《熟料烧成培训-豪西蒙》熟料形成课件.ppt

1、生产行业劳动力培训产品操作范围操作范围:熟料制品:操作步骤以及控制组件组件/组替件组替件:熟料形成名称名称:熟料形成类型类型:1.1日期日期:09-07-032Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production为什么学习熟料烧成?常规的窑操作4化学成分，细度，矿物成分的改变的影响。4新的混合组分的影响(pozzolan灰分,AFR,沙,等等.)反常的窑操作4知道导致熟料过烧的原因。4了解为什么成环或者结块。4可以检测计量器。了解窑操作条件的改变的影响3Clinker Form

2、ation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production自然矿物人工合成的液态矿物温度温度(T)时间时间(t)压力压力(p)为什么学习熟料的煅烧？4Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production在熟料转变过程中的两个重要阶段1最初结构的分解机械的碾压和破碎受热分解在受热状态下结构的重组2新的结构的 形成中间产物的出现熟料矿物的生长与发展结晶物的液态阶段5Clinker Formati

3、on.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production熟料形成过程的特征描述复杂的系统(各式各样的机械设备)!需要机械的，热的和电的能量。反应比率慢(必要的高温,微细的外排物料)熟料矿物是否稳定在一定的温度范围内。产品质量取决于：熟料的化学成分 熟料的微观结构6Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production煅烧过程的控制物料的技术参量生料煅烧的表现 煅烧能力4 粉料的形成4 包裹行为4

4、烧料晶粒的生长等等液相量及其属性烧成过程的技术参量温度范围窑气氛燃料类型火焰特征等等7Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production反应原理表观 特征特性 反应流程 指出存在于中间产物和产品之间的 中间产品。物理反应 类型 和反应发生 反应动力学 指出哪种微细产品是成品的比率。反应热力学 指出是否反应完全可能的，并且热量和温度是预期要求 8Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce T

5、raining-Production反应流程要完整的描述熟料的形成流程，必须考虑以下几个方面。4混合生料的化学和矿物学组分。4反应总的次序。4中间产物的化学和矿物学特性。9Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production 阿阿利利特特+贝贝利利特特+熔熔化化(1450C)反反应应物物+产产品品+中中间间产产物物(450-1300C)混混合合生生料料(20C)冷冷却却熟熟料料 反应基本流程混合生料(20C)10Clinker Formation.pptHolcim Group

6、 Support Manufacturing Workforce Training-Production回转窑中发生反应的流程加热加热(C)20-100水的蒸发H2O100-300吸附水的排除400-900泥土等矿物结构水的排除 500 硅酸盐矿物结构的改变 600-900 硅酸盐的分解800贝利特的形成，中间产物铝酸盐和铁酸盐形成1250液相的形成(铝酸盐和铁酸盐的溶解)1450阿利特和贝利特反应以及生长完成。冷却冷却(C)1300-1240液相结晶成大量的铝酸盐和铁酸盐。11Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Wo

7、rkforce Training-ProductionL.o.I.35.533.837.3SiO214.412.816.0Al2O33.22.44.6Fe2O31.81.03.8CaO42.439.044.2SO30.370.081.1Na2O0.170.040.58LS94.085.4103.4SR2.91.83.9AR1.90.73.2混合生料的化学特性参数 x x 最小的.x 最大的12Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production中间产物形成的原因中间产物是加快反

8、应速率的一种动态的良好产物。中间产品是反应产品的局部粗粉选择，是一种局部平衡但是永远不能达到最终平衡。(例如.gehlenite 的形成)中间产品是在给定温度和气压下的真正的平衡产品，但不是在熟料的温度范围内(例如.spurrite 的形成)13Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production液相混合生料成分的确定。大量液相在给定的温度下形成。液相在一些特殊温度下的物理性质，特别是粘度。14Clinker Formation.pptHolcim Group Support

9、Manufacturing Workforce Training-Production液相尽管大量混合生料显示了相同的液相形成的最低温度（熔点）,大量的液相在此温度形成并且在更高的温度发生转变，通过混合生料的化学成分。在波特兰水泥C-S-A-F 系统中的相关部分中，其熔化温度开始于1338 C,液相成分如下:CaO-55%SiO2-6%氧化铝比Al2O3-22%(AR)=1.38Fe2O3-16%15Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production液相粘度液相的粘度伴随着温

10、度的升高而降低，并且其变动的情况如下：Na2O CaO MgO Fe2O3 1250 C(低稳定界限)是快速形成.在此温度下,液相也开始形成:阿利特的形成是液固反应。阿利特及其稳定区域的形成取决于液相反应。反应速率取决于:扩散类型所经过的路径距离。液相量及其粘度。C2S+CaOC3S1250 C液相23Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production熟料烧成的动力学混合生料(1-)熟料kTRTEaTAekkT=T温度下的比例常数T=反应温度 A=频率因素R=气体常数Ea=活

11、化能动态化学平衡理论结果:伴随温度的升高反应速率也增加(但成本也同时增加!)活化能越高反应机率越少。(不同的混合生料矿物成分)碰撞频率越高反应机率越大。(接触面积大，混合程度高)24Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production熟料烧成的动力学反应的机率增加混合生料成分的温度和接触面积。(频率因素 A)减少具有更高活化能Ea的混合生料成分。为了补偿较少反应矿物的较慢的反应能力，高的烧成温度和较长的烧成周期是必需的。25Clinker Formation.pptHolcim

12、 Group Support Manufacturing Workforce Training-Production熟料烧成的动力学在实践中，下列反应最便利的方法是测定游离氧化钙的减少比率。(游离石灰).这种配以插图在下列两组生料数据，I 和 II,相似的化学组成(LS=95,SR=3.2 and AR=2.2)和相似的细度。(R200m0.5%,R907%and R6015%).明显的差别在于矿物组成以及晶粒的大小影响反应速率和反应机理,尤其是在熟料开始形成的阶段。26Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workfo

13、rce Training-Production熟料烧成的动力学40 x混合生料混合生料 1混合生料混合生料 2页岩页岩 S方解石 10%白云石-石英 55%亚氯酸盐 10%Illite和云母 20%黄铁矿traces长石traces石灰石石灰石方解石97%白云石 2%石英微量亚氯酸盐-Illite和云母-黄铁矿微量长石-页岩页岩 A方解石 40%白云石-石英 25%亚氯酸盐 20%Illite 和云母 10%黄铁矿 2%长石 2%40 x40 x27Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Trainin

14、g-Production熟料烧成的动力学28Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production熟料烧成的动力学29Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production吸热-放热-反应放热反应的例子(热量释放)4煤(C)+O2CO24石灰石(CaO)+H2OCa(OH)24水泥+H2O水泥水化物4液态 K2SO4固态 K2SO4吸热反应的例子(热量接收)4H2O

15、(液态)H2O(气态)4CaCO3CaO+CO230Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production熟料形成的热力学在熟料生产过程中，同时伴随着吸热和放热。温度温度.(C)反应类型反应类型热量转变热量转变20-100自由H2 O的蒸发吸热100 -300吸附 H2O的排除吸热400 -900结构H2O的排除吸热 (粘土质物料中的H2O,OH 基团)600-900CO2 从碳酸盐中的分解吸热 800中间产物的形成,贝利特,铝酸盐和铁酸盐 放热 1250液相的形成 吸热(铝酸盐

16、和铁酸盐 的熔化)阿利特的形成放热1300-1240 大部分铝酸盐和铁酸盐 的液相结晶（冷却周期）放热31Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production熟料形成的热力学典型水泥生料的DTA 曲线最好的煅烧要求发生在850-900 C,主要是为了碳酸盐矿物的分解，脱水所要求的总热量，脱碳素和熔化所需热量超出了贝利特和中间产品以及最终产品形成所释放的热量。32Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Wor

17、kforce Training-Production熟料形成的热力学吸热过程吸热过程kJ/kg熟料泥土的脱水 170方解石去碳 1990熔化热 105生料的加热 0-1450 C 2050吸热总量吸热总量 4315放热过程放热过程kJ/kg熟料脱水泥土结晶化-40熟料矿物的煅烧 -420结晶矿物的熔化-105熟料的冷却 -1400CO2 的冷却(方解石除外)-500H2O 的冷却(方解石除外)-85总放热量总放热量 -2550熟料形成的理论热量熟料形成的理论热量 +176533Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Wor

18、kforce Training-Production熟料形成的热力学干法窑和湿法窑中的热平衡(kJ/kg 熟料;近似量)干法窑 湿法窑H2O的蒸发 20(0.6%)2100(38%)(0.4%干法窑和 35%湿法窑)反应热 1765(54%)1765(32%)通过气体，熟料，粉尘等等的热损失840(26%)1250(23%)散热和传送热损失650(20%)360(7%)3275 kJ/kg 5475 kJ/kg34Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production主要物相和次

19、要物相对水泥特性的影响 主要物相 C3S-早期强度,凝结性 C2S-后期强度,耐久性 C3A-早凝,水化速度快 C4AF-颜色 次要物相 CaOfree(free lime)-凝结时间,早期强度 碱/硫酸盐-早期强度 MgO-安定性35Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production湿法&窑外分解窑的比较36Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Productio

20、n立波尔窑&窑外分解窑的比较37Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-ProductionCALCINING煅烧继续，直到全部石灰石转化为石灰和二氧化碳。只要分解过程开始，那么温度将保持在750 900C 的波动范围内。在大约 800 C 石灰石分解为游离石灰和二氧化碳。CaCO3 CaO +CO2煅烧38Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-ProductionCaCOO

21、OCaCOOO+800CCaCO3 CaO +CO239Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production一旦煅烧开始，粘土质原料结构将被破坏，生成可利用的 Al2O3,Fe2O3 和 SiO2.粘土的成分40Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production在升高温度的过程中,石灰将和二氧化硅反应生成 C2S 贝利特。石灰&硅石反应41Clinker Fo

22、rmation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-ProductionOSiOCaOCa OCaOOCa+CaOCaOOSiO2CaO+SiO22CaOSiO2 =C2S游离石灰石灰&硅石(贝利特)42Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production在温度升高的过程中石灰将和铝矿和铁矿通过反应生成一些中间产物。最终合成矿物C3A 和C4AF 不仅在水泥中而且在液相烧结过程中也是十分关键的成分。C

23、3A石灰,铝&铁43Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-ProductionC2S 将以二氧化硅和石灰连接的形式继续生长，这是一个吸热反应。固相反应在很大程度上取决于微粒大小.。基于这个原因，典型的窑喂料的细度为R90 m=15%.C2S 形成44Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-ProductionC2S结构的形成大约在 1250 C,铝和铁的钙盐在达到液相转变点。

24、在BZ的中心区域,20 30%的熟料是液相状态。液相阶段45Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-ProductionC2S,游离氧化钙 C3S 在液相环境,C2S 与剩余石灰反应生成C3S.这是一个化合反应。在BZ 的中心区域，20 30%的熟料将变为液相的熟料将变为液相。45-65%10-25%未被结合的石灰0.75-1.5%46Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-P

25、roductionOSiOCaOCaOCaOCaOCaOCaOOSiO+C2S +CaOC3SC2S,游离氧化钙 C3S(阿利特)47Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production冷却一旦C3S完全形成，延长此温度升高的过程已经没有任何价值了。这个最后的过程叫做冷却,不仅仅是降低温度,而且晶体冷却生长和转换液相后的固体便于输送。在这个点,C3A 和 C4AF 冷却到固态形状。目前的目标是停止更远的C3S 晶体的生长并且解决一些未解决的MgO 的安定性问题。.阿利阿利特特贝

26、利特贝利特铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙48Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production如何制备高质量的熟料？1.化学成分2.粉料细度3.良好的煅烧条件:温度 时间 气氛(氧化)冷却煅烧能力49Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production化学反应:650-1050 C1.Al2O3.2SiO2.2H2O+5CaCO3CA+2C2S+2H2O

27、+5CO22.Fe2O3+2CaCO3C2F+2CO23.SiO2+2CaCO3 C2S+2CO2 4.CaCO3 CaO+CO2注意:成分的混合和简称。50Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production6.C2F+CA+CaO C4AF7.CA+2CaO C3A8.C2S+CaOC3S化学反应:1250-1450 C C注意:成分的混合和简称。在 1450 C熔化51Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufactur

28、ing Workforce Training-Production熟料中的游离氧化钙游离 CaO 是熟料中产生的：过高的LSF(100以上)-不可能结合所有的CaO，使其充分利用。4煅烧不足-窑没有足够的热量结合所有的 CaO4较少的原因是阿利特的分解，太大的石灰石颗粒和可能不同种类组成的窑喂料。最佳范围 0.75-1.5%4 1.5%可能导致水泥不正常。52Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production定义粘土质包含,制成,或相似于泥土。“粘土”一词覆盖了水泥生料的领域

29、。那些化学成分组成包含了不足量的石灰质成分，也就是说粘土 材料基本上提供SiO2,Al2O3 和 Fe2O3(“二氧化硅”,“氧化铝”和“氧化铁).53Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production定义易熔的易熔的4混合物质拥有一个最小的熔点。4关于、相关的、,或建立在一个可能的对于一些混合成分的集结的最低的温度.尤其是利用一些合金或者材料的熔点比其他一些材料或合金的熔点低的特性产生不同比例的相同稳定度。54Clinker Formation.pptHolcim Grou

30、p Support Manufacturing Workforce Training-Production定义多形性4化合物晶体至少有两个以上的形状。55Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production定义石灰质稳定的,包含,或碳酸钙，钙，或者石灰石，大理石粉的特征描述。石灰质的分类通常根据其化学组分，也就是依照其碳酸盐组分。(“滴定评价).56Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce

31、 Training-Production定义放热的 4释放热:一放热反应.4描绘特征 或组成的热进程;也可以说一个吸热反应。吸热的4消耗热量4伴随有热量吸收的反应。57Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production水泥速记符号C2S通常被称为-贝利特CaOCaOOSiO2CaOSiO2 =C2S58Clinker Formation.pptHolcim Group Support Manufacturing Workforce Training-Production水泥速记符号C3S 通常被称为-阿利特OSiOCa OCaOCaOC2SCaO =C3S