1、主講主講 張培萍張培萍 教授教授 材料科學與工程學院材料科學與工程學院聯系電話：聯系電話-mail: l一、課程名稱及課時一、課程名稱及課時l l 無機非金屬材料工學；56學時教材：普通硅酸鹽工藝學 武漢理工大學，曹文聰等。說明：由于本教材系為建材專業學生用書，我們作為無機非金屬材料專業，選用該教材自然有不足之處。因此，我們將在材料內容的基礎上補入耐火材料工藝學部分。另外就水泥、玻璃、陶瓷而言，我們也將在不同章節中，根據需要加入其它內容。 l1、材料研究l2、材料制備（合成） l結晶學及材料礦物 l材料工程基礎l材料物理化學l材料物性性能 l材料測試方法l1、水泥工藝

2、學l2、玻璃工藝學l3、陶瓷工藝學l4、耐火材料工藝學 l1. “材料”相關的定義：l材料學(研究材料的科學)；l材料工學(研究材料工藝的科學)；l材料科學與工程(材料的成分、結構、工藝、性能、用途的科學）；l無機非金屬材料（根據成分劃分，由硅酸鹽材料演變而來）；l結構材料、功能材料、建筑材料、環境材料、生態材料 。l2、材料分類（根據組成和結構）：l (1) 金屬材料； (2) 無機非金屬材料： 礦物巖石材料 ； 水泥、玻璃; 陶瓷、耐火材料； l (3) 高分子材料； l (4) 復合材料；l3、材料工藝l l 定義：我們將任何一種材料從原料成品的整個過程稱為材料工藝過程。l 它包括原料制

3、備工藝、成型工藝、溶制（窯爐工藝），制品工藝等。 l4、無機非金屬材料工藝： 將原料選擇粉碎配方設計混合高溫（成型）制品后期處理的整個過程稱為工藝過程，研究工藝過程中的各種物理化學變化、機械加工方法、生產各種的控制等以確保產品質量的過程稱為工藝學。l 不同無機非金屬材料其各自的工藝過程不盡相同，但有著許多的共性和相似性，下面就硅酸鹽水泥、平板玻璃、普通陶瓷、常用耐火材料的制備工藝過程分別加以闡述。l1、定義：l 在物理化學的作用下，能從漿體變成堅硬的石狀體，并能膠結其它物料而具有一定機械強度的物質，統稱為膠凝材料。l2、分類： l 根據成分：l a. 有機（瀝青、樹脂等）l b. 無機非（水泥

4、、石膏等）；l 根據性能：l a. 水硬性(拌水后在空氣中或水中硬化。如：各種水泥、化學溶膠凝膠)；l b. 非水硬性(又稱氣硬性，只在空氣中硬化，不在水中硬化。如：石灰、石膏、水溶性有機膠等)。l 公元前20003000年如中國（長城石灰）、埃及（金子塔煅燒石膏）、羅馬（龐貝圣廟石灰）使用石膏膠凝材料，十八世紀后期發展水硬性石灰，十九世紀初(18101825)，Portland 水泥即硅膠鹽水泥制成。英國（ J. Aspdin）1824年首獲Portland cement 專利。19071909，制成快硬性高鋁水泥，近年又發展了硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥等。l1、定義：l 加入水后成塑性漿體

5、，能在空氣和水中硬化，并能膠結砂、石等材料的細粉狀水硬性膠凝材料稱為水泥。l2、分類：l 通用水泥：Portland等各種硅酸鹽水泥；l 專用水泥：油井、砌筑水泥、大壩水泥等；l 特性水泥：快硬、抗硫酸、膨脹、自應力水泥等。l 目前，水泥種類已達200多種。l 水泥是建筑工業三大基本材料之一，可廣泛用于民用、工業、農業、水利、交通和軍事等工程。雖然制造水泥能耗較多，但它與砂、石等集料制成的混凝土卻是一種低能耗的建筑材料。因此，水泥工業具有極其廣闊的前景。l l 1、規模擴大； l 2、窯爐改變；l 3、粉末工藝改進；l 4、能源、資源、環境l一、定義：是以硅酸鈣為主要成分的熟料所制得的水泥統稱

6、為硅酸鹽水泥。l二、分類：l 1. 硅酸鹽水泥：熟料（0-5%）石灰石或爐渣石膏，即波特蘭水泥：P為不摻混合料 （型）； P為摻混合料5% （型）l 2. 普通硅酸鹽水泥：熟料（6%-15%）混合料石膏。代號PO.l 1. 熟料：以適當成分的生料，燒至部分熔融，所制得以硅酸鈣成分為主的產物稱為硅酸鹽水泥熟料。l 2. 石膏：滿足GB5483，作用：緩凝。l3.活性混合料：l 符合GB1596的粉煤灰；GB2847的火山灰；lGB203的爐渣。l4、非活性混合料：l 活 性 指 標 終 于 G B 1 5 9 6 ，GB2847，GB203，AI2O32.5%。l5、窯灰：符合ZBQ12001。

7、l 回轉窯粉塵。l6、助磨劑：1%l四、水泥標號： 一般以28d抗壓強度值作為水泥的標號。而特性水泥和專用水泥則不同。 Portland cement分為：425R，525，525R，625，625R，725R，6個標號。l普通硅酸鹽水泥分為：325，425，425R，525，525R，625，625R，7個標號。l R：快硬型 l五、技術指標：l l 1. 不溶物：P. 0.75%; P. 1.5%l 2. MgO: 5.0%l 3. SO33.5%l 4.燒失量：3.0%( P.); 3.5%( P.); 普通300m2/Kg的比表面積；普通：80m方孔篩余45min, 終凝45min,

8、終凝10h。l7. 安定性：煮沸檢驗合格；l8. 堿：Na2O0.658K2O0.60%l9. 強度：滿足下表。品種標號抗壓強度（Mpa）抗折強度（Mpa）3d28d3d28d硅酸鹽水泥425R22.042.54.06.5525525R23.027.052.552.54.05.07.07.0625625R28.032.062.562.55.05.08.08.0725R37.072.56.08.5普通水泥32512.032.52.55.5425425R16.021.042.542.53.54.06.56.5525525R22.026.052.552.54.05.07.07.0625625R27.

9、031.062.562.55.05.58.08.0l六、廢品與不合格：l1. 廢品：l MgO、SO3、初凝時間、安定性之一不合格為廢品；l2. 不合格品：l 細度、終凝、不溶物、燒矢量之一不合格或摻入物超標為不合格品。 l第二節第二節 硅酸鹽水泥的生產硅酸鹽水泥的生產l一、生產步驟：la、生料制備：石灰粘土鐵粉+少量校正材料粉磨。lb、熟料煅燒：部分熔融硅酸鈣為主成分。l c、水泥制備：熟料石膏少量混合料粉磨。l 即：“兩磨一燒”。l二、生產方法：l1、干法：l “兩磨一燒” l2、濕法：l 原料加入水（磨）生料漿燒磨。目的：生料均 化。 圖圖 21 立窯生產工藝過程立窯生產工藝過程 1 破

10、碎機；2 烘干機；3 原料庫；4 原煤庫；5 生料磨； 6 生料庫； 7 成球盤； 8 立窯； 9 碎煤機； 10 熟料庫； 11烘干機；12 混合材料； 13 水泥磨； 14 水泥庫； 15 包裝機圖圖22窯外分解窯（回轉窯）工藝過程窯外分解窯（回轉窯）工藝過程 1 石灰石；2黏土； 3鐵粉； 4煤； 5石膏； 6一級破碎； 7二級破碎； 8碎石庫； 9均化庫；10破碎機； 11生料磨； 12提升泵； 13攪拌庫； 14懸浮預熱器； 15窯外分解窯； 16回轉窯； 17冷卻； 18電收塵；19加熱塔； 20煤磨； 21煤庫； 22熟料庫； 23熟料磨； 24選粉機； 25輸送泵； 26水泥庫

11、； 27包裝機； 28袋裝出廠； 29散裝出廠 l熟料主要化學組成：l硅酸鹽水泥：CaO 6267%；SiO2 2024%；Al2O3 47%；Fe2O3 2.515%.l白水泥：Fe2O30.5%,其他同硅酸鹽水泥l少量：MgO，SO3，K2O，Na2O，CaO，TiO2，P2O5.l一、硅酸三鈣 l二、硅酸二鈣 l三、鋁酸三鈣（中間相） l四、鐵鋁酸四鈣（中間相）l五、玻璃體（中間相）l六、游離氧化鈣和方鎂石 l一、硅酸三鈣l3 CaO SiO2 (C3S) 含量50-60%；它有三種晶系七種變形；lR三方（含雜質）（1070）M（單斜）（1060）M（990）M（960）T三斜（純C3S

12、）（920）T（520）Tl在C3S中含有MgO，Al2O3，Fe2O3等固溶體時稱為阿利特（Alite）或A礦（即不太純的C3S）l特點：水化較快，粒徑為40-50m，28d水化70%.在四種水泥礦物中強度最高。l2 CaO SiO2 (C2S) 含量20%左右；是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物之一，熟料中硅酸二鈣并不是以純的形式存在，而是與少量MgO，Al2O3，Fe2O3，RaO等氧化物形成固溶體，通常稱為貝利特（Belite）或B礦。純C2S在1450以下有下列多晶轉變。 l晶型：（1425）H（1160）L（630-680）/690l 780-860 （快冷）l （單斜）（500） l型不

13、穩定，熟料中一般不存在，型只有在高溫快冷的水泥中，T0.64時：lSM=（C3S1.325C2S）/(1.43C3A2.406C4AF)lSM過高，熟料煅燒困難（？），C3S不易形成；SM過低，則液相過多，熟料易結塊（？）。lIM= Al2O3/Fe2O3 一般：IM=0.91. 7l或IM=1.15C3A/C4AF1.64 (A/F0.64時)lIM過高液相黏度大，凝結快；IM過小則燒結范圍窄，易結塊。 lKH= （CaO-1.65 Al2O3-0.35 Fe2O3）/2.8 SiO2 當IM0.64時l它表示熟料中SiO2被飽和成C3S的程度。在實際熟料中有的C2S形成，所以會有游離CaO

14、。lKH=（CaO-1.1 Al2O3-0.7 Fe2O3）/2.8 SiO2 當IM0.64時l一般：KH=0.820.94l或：KH=（C3S0.8838C2S）/( C3S1.3256C2S) l一般：KH=0.6671.0lKH越大，則C3S越高，熟料質量越好。但KH值過高，則煅燒困難。 l一般可用物相分析方法測定，但多數會利用化學組成計算。l包括：灰飽和系數法l 鮑格法（HRBogue）l l水泥熟料中主要礦物的相對分子量比為：lC2S中的2CaO/SiO2=1.87；lC3S中的3CaO/SiO2=4.07; lC4AF中的C4AF/ Fe2O3=3.04; lC3A中的C3A/

15、Al2O3=2.65;lCaSO4中的CaSO4/ SO3=1.7; IM=1.664.l設與SiO2反應的CaO量為Cs，與CaO反應的SiO2為Sc，則：lCs=CaO-（1.65 Al2O30.35 Fe2O30.7SO3）=2.8KHSclSc= SiO2l根據在一般情況下，CaO和SiO2反應先生成C2S，剩余的CaO再與C2S反應生成C3S。l而CaO和SiO2反應先生成C2S需要CaO的量為2CaO/SiO2=1.87。 l所以，CaO的剩余量為Cs-1.87Sc,以此計算C3S的含量為：lC3S=4.07(Cs-1.87Sc)l=4.07Cs-7.6Scl=4.07(2.8KH

16、Sc)-7.6Scl=3.8(3KH-2) SiO2l因為 CsSc= C3SC2Sl故 C2S= CsSc- C3Sl= CsSc-(4.07Cs-7.6Sc)l=8.6Sc-3.07Csl=8.6Sc-3.07(2.8KHSc)l=8.6(1-KH)SclC4AF含量可由Fe2O3含量計算: C4AF=3.04 Fe2O3l將總的Al2O3含量減去C4AF所消耗的Al2O3含量,剩余的Al2O3含量用于計算C3A的含量: lC3A=2.65(Al2O3-0.64 Fe2O3)l同理,可算出IM0.64時的熟料礦物組成。 l也稱為代數法。根據四種主要礦物以及石膏的化學組成可以計算出各氧化物的

17、百分含量，見表3-1。 氧化物氧化物/%礦礦 物物C3SC2SC3AC4AFCaSO4CaO73.6965.1262.2746.1641.19SiO226.3134.88-Al2O3-37.7320.98-Fe2O3-32.86-SO3-58.81l根據上表數值可列出下列方程:lC=0.7369 C3S 0.6512 C2S0.6227 C3A0.4616 C4AF0.4119 CaSO4lS=0.231 C3S0.3488 C2SlA=0.3773 C3A0.2098 C4AFlF=0.3286 C4AFlSO3=0.5881 CaSO4l解上述聯立方程組,可得:lC3S=4.07C-7.6

18、0S-6.72A-2.86 SO3lC2S=8.60S5.07A2.15 SO3-3.07Cl =2.87S-0.75 C3SlC3A=2.65A-1.69FlC4AF=3.04FlCaSO4=1.70 SO3l1、固溶體的影響；l2、冷卻條件的影響；l3、堿和其它微組分的影響。 l根據水泥標號的要求，選擇各個率值。KH、SM、IM要綜合考慮。l石灰石要純，黏土中的碎屑礦物要少，不滿足率值時需要摻入校正原料。l根據不同的窯型對燃料的灰份、揮發分、熱值進行選擇。l 越細越勻，KH可稍高。l回轉窯對KH的要求可稍低，而立窯對原料的細度、均勻性都要求較高。l物料平衡。物料首先應干燥處理，失放吸附水和

19、結晶水，得：l干石灰石干粘土干鐵粉=干生料l然后灼燒去掉CO2，得：l灼燒石灰石灼燒粘土灼燒鐵粉=灼燒生料=熟料l實際生產中，熟料中會殘留煤灰，其摻入量為：lGA=qAS/Q*100=PAS/100l式中：GA-熟料中煤灰摻入量，%l q-單位熟料熱耗，kJ/kg熟料l A-煤應用基灰分含量，%l S-煤灰沉落率，%l Q-煤的應用基低熱值，kJ/kg煤l P-煤耗，kg/kg。l1、代數法；l2、圖解法；l3、嘗試誤差法；l4、礦物組成法；l5、最小二乘法。 l應用較廣的是嘗試誤差法（遞減試湊法），即從熟料化學成分中依次遞減，假定配合比的原料成分，試湊至符合要求為止。 l已知：1、原料、煤、

20、煤灰的化學成分，表3-2、3-3l 2、熟料率值要求：KH=0.89, SM=2.1, IM=1.3l 3、單位熟料熱耗：3350kJ/kg名名 稱稱燒失燒失量量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO總和總和石灰石灰石石42.662.420.310.1953.130.5799.28粘粘 土土5.2770.2514.725.481.410.9298.05鐵鐵 粉粉-34.4211.5348.273.530.0997.84煤 灰-53.5235.344.464.791.1999.30揮發物固定碳灰分熱值水分22.42%49.02%28.5620930kJ/kg0.6%l計算：1、煤灰摻入量:lG

21、=qAS/Q*100=335028.56100(20930100)=4.57%l 2、干燥原料配合比:l預設原料配比為: 石灰石 81%, 黏土 15%; 鐵粉 4%. 則干燥原料配合比為表3-4.名名 稱稱配合比配合比燒失量燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石石灰石81.034.551.960.250.1543.03粘粘 土土15.00.7910.542.210.820.21鐵鐵 粉粉4.0-1.380.461.930.14生生 料料100.035.3413.883.922.9043.33灼燒生料灼燒生料-21.474.524.4867.09l扣除4.57%的粉煤灰,則灼燒生料的配

22、合比為95.43%, 對應的化學組成見表3-5.名名 稱稱配合比配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼燒生料灼燒生料（%）95.4320.484.314.2864.02煤煤 灰（灰（%）4.572.451.620.200.22熟熟 料（料（%）100.0022.935.934.4864.24l由此計算各率值為: KH=0.824; SM=2.20; IM=1.32l結果顯示: 與要求比KH 過低,SM過高,IM較接近。l調整方法: 增加石灰石,降低黏土。 l一般：每增減1%的石灰石（相應減增1%的黏土），約增減KH值為0.05。據此調整原料配比：石灰石82.20%、黏土13.7%、鐵粉4.

23、1%, 重新計算化學組成結果見表3-6。名名 稱（稱（%）配合比配合比燒失量燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石（石灰石（%）82.2035.071.990.260.1643.67粘粘 土（土（%）13.700.729.622.020.750.10鐵鐵 粉（粉（%）4.10-1.410.471.980.15生生 料（料（%）100.0035.7913.022.752.8944.01灼燒生料灼燒生料（%）-20.284.284.5068.54灼燒熟料灼燒熟料（%）95.43-19.354.084.2965.41煤煤 灰（灰（%）4.57-2.451.620.200.22熟熟 料（料（%

24、）100.00-21.805.704.4965.65l根 據 表 中 數 據 重 新 計 算 率 值 為 ：KH=0.895；SM=2.14; IM=1.27.l與已知率值要求基本一致.l根據原料中水分的含量將其換算成濕原料配合比即可。 l1、化學成分必須滿足配料要求。l2、有害雜質的含量盡量少。l 3、具有良好的工藝性能（易磨、燒、混合等）。 l（一）石灰質原料：l（二）粘土質原料： l（三）校正原料： l1、石灰石：CaCO3 提供 CaO 其含量應48%。l2、白云石：CaCO3MgCO3 MgO 應5%（熟料）；生料3%。l3、燧石： SiO2Nh2o SiO2 應4%（原料）。l4、

25、另：各種礦渣。l5、泥灰巖：相應減少粘土含量。l層狀硅酸鹽：提供SiO2 和Al2O3。 高嶺石、蒙脫石、伊利石（長石、石英碎屑）。長石由于含堿其含量不易過高。一般4%. 石英過多不易破碎。l1、鐵校正原料：硫酸（磁鐵礦）工業礦渣，、鐵校正原料：硫酸（磁鐵礦）工業礦渣，提供提供Fe2O3l2、硅校正原料：多種砂巖。、硅校正原料：多種砂巖。l3、鋁校正原料：煤矸石、粉煤灰等、鋁校正原料：煤矸石、粉煤灰等。l l粗碎或中碎，25mm的粒徑：粉磨、烘干、輸送、儲存，分為：粗、中、細碎l壓碎、折碎、沖擊破碎、劈碎、磨碎。l破碎比：即物料破碎前后粒度比：l平均破碎比：i=Dm/dm Dm：碎前平均粒徑；

26、dm：碎后平均粒徑l公稱破碎比：i=B/b（用于破碎機） B：破碎機最大進料口寬度（mm）；b：破碎機最大出料口寬度l1、顎式；2、錘式；3、反擊式；4、反擊錘式。l l包括：l原料、燃燒均化；l生料均化；l水泥均化。l用標準偏差來衡量均化效果。測定物料中某一種成分含量。l n l S=1/n-1 (xi-x)21/2l i =1 lS：標準偏差；xi ：物料中某成分的各次測量值；x：各次測量值算術平均值；n：測量次數。lS越小則均化越好。 l1、開采：垂直開采；l2、破碎：先粗碎后細碎；l3、堆放：采用單人字型，圖4-1；矩形，圖42；和圓形，圖 43。l4、取料：與堆放方向垂直，圖4-4

27、。l l1、多庫搭配；l2、機械倒庫；l3、壓縮空氣攪拌庫； l一、生料l一般：0.2mm方孔篩篩余量小于1.5%,含SiO2的灰巖則應更細。l二、煤l 一般：0.08mm方孔篩篩余量在10%-15%之間。l三、水泥粉磨l 水泥細度為比表面積控制在300m2/kg左右。一般小于30m, 顆粒越細水泥水化越快，但太細（ 3m）則水化太快，造成水泥孔隙多強度下降。l 1、開路、開路l l 2、閉路、閉路 l1、濕法、濕法l l2、干法、干法l水泥混合粉磨系統流程，圖53。l包括：l一、入磨物料粒度 l二、物料的易磨性l三、入磨物料溫度 l四、入磨物料水分l五、磨內通風l六、助磨劑l七、設備及流程l

28、 粒度與產品質量成正比，越細越好。l與產品質量成正比，C3S含量與易磨系數成正比；C2S含量與易磨系數成反比。 l一般為50，出磨水泥溫度為110-120。溫度過高會出現粘板、結塊現象，效果差。 l一般小于1%，水分越大效果越差。l通風程度與易磨系數成正比。l 煤、焦碳、三乙醇胺、醋酸鈉、乙二醇及其它活性物等可助磨。 l1、一級閉路；2、二級閉路。l1、水分蒸發 l2、黏土礦物脫羥l3、碳酸鹽分解 l4、固相反應 l5、熟料的燒結 l6、熟料冷卻 l T=100-150，脫分子水。包括吸附水和層間水。lT=400-600，黏土礦物脫羥基水。l高嶺石脫水（500）偏高嶺石（1000）莫來石放熱

29、， 活性強，體積收縮；l蒙脫石、伊利石脫水仍具有晶體結構 活性差，蒙脫石收縮而伊利石膨脹。因此伊利石作原料對于立窯和立波爾窯不合適，因其用料球，會炸裂，熱穩定性差。l1.粘土成分，高嶺土活動強，利于分解，伊利石和蒙脫石活性差影響分解l2. 溫度：越高分解越快l3. 時間：越長分解越徹底l4. 通風：利于分解l5. 顆粒團聚：不利于分解lT=600-900，l對 CaCO3 CaOCO2l MgCO3 MgOCO2lCaMg(CO3)2 CaO MgO CO2la、可逆反應。因此，要保證溫度和CO2分解，分解不易太大。l b、強吸熱反應。 每千克CaCO3 900時需1658kJ熱量才能分解l

30、c、反應的起始溫度較低，約600，但分解速度慢。T=900，分解加快，以后每增加50，速度加快一倍。圖圖61 石灰石顆粒分解過程石灰石顆粒分解過程 l包括：la、傳熱（氣流顆粒分解面）2個lb、分解，并CO2lc、傳質，分解CO2向表面及大氣中擴散，2個la、 石灰石結構、物性：致密、晶體粗大（大理石）分解反應困難，灰巖、泥灰巖分解容易。lb、生料細度：越細，越有利于分解。lc、 反應條件：溫度T。 CO2快；促使CO2迅速擴散；ld、生料懸浮擴散程度：分散好，分解快le、泥灰巖中粘土的礦物組成，高嶺石利于分解。l（1）反應過程：l T=800： CaOAl2O3 CaOAl2O3 (CA)l

31、 CaO Fe2O3 CaOFe2O3 (CF)l 2CaO SiO2 2 CaOSiO2 (C2S)l T=800-900： 7(CA)5 CaO 12(C12A7)l (CF) CaO 2 (C2F)l T=900-1100： 2 CaO Al2O3SiO2 (C2AS)l 12 CaO7 Al2O39 CaO 7(C3A)l 7(2CaOFe2O3)CaO 12CaO7Al2O3 7(C4AF)l T=1100-1200： 大量形成C3A、C4AF、C2S。l a、生料細度和均勻性l b、溫度T、時間tl c、原料性質（是含SiO2等CaCO3，晶體的存在會降低反應速度。l d、礦化劑：

32、加入少量能使晶體生成速度加快，生料易燒的物質。l 反應過程l T=12501280，最低共熔，出現熔體。C2SCaO C3S。體積收縮，結構致密。 la. 最低共熔溫度：兩種或兩種以上組分開始出現液相的溫度。（P45圖）lb.液相量：越多，C3S越快，但過多易結塊。l 計算公式：（P46）與Al2O3和Fe2O3含量有關。lc. 液相粘度：粘度小則有利于C3S形成，P46圖。ld. 液相的表面張力：T，張力愈小，愈有利于C3S形成。le. CaO溶解于熟料液相的速率：CaO顆粒越小，溶解速度越快，反應越徹底P47 表162。lf. 反應物存在的狀態：顆粒越細，T梯度越大，對反應越有利。l含有凝

33、固和相變兩個過程，快速冷卻的作用：l 提高熟料的質量：l C3S （1250）C2Sf-CaO 所以提高冷卻速度，可降低f-CaO含量。l 改善熟料的易磨性：快冷晶體小易磨。l 回收余熱 提高窯爐的熱效率。l 有利于熟料的輸送、儲存和粉磨 T100，防止粉磨的時出現“假凝”現象。l熟料形成過程中的熱效應：P48表163。l理論熱耗=支出熱量收入熱量l結果：l1kg熟料20需43122553=1759KJ/kg熟料l1. 氟化物：CaF2、NaF、Na2SiF6、CaSiF6、MgSiF6等。l2. 硫酸鹽：石膏、重晶石（BaSO4）等。l3. 氯化物：CaCl2、NaCl等。l4. 磷灰石、磷

34、酸二氫鈣。l5.工業廢渣：銅礦渣、汰礦渣等。 l1、螢石：螢石是一種使用最廣泛，效果最好的礦化劑。l 機理：CaF2H2O（高溫）CaO2HFl 4HFSiO2（Q）=SiF42H2Ol 2HFCaCO3CaF2H2OCO2l 作用： 加速SiO2、CaCO3和鉀長石分解。l 降低液相生成溫度。l 加速C3S形成。 l2、硫酸鹽：CaSO4CaOSO3 BaSO4BaOSO3l作用： SO3能降低液相粘度，增加液相量。l 利于C3S形成，因可形成2C2SCaSO4等中間過度化含物。l3、螢石石膏復合礦化：l 效果更好，但有時會出現不正常凝結現象。l4、氯化物：與氟化物相似，但效果稍差。l5、磷

35、灰石：與石膏相似，但太多會導致C3S分解。l來源于原料。 l優點：能降低最低共熔溫度，起助熔作用。l缺點：易形成K-石膏水泥快凝、結塊、起霜。局部膨脹裂開。同時，堿的出現會導致f-CaO增多。l 通常（K2ONa2O）1%l來源于白云石。 l 優點：助熔、降低粘度、增加液相、改善水泥色澤。l 缺點：方鎂石過多會影響水泥的安定性。l 熟料MgO5%l來源于磷灰石礦化劑。l含量極少。0.1-0.3%時，P2O5可與C2S固熔，但太高會導致C3S分解，可加入適量螢石以減小P2O5的不良影響。l來源于粘土。l粘土中，一般含量0.3%，它可對-C2S起穩定作用，但太高會影響水泥強度，熟料中一般應1%l

36、回轉窯是利用一個傾斜的回轉鋼圓筒，斜度一般為3%5%，生料由窯尾（高端）加入，熟料由窯頭（低端）輸出。l 煅燒分為一次空氣和二次空氣。一次空氣和煤粉混合入窯，空氣占燃燒總量的15%30%。其余為二次空氣，即空氣經預熱后再入窯。 l物料進入回轉窯后，在高溫作用下，進行一系列的物理化學反應后形成熟料，按照不同反應在回轉窯內所占有的空間，被稱為“帶”。窯內各帶的劃分情況見圖62。 l1干燥帶：物料溫度20150，氣體溫度200400。l2預熱帶：物料溫度150750，氣體溫度4001000。l3碳酸鹽分解帶：物料溫度 7501000，氣體溫度10001400。l4放熱反應帶：物料溫度10001300

37、，氣體溫度14001600。l5燒成帶：物料直接受火焰加熱，溫度130014501300。l6冷卻帶：液相凝固后進入冷卻機繼續冷卻。l物料入窯后，由于筒體的傾斜并以一定的速度旋轉，所以物料的運動過程比較復雜。 l物料運動速度：l V=iD/10.621/2l式中,V物料運動速度(m/s); i回轉窯斜度(%); D回轉窯內徑(m); 物料的自然休止角。l 在窯內的不同“帶”受氣流、物料在各帶的停留時間等的影響，其運行速度各不相同。 l不同類型、不同規模的回轉窯內在不同階段產生的熱效應不同，但總體上為：l1燒成帶內：C2SC3S 熱效應0l2分解帶內：大量吸熱l3固相反應：放熱l4降低熱耗：變濕

38、法為干法，減少廢氣。l5提高傳熱能力：提高氣流溫度，控制廢氣。l6發熱能力與傳熱能力協調。可采用預熱、分解窯。 l懸浮預熱窯和預分解窯的作用是將大量吸熱的干燥及碳酸鹽分解反應過程從窯內傳熱速率較低的區域移到單獨的懸浮預熱窯和預分解窯中進行。在懸浮預熱窯和預分解窯中生料顆粒分散呈懸浮或沸騰狀態，以最小的溫度差在燃料無焰燃燒的同時，進行高速傳熱過程，使生料迅速完成干燥和分解過程，從而大大減少了回轉窯的熱負荷，使窯的產量成倍增加，同時延長了耐火襯的壽命，提高了窯的運轉周期。同時，窯內進行的固相反應和燒結反應也比較徹底，產品的質量也得以提高。余熱重復利用也降低了成本。 l1工作原理l 將生料粉與從回轉

39、窯尾排出的煙氣混合，并使懸浮在熱氣中進行熱交換。這樣可大大提高傳熱面積和傳熱系數。據經驗計算，傳熱面積比回轉窯內提高了2400倍而傳熱系數也提高了1323倍。生料顆粒干燥的程度與顆粒的大小直接相關，見圖64。l有旋風預熱器（圖65）和立筒預熱器（圖66）。l預分解窯的熱耗比一般懸浮預熱器窯低，成本也較低。入窯物料的分解率可由30%提高到90%。其預熱分解的全過程見圖67。 l窯外預熱分解回轉窯的特點：l1溫度變化速度快，熟料易磨性好；l2回轉窯的長徑比大，燒成帶長，產品質量高；l3操作穩定，產量大。 l從“工藝”和“熱工”兩方面對冷卻機的要求：l1盡可能多的回收熟料的熱量。l2縮短冷卻時間，提

40、高熟料質量。l3耗空氣量盡量少，以提高二次空氣溫度。l4結構簡單，操作方便。 l常見冷卻機的種類有：l1筒式冷卻機：l （1）單筒式l （2）多筒式l （3）立筒式l2篦式冷卻機：l （1）推動式l （2）震動式l （3）回轉式l圖圖68 單筒冷卻機單筒冷卻機l1卸料篦子；卸料篦子；2揚料板；揚料板；3大牙輪；大牙輪；4輪帶；輪帶；5耐火磚；耐火磚；6筒體；筒體；7密封裝置；密封裝置；8窯頭；窯頭；9熱煙室；熱煙室；10通料口；通料口；11溜子；溜子；12風道；風道；13清理積料門清理積料門l優點：熱效率高；l缺點：冷卻速度慢、占地面積大、沒有廢氣處理、成本高，已逐漸被篦冷取代。l圖圖69 多

41、筒冷卻機多筒冷卻機l1- 回轉窯筒體；回轉窯筒體；2-冷卻機筒體；冷卻機筒體； 3-冷卻機接料管；冷卻機接料管； 4-托輪與托輪與輪帶；輪帶； 5-看火隧道看火隧道l優點：占地小，簡便；l缺點：筒體短，散熱慢。l圖圖610 篦式冷卻機篦式冷卻機l篦床；篦床； 2-鐵柵；鐵柵； 3-拉鏈機；拉鏈機； 4-傾斜固定篦板；傾斜固定篦板； 5-高壓風管；高壓風管； 6-中中壓風進口；壓風進口； 7-廢氣煙窗；廢氣煙窗； 8-閘板；閘板； 9-出料溜管出料溜管 l優點：冷卻速度快、有廢氣處理；l缺點：需要冷卻風量較多。 l優點： 熱耗低；構造簡單；占地面積小，成本低。 缺點：生產能力低；煅燒不夠均勻，產

42、品質量差；生產率低。圖圖611 立窯中生料球的煅燒過程立窯中生料球的煅燒過程l分為：l1預熱（燒）帶：溫度201000，占全窯的5%10%。l2燒成帶：溫度10001300，占全窯的10%。l3冷卻帶：小于1300，占全窯的75%85%。l1燃燒：C+CO22COl CaCO3CO2+ CaO (吸熱)l C+O2CO2l 2CO+O22CO2 （放熱）l2通風：通風不良是立窯的缺陷l1普通燃燒法（白生料法）：生料粉磨與煤粒混合成球； 2全黑生料法：將煤與生料混合球磨后成球；l3差熱煅燒法：在窯的邊部和中部加入不同的煤量。l1粒度：815mm，均勻；l2水分：12%15%；l3強度：1m高度自

43、由落下不碎；l4孔隙率：30%35%。l1礦物結構不穩定，水化后形成穩定的化合物。而造成結構不穩定的原因有：熟料冷卻快；C3S、C2S有固溶體；礦物中含有微量元素。l2Ca2+配位不規則，致使結晶礦物內有“空洞”，即非最緊密堆積。l 1C3S的水化l 2C2S的水化l 3C3A的水化l 4C4AF的水化l l C3S在水泥熟料中占50%60%，是熟料中最主要的礦物。因此，它的水化過程幾乎決定了水泥的水化過程。硅酸三鈣水化后形成水化硅酸鈣-凝膠。其 化學反應式為：l C3S+nH=CX-S-HY+（3-x）CHl即 3CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)2l 水化硅酸鈣的特點：組成不定，與Ca(OH)2的濃度有關。lC3S的水化過程如圖71，分為五個階段。 l 初始水解期：C3SC4AFC2S；l2水灰比：水越多，水化越快；l3水泥細度：越細越快；l4溫度：越高越快；l5外加劑：包括促凝劑（無機電解質）、促硬劑和緩凝劑（有機外加劑）。l各家觀點不一。l1結晶理論：液相反應，溶解沉淀的過程；l2膠體理論：固相反應，膠體凝膠的過程；l3