水泥生產(chǎn)方法及主要設(shè)備

1、水泥生產(chǎn)方法及主要設(shè)備03-05-07  一、硅酸鹽水泥熟料    1熟料定義    硅酸鹽水泥熟料按中國標(biāo)準(zhǔn)的定義為：“以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產(chǎn)物”。按歐洲試行標(biāo)準(zhǔn)的定義為：“波特蘭水泥熟料是一種水硬性材料，以重量計至少23是由硅酸鈣(C3S和C2S)組成，其余為氧化鋁(Al203)，氧化鐵(FC2O3)和其它氧化物。CaOSiO。重量比應(yīng)不小于20。氧化鎂(MgO)以重量計不應(yīng)超過5。波特蘭水泥熟料是由精確配定的混合原料(生料粉，料泥或生料漿)經(jīng)至少煅燒至燒結(jié)

2、而制成的，混合原料含有CaO，SiO2，Al2O3和少量其它物質(zhì)。生料粉，料泥或生料漿必須細(xì)磨，充分混合，因而是均勻的”。 由以上的定義中可以看出歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的比較明確，對熟料的礦物組成(如硅酸鹽礦物)和化學(xué)組成(如CaOSiO重量比)都給予數(shù)量上的限定，對生料的制備質(zhì)量也提出了細(xì)磨和混合均勻的要求。這些對新品種開發(fā)和提高水泥及混凝土質(zhì)量是很重要的。    2熟料礦物組成    硅酸鹽水泥熟料主要由4種結(jié)晶礦物組成，即阿利特，貝利特，鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽，它們緊密地交織在一起，另外還有少量游離石灰，方鎂石，玻

3、璃體和孔隙。阿利特(Alite)  主要由硅酸三鈣組成，分子式為3CaO·SiO2，簡寫C3S。因為熟料中不存在純的C3S，其中都固溶有MgO，Al2O3，F(xiàn)e2O3，TiO2以及V12O，Na2O等金屬氧化物，所以在準(zhǔn)確叫法稱為阿利特礦物，簡稱A礦，C3S水化速度快，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都高，是硅酸鹽水泥熟料尤其高活性熟料的主要礦物，含量一般在4080，我國最高在67左右，國外可達(dá)85。貝利特(Belite)  主要由硅酸二鈣組成，分子式為2CaO·SiO2，簡寫為C2S。因為熟料中不可能有純的C2S，其中多固溶有Al2O3，F(xiàn)e2O

4、3，MgO，V12O，Na2O，TiO2，P2O5等雜質(zhì)，所以稱為貝利特礦物，簡稱B礦。C2S水化速度慢、早期強(qiáng)度低，長期強(qiáng)度能達(dá)到與C3S相同的水平。    C2S有4種晶型，在2130下燒至熔融為a型，1420°C為a型，溫度降至675轉(zhuǎn)變?yōu)樾停档?00400轉(zhuǎn)變?yōu)樾?。?qiáng)度以a型最高，以后隨溫度降低和晶型轉(zhuǎn)變而降低，到v型幾乎沒有強(qiáng)度，體積膨脹10，造成熟料粉化。在水泥熟料中主要是型C2S，一般通過其他離子侵入和快速冷卻能使型C2S穩(wěn)定不再轉(zhuǎn)變?yōu)閂型C2S。C2S含量一般在030之間，我國高的在35左右。   

5、; 鋁酸鹽  純的鋁酸鹽相為鋁酸三鈣，即3CaO·Al2O，簡寫為C3A，在熟料中C3A也含有Al2O，Na2O等氧化物。C3A水化速度極快，為抑制其水化速度調(diào)節(jié)凝結(jié)時間要加入一定量的硫酸鹽(如石膏)，C3A本身強(qiáng)度不高，但因其水化快和水化熱高，能與阿利特和貝利特一起提高一些水泥早期強(qiáng)度。CaA含量一般613，我國偏低一些，411，國外一般偏高，個別情況高達(dá)15。    鐵鋁酸鹽  又稱鐵酸鹽相，它沒有固定的化學(xué)組成，是晶體混合系列中的一環(huán)，理論上可達(dá)到C2A和C2F，所以常常稱為鐵鋁酸四鈣，簡

6、寫為C4AF，然而C2A并不存在。這一晶體混合系列為C2AC6A2FC4AFC6AFC2F，視氧化鐵和氧化鋁含量的不同，混合晶體可偏向鐵多的一面或鋁多的一面，在水泥熟料中系數(shù)情況下是相當(dāng)于C4AF的組成，也可寫成C2(AF)。鐵鋁酸鹽相中也固溶一些其他離子，它對水泥顏色起很大的決定作用，純的C4AF為褐色，含MgO后為深灰綠色。C4AF的反應(yīng)活性很低，對水泥性能作用不大。C4AF含量一般為415，中國偏高一些，高的在18左右，低的約8。    游離石灰  水泥熟料中未與酸性氧化物化合的氧化鈣，常寫成fCaO，一般含量都在2以下。游離石

7、灰是不希望存在的，它的出現(xiàn)有以下幾個原因：生料制備不好，有過粗的顆?；蚧旌喜痪鶆?；煅燒溫度不夠，未能同其他氧化物化合；冷卻速度過慢，部分C3S分解成C2S和fCaO；配料不當(dāng)氧化鈣含量過高。游離石灰過高會使砂漿和混凝土發(fā)生膨脹，造成安定性不良。    游離氧化鎂或方鎂石  在氧化鎂含量高的熟料中可能含有游離的氧化鎂，一般只寫成MgO，MgO有225能固溶到熟料的其它相中，水泥標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定MgO含量不得超過5，所以熟料中最高能有2530的MgO。固溶在其它相中的方鎂石量取決于熟料的化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝，這部分沒有什么危害。游離的方鎂石如含量

8、過高會產(chǎn)生膨脹，又常在一年以后發(fā)生，造成混凝土損壞。方鎂石如結(jié)晶細(xì)小和分散均勻，膨脹作用也小，粗大的結(jié)晶和呈窩狀存在危害較大，游離石灰也是這樣。    除此之外熟料中在個別情況下也還可能存在極少量的硫酸堿和玻璃體。    3熟料化學(xué)組成及率值為了能夠煅燒出所需礦物組成的熟料，首先要配制出具有一定化學(xué)成分的生料，生料去掉燒失量后的化學(xué)成分即熟料化學(xué)成分一般范圍列于表7。表7熟料化學(xué)成分范圍（重量>）在調(diào)配原料時要通過各種氧化物的比例關(guān)系進(jìn)行控制，這些比例關(guān)系又稱率值，常用的率值有以下幾種：  

9、;  (1)石灰飽和系數(shù)KH在熟料中石灰完全飽和是指全部SiO2都形成C3S，全部Fe2O3，都形成C4AF，剩余的Al2O3，都形成C3A，石灰飽和系數(shù)是指熟料中實際的CaO含量與理論上達(dá)到完全飽和時的CaO含量之比。在中國使用前蘇聯(lián)的金德公式計算，用生成C4AF和C3A和CaSO4后剩余的CaO量與SiO2全部生成C3S，所需要的CaO量之比KH= 如fCaO過高上式中還應(yīng)考慮扣除iCaO，尤其在我國的立窯生產(chǎn)中要計算扣除fCaO后的KH值KH=   目前我國熟料的KH值在082096之間。在國外石灰飽和系數(shù)的計算為： 

10、也還有用石灰標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)KST(德國)和石灰飽和率CSF(英國)兩種表示法，即     KST=      LSF= (2)硅酸率SM    硅酸率是SiO2與A12O3和Fe2O3之和的比值，它表示熟料在燒結(jié)時(在燒成帶內(nèi))固相與流相的比例。因為SiO2在燒結(jié)溫度下絕大部分都在固相阿利特和貝利特相中，而氧化鋁和氧化鐵則存在液相中。目前，我國水泥熟料的硅酸率在1628之間，國外在1932之間。SM= (3)鋁氧率IM鋁氧率也稱鐵率

11、是氧化鋁與氧化鐵的比，在燒結(jié)溫度下這兩種氧化物幾乎全部進(jìn)入液相。IM主要表示液相的特性，若提高氧化鐵含量，IM值減小，液相粘度下降，若IM值<0638，熟料中不生成C3A，這種水泥具有較高的抗硫酸鹽性能。我國水泥熟料的IM值目前在090200之間(特種水泥除外)。國外在1525之間。(4)水硬系數(shù)HM水硬系數(shù)是氧化鈣與酸性氧化物SiO2，A12O3，和Fe2O3之比。HM高水泥強(qiáng)度特別是早期強(qiáng)度高，水化熱高，抗化學(xué)侵蝕性下降，HM一般在1723之間，低于17水泥強(qiáng)度太低，高于24大部分安定性不好，一般以20左右為好。水硬系數(shù)目前只有少數(shù)國家如日本等仍在使用，多數(shù)國家主要使用硅酸率和鋁氧率

12、，水硬系數(shù)僅作為補(bǔ)充或不用。  HM= 二、硅酸鹽水泥的主要原料生產(chǎn)硅酸鹽水泥首先要煅燒出硅酸鹽水泥熟料，然后再用熟料磨制成水泥，所以硅酸鹽水泥的原料應(yīng)分為煅燒熟料所需的原料和磨制水泥所需的原料。1生產(chǎn)熟料用的原料    最理想的原料是具有水泥熟料要求化學(xué)成分的天然巖石，并有足夠的儲量，均勻的特性和便利的開采條件。這種情況很少見，美國相對多一些，歐洲也有個別水泥廠現(xiàn)在仍用一種原料生產(chǎn)水泥熟料。大多數(shù)情況是用石灰石質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料進(jìn)行混合，必要時加入少量硅質(zhì)或鐵質(zhì)校正原料，調(diào)整混合生料的化學(xué)成分。水泥生料中碳酸鈣CaCO3的

13、含量在7280之間，按CaCO3含量多少，可將原料排列如下：    純石灰石    CaCO3含量>95    泥灰?guī)r質(zhì)石灰石    CaCO3含量8595    石灰質(zhì)泥灰?guī)r    CaCO3含量?085    泥灰?guī)r    CaCO3含量3070  

14、  粘土質(zhì)泥灰?guī)r    CaCO3含量1530    泥灰?guī)r質(zhì)粘土   CaCO3含量5 15    粘土    CaCO3含量<5    純石灰石，泥灰?guī)r質(zhì)石灰石和石灰質(zhì)泥灰?guī)r用以引入CaCaCO3，粘土、泥灰?guī)r質(zhì)粘土和粘土質(zhì)泥灰?guī)r用以引入SiO2，Al2O3和Fe2O3。配料時最好選用與熟料化學(xué)成分相接近的原料，如石灰質(zhì)泥灰?guī)r，

15、因為它已混入一些粘土質(zhì)組分，結(jié)晶細(xì)小，分布均勻，易燒性好。最不利的是用純的石灰石和純的粘土混合配料，易燒性不好。為了調(diào)整生料化學(xué)成分，有的還加入少量砂巖，硫鐵礦渣、鐵礦等作為校正原料。除天然原料外還可以使用工業(yè)廢渣，如高爐礦渣、煤矸石、粉煤灰、金屬尾礦等作為粘土質(zhì)原料，今后的發(fā)展趨勢也是盡可能利用泥灰?guī)r類天然原料和工業(yè)廢渣作主要原料，高質(zhì)量的石灰石作為校正原料來生產(chǎn)水泥熟料。    生產(chǎn)熟料所用的燃料，從今天的技術(shù)水平來看不受什么限制，氣體、液體、固體燃料，可燃性廢料都可以使用，僅立窯上受工藝條件限制只能燒固體燃料，并以無煙煤、焦炭之類含揮發(fā)分低的燃料為

16、好，回轉(zhuǎn)窯則煙煤，無煙煤以及各種可燃性廢料都可以使用。    2生產(chǎn)水泥的原料    硅酸鹽水泥自然是由硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏共同磨細(xì)而成，有些品種允許加入一定量的混合材。然而今天在歐洲水泥試行標(biāo)準(zhǔn)中則將我國所稱的混合材也作為水泥的組分，在水泥含量6的為主要組分，5的為次要組分或填充料，即水泥的組成應(yīng)為主要組分，次要組分，石膏和外加劑。因為這些組分材料不論是熟料、石膏，還是礦渣、粉煤灰甚至窯灰都對水泥性能的發(fā)揮起一定作用，都是為獲得優(yōu)質(zhì)混凝土所不可缺少的材料，所以在標(biāo)準(zhǔn)中對這些材料的質(zhì)量也都提出了相應(yīng)的要求，這

17、里只就幾種主要材料作些介紹。    (1)硅酸鹽水泥熟料    熟料定義前已有介紹，這里不再重復(fù)，中國標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了要用適當(dāng)成分的生料和燒至部分熔融，以及要以硅酸鈣為主要成分。歐洲試行標(biāo)準(zhǔn)除此之外還要求硅酸鈣(C3S+C2S)含量應(yīng)23，CaOSiO2重量比20，并對生料制備也提出一些原則要求，這些對保證混凝土質(zhì)量很有益處，尤其目前對提高我國水泥實物質(zhì)量很有參考價值。其他對如鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥的熟料也都有相應(yīng)質(zhì)量要求。    (2)混合材

18、0;   在我國將水泥中除熟料和石膏以外的組分都稱為混合材，它是為改善水泥性能，調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號的礦物質(zhì)材料。常用的混合材有粒化高爐礦渣，粉煤灰，火山灰質(zhì)混合材，石灰石，?；姞t磷渣，冶金工業(yè)的各種熔渣。火山灰質(zhì)混合材分為兩大類，1類是天然的，如火山灰、凝灰?guī)r、浮石、沸石巖、硅藻土和硅藻石。另1類是人工的，如煤矸石、燒頁巖、燒粘土、煤渣、硅質(zhì)渣。對這些材料都有一定的質(zhì)量要求和摻加量限定，今后的發(fā)展趨勢是加大工業(yè)廢渣的摻加量，減少熟料使用量，為保護(hù)環(huán)境多做貢獻(xiàn)，但是，也有一個前提，即不能過份影響水泥及混凝土質(zhì)量，不能產(chǎn)生二次污染，也不能太大地影響生產(chǎn)過程，每使用一種新的

19、廢渣都必須做水泥性能及混凝土性能和耐久性試驗，有關(guān)環(huán)保及安全方面的檢測，取得有關(guān)部門的許可方可正式使用。    (3)石膏    石膏又稱緩凝劑，是調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間用的，常用的為天然石膏礦，主要成分為二水硫酸鈣CaSO4·2H2O，或者天然硬石膏，主要成分為無水硫酸鈣CaSO4。另外也有半水石膏CaSO4·2H2，它們的混合物，或工業(yè)副產(chǎn)石膏，如陶瓷工業(yè)的石膏模，煙氣脫硫石膏等。石膏的用量約為5左右，一般控制水泥中的SO，量不超過35。    (4)外加劑

20、    水泥中允許加入不超過水泥重量1的外加劑，主要是助磨劑。這些外加劑不應(yīng)損害對鋼筋的保護(hù)性能，以及水泥和混凝土的其他有關(guān)性能，所以水泥中的外加劑應(yīng)慎重使用，以加在混凝土中為好，以免與混凝土的外加劑相抵觸。    (5)超細(xì)摻加料    自90年代以來興起的超細(xì)粉摻加料能顯著提高水泥混凝土的強(qiáng)度和改善其他有關(guān)施工性能和物理性能。水泥中常用的是硅灰，它的細(xì)度是水泥細(xì)度的50100倍。近來又發(fā)展使用磨細(xì)礦渣以及磨細(xì)熟料，磨細(xì)程度一種是超細(xì)磨，比面積磨到9000或10000cm2

21、g以上到20000cm2g，平均粒徑136m。另一種是在9000cm2g以下，有的在5000cm2g左右，或40005000cm2g之間，后一種當(dāng)然算不上超細(xì)磨了，現(xiàn)在的研究得出，加入這些微細(xì)粉能明顯提高水泥及混凝土強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度，并能改善水泥砂漿的可加工性，提高混凝土的密實性、抗?jié)B性、抗蝕性、耐久性，這種微細(xì)粉可以加到水泥中也可以在施工時加到混凝土中，我國目前比較重視的是用磨細(xì)礦渣摻到水泥中，改善水泥性能。三、水泥生產(chǎn)工藝1熟料形成過程硅酸鹽水泥熟料是由石灰石組分和粘土組分經(jīng)高溫煅燒相互化合而成的，其主要反應(yīng)過程如下    20150°

22、C一烘干原料帶入的附著水分，濕法生產(chǎn)在這一段消耗了大量熱量。    150600°C一高嶺土脫去吸附的水分和結(jié)晶水。    600900°C一高嶺土分解，同時形成一些初級礦物，如CA，C2F，C2S和C12A7。    8501100一CaCO3分解率最大，形成的游離石灰量也最大，這期間因CaCO3分解為吸熱反應(yīng)，需要熱量最多。C3A和C4AF也在這時開始形成。    11001200一C3A和C4AF主要在這一溫度

23、區(qū)內(nèi)形成，C2S量達(dá)到最大值。    12601310一形成熟料液相    12501450C2S吸收fCaO形成C3S，最終燒成熟料，所以一般都要達(dá)到1450以上，并停留一定時間才能燒出合格熟料。    2水泥生產(chǎn)方法    水泥的生產(chǎn)工藝簡單講便是兩磨一燒，即原料要經(jīng)過采掘、破碎、磨細(xì)和混勻制成生料，生料經(jīng)1450C的高溫?zé)墒炝希炝显俳?jīng)破碎，與石膏或其他混合材一起磨細(xì)成為水泥。由于生料制備有干濕之別，所以將生產(chǎn)方法分為濕法，半干

24、法或半濕法，干法3種。    (1)濕法生產(chǎn)的特點  將生料制成含水32一36的料漿，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)將生料漿烘干并燒成熟料。濕法制備料漿，粉磨能耗較低，約低30，料漿容易混勻，生料成分穩(wěn)定，有利于燒出高質(zhì)量的熟料。但球磨機(jī)易磨件的鋼材消耗大，回轉(zhuǎn)窯的熟料單位熱耗比干法窯高20932931KTkg(500700kcalkg)，熟料出窯溫度較低，不宜燒高硅酸率和高鋁氧率的熟料。    (2)半干法生產(chǎn)的特點  將干生料粉加1015水制成料球入窯煅燒稱半干法，帶爐篦子加熱機(jī)的回轉(zhuǎn)窯又稱

25、立波爾窯和立窯都是用半干法生產(chǎn)。國外還有一種將濕法制備的料漿用機(jī)械方法壓濾脫水，制成含水19左右的泥段再入立波爾窯煅燒，稱為半濕法生產(chǎn)。半干法入窯物料的含水率降低了，窯的熟料單位熱耗也可比濕法降低8371675kJkg(200400kcalkg)。由于用爐篦子加熱機(jī)代替部分回轉(zhuǎn)窯烘干料球，效率較高，回轉(zhuǎn)窯可以縮短，如按窯的單位容積產(chǎn)量計算可以提高23倍。但半干法要求生料應(yīng)有一定的塑性，以便成球，使它的應(yīng)用受到一定限制，加熱機(jī)機(jī)械故障多，在我國一般煅燒溫度較低，不宜燒高質(zhì)量的熟料。    (3)立窯生產(chǎn)的特點  立窯屬半干法生產(chǎn)，它是水

26、泥工業(yè)應(yīng)用最早的煅燒窯，從19世紀(jì)中期開始由石灰立窯演變而來，到1910年發(fā)展成為機(jī)械化立窯。立窯生產(chǎn)規(guī)模小，設(shè)備簡單，投資相對較低，對水泥市場需求比較小的、交通不方便、工業(yè)技術(shù)水平相對較低的地區(qū)最為適用。用立窯生產(chǎn)水泥熱耗與電耗都比較低，我國是世界上立窯最多的國家，立窯生產(chǎn)技術(shù)水平較高。但是，立窯由于其自身的工藝特點，熟料煅燒不均勻、不宜燒高硅酸率和高飽和比的熟料，窯的生產(chǎn)能力太小，日產(chǎn)熟料量很難超過300噸，從目前的技術(shù)水平來看也難以實現(xiàn)高水平的現(xiàn)代化。    (4)干法生產(chǎn)的特點  干法是將生料粉直接送入窯內(nèi)煅燒，入窯生料的含水

27、率一般僅12，省去了烘干生料所需的大量熱量。以前的干法生產(chǎn)使用的是中空回轉(zhuǎn)窯，窯內(nèi)傳熱效率較低，尤其在耗熱量大的分解帶內(nèi)，熱能得不到充分利用，以致干法中空窯的熱效率并沒有多少改善。干法制備的生料粉不易混合均勻，影響熟料質(zhì)量，因此4050年代濕法生產(chǎn)曾占主導(dǎo)地位。50年代出現(xiàn)了生料粉空氣攪拌技術(shù)和懸浮預(yù)熱技術(shù)，?0年代初誕生了預(yù)分解技術(shù)，原料預(yù)均化及生料質(zhì)量控制技術(shù)。現(xiàn)在干法生產(chǎn)完全可以制備出質(zhì)量均勻的生料，新型的預(yù)分解窯已將生料粉的預(yù)熱和碳酸鹽分解都移到窯外在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行，熱效率高，減輕了回轉(zhuǎn)窯的負(fù)荷，不僅熱耗低使回轉(zhuǎn)窯的熱效率由濕法窯的30左右提高到60以上，又使窯的生產(chǎn)能力得以擴(kuò)大，目前

28、的標(biāo)準(zhǔn)窯型為3000td，最大的10000td。我國現(xiàn)在有700td、1000td、2000td、4000td的幾種規(guī)格，逐步向大型方向發(fā)展。預(yù)分解窯生料預(yù)燒得好，窯內(nèi)溫度較高，熟料冷卻速度快，可以燒高硅酸率、高飽和比以及高鋁氧率的熟料，熟料強(qiáng)度高，因此現(xiàn)在將懸浮預(yù)熱和預(yù)分解窯統(tǒng)稱為新型干法窯，或新型干法生產(chǎn)線，新型干法生產(chǎn)是今后的發(fā)展方向。新型干法窯規(guī)模大，投資相對較高，對技術(shù)水平和工業(yè)配套能力要求也比較高，如條件不具備則難以正常發(fā)展。    3水泥生產(chǎn)工藝流程    水泥生產(chǎn)的基本流程，以干法生產(chǎn)為例包括以下幾

29、個主要工序：    原料開采一破碎一烘干一配料一粉磨一生料貯存一均化一煅燒一熟料冷卻及破碎一配料(加石膏和混合材)一粉磨一水泥貯存一裝運。    濕法生產(chǎn)的區(qū)別在煅燒以前的生料制備過程上，主要工序為：  半干法生產(chǎn)的區(qū)別僅在出生料磨以后和入窯煅燒之前的一段，即：    粉磨一生料貯存均化一加水成球一煅燒。    新型干法生產(chǎn)則在各貯存環(huán)節(jié)上都加強(qiáng)了均化，具體為：    原料開采一破碎一預(yù)

30、均化一配料一粉磨并烘干一生料粉貯存均化一煅燒一熟料冷卻破碎一熟料貯存均化一配料一粉磨一水泥貯存均化一裝運(或混配攪拌一裝運)    此外，用煤做燃料時也要經(jīng)過貯存均化，破碎(或烘干)，粉磨制成煤粉再人窯。混合材則視品種而定，如粒化高爐礦渣要經(jīng)過烘干，煤矸石要預(yù)先破碎，石膏也需預(yù)先破碎?；旌喜暮褪嗤ǔ６寂c熟料一起粉磨，近年來對?；郀t礦渣趨向于單獨粉磨，因為礦渣比熟料難磨，如與熟料一起粉磨難以磨細(xì)，不能充分發(fā)揮礦渣的作用。    四、生產(chǎn)水泥用的主要設(shè)備    1水泥窯系統(tǒng)水

31、泥窯是水泥廠的主要設(shè)備，由生料燒成熟料的整個過程都在窯內(nèi)完成，最簡單的回轉(zhuǎn)窯是干法中空窯，如圖1所示。生料粉由窯尾加入，煤粉用一次風(fēng)由窯頭噴入并在窯內(nèi)燃燒，這里的火焰溫度達(dá)18002000。生料在窯內(nèi)不斷向窯頭流動，濕度也逐漸升高，經(jīng)過烘干、脫水、預(yù)熱、分解，到1300°C左右時出現(xiàn)液相，在火焰下面升高到1450°C燒成熟料，然后冷卻到13001100離開回轉(zhuǎn)窯落入單筒冷卻機(jī)，冷卻到100150左右卸到熟料輸送機(jī)運至熟料破碎機(jī)，破碎后入庫貯存。圖1  干法中空回轉(zhuǎn)窯1次風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)    2煤粉下料管 

32、60;  3噴煤管    4窯頭罩    5回轉(zhuǎn)窯6生料粉下料管    7煙室    8熟料下料溜槽    9單筒冷卻機(jī)    10熟料運輸機(jī)  回轉(zhuǎn)窯是由鋼板卷制的圓筒，內(nèi)砌耐火磚，由裝車簡體上的輪帶和下面的托輪支承，用裝在窯身上的大齒圈傳動?；剞D(zhuǎn)窯通常以35的斜度安放，轉(zhuǎn)數(shù)一般在1轉(zhuǎn)分鐘以內(nèi)、新式干法窯可達(dá)3轉(zhuǎn)分鐘以上。單筒

33、冷卻機(jī)與窯相似，不同的是筒內(nèi)裝有揚(yáng)料板用以加速熟料冷卻。窯頭高溫區(qū)簡體溫度過高，以前曾用水冷卻，現(xiàn)已改為用風(fēng)冷卻。    上述干法中空窯是基本窯型，其他各種窯型主要是改變后部的烘干、預(yù)熱和分解部分的結(jié)構(gòu)與型式，及變換熟料冷卻機(jī)。如濕法窯因料漿含水量高不易烘干，所以將窯加長，窯內(nèi)掛上鏈條幫助烘干料漿，又裝上熱交換器提高烘干后物料的預(yù)熱速度。冷卻機(jī)常使用多筒冷卻機(jī)，它是裝在窯簡體外面的小型冷卻筒，一般由911個組成，筒內(nèi)裝揚(yáng)料板，隨窯筒體一起轉(zhuǎn)動，將熟料冷卻，如圖2所示為我國常用的老式濕法窯和多筒冷卻機(jī)。    半干法

34、回轉(zhuǎn)窯是用篦式加熱機(jī)代替部分回轉(zhuǎn)窯，生料球在爐篦子上被烘干、預(yù)熱和部分分解，因篦式加熱機(jī)的熱效率比轉(zhuǎn)筒高，所以窯的生產(chǎn)能力也比較大(見圖3)。新型干法窯是在短的回轉(zhuǎn)窯后面加上懸浮式預(yù)熱器，最早出現(xiàn)的為由4個旋風(fēng)筒組成的旋風(fēng)式預(yù)熱器，如圖4所示，物料僅用幾秒鐘的時間便能通4級旋風(fēng)筒，溫度升高到800900°C，完成烘干、預(yù)熱和有20一30的碳酸鹽分解。以后又出現(xiàn)了立筒預(yù)熱器，如圖5所示，原理基本相同，都是讓生料粉在懸浮狀態(tài)下被預(yù)熱。立筒預(yù)熱器斷面較大，不易堵塞尤其對小型窯比較有利，但效率較低，新建窯已很少采用。預(yù)分解窯是在旋風(fēng)式預(yù)熱器系統(tǒng)中用，入窯生料的分解率可達(dá)到8595，回轉(zhuǎn)窯的能

35、力有了成倍的提高，煅燒熟料的單位熱耗可降到2930KTkg(700kcalkg)，如圖6所示。分解爐的型式很多，有4050種，其基本原理都是使煤粉在懸浮的生料粉霧中或在沸騰的生料粉層中燃燒，燃燒放出的熱量能立即被正在分解的生料粉吸收，傳熱效率極高，生料在分解爐中能基本完成碳酸鹽分解反應(yīng)，隨氣體進(jìn)入下一級旋風(fēng)筒并被從氣體中分離出來進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。在分解爐中要燃燒50左右的煤粉，所以從冷卻機(jī)中抽出部分經(jīng)過預(yù)熱的空氣送人分解爐，這一送風(fēng)管稱三次風(fēng)管。大型預(yù)分解窯采用雙系列6級預(yù)熱器系統(tǒng)，并利用出預(yù)熱器的廢氣來烘干生料，窯系統(tǒng)與生料磨系統(tǒng)聯(lián)合生產(chǎn)，能更充分地利用熱能，占地也小(如圖7)。國外還有一些現(xiàn)代化

36、的水泥廠，生料磨真正地與回轉(zhuǎn)窯聯(lián)索成一個系統(tǒng)，取消了生料粉貯存和均化庫，出磨生料直接喂入預(yù)熱器，當(dāng)然這要求生料磨的可靠性和生料質(zhì)量控制水平要達(dá)到相當(dāng)高的程度，否則是行不通的。圖2濕法長窯生產(chǎn)流程圖1回轉(zhuǎn)窯    2多筒式冷卻機(jī)    3噴煤管    4傳動齒輪    5熱交換器6鏈條    7托輪    8水冷卻    

37、;9鼓風(fēng)機(jī)    10煤磨    11選粉機(jī)12旋風(fēng)收塵器    13煤磨排風(fēng)機(jī)    14從窯頭吸熱空氣送入煤磨的管子15收塵器    16煙囪圖3二次通過的爐篦式加熱機(jī)1成球盤    2料球加料斗    3烘干室    4熱風(fēng)二次入口   5加熱

38、室6爐篦子    7回轉(zhuǎn)窯    8熱風(fēng)一次出口    9廢氣出口圖4洪堡型旋風(fēng)預(yù)熱器1回轉(zhuǎn)窯    2豎煙道    3排風(fēng)機(jī)    4旋風(fēng)筒    5入窯下料管現(xiàn)代回轉(zhuǎn)窯十分重視熟料冷卻效率，對各種型式的冷卻機(jī)都做了相應(yīng)的改進(jìn)，如圖8所示，單筒冷卻機(jī)加大了直徑和長度，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但占地較大，新式多筒冷卻機(jī)也都加長到

39、20m左右，窯筒體也被迫又向前延長并增加一道輪帶，雖然省去了傳動機(jī)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，冷卻效率相對較低，又不能抽三次風(fēng)供分解爐用，新建窯已不再采用。篦冷機(jī)占地相對最小，效率高，雖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力消耗高，仍是目前所用的主要冷卻設(shè)備。新式篦冷機(jī)篦板結(jié)構(gòu)，送風(fēng)方式都做了改進(jìn)，又將篦冷機(jī)分為兩級，中間加裝輥式破碎機(jī)，三次風(fēng)由窯頭抽出，以提高三次風(fēng)溫度，有利于分解爐內(nèi)的燃料燃燒，如圖9所示。圖5幾種不同型式的立筒預(yù)熱器1旋風(fēng)筒    2立筒    3回轉(zhuǎn)窯立窯是不動的豎筒，生料與煤混合粉磨制成料球，由立窯上部加入窯內(nèi)。料球尺寸

40、一般7一15mm。含水14左右，我國采用的預(yù)加水成球設(shè)備可將料球降到35mm，含水10一12，提高了窯的熱效率。含某粉的料球在窯內(nèi)被烘干，煤粉燃燒將生料燒成熟料。燒好的熟料由底部經(jīng)卸料篦子卸出。冷風(fēng)由窯下鼓入，在上升的過程中將熟料冷卻，本身也得到預(yù)熱，到高溫帶供料球中的煤粉燃燒用，廢氣由窯頂排出。立窯的直徑以前1725m，現(xiàn)在擴(kuò)大到2532m，高81lm，立窯的日產(chǎn)量已達(dá)250300td。圖6帶窯分解爐和預(yù)熱器窯流程圖1旋風(fēng)筒    2立筒    3回轉(zhuǎn)窯4水泥粉磨站若把水泥生產(chǎn)工藝過程作為一個完整的工藝系統(tǒng)來看，

41、最終產(chǎn)品是水泥，熟料是半成品，所以可以將這個系統(tǒng)分開，從原料采掘到制成熟料是一段，由熟料制成水泥和裝運發(fā)貨是第二段。一般情況下這兩段應(yīng)放在一起，這樣少占用土地，方便管理，用人工也少，可以完全集中控制。然而在有些特殊情況又以分開更為有利，例如：(1)大量運輸水泥以水運最便宜，但是，原料基地，尤其石灰石礦山往往遠(yuǎn)離水運碼頭，這時可在原料基地建熟料生產(chǎn)線，即包括原料開采，破碎、烘干、粉磨、煅燒和熟料貯存。煅燒好的熟料再用火車運至水運碼頭附近，在這里建水泥粉磨站磨制水泥，在碼頭建水泥貯存和裝船系統(tǒng)，水泥可以利用各種船舶水運出廠。例如1997年在山東投產(chǎn)的大宇水泥廠，在泅水石灰石礦山基地建了一條7200

42、td的預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)線，這也是目前中國最大的熟料生產(chǎn)線，又在240公里以外的日照港建了水泥粉磨站和水泥貯存?zhèn)}及碼頭裝船系統(tǒng)，水泥用遠(yuǎn)洋貨船運往美國。因為運送熟料要比運送水泥簡單、便宜，整體經(jīng)濟(jì)效益是好的。(2)原料基地不一定在水泥市場附近，這時也可將水泥粉磨站建在水泥市場區(qū)，用高效率的大型水泥窯集中生產(chǎn)熟料，在水泥市場分散粉磨。如寧國水泥廠就在浙江寧波建有水泥粉磨站，還有一些水泥廠在上海建粉磨站。    (3)水泥工業(yè)的現(xiàn)代改造趨向是用大型預(yù)分解窯取代小型窯，即熟料生產(chǎn)的集中化，被淘汰的小型窯生產(chǎn)線還有一些粉磨設(shè)備可以利用，為提高社會整體效益，可利用這

43、些小廠的粉磨設(shè)備作水泥粉磨站加工大型窯的水泥熟料。80年代歐洲水泥工業(yè)的現(xiàn)代化改造采用過這種辦法，我國今后在逐步淘汰立窯的過程中也將采用這種辦法。水泥粉磨站有它有利的一面，即熟料比水泥更便于長途運輸，能充分利用現(xiàn)有的小型粉磨設(shè)備。也有它不利的一面，如需設(shè)兩套或更多的質(zhì)量檢驗控制系統(tǒng)，管理人員多，太小的磨機(jī)磨制的水泥質(zhì)量有時不如大型磨機(jī)的好，分開建粉磨站相對占地較多。今后的水泥廠也要用現(xiàn)代化的新技術(shù)和高技術(shù)進(jìn)行改造，整個水泥生產(chǎn)過程要進(jìn)行智能控制，生產(chǎn)是全封閉的，對廠內(nèi)廠外都沒有污染，若熟料煅燒與水泥粉磨建在一起更方便這種現(xiàn)代化改造。一些較落后的小型水泥磨系統(tǒng)也很難改造，不值得現(xiàn)代化改造，所以利

44、用到一定時候還是以淘汰為好。圖8現(xiàn)代的單筒冷卻機(jī)多筒冷卻機(jī)和篦冷機(jī)圖9現(xiàn)代的新式篦冷機(jī)1熟料輸送機(jī)    2第二級冷卻篦床    3輥式破碎機(jī)    4余風(fēng)抽風(fēng)管道5三次風(fēng)除塵筒    6三次風(fēng)管    7窯頭罩    8回轉(zhuǎn)窯    9第1級冷卻篦床鋪   10漏料輸送機(jī) 水泥

45、粉磨站要像水泥廠一樣設(shè)立化驗室，做熟料全分析，對水泥也要做細(xì)度、顆粒級配、化學(xué)分析，特別是SO3含量、燒失量、堿含量測定，做全套物理性能檢驗，保證出廠水泥符合標(biāo)準(zhǔn)要求。若熟料來自幾家水泥廠還要保證水泥質(zhì)量的穩(wěn)定性，不要受更換熟料的影響，不同廠家的熟料對混凝土外加劑會有不同的相容性，對此應(yīng)特別注意。熟料運輸雖比水泥運輸簡單，但從目前國內(nèi)一些廠的經(jīng)驗得出，熟料不能淋雨，否則會降低水泥強(qiáng)度。高溫熟料經(jīng)過長途運輸也不一定會得到冷卻，尤其回轉(zhuǎn)窯熟料，粒度較小，堆積密度較大，經(jīng)過240多公里的鐵路運輸溫度幾乎沒有下降。熟料裝車和卸車過程揚(yáng)塵較大，比較難以解決。在發(fā)展水泥粉磨站時對這些問題都應(yīng)考慮到，應(yīng)有利

46、于在現(xiàn)有的基礎(chǔ)進(jìn)一步提高水泥質(zhì)量。    5粉磨系統(tǒng)球磨機(jī)是水泥工業(yè)最早使用的粉磨設(shè)備，現(xiàn)在仍占主導(dǎo)地位，雖然它的效率很低，如按單顆粒的粉碎功耗計算只有69，但球磨機(jī)維護(hù)簡單，可靠性高，尤其用于水泥熟料粉磨，產(chǎn)品顆粒形狀和級配合適，水泥性能好，目前還難以找到可以完全取代的設(shè)備(圖11、12)。圖10機(jī)立窯系統(tǒng)1羅茨鼓風(fēng)機(jī)    2機(jī)立窯    3料球輸送機(jī)    4成球盤    5生料倉6煙囪    7收塵設(shè)備    8卸料篦子   9料封卸料管    10傳動