太行5200t水泥廠窯尾工藝設計畢業(yè)設計說明書5200td熟料新型干法水泥生產線燒成窯尾-P.F32.5R,P.O42.5P.O52.5水泥的工藝設計

洛陽理工學院畢業(yè)設計表6-3窯尾系統(tǒng)風量總匯名稱標況工況負壓溫度總風量（×103m3/h單位風量（m3/s)窯尾0.3831.8823001050423.45117.63三次風管0.5392.217170850498.83138.56分解爐1.1635.02512008801130.63314.06C51.2105.21720008501173.83326.06C41.3275.51326007501159.438322.06C31.4084.76430006201079.78299.93C21.4784.45438005101002.15278.38C11.5523.5724600320803.71223.25高溫風機1.6303.7195400310836.78232.44第7章燒成窯尾7.1旋風預熱器結構尺寸的確定提高旋風預熱器的分離效率并降低其阻力，是旋風筒結構設計的關鍵。目前主要采用圖7-8所示的變截面進風口形式。對于這種旋風筒，不同公司設計的差異主要是各個參數(shù)的取值不同。當然，由于對各級旋風筒收塵效率的要求不同，因而其結構尺寸也不同。7.1.1旋風筒分離效率確定各級旋風筒分離效率的要求不同，最上一級C1筒作為控制整個窯尾系收塵效率關鍵級，要求分離效率達到η1≥95%，最下一級旋風筒作為提高熱效級，主要承擔將已分解的高溫物料及時分離并送入窯內，以減少高溫物料的再循環(huán)。因此，對C5級旋風筒的分離效率要求較高，理論和實踐表明，高溫級分離效率越高，C1出口溫度越低，系統(tǒng)熱效率越高，中間級在保證一定分離效率的同時，可以采取一些降阻措施，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效低阻，各級旋風筒分離效率為η1≥η5≥η2，3，4。表7-1旋風筒各級系數(shù)確定旋風筒C1C2C3C4C5分離效率η(%)≥95~85~8585~9090~95圓筒斷面風速vA(m/s)3.5～4.53~64.5~63~6.04.5~旋風筒直徑的確定旋風預熱器中，物料與氣流之間的熱交換主要在各級旋風筒之間的連接管道中進行，而對旋風筒本身則要求具有合理的結構，以獲得較高的分離效率和較低的壓力損失[17]。旋風筒的尺寸以及圓柱體和圓錐體之間比例的不同而構成不同類型的旋風筒。在旋風筒各部分尺寸的設計中，大多以旋風筒圓柱體部分的直徑為基礎，而后者可按下式計算：式中：D—旋風筒圓柱體部分內徑，m；Q—旋風筒氣體的流量，m3/s；vA—假想截面風速，即假定氣流沿旋風筒全截面通過時的平均流速，m/s。D0=D+2δ式中：δ—為耐火材料厚度，mm。將各級旋風筒內氣體流量及截面風速的選取代入上式即可求得各級旋風筒的直徑D，數(shù)據(jù)如表7-2：表7-2各級旋風筒直徑的確定級數(shù)C1C2C3C4C5Q(m3/s)222.87277.81299.31322.06326.06vA（m/s）3.514.334.664.714.51內徑D(m)6.66.8耐火材料厚度δ(mm)200200200200200外徑D0(m)7.07.2數(shù)量(個)42222歷史上曾出現(xiàn)過許多形式的旋風筒，但目前主要采用圖7-8所示的變截面進風口形式。對于這種旋風筒，不同公司設計的差異主要是各個參數(shù)的取值不同。由于對各級旋風筒收塵效率的要求不同，因而其結構尺寸也不同。本設計我選定的低壓損旋風筒結構尺寸比例如下表7-3：表7-3新型懸浮預熱器各部分尺寸比例級數(shù)δ/Dh11/Dh12/Dh13/Dh2/Dd/Dde/Dh3/DR1/DR2/DR3/DR4/De1/De2/De3/Da/Df/Dh4/DJ/Dα1C100.5450.3300.9490.8900.5140.132—0.5230.5560.5890.6760.0330.0330.0530.2720—0.54990°C20.0360.3860.3250.1020.9830.5050.1380.5830.5400.5780.6170.7550.0380.0380.1000.4690.2991.0590.56850°C30.0370.4100.3370.1061.0200.5050.1430.5150.5600.6000.6400.7830.0400.0400.1040.4870.3110.9670.49450°C40.0390.3640.3460.0961.0360.5270.1480.4730.5440.5880.6320.7900.0440.0440.1130.5020.3290.9460.592250°C50.0430.3120.4000.0611.1560.5060.1160.3030.5460.5820.6190.0770.0360.0360.1150.4840.2790.7940.55450°圖7-8是變截面進風口低壓損旋風筒的結構由表7-2、表7-3計算出各級旋風筒結構尺寸如下表7-4、表7-5名稱C1-C2C2-C3C3-C4C4-C5C5-分解爐連接管道風速1515.515.61717.5錐體角度7270707072連接管道管徑34333505362134903376連接管道長度60006200624068007000表7-4各級旋風預熱器結構尺寸表7-5各級旋風筒結構尺寸級數(shù)C1C2C3C4C5直徑D（m）45006400660066006800d/D（m）23133232333334783441do/D（m）594883944977789a/D(m)12243002321433133291h11/D24532470270624022122h12/D（m）14852080222422842720h13/D（m）4271653700634415h2/D（m）40056291673268387861h3/D（m）03731339931222060h4/D（m）06778638262445372a190505050507.1.3分解爐規(guī)格的確定分解爐的確定，主要是根據(jù)窯的產量配備恰當型式和規(guī)格的分解爐。本工程選用TDF分解爐，TDF爐的中部設有縮口，氣固流可產生二次”噴騰效應”；爐的頂部還設有反彈室，可使氣固流產生碰頂反彈效應，延長物料在爐內的滯留時間；在爐的下部圓筒體內不同高度設置四個喂料管入口，以利物料分散均布及爐溫控制；爐內容積較DD爐增大，氣流、物料在爐內滯留時間增加，有利于燃料完全燃燒和碳酸鹽的分解[18]。爐的有效截面和直筒部分有效內徑可按下式計算：式中：S爐─分解爐的有效截面積，m2；D爐─分解爐直筒部分有效內徑，m；Vg─通過分解爐的工況風量，m3/h；Wg─分解爐斷面風速，m/s。分解爐直筒部分的截面風速隨不同的爐型而異，根據(jù)一些資料介紹SF型分解爐：Wg=4.5~6m/s；KSV型分解爐：Wg=5~8m/s；RSP型分解爐的渦流分解室(SC室)：Wg=3~5.5m/s，其混合室(MC室)Wg=7~13m/s；目前分解爐的截風速范圍一般為6~10m/s。在這里分解爐的截面風速Wg取8m/s，Vg=1130.63×103m3/h。則：=7.071mS 爐=EQ\F(Vg,3600Wg)=39.26m2D=D爐+2δ=7.02+2×0.2=7.471m分解爐的高度可按下式計算：H爐=wt=30式中：w—氣流在分解爐內的平均截面流速，一般取8m/s；tg—氣流在分解爐內所需的停留時間不同型式預分解窯氣流在分解爐內經歷的時間如表7-6表7-6各種分解爐停留時間的對比爐型SF爐CO-SFNSFRSP、GGEVS-PCN-MFCN-KSVDD等八種P-ATP-AS、PS等六種停留時間（s）1.53～43～43～63～63～6取t=3.75s，w=8m/s，則H=wt=3.75×8=30m7.2燒成窯尾工藝設備表燒成窯尾工藝設備表如表7-4：表7-7燒成窯尾工藝設備表序號名稱型號及規(guī)格單位數(shù)量重量(千克)來源及其它單重總重01膠帶式斗式提升機型號：BW-G800/360/4臺1AUMUND供貨01P減速機型號：B3DH11臺2隨設備訂貨02空氣輸送斜槽型號：XZ630×9050/XZ400×6386mm臺1528-15cP訂102-1電動分料閥規(guī)格：B1630/B2400mm臺1IBAU供貨03離心式風機型號：×QI5.4A順90°臺1707003M電動機型號：Y132S1-2臺17474隨設備訂貨04回轉鎖風下料器規(guī)格：660×660mm臺2引進04M電動機型號：臺2隨設備訂貨05電動閘板閥規(guī)格：500×500mm臺2引進06窯尾預熱器系統(tǒng)型式：雙系列TDF五級旋風預熱器套1636800636800R306006-1旋風筒隨設備訂貨06-2氣體管道隨設備訂貨06-3物料溜子隨設備訂貨06-4分解爐型式：TDF型套106-5窯尾喂料室臺1隨設備訂貨06-6點火煙囪煙囪帽提升高度：600mm套隨設備訂貨06-7塔架內三次風管規(guī)格(寬×高)：2160×2280套1隨設備訂貨06-8窯尾喂料室冷卻風機型號9-19NO.4.5A出口角度:逆90°臺1隨設備訂貨06-9C4分料閥套2隨設備訂貨07煤粉兩路分料閥臺1加防磨內襯08分解爐用燃燒器臺28005600R212909分解爐燃燒器用風機型號：9-19No.7.1D順逆90°各一臺臺44889609M電動機型號：Y200L-2臺250500隨設備訂貨10窯尾排風管規(guī)格：Φ4000mm套1139253139253GR112311窯尾高溫風機型式：雙吸口式臺1重慶通用工業(yè)11M1電動機（主傳動用）型號：YRKK900-6臺1隨設備訂貨11M2電動機（IP54）（慢轉傳動用）臺1隨設備訂貨12空氣炮容積：60L臺26其中備用2臺13電動葫蘆（提升機檢修用）型號：HC821臺11088108813M1電動機（提升用）型號：ZDY51-4臺1隨設備訂貨用13M2電動機（運行用）型號：ZDY21-4臺隨設備訂貨用14手動葫蘆（燃燒器檢修用）型號：HS5臺115氣箱式脈沖袋式收塵器型號：LPF4/8/3臺27802780C506115PM減速電動機（回轉卸料器用）型號：×W0.55-2-1/29臺1隨設備訂貨第8章生產質量控制系統(tǒng)8.1生產質量控制網(wǎng)點圖鐵礦石鐵礦石8.2全廠生產質量控制說明水泥生產過程的控制水平，在一定程度上標準著工廠的現(xiàn)代化水平和生產管理水平。隨著水泥生產設備的大型化和工廠規(guī)模的日益擴大，以及不斷提高水泥質量、節(jié)約能源、提高勞動生產率等方面的要求，建立和完善水泥生產過程的自動控制系統(tǒng)，也越來越提到重要的地位。水泥生產質量管理主要有兩個方面：一方面是控制主機設備—窯磨在指標控制范圍內的正常運轉；另一方面是控制好各種進廠原燃料的質量和管理好各種庫，原料、煤、生料、熟料、水泥各庫內的數(shù)量與質量，掌握進庫與出庫，保證生產的正常運轉。確定質量控制點和控制指標是一項非常重要的工作，一定要從本廠工藝流程和設備的具體情況出發(fā)，制定合理的、可行的方案，才能更換地指導生產。從礦山開采到水泥出廠各主要環(huán)節(jié)設置的控制點，稱為質量控制點。質量控制點所取的樣品，一定要有代表性，要有明確的取樣方法和控制項目的檢測方法、控制指標和合格率要求等。質量控制點的設置和要求，應能反映生產中的質量情況，并能及時調整。8.3全廠生產質量控制表 表8-1全廠生產質量控制表序號物料名稱取樣點取樣方式檢驗項目主要指標合格率檢驗頻次檢驗崗位備注1進廠石灰石入均化庫皮帶瞬時樣簡易分析CaO≥47.5%≥80%1次/2h控制組分析組每月統(tǒng)計一次2.5≤MgO≤3.2%瞬時樣水分≤2.0%≥80%R2O≤0.5%破碎粒度≤70mm綜合樣全分析1次/24h熒光分析組2進廠鐵質原料（硫酸渣鐵礦石）堆場綜合樣Fe2O3水分粒度Fe2O3≥37%水分≤18.0%R2O≤1.40%粒度≤300mm1次/批分析組3進廠硅質原料（砂巖）堆場綜合樣全分析SiO2≥83.0%1次/批分析組R2O＜1.2%分析組水分水分≤17.0%粒度≤300mm4進廠原煤車上或堆場綜合樣工業(yè)分析30%≥Vad≥25%進廠原煤指標依據(jù)采購合同規(guī)則為準1次/批.日化學分析組Aad≤27%Mad≤3.0%Qnet.ar≥5500kcal/kg全硫St.ad≤1.2%水分Mar≤12.0%5進廠石膏堆場綜合樣全分析結晶水≥14.0%1次/批分析組SO3≥38.0%粒度≤300mm脫硫石膏（球）全分析水份≤15.0%1次/批結晶水≥14.0%SO3≥38%成球率≥70%6進廠粉煤灰罐車上綜合樣全分析Loss混合材用≤8.0%每月統(tǒng)計一次原料中用≤12.0%SO3≤2.0%R2O≤1.8%水份≤1.0%Al2O3≥25.0%≥25%活性組分≥70%物理組7進廠礦渣堆場水份≤11.0%1次/批控制組分析組物理組CaO≥35.0%MgO≤12.0%堿含量≤0.8%燒失量≤2.0%燒失量≤1.0%比表面積≥350m2/kg氯離子≤0.01%堿含量≤1.0%水份≤0.8%活性指數(shù)≥95%CaO≥32.0%MgO≤12.0%8出磨生料入庫斗提前自動取樣器連續(xù)樣全分析KH±0.02≥40%1次/h熒光分析組每季統(tǒng)計一次SM±0.10≥60%IM±0.10≥60%混合樣全分析不定期分析組連續(xù)樣80mm篩篩余≤K≥90%1次/1h控制組200mm篩篩余≤2.0%1次/4h水分≤1.0%9入窯煤粉入煤粉倉絞刀瞬時樣水分≤3.0%≥90%1次/4h控制組每月統(tǒng)計一次80mm篩篩余≤10.0%≥85%1次/4h灰份相鄰兩次±2.0%≥85%1次/8h化學分析組揮發(fā)份相鄰兩次±2.0%≥85%1次/8h灰份全分析1次/月10入窯生料均化庫下部自動取樣器連續(xù)樣全分析KH±0.02≥90%1次/4h熒光分析每季統(tǒng)計一次SM±0.10≥95%IM±0.10≥95%混合樣全分析//不定期分析組11入窯物料C5下料口瞬時樣分解率92-96%/1次/周分析組12出窯熟料篦冷機下破碎機出口綜合樣全分析KH±0.02≥80%1次/4h熒光分析組化學分析組每月統(tǒng)計一次SM±0.10≥85%IM±0.10≥85%瞬時樣單項f-Cao≤1.5%≥85%1次/h控制組立升重1250±75g/L≥85%1次/8h綜合樣物理檢驗全套物理檢驗28天抗壓≥50MPa1次/24h13出磨水泥入庫提機前斜槽上自動取樣器連續(xù)樣三氧化硫K±0.2%≥75%1次/2h控制組物理組分析組每月統(tǒng)計一次氯離子≤5.0%100%1次/24h氧化鎂＜0.06%1001次/24h瞬時取樣混合材摻加量K±2.0%100%1次/8h比表面積≥K≥85%1次/2h80mm篩篩余≤K≥85%1次/2h45mm篩篩余≤K≥85%1次/4h綜合樣全套物理檢驗符合本公司內控標準，且28天抗壓富裕強度≥2.0MPa100%1次/24h物檢組14散裝出廠水泥出庫提升機自動取樣器綜合水泥樣燒失量（P.O42.5）≤5.0%100%分品種和強度等級1次/編號化學分析組三氧化硫≤3.5%氯離子≤0.06%氧化鎂≤5.0%（P.O42.5）≤6.0%（P.C32.5）物理化學性能符合相應標準規(guī)定和本公司內控標準物檢組28天抗壓富裕強度≥2.0MPa100%28天抗壓強度控制值目標值≥水泥標準規(guī)定值+富裕強度值+3S100%28天抗壓強度月平均變異系數(shù)Cv1≤4.5%(32.5)Cv1≤3.5%（42.5）Cv1≤3.0%（52.5及以上）每季度統(tǒng)計一次均勻性試驗28天抗壓強度變異系數(shù)Cv2≤3.0%分品種和強度等級1次/季度混合材摻加量控制值±2.0%100%分品種和強度等級1次/編號每月統(tǒng)計一次15袋裝水泥包裝皮帶上袋重每袋凈含量≥49.5Kg100%1次/每機、每班控制組每季度統(tǒng)計一次隨即抽20袋總重量（含裝袋）≥1000Kg包裝品質符合GB9774規(guī)定注:K為公司內控指標.結論本設計是廊坊太行水泥有限公司5200t/d熟料新型干法水泥生產線燒成窯尾——P.F32.5R,P.O42.5，P.O52.5水泥的工藝設計，設計過程經過廠址選擇、全廠布局、窯的選型、物料平衡計算、各生產車間工藝設計及主機選型、物料的儲存和均化、重點車間設計等步驟。窯尾系統(tǒng)是由TDF分解爐、旋風筒、連接管道及附件（空氣炮、撒料盒、翻板閥、吹堵系統(tǒng)等)組成。本次設計在接到任務書后，通過收集河北廊坊地區(qū)的氣象、水文、地質等自然條件，并結合當?shù)氐V產資源分布情況及原燃料運輸、價格等因素，綜合評定進行選址。然后確定重要參數(shù)：熟料熱耗、三率值。我查閱了《2012年中國水泥行業(yè)回顧及2013年展望》、數(shù)字水泥網(wǎng)和中國水泥網(wǎng)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及GB50295-2008相關規(guī)定，最終確定熟料熱耗為3000kJ/kg。根據(jù)任務書上所給原燃料的化學全分析數(shù)據(jù)，并參考同規(guī)模水泥廠生產實踐，設計工藝條件，綜合考慮，最終確定熟料的率值：KH=0.90±0.02SM=2.5±0.1IM=1.6±0.1。用嘗試誤差法進行配料，并借助于Excel輔助計算，使配料更快速精確。回轉窯規(guī)格確定，通過經驗公式計算，并參考國內同規(guī)模廠家，最終確定窯的規(guī)格為Φ4.8×74m，通過同學間相互幫助，收集了海螺、冀東、同力等十余個同規(guī)格窯水泥廠的資料，從而標定水泥產量定為5400t/d，然后進行了物料平衡、儲庫平衡、主機平衡三大平衡計算，并以此為依據(jù)，對比各設備廠家，對全廠儲庫、主機及輔機進行了選型和工藝布置。重點對燒成窯尾進行了工藝計算、設備規(guī)格設計、工藝布置設計。首先確定窯尾工藝布置，確定窯尾工藝參數(shù)，再此基礎上進行工藝計算。分解爐采用噴旋式，在線型TDF型分解爐，TDF爐有效容積達到到4.0m3/t/h以上，，K(固氣時間比)在4～5之間，爐內截面風速8～10m/s。預熱器選用低壓損4-2-2-2-2雙系列五級預熱器，規(guī)格為C1：φ4500C2：φ6400C3：φ6600C4：φ6600C5：φ6800。整個設計中采用了目前國內外水泥行業(yè)較為先進的技術和設備：如我選用了天津院第四代篦冷機、四通道燃燒器、低壓損雙系列五級預熱器、TDF分解爐、立式生料磨、輥壓機加球磨機聯(lián)合水泥粉磨系統(tǒng)等，最大限度的降低能耗，，最大限度的提高產量、質量，做到環(huán)保，技術經濟指標先進、合理。謝辭從08年入校到現(xiàn)在，轉瞬間五年過去了，即將離去，流連忘返也許是此時心情最貼切的詮釋。回溯過去，老師們的諄諄教誨，同學的熱情幫助，仍然歷歷在目久久不能忘懷，明亮的教室，翻得有點卷頁的課本，還有大家一起嬉鬧吶喊的一幕幕，一切的一切都成為我腦海中永遠的回憶。我相信有付出就會有回報，忙碌了，努力了，最終定會帶來收獲。我深深的意識理論知識指導實踐的重要性，更認識到實踐和理論的巨大差距。此外，在我這次的畢業(yè)設計中，老師們不厭其煩的教我們怎么看，怎么想，怎么做，如何發(fā)現(xiàn)并解決問題，如何將我們學到的理論知識與實際工程相結合，老師幾十年積累的寶貴經驗讓我，也必將在我未來的工作學習中獲得體現(xiàn)。因為有老師們五年來無私的奉獻，使我對未來充滿了信心和憧憬。在這里深深的對指導老師老師表示衷心的感謝，是他的孜孜不倦的指導，我才順利完成了畢業(yè)設計，對我?guī)椭艽?，令我收獲頗豐，因此我想說一句，謝謝老師，同時也對其他老師表示真誠的祝福，并祝他在今后的生活中能夠工作順利，身體健康。參考文獻金容容主編.水泥廠工藝設計概論.武漢:武漢理工大學出版社，1993，21~214.曹文聰、楊樹森主編.普通硅酸鹽工藝學.武漢:武漢工業(yè)大學出版社，1996，10~26.孫晉濤主編.硅酸鹽工業(yè)熱工基礎.武漢:武漢工業(yè)大學出版社，1992.5.沈威主編.水泥工藝學.武漢:武漢理工大學出版社，1991.7.高長明.預分解窯水泥生產技術及進展.北京:化學工業(yè)出版社，2006.1嚴生，常捷，程麟.新型干法水泥廠工藝設計手冊.中國建材工業(yè)出版社，2007.1熊會思，熊然.新型干法水泥廠設備選型使用手冊-5000t/d熟料生產線工藝系統(tǒng)設計.中國建材工業(yè)出版社，2007.1劉志江.新型干法水泥技術.中國建材工業(yè)出版社，2005.1李海濤，郭獻軍，吳武偉.新型干法水泥生產技術與設備.北京:化學工業(yè)出版社，2006.1《GB175-2007通用硅酸鹽水泥》.2007，11簡淼夫.用辦公軟件EXCEL作配料計算.水泥，2001.(10):20~22建筑行業(yè)設備網(wǎng).2011.3~2011.6潘軼、蔣超鵬.華潤水泥（貴港）有限公司2×5000t/d熟料生產線工藝設計簡介.水泥工程，2007.(1)黃平.海螺5000t/d熟料生產線工藝系統(tǒng)設計.水泥工程，2003.3陸慶惠、聶紀強.山東煙臺5000t/d熟料生產線的工藝設計.中國水泥，2005.10李濤平.再論新型干法水泥廠設計新概念.CHINAEMENT，2005.4袁振基.水泥工廠生產車間總平面設計.水泥技術，2004.2.龔文虎.水泥廠工藝設計中物料平衡的計算方法.CEMENTTECHNOLOGY，2000.(1).15~16常捷.水泥工廠的現(xiàn)代化設計理念.新世紀水泥導報，2001，(1):16~17《兩渣一灰綜合利用日產4000噸特種水泥熟料生產線可行性研究報告》.中材國際工程股份有限公司官網(wǎng).2006.3第三代5500t/d預分解系統(tǒng)的研究開發(fā)及應用.天津水泥工業(yè)設計研究院.2010.1何俊元《水泥廠工藝設計概論(1982年版)》.中國建工出版社.1982.3水泥工業(yè)網(wǎng)，百度網(wǎng)，水泥技術網(wǎng)，建材網(wǎng).2011.3~2011.6曾學敏.水泥工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.中國水泥，2005.(4):9~11駐馬店豫龍同力水泥有限責任公司5000T/D燒成系統(tǒng)調試操作說明書.天津水泥工業(yè)設計研究院.2003.12.附錄1、圖紙目錄2、±0.000平面、D1詳圖A1圖紙

3、燒成窯尾1-1剖面圖加長A1圖紙

4、燒成窯尾2-2剖面圖加長A1圖紙5、全廠工藝流程圖Al圖紙

6、燒成窯尾廢氣管道平面布置圖Al圖紙7、85.050，92.300，93.300平面圖、85.050平面基礎Al圖紙8、燒成窯尾10.150平面基礎、10.150平面Al圖紙9、20.150平面圖、22.900操作平臺A1圖紙10、燒成窯尾33.650平面、46.150平面圖Al圖紙11、燒成窯尾59.150平面基礎、59.150平面圖、73.650平面基礎、73.650平面圖Al圖紙12、廠區(qū)總平面布置圖Al圖紙13、空氣輸送斜槽2定貨要求A2圖紙14、空氣輸送斜槽2出料溜子A2圖紙15、全廠質量控制網(wǎng)點圖A0圖紙

外文資料譯文PortlandcementofitsTypesandManufactureofPortlandcementPortlandcementismadebyheatingamixtureoflimestoneandclay,orothermaterialsofsimilarbulkcompositionandsufficientreactivity,ultimatelytoatemperatureofabout1450°C.Partialfusionoccurs,andnodulesofclinkerareproduced.Theclinkerismixedwithafewpercentofgypsumandfinelygroundtomakethecement.Thegypsumcontrolstherateofsetandmaybepartlyreplacedbyotherformsofcalciumsulfate.Somespecificationsallowtheadditionofothermaterialsatthegrindingstage.Theclinkertypicallyhasacompositionintheregionof67%CaO,22%SiO2,5%Al2O3,3%Fe2O3,and3%ofothercomponents,andnormallycontainsfourmajorphases,calledalite,belite,aluminatephaseandferritephase.Severalotherphases,suchasalkalisulfatesandcalciumoxide,arenormallypresentinminoramounts.AliteisthemostimportantconstituentofallnormalPortlandcementclinkers,ofwhichitconstitutes50%--70%.Itistricalciumsilicate(Ca3SiO5)modifiedincompositionandcrystalstructurebyincorporationofforeignions,especiallyMg2+,Al3+andFe3+.Itreactsrelativelyquicklywithwater,andinnormalPortlandcementisthemostimportantoftheconstituentphasesforstrengthdevelopmentatagesupto28days,itisbyfarthemostimportant.Beliteconstitutes15%30%ofnormalPortlandcementclinker.Itisdeclaimsilicate(Ca2SiO4)modifiedbyincorporationofforeignionsandnormallypresentwhollyorlargelyastheβpolymorph.itreactsslowlywithwater,thuscontributinglittletothestrengthduringthefirst28days,butsubstantiallytothefurtherincreaseinstrengththatoccursatlaterages.Byoneyear,thestrengthobtainableformpurealitandpurebeliteareaboutthesameundercomparableconditions.Thealuminatesphaseconstitutes5%--10%ofmostnormalPortlandcementclinkers.itisTricalciumaluminates(Ca3Al2O6),substantiallymodifiedincompositionandsometimesalsoinstructurebyincorporationofforeignions,especiallySi4+,Fe3+,Na+andK+.Itreactsrapidlywithwaterandcancauseundesirablyrapidsettingunlessaset-controllingagent,usuallygypsum,isadded.Theferritephasemakesup5%-15%ofnormalPortlandcementclinkers.Itistetracalciumaluminoferrite(Ca4AlFeO7)substantiallymodifiedincompositionbyvariationinAl/Feratioandincorporationofforeignions.Therateatwhichitreactswithwaterappearstobesomewhatvariable,perhapsduetodifferencesincompositionorothercharacteristics,butingeneralishighinitiallyandintermediatebetweenthoseofAliteandBeliteatlaterages.ThegreatmajorityofPortlandcementsmadethroughouttheworldaredesignedforgeneralconstructionaluse.Thespecificationswithwhichsuchcementsmustcomplyaresimilar,butnotidentical,inallcountriesandvariousnamesareusedtodefinethematerial,suchasOPC(OrdinaryPortlandCement)intheUK,orTypeIPortlandCementintheUSA.Specificationsare,ingeneralbasedpartlyonchemicalcompositionorphysicalpropertiessuchasspecificsurfacearea,andpartlyonperformancetests,suchassettingtimeorcompressivestrengthdevelopedunderstandardconditions.ThecontentofMgOisusuallylimitedtoeither4or5%,becausequantitiesofthiscomponentinexcessofabout2%areliabletooccuraspericlase(magnesiumoxide),whichthroughslowreactionwithwatercancausedestructiveexpansionofhardenedconcrete.Freelime(calciumoxide)canbehavesimilarly,anditspotentialformationsetsapracticalupperlimittotheAlitecontentofaclinker.ExcessivecontentsofSO3canalsoleadtodelayedexpansion,andupperlimitsof2.5%-4%areusuallyimposed.Alkalis(K2OandNa2O)canundergoexpansivereactionswithcertainaggregates,andsomenationalspecificationslimitthecontent,e.g.to0.6%equivalentNa2O(Na2O+0.66K2O).otherupperlimitofcompositionwidelyusedinspecificationsrelatetomatterinsolubleindiluteacid,andlossonignition.Manyotherminorcomponentsarelimitedincontentbytheireffectsonthemanufacturingprocess,ortheproperties,orboth,andinsomecasesthelimitsaredefinedinspecifications.Rapid-hardeningPortlandcementhavebeenproducedinvariousways,suchasvaryingthecompositiontoincreasethealitecontent,finergrindingoftheclinker,andimprovementsinthemanufacturingprocess,e.g.finergrindingorbettermixingoftherawmaterials.ThealitecontentsofPortlandcementshaveincreasessteadilyovertheoneandahalfcenturiesduringwhichthelatterhavebeenproduced,andmanypresentdaycementsthatwouldbeconsiderednormaltodaywouldhavebeendescribedasrapidhardeningonlyafewdecadesago.InUSAspecifications,rapid-hardeningPortlandcementsarecalledhighearlystrengthorTypeIIIcements.Destructiveexpansionfromreactionwithsulfatescanoccurnotonlyifthelatterarepresentinexcessiveproportioninthecement,butalsoformattackonconcretebysulfatesolutions.ThereactioninvolvestheAl2O3containingphasesinthehardenedcement,andinsulfate-resistingPortlandcements,itseffectsarereducedbydecreasingtheproportionofthealuminatesphase,sometimestozero.ThisisachievedbydecreasingtheratioofAl2O3toFe2O3inthematerials.IntheUSA,sulfate-resistingPortlandcementsarecalledTypeVcements.WhitePortlandcementsaremadebyincreasingtheratioofAl2O3toFe2O3,andthusrepresenttheoppositeextremeincompositiontosulfate-resistingPortlandcements.Thenormal,darkcolor.ofPortlandcementisduetotheferritephase,formationofwhichinwhitecementmustthusbeavoided.ItisimpracticabletoemployrawmaterialsthatarecompletelyfreefromFe2O3andothercomponents,suchasMn2O3,thatcontributetothecolor.Theeffectsofthesecomponentsarethereforeusuallyminimizedbyproducingtheclinkerunderslightlyreducingconditionsandbyrapidquenching.Inadditiontoalite,beliteandaluminatesphase,someglassmaybeformed.Portlandcementismadefromsomeoftheearth'smostabundantmaterials.abouttwo-thirdsofitisderivedfromcalciumoxide,whosesourceisusuallysomeformoflime-stone(calciumcarbonate),marls,chalk,orshells(forexample,oyster).theotheringredients-silica,SiO2,about20％;alumina,Al2O3,about5％;andironoxide,Fe2O3,about3％arederivedfromsandshale,clays,coalash,andironoremetalslag.Becausetheindividualingredientsmustbefusedandsinteredtoproducenewcompoundstheymustdegroundtopassa200meshscreeninordertoreactwithinareasonabletimeinthekiln.inaddition,thecompositionoftherawmaterialsmustbeheldwithinnarrowlimitsoftheaboveoxidestoproduceausefulproduct.Otherelementaloxideswhichcanbedetrimentaltothecementmustbelimited:theseincludemagnesiumMgO;potassiumoxide,K2O;sodiumoxide,andphosphorusoxide,P2O5.afterblendingtothepropercomposition,therawmaterialsareintergroundinballmills,rodmills,orrollermillers.Dependingontherawmaterialscharacteristics,theyaregroundeitherdry(dryprocess)orinwater(wetprocess).Theresultantrawfeedisintroducedintothekilnsystem,usuallyarotarykiln,wherethematerialisheatedtoabout2700°F.Thematerialprogressivelylosesfirstthewater,thenthecarbondioxideCO2,atabout1750°F,andatabout2300°F,asmallamountatliquidphaseforms.Thisliquidisthemediumthroughwhichthehigher-meltingphasesareformed.Theresultantproduct,calledclinkerbecausethewholenevertrulymelts,iscooledandagainground,inballmillstosuchafinenessthatabout90％willpassascreenhaving325openingsperlinearinch.Thefinalproducthasatexturemuchlikefacepowder.Duringgrinding,about5％ofcalciumsulfate(gypsumoranhydride)isaddedtocontrolsettingtime,strengthdevelopment,andotherproperties.ThemajortrendinmanufactureofPortlandcementhasshiftedtoagreateremphasisonthereductionoftheenergyconsumedforitsproductionandincreasinguseofcoaltoreplacegasandoil,whichwerethemajorfuelsforburningtheclinker.Energyconsumptionisgenerallygreaterforthewetprocess;thereforemostnewplantsusethedryprocess.Thecharacteristicsofthefinalproductarenotanydifferentforeitherprocess.Theworld'slargestkiln(asof1957)producedabout7500tons(6750metrictons)perdayofclinker.Anaveragekilnproducesabout1800tons(1620metrictons)perday.Thelatestkilnsutilizesomeformofpreheatingsystem,whichfullyutilizesthehotexitgasestowarmtheincomingrawmaterials;Inaddition,decarbonationofthelimestonecanbedoneontherawfeedpriortoitsentrancetotherotarykilnsbyuseofauxiliaryburners.Thesetechniquesenablemuchshorterrotarykilnsforequalproductionandsavemuchenergy.Becauseofthesedevelopments,theworld'slongestkiln(760ftor228mlong,25ftor7.5mindiameter)willprobablyremainthelongest.Anothertrendistowardanewertypeofgrindingmill,calledarollermill.Thismillcanusewasteheatfordrying,lendsitselfreadilytoautomaticcontrol,anduseslessenergy.Thesemillscangrindupto400tons(360metrictons)perhour.Severalemployeesinacontrolroomcanoperateawholeplantexceptforthequarry.Controlisexercisedbymeansoftelevisionmonitors,sensors,computers,andautomaticcontinuouschemicalanalysis.Othertypesofkilnswhichhavebeenusedorareintheprocessofbeingdevelopedareverticalorshaftkilns,fluid-bedfurnaces,andswirlcalciners.波特蘭水泥的分法及生產波特蘭水泥是通過加熱石灰?guī)r和粘土的混合物，或者其他具有相似組成并具有活性的塊狀物來生產的，加熱的最高溫度可以達到大約1450攝氏度。當部分塊狀物融化時，熟料的結節(jié)就出現(xiàn)了。熟料和百分之幾的石膏再混合，磨細就制成了水泥。石膏的添加量由率值決定，并且部分其他形式的硫酸鈣相化合物可以代替石膏。有些特種水泥允許在研磨階段加入一些材料。熟料一般由以下成分構成：67％的氧化鈣，22％的二氧化鈣，5％的三氧化二鋁，3％的三氧化二鐵和3％的其他成分。熟料在正常情況下含有三個相：阿利特、貝利特、鋁酸三鈣及鐵鋁酸四鈣。其他幾個相如：堿金屬硫酸鹽、活性氧化鈣等，一般以微小量出現(xiàn)。阿利特是普通波特蘭水泥熟料中最重要的組成部分，其構成占50％—70％。它與外來離子（尤其是Mg2+,Al3+和Fe3+）結合在構成上和晶體結構上又發(fā)生了變化的硅酸三鈣。它與水反應特別快，是普通波特蘭水泥28天強度發(fā)展的最重要的組成相，這是迄今為止中重要的。貝利特在普通波特蘭水泥熟料中占15％—30％。它與外來離子結合并且通常全部或大部分呈β晶形的硅酸二鈣。它與水反應很慢，因此，在開始的28天內對強度沒什么作用。但實際上，它會使以后齡期里的強度進一步增加。一年后，在合適的條件下，純的阿利特和純的貝利特獲得的強度大約相同。大多數(shù)普通波特蘭水泥熟料中，鋁酸鹽相占5％—10％。它是在組成和結構上被大幅度的改變，并切有時也和外來離子結合（特別是Si4+,Fe3+,Na+andK+）的鋁酸三鈣。它與水反應迅速，會引起不理想的凝結，除非加入控制凝聚劑，通常加入的是石膏。在普通波特蘭水泥熟料中，鐵素體相占5％—15％。它是在組成上大幅度改變Al/Fe比例和結合外來離子的鐵鋁酸四鈣。也許因為組成和其他特征的差異，氧化鐵與水反應的速度似乎有些變動，但總的來說，開始時速度很快，在以后的齡期內處于阿利特預貝利特與水反應的兩種速度之間。