠP·Ⅱ1不溶物（%）≤0.75≤1.52烧失量（%）≤3.0≤3.53细度比表面积（m2/kg)≥3004凝结时间（min)初凝≥45终凝≤3905安定性（沸煮法检验）合格6氧化镁（%）≤5.0;水泥压蒸安定性检验合格可放宽到6.07三氧化硫（%）≤3.58碱（Na2O+0.658K2O)(%)≤0.6或协商指标强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.09.强度四、技术要求“R”表示早强型标准稠度用水量试验凝结时间试验安定性试验胶砂强度试验水泥技术性能试验废品凡MgO、SO3、初凝时间、安定性中任何一项不符合标准规定时。1.凡细度、终凝时间、不溶物、烧失量中任何一项不符合标准规定。2.混合材料掺加量超过最大限量。3.强度低于商品强度等级规定的指标。4.水泥包装标志中水泥品种、强度等级、厂名、出厂编号不全的。不合格品五、废品、不合格品一、生产过程：“两磨一烧”生料制备：熟料煅烧：水泥制成及出厂：石灰石熟料水泥生料铁矿粉粘土石膏煅烧1450℃配料、磨细、匀化磨细硅酸盐水泥生产工艺示意图§1-3硅酸盐水泥的生产方法简介（一）按生料制备方法分：立窑生产回转窑生产普通立窑机械化立窑干法回转窑湿法回转窑半干法回转窑湿法干法（二）按煅烧熟料窑的结构分：§1-3硅酸盐水泥的生产方法简介二生产方法的分类及其特点§1-4硅酸盐水泥生产工艺流程1-1石灰石矿山1-2石灰石矿山开采设备2、破碎机3、皮带机长距离输送石灰石4-1石灰石矩形预均化堆场4-3煤预均化堆场4-2圆形预均化堆场5、生料磨(立磨)7、悬浮预热器、分解炉6、高压静电除尘器生料均化8-1、回转窑8-2、喷煤管9、水平推动篦式冷却机10、熟料库11、水泥磨12、水泥库13-1、水泥包装13-2、水泥散装专用码头13-4水泥散装库汽车发运13-3成品库、火车发运新型干法回转窑生产工艺流程水泥的定义和分类P.Ⅰ、P.Ⅱ、的定义、组分材料、强度等级、技术指标废品、不合格品的划分了解硅酸盐水泥的生产过程及生产方法类型学会读生产流程图硅酸盐水泥的技术指标有哪些？废品、不合格品怎样划分？小结第一章(2)硅酸盐水泥熟料§2-2熟料矿物特性§2-1熟料的组成§2-3熟料的率值§2-4熟料矿物组成的计算与换算一、化学组成：主要化学成分：CaO62%~67%SiO220%~24%Al2O34%~7%Fe2O32.5%~6%其它氧化物MgOSO3Na2OK2OTiO2P2O5等＞95%＜5%§2-1熟料的组成二、矿物组成硅酸三钙：3CaO·SiO2(C3S)硅酸二钙：2CaO·SiO2(C2S)铝酸三钙：3CaO·Al2O3(C3A)铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)~75%~22%~95%游离氧化钙：f-CaO方镁石：（即结晶氧化镁）玻璃体：熔剂矿物§2-1熟料的组成主要矿物组成硅酸盐矿物其它CaO多C3S高过多f-CaO少C2S多§2-1熟料的组成三、化学成分和熟料矿物组成间的关系化学成分决定了熟料矿物组成多C2S多Al2O3Fe2O3少熔剂性矿物减少SiO2不利于C3S的形成。少硅酸盐矿物少熔剂性矿物多Al2O3多Fe2O3定C3A多Fe2O3多液相增大粘度低易结大块影响窑操作一、硅酸三钙（~50%，高的达60%）（一）、矿物特性：1、纯C3S只在2065~1250℃内稳定；＜1250℃C3SC2S+CaO反应慢，常温下呈介稳状态；2、不纯，形成固溶体，简称A矿（阿利特）3、反光显微镜下呈黑色多角形颗粒。§2-2熟料矿物特性一、硅酸三钙（二）、矿物水化特性水化较快，水化反应主要在28d内进行，约经一年后水化过程基本完成。早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率大，居四种矿物之首，28d强度达一年强度的70%~80%；水化热较高；抗水性较差。§2-2熟料矿物特性二、硅酸二钙（一）、矿物特性：1、多晶转变：α-C2Sα‘-C2Sβ-C2Sγ-C2S2、不纯，形成固溶体，简称B矿（贝利特）＜500℃常温下，有水硬性，不稳定几乎无水硬性密度(g/cm3):3.282.97体积膨胀10%，熟料粉化§2-2熟料矿物特性贝利特的显微结构：反光显微镜下呈圆粒状，也可见其他不规则形状。正常熟料中具有黑白交叉双晶条纹；低温煅烧且慢冷熟料中常发现有平行双晶。二、硅酸二钙（二）矿物水化特性水化反应慢，28d水化~20%，凝结硬化慢；早期强度低，28d后强度较快增长，一年后赶超A矿。水化热小；抗水性好；§2-2熟料矿物特性三、铝酸三钙（一）、矿物特性：1、不纯，形成固溶体，称黑色中间相2、晶型随原材料性质、熟料形成与冷却工艺的不同而有所差别。（二）水化特性：1、水化快，凝结快；2、早强较高，但绝对值不高。3d发挥出大部分强度，以后不增长，甚至倒缩。3、水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸盐性能差。§2-2熟料矿物特性四、铁铝酸四钙（一）、矿物特性：1、铁铝酸四钙代表的是一系列连续的固溶体。2、不纯，形成固溶体，称C矿（才利特）白色中间相。（二）、水化特性：1、水化速度：早期介于C3A、C3S间，后期的发展不如C3S；2、早强似C3A，后期能增长，似C2S3、水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。§2-2熟料矿物特性矿物名称又称水化速度早期强度水化热硅酸三钙A矿较快高较高硅酸二钙B矿慢低小铝酸三钙黑色中间相快较高大铁铝酸四钙白色中间相介于1、3间早期似C3A后期似C2S较小四种主要矿物的特性28d内绝对强度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S水化速度：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S水化热：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S四种矿物性能比较四种主要矿物的特性种类产生原因特点对水泥安定性的影响欠烧游离氧化钙（欠烧f-CaO）熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在1100~1200℃低温下形成结构疏松多孔、不大一次游离氧化钙（一次f-CaO）因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未与S、A、F反应而残留的CaO呈“死烧状态”，结构致密，大二次游离氧化钙（二次f-CaO）熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形成的经过高温，水化较慢较大§2-2熟料矿物特性五游离氧化钙f-CaO形成：工厂实际生产条件下，硅酸盐水泥熟料中的部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体称为玻璃体。主要成分：Al2O3Fe2O3CaO及少量MgONa2OK2O等。性能：水化热较大；可改善熟料性能和易磨性。方镁石指游离状态的氧化镁晶体，是熟料中氧化镁的一部分。性能：水化很慢，水化时，固体体积膨胀148%，引起水泥的安定性。六、玻璃体七、方镁石一、石灰饱和系数：公式：KH=意义：水泥熟料中的总CaO含量扣除饱和酸性氧化物所需要的氧化钙后，所剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。简言之。KH表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。取值：0.87~0.96232328.235.0065.1SiOOFeAlCaO§2-3熟料的率值二、硅率:公式:n(SM)=含义:反映了熟料中硅酸盐矿物、熔剂矿物的相对含量。取值：1.7~2,732322OFeOAlSiO§2-3熟料的率值3232OFeOAl公式:p(IM)=含义：说明熟料中C3A、C4AF的相对含量。反映液相的性质。(C3A产生的液相粘度大；C4AF产生的液相粘度小.)取值：0.9~1.9三、铝率:§2-3熟料的率值熟料矿物组成可用：测定法计算法岩相分析X射线分析红外光谱§2-4熟料矿物组成的计算与换算一、计算依据：熟料化学成分或率值公式：1、化学法C3S=3.80(3KH-2)SiO2C2S=8.60(1-KH)SiO2C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)C4AF=3.04Fe2O3§2-4熟料矿物组成的计算与换算适用于IM≥0.642、代数法C3S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754C3SC3A=2.65A-1.69FC4AF=3.04FCaSO4=1.70SO3§2-4熟料矿物组成的计算与换算适用于IM≥0.64二、熟料化学组成、矿物组成与率值的换算（一）、由矿物组成计算各率值（二）、由熟料率值计算化学成分（三）、由矿物组成计算化学成分§2-4熟料矿物组成的计算与换算硅酸盐水泥熟料的组成：熟料矿物特性：熟料的率值：熟料矿物组成的计算和换算化学组成矿物组成KHSM（n）IM（P）小结