水泥工艺及其设备

水泥工艺及其设备水泥厂实习绪言水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、素有“建筑工业的粮食”之称。水泥具有较好的可塑性，与砂、石等胶合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺寸的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性较强，适用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种条件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水泥复合材料；水泥耐久性较好，维修工作量小，耐腐朽。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程中。■原始水泥可追溯到5000年前，埃及的金字塔、古希腊和古罗马时代用石灰掺砂制成的混和沙浆，曾被用于砌筑石块和砖块，这种用来做砌筑用的胶凝材料被称为原始水泥。■1824年，英国J．阿斯普丁发明了一种把石灰石和粘土混和后加以煅烧来制造水泥的方法，并获得了专利权。这种水泥同英国附近波特兰小城盛产的石材颜色相近，故称为波特兰水泥。人类最早是利用间歇式土窑（后发展成土立窑）煅烧水泥熟料。■1877年回转窑烧制水泥熟料获得了专利权，继而出现了单筒冷却机、立式磨及单仓钢球磨等，从而有效地提高了水泥的产量和质量。■1905年湿法回转窑出现。■1910年土立窑得到了改进，实现了立窑机械化连续生产。■1928年德国的立列波博士和波利休斯公司在对立窑、回转窑综合分析研究后，创造了带回转炉箅子的回转窑，取名为“立波尔窑”。■1950年，悬浮预热器由德国发明成功并开始应用，大幅度降低了熟料生产的热耗，极大地提高了生产规模。■20世纪60年代初，日本将德国的悬浮预热器回转窑技术引进后，于1971年开发了水泥窑外分解技术，从而揭开了现代水泥工业的新篇章，并且很快在世界范围内出现了各具特点的预分解窑，形成了新型干法生产技术。▲我国从上世纪70年代初研制新型干法水泥技术装备开始，在国家有关部门的支持和推动下，水泥行业科研创新与技术开发能力不断提高，技术装备已达到世界先进水平。▲目前日产2000吨新型干法水泥生产技术装备已全部国产化，日产4000吨、5000吨新型干法水泥生产技术装备国产化率达到90%以上，日产8000吨水泥熟料生产线和日产10000吨水泥熟料生产线已经投产。水泥基础知识第一节基本概念一、胶凝材料在物理化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其它物料而有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。分为无机和有机两大类。无机胶凝材料又按照硬化条件，可分为水硬性和非水硬性两种。水硬性胶凝材料指在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的材料，如水泥。非水硬性胶凝材料不能在水中硬化，而只能在空气中硬化，故称为气硬性胶凝材料，如石灰、石膏等。二、水泥广义上说，水泥泛指一切能够硬化的无机胶凝材料；而狭义的水泥则专指现代水泥，即具有水硬性的胶凝材料。三、水泥的品种和分类1、按用途及性能分类通用水泥：是指适用于大多数工业、民用建筑工程的硅酸盐系列品种水泥。主要有硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥。专用水泥:是指有专门用途的水泥，如油井水泥、中热硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。特性水泥：是指某种性能较突出的一类水泥。如快硬水泥系列、膨胀水泥系列、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。专用特种水泥：快硬高强水泥、膨胀水泥、自应力水泥、水工水泥、油井水泥、装饰水泥、砌筑水泥、低碱水泥、道路水泥等。二、按其主要水硬性物质名称分类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他系列四、硅酸盐水泥（一）通用硅酸盐水泥1、硅酸盐水泥：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，称为硅酸盐水泥，分P.I和P.II,即国外通称的波特兰水泥。2、普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%－15%混合材，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号：P.O。3、矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为矿渣硅酸盐水泥，代号：P.S。4、粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，代号：P.F。5、火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥，代号：P.P。6、复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C。(二)硅酸盐水泥中主要混合材掺量1、硅酸盐水泥类，石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏，掺量为：0-5%2、普通硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：6-15%3、矿渣硅酸盐水泥类，粒化高炉矿渣掺量为：20-70%4、粉煤灰硅酸盐水泥类，粉煤灰掺量为：20-40%5、火山灰质硅酸盐水泥类，火山灰质混合材料掺量为：20-50%6、复合硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：15-50%（三）专用和特种硅酸盐水泥1、低热矿渣硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。2、快硬硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成早强度高的以3天抗压强度表示标号的水泥。3、抗硫酸盐硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能良好的水泥。4、白色硅酸盐水泥：由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的白色水泥。5、道路硅酸盐水泥：由道路硅酸盐水泥熟料，0%－10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为道路硅酸盐水泥，（简称道路水泥）。6、砌筑水泥：由活性混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成主要用于砌筑砂浆的低标号水泥。7、油井水泥：由适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。8、石膏矿渣水泥：以粒化高炉矿渣为主要组分材料，加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰磨细制成的水泥。第二节硅酸盐水泥的技术指标一、制造水泥的组分材料1、硅酸盐水泥熟料：经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：指活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。其加入量不得超过水泥质量的1%。二、硅酸盐水泥的标号国家标准中把硅酸盐水泥的标号设置为32.5、32.5R；42.5、42.5R；52.5、52.5R；62.5、62.5R；72.5、72.5R等。标号是根据水泥28d抗压强值确定的。三、硅酸盐水泥的技术指标（品质指标）1、化学指标：是保证水泥质量和性能的重要依据（1）氧化镁含量：（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%（2）三氧化硫含量：水泥中的SO3主要是在生产时为调节凝结时间加入石膏而带来的，国家标准规定，水泥中SO3的含量不得超过3.5%。（3）烧失量：水泥煅烧不佳或受潮后，均会导致烧失量增加。普通水泥、矿渣水泥中的烧失量，回转窑厂不得大于5%，立窑大不得大于7%。2、物理指标（1）细度：水泥细度是表示水泥磨细后的程度或水泥分散度的指标。现行标准规定，普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥，在0.08mm方孔筛上筛余量不得超过10%；硅酸盐水泥细度不少于300㎝2/g。（2）凝结时间：是指水泥从加水开始，到水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水开始到水泥浆失去可塑性所需的时间；我国标准规定，采用凝结时间测定仪来测定。标准规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟。终凝时间是从水泥加水开始到水泥浆完全失去塑性的时间。硅酸盐水泥终凝时间不得迟于390分钟（6.5小时）。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。（3）安定性：安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥与水拌制成的水泥浆体，在凝结硬化过程中，一般都会发生体积变化。如果这种体积变化是在凝结硬化过程中，则对建筑的质量并没有什么影响。如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化时，在建筑物内部产生破坏应力，导致建设物强度降低，甚至会引起建筑物开裂，崩塌等严重事故。第三节硅酸盐水泥熟料的化学组成硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙（CaO），一般范围为62-67%；二氧化硅（SiO2），一般范围为20-24%；三氧化二铝（Al2O3），一般范围为4-7%；三氧化二铁（Fe2O3），一般范围为2.5-6%。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（K2O、Na2O）等。第四节熟料的矿物组成一、熟料中的主要矿物硅酸盐矿物（CaO、SiO2）：硅酸二钙（2CaO·SiO2），简写为C2S硅酸三钙（3CaO·SiO2），简写为C3S，合计占75%左右。熔剂矿物（Al2O3和Fe2O3）：铝酸三钙(3CaO·Al2O3)，可简写为C3A铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)简写为C4AF，合计占22%左右。第五节硅酸盐水泥的生产方法及工艺一、按生料的制备方法分为湿法和干法1、湿法：将原料加水粉磨成生料浆（含水33-40%）后喂入湿法回转窑煅烧成熟料，则称为湿法；将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧，称为半湿法，亦归入湿法。2、干法：将原料同时烘干、粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，而后喂入干法窑内煅烧成熟料，则称为干法生产；将生料粉加入适量水分制成生料球，而后喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟料的方法叫半干法，亦归入干法。二、按煅烧熟料窑的结构分类1、立窑：有普通立窑和机械化立窑。2、回转窑：中空式窑湿法回转窑带热交换装置的窑带余热锅炉的窑回转窑干法回转窑带预热器的窑带分解炉的窑半干法回转窑立波尔窑三、各种生产方法的特点（一）立窑生产的特点1、优点（1）基本建设投资小，投入生产快。（2）立窑内填充系数高，因而单位体积产量高。（3）可以就地取材，充分利用地方资源。（4）窑内传热效率高，散热损失小，约为总热值的3%（回转窑为15%），可节约烧成用燃料。（5）需要设备和动力容量少，故可节约钢材和动力。2、缺点（1）生产规模小。（2）熟料质量较差。（3）劳动生产率低，劳动强度大，单机产量低。（4）环保达标难。（二）回转窑的特点1.湿法回转窑生产热耗高，但电耗较低，生料易于均化，成分均匀，熟料质量较高且输送方便，粉尘少。所以此生产方法在20世纪30年代左右得以迅速发展。缺点是能耗高。2.新型干法回转窑是当前世界各国竞相发展的窑型。悬浮预热器窑和窑外分解窑技术的开发成功，使水泥生产方法开始逐步发生变化，出现了向干法发展及湿法改干法的发展趋势。新型干法回转窑的优点是节能、产量高、质量稳定、环保、生产率高。第六节硅酸盐水泥生产的主要原料水泥生产的主要原料：石灰质原料粘土质原料铁质校正原料一、石灰质原料凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。常用的有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。我国水泥生产中应用最普遍的是石灰岩。石灰岩是一种沉积岩。主要矿物是方解石，含有粘土和石英或燧石等杂质。纯净的石灰石是白色的，由于含不同的杂质而呈灰白、青灰、淡黄、红褐等颜色。常见的为青灰色，相对密度2.6-2.8，硬度8-10，一般呈块状，有白色条痕。石灰石的质量要求：二、粘土质原料我国天然粘土质原料的种类较多，有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，其中应用最广泛的是黄土和粘土。粘土质原料的质量要求如下：三、校正材料常用较正原料有低品位铁矿石、铁厂尾矿