水泥熟料形成的熱化學

水泥熟料形成的熱化學

及影響水泥熟料質(zhì)量的因素水泥熟料形成的熱化學首先，我們來回顧一下水泥熟料的形成的工藝流程：

原料（石灰質(zhì)）或（粘土質(zhì)）按一定要求的比例配合經(jīng)均化、粉磨、調(diào)配而成生料熟料1450℃究竟發(fā)生了怎樣熱化學的變化？水泥熟料形成的熱化學什么稱為水泥熟料形成的熱化學？

生料在加熱過程中發(fā)生了一系列物理化學變化，將全過程的總吸熱量減去總放熱量，由0℃的干生料在沒有任何熱量損失和物料損失的情況下，燒成1Kg熟料所需的凈熱量。物理化學變化中包含：吸熱反應和放熱反應兩種。看下圖表1-1，水泥熟料在形成過程中的各種熱反應：溫度（℃）反應熱效應數(shù)值100~150游離水蒸發(fā)吸熱2249kJ/kg水450粘土結(jié)合水逸出吸熱932kJ/kg-kao600MgCO3分解吸熱1421kJ/kg-MC900粘土無定形脫水產(chǎn)物結(jié)晶放熱259-284kJ/kg-meta-kao900碳酸鈣分解吸熱1655kJ/kg-CC900-1200固相反應放熱418-502kJ/kg-cl1250-1280形成液相吸熱105kJ/kg-cl130-1450硅酸三鈣形成微吸熱8.6kJ/kg-cl圖表1-1經(jīng)計算，熟料的理論形成熱：1630-1800kJ/kg-熟料

熟料形成熱化學理論形成熱實際形成熱理論形成熱

1、定義：在一定生產(chǎn)條件下，用某一基準溫度的干燥物料，在沒有任何物料損失和熱量損失的條件下，制成1kg同溫度的熟料所需要的熱量稱為熟料的形成熱（熟料理論熱耗）。2、計算原理：理論熱耗：吸收的總熱量－放出的總熱量。一般為1630～1800kJ/kg。3、影響因素：熟料的形成熱是熟料形成在理論上消耗的熱，它僅與原、燃料的品種、性質(zhì)及熟料的化學成分與礦物組成、生產(chǎn)條件有關(guān)。實際形成熱定義：每煅燒1kg熟料窯內(nèi)實際消耗的熱量稱為熟料實際熱耗，簡稱熟料熱耗，也叫熟料單位熱耗。熟料礦物的形成熱（理論熱耗)1675--1755KJ/kg；實際熱耗：目前>2900KJ/kg,為3400--7500KJ/kg思考：為什么實際熱耗＞理論熱耗？原因：機體散熱多不完全燃燒熱損失高系統(tǒng)漏風嚴重廢氣帶走的熱較多實際生產(chǎn)中形成的熟料和廢氣不可能冷卻到0℃，因而必然帶走一部分熱量；生產(chǎn)過程不可能沒有物料損失及物料循環(huán)的存在，其煅燒設(shè)備還要向外散失熱量，因此，實際生產(chǎn)每1kg熟料消耗的熱量，必然比熟料形成熱要大得多，干法水泥生產(chǎn)，一般在2800-3500kJ/kg范圍內(nèi)，這就是熟料的單位熱耗。熟料的單位熱耗越接近熟料形成熱，煅燒設(shè)備的熱效率越高項目濕法長窯干法長窯半干法預熱器窯熱耗(kj/kg)熱效率(%)熱耗(kj/kg)熱效率(%)熱耗(kj/kg)熱效率(%)熱耗(kj/kg)熱效率(%)理論熱耗175628.99175644.07175652.11175653.57水分蒸發(fā)221136.5145613.52廢氣帶走110418.22130432.7440512.0476923.47冷卻空氣帶走熱3014.673308.2933910.8534710.53熟料帶走831.35832.10832.48832.55筒體散熱6029.9451012.803309.803229.82總熱耗6057100398310033691003277100熱效率28.9944.0752.1153.57各種窯的熱耗對比

提高熟料質(zhì)量是確保水泥質(zhì)量的基礎(chǔ)，熟料質(zhì)量的優(yōu)劣與均勻程度，直接決定水泥質(zhì)量的好壞與可靠程度。因此，熟料的質(zhì)量控制是水泥生產(chǎn)質(zhì)量管理環(huán)節(jié)中極為重要的一環(huán)。水泥熟料的質(zhì)量控制在不同生產(chǎn)工藝、煅燒設(shè)備條件下也不一樣。回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)，除常規(guī)化學全分析、物理檢驗和控制游離氧化鈣外，一般還要控制燒成帶的溫度、窯尾廢氣溫度及各點負壓，同時還要控制熟料的堆積密度，有些廠還進行巖相結(jié)構(gòu)的檢驗和控制；而立窯生產(chǎn)，熟料在出窯后均經(jīng)破碎處理，除常規(guī)控制外，有時也控制其堆積密度。所以，控制項目的多少，應視生產(chǎn)工藝條件具體確定。一般熟料質(zhì)量控制項目有：熟料化學成分(包括KH、SM、IM三個率值)、燒失量、游離氧化鈣、游離氧化鎂、安定性以及強度等物理性能。

對熟料化學成分的控制，目的在于檢驗其礦物組成是否符合配料沒計的要求，從而判斷前道工序的工藝狀況和熟料質(zhì)量，并作為調(diào)整前道工序的依據(jù)。水泥熟料中各氧化物之間的不同比例，決定著熟料中各種礦物組成的差異，以及由此影響到熟料本身的物理性能特點和其煅燒的難易程度，我國通常用石灰飽和系數(shù)(KH值)、硅率(n)和鋁率(P)來表示熟料中各氧化物含量之間的關(guān)系。熟料的三個率值，應根據(jù)各廠原料成分，上藝條件，技術(shù)水平以及生產(chǎn)水泥的品種、標號、季節(jié)等因素來綜合考慮，合理進行選擇以保證熟料的質(zhì)量。一般情況下，生產(chǎn)條件不發(fā)生變化。游離氧化鈣相同時，熟料強度隨KH值和C3S含量增大而提高。當熟料化學成分一定時，其強度隨游離氧化鈣增加而降低，增大熟料小KH值，熟料中游離氧化鈣也會隨之上升。所以，對熟料KH值的控制是非常重要的，控制KH值應考慮以下幾個方面的因素：1．采用礦化劑尤其是復合礦化劑時，Ktt值可略高些。一般情況下，摻復合礦化劑的冊值比單摻時高0．02～0．04，單摻比不摻礦化劑時可高0．01～0．03。2．原料易燒性好，生料質(zhì)量比較均勻且粗顆粒少時，KH值控制指標可略高，反之應低一些。3．生料n低時，KH值可高些，反之應低些?？荚嚧螅珖畲蠼逃惥W(wǎng)站(www．E)4．煅燒工藝穩(wěn)定，操作人員素質(zhì)好時，KH值可略高，反之應降低。5．夏季生產(chǎn)時KH值可略高于冬季。KH值控制范圍為目標值+0.02；濕法回轉(zhuǎn)窯及日產(chǎn)2000t以上的預分解窯的KH值合格率應≥80％，其他窯型的KH值合格率》70％；KH的標準偏差按回轉(zhuǎn)窯、立窯的不同分別控制在不大于0.020和不大于0.030之內(nèi)。熟料的n和P值也應合理、穩(wěn)定，盡量減小波動。一般而言，n和P值的控制范圍為目標值+0.10，合格率≥85％。率值合格率和飽和系數(shù)標準偏差各窯以日為單位(分班作分析，先以算術(shù)平均法求出率值日平均)，按月統(tǒng)計，然后按窯月產(chǎn)量加權(quán)計算總平均值。出窯熟料化學成分的測定，應進行連續(xù)取樣，取樣要具有代表性，每天測定一次。熟料的化學成分游離氧化鈣

游離氧化鈣是熟料中沒有參加化學反應，而是以游離態(tài)存在的氧化鈣。熟料在燒成時殘留的死燒游離氧化鈣水化很慢，要在水泥水化、硬化并形成一定強度后才開始水化，由于體積不均勻膨脹，會致使水泥石強度下降、開裂甚至崩潰，造成水泥安定性不良。所以控制熟料中f-CaO的含量是十分重要的。通過f-CaO的含量分析，可以對煅燒精況和熟料質(zhì)量進行判斷。立窯水泥熟料中的游離氧化鈣主要有下述三種形式：①欠燒游離氧化鈣。只存在于經(jīng)受1100—1200℃煅燒的牛燒料球中，石灰石分解產(chǎn)生的游離氧化鈣叫欠燒游離氧化鈣。因其輕燒，結(jié)構(gòu)疏松，遇水很快消解，對水泥石的安定性無大影響。②一次游離氧化鈣。已經(jīng)受燒成溫度煅燒，但未化合成熟料礦物，遇水消解緩慢，在硬化的水泥石中，水化成氫氧化鈣，體積膨脹達97．9％，嚴重影響水泥的安定性。正常熟料中形成一次游離氧化鈣的主要原因是：生料配料不當，石灰飽和系數(shù)過高，熔劑礦物少，生料粒度太粗，或生料均勻性差。③二次游離氧化鈣。在還原氣氛中，氧化鐵被還原為氧化亞鐵，如熟料冷卻緩慢，則Fe2+促使硅酸三鈣分解為硅酸二鈣和游離氧化鈣。如果包裹在熟料礦物中，則水化十分緩慢。

綜上所述，影響水泥安定性的主要成分是一次和二次游離氧化鈣。為了保證水泥的質(zhì)量，并判斷生料配料和燒成工藝是否適宜，應及時測定熟料中游離氧化鈣的含量。從理論上講，熟料中f-CaO越低越好。因為隨著f-CaO含量的增加，熟料強度會明顯下降，安定性合格率也會大幅度下降。所以，在確定f-CaO的控制指標時，企業(yè)應綜合考慮本廠的生產(chǎn)工藝、原燃材料、設(shè)備、操作水平等因素，確定一個既經(jīng)濟又合理的指標。熟料中f-CaO含量是水泥生產(chǎn)中較難控制而又對水泥質(zhì)量影響很大的因素。在生產(chǎn)中造成f-CaO含量高有諸多原因：(1)配料不當，KH過高；(2)煤與生料配比不均勻、不準確，煤質(zhì)波動大或煤粒過粗；(3