水泥材料学3-2-熟料形成

3.2硅酸盐水泥熟料的形成过程原料预均化生料配料及粉磨生料均化水泥制备过程水泥——水泥熟料——水泥生料——水泥原料高温煅烧+适量石膏+混合材粉磨两磨一烧熟料形成过程中的物理化学变化干燥与脱水（预热）碳酸盐分解固相反应液相烧结熟料冷却湿法回转窑内水泥熟料形成过程窑尾窑头温度由低到高回转窑内熟料矿物形成过程窑尾窑头新型干法短窑内熟料形成过程窑头熟料形成过程中的物理化学变化干燥脱水及生料预热600℃以下干燥：自由水蒸发不同生产方法的生料含水量不同脱水：结晶水放出分解:Al2O3．2SiO2﹒2H2OAl2O3．2SiO2+2H2OAl2O3．2SiO2Al2O3+2SiO2熟料形成过程中的物理化学变化碳酸盐分解:600℃以上CaCO3=CaO+CO2-1645J/g(吸热)MgCO3=O+CO2-(1047-1214)J/g(吸热)碳酸盐约在700℃左右开始分解,900℃左右分解速度加快,1100-1200℃分解极为迅速.温度增加50℃,分解时间可缩短50%天然石灰石分解温度低于碳酸盐的理论分解温度(见下图)石灰石分解温度02004006008001000120014001600697℃1398.8℃1317.3℃860.7℃温度石灰石分解温度石灰石分解过程温度厂名温度（℃）启始分解反应极大结束分解三友697860903新绛694892938冀东715823845宁国706817832柳州720835846江西713822843淮海690840870珠江670825845云浮690845875CaCO3分解过程模型1.气流向颗粒表面传热(物理)2.热量由表面以传导方式向分解面传递(物理)3.CaCO3吸热分解放出CO2(化学)4.CO2穿过CaO层向表面扩散的传质过程(物理)5.表面的CO2向周围气流扩散(物理)影响CaCO3分解速度的因素分解由5个过程中最慢的一个过程决定,所有影响传热和化学反应的因素均会影CaCO3的分解速度。——温度——CO2分压——生料粒度——生料悬浮分散程度——原材料自身特性固相反应特点：发生在固相之间的反应首先在界面上反应，然后扩散到内部条件：合适的温度压力、反应物间均匀混合、颗粒紧密接触在水泥熟料矿物形成过程中，在CaO和SiO2、Al2O3、Fe2O3之间发生的反应，主要生成C2S、C3A、C4AF固相反应800℃CaO+Al2O3CaO﹒Al2O3CaO+Fe2O3CaO﹒Fe2O3CaO﹒Fe2O3+CaO2CaO﹒Fe2O32CaO+SiO22CaO﹒SiO2固相反应800—900℃7（CaO﹒Al2O3）+5CaO12CaO﹒7Al2O3900—1000℃12CaO﹒7Al2O3+9CaO7（3CaO﹒Al2O3）2CaO+7（2CaO﹒Fe2O3）+12CaO﹒7Al2O37（4CaO﹒Al2O3﹒Fe2O3）1100—1200℃大量形成C3A、C4AF、C2S影响固相反应的因素——反应温度——生料颗粒细度——生料成分的均匀性液相烧结温度范围：1300℃—1450℃—1300℃形成矿物:C3S2CaO﹒SiO2+CaO3CaO﹒SiO2(在液相中)影响C3S形成的因素1.最低共熔温度物料在加热过程中,有两种或两种以上的组分相互作用,开始出现液相的温度,称为最低共熔温度。微量组分及杂质的存在降低最低共熔温度。硅酸盐水泥熟料的最低共熔温度约为1250℃。组成与最低共熔温度的关系组成最低共熔温度（℃）组成最低共熔温度（℃）C3S—C2S—C3A1455C3S—C2S—C3A—C4AF1338C3S—C2S—C3A—Na2O1430C3S—C2S—C3A—Na2O—Fe2O31315C3S—C2S—C3A—MgO1375C3S—C2S—C3A—Fe2O3—Fe2O31300C3S—C2S—C3A—Na2O—MgO1365C3S—C2S—C3A—Na2O—MgO—Fe2O31280影响C3S形成的因素2.液相量与生料组成（SM、IM）和煅烧温度有关，温度升高，液相量增加；生料（或熟料）组成中Fe2O3+Al2O3含量增加，液相量增多；同时还与Al2O3、Fe2O3比值有关。熟料中液相量与铝氧率关系温度IM2.01.250.641338℃18.321.10C3S—C2S—C3A—C4AF界面处23.5（1365℃）22.2（1339℃）20.2（1348℃）1400℃24.323.622.41500℃24.824.022.9影响C3S形成的因素:液相黏度3.液相黏度—影响C2S和CaO分子的扩散速度，从而影响C3S的形成。与组成和温度有关（见图）影响C3S形成的因素4.液相表面张力液相表面张力减小，容易润湿生料颗粒，有利于固液相反应的进行，促进C3S生成。少量组分或微量组分（MgO、R2O、SO3）等物质的存在，会降低液相表面张力，促进熟料烧结。液相表面张力、密度和温度的关系影响C3S形成的因素5.CaO的溶解速率与温度和颗粒粒径有关(见表)温度（℃）溶解时间（min）0.1mm0.05mm0.025mm0.01mm134011559251213752814641400155.531.5145052.310.515001.81.7——熟料冷却冷却的作用回收熟料带走的热量，预热二次空气，提高窑的热效率；改善熟料的易磨性；降低熟料温度，便于运输。熟料冷却冷却过程：1.液相凝结:形成玻璃态物质(活性)2.主要矿物相:胶凝相影响熟料质量的因素1.组成(熟料率值)2.生料细度3.微量组分4.升温速度4.冷却速度