材料工程技术班康臻明毕业论文.doc
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1、个人收集整理 勿做商业用途阳泉职业技术学院毕 业 论 文毕业生姓名:康臻明专业:材料工程技术学号:080625021指导教师郭涛明所属系(部):建筑工程系二一一年五月阳泉职业技术学院毕业论文评阅书题目:立窑水泥熟料的分析 建筑工程系材料工程技术 专业 姓名 康臻明 设计时间:2011 年3月7日 2011 年6月3日 评阅意见:成绩: 指导教师:(签字) 职务:200 年月日阳泉职业技术学院毕业论文答辩记录卡 系 专业 姓名答 辩 内 容问 题 摘 要评 议 情 况 记录员: (签名)成 绩 评 定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注:评定成绩为100分制,指导教师为30,答辩组为70。
2、专业答辩组组长:(签名) 200 年月日29前言立窑水泥在我国水泥工业发展史上做出了重要贡献.它有力地支撑了我国国民经济的持续高速发展,缓解了长期以来水泥短缺状态。自1985年立窑水泥跃居全国水泥总量的80以来,一直居高不下,占据我国水泥数量的主体地位。“八五”以来,水泥工业加大了结构调整的力度.新型干法生产工艺得到了快速发展,全国已形成了7000万吨的生产能力。但与此同时,立窑水泥仍保持了较高的增长速度,2001年全国6亿吨水泥中有4。5亿吨是立窑水泥,仍占水泥总量的75%以上。可以预见在今后相当长的历史时期,立窑将与新型干法窑有一个共存时期。在社会经济活动中仍将发挥重要作用,在交通不便,市
3、场容量不大的地区,立窑水泥仍将有很大的存在空间,特别是西部大开发,立窑水泥仍将以其独特的优势发挥着积极的作用。 自80年代以来,由于立窑水泥新技术(如原燃材料预均化技术、预加水成球技术、预粉磨技术、窑体综合改造技术、小料球煅烧技术、生料速烧技术、水泥添加剂技术等)的应用和科学的企业管理,在全国涌现出一大批优秀的现代化立窑企业。它们的产品质量和各项技术经济指标完全可以和代表国内水泥发展科技水平的新型干法回转窑相媲美。如山东沂州水泥集团、山东庆云山水泥厂、山东齐银水泥有限公司、山东丛林集团水泥厂、广东梅塔水泥公司等厂,它们的熟料强度均大于52.5MPa,能稳定生产32。5、42。5级的水泥,其中山
4、东庆云山水泥厂可生产52。5级普硅水泥,山东齐银水泥有限公司能生产油井水泥.长期以来,以窑型来判定水泥质量优劣的标准对我国水泥的发展是一种误导,影响了我国水泥结构的调整,既不科学,也不符合我国水泥工业的实际情况.有些地方出台了立窑水泥一律不能用于重要建设工程的规定,是不切合实际的。为此,原国家建材局于1996年向建材研究院下达了“立窑与旋窑熟料、水泥、砼性能特点及机理的研究”任务,再次以大量的试验数据证明了好的立窑水泥和好的回转窑水泥其质量基本相同。研究报告提供的大量科学数据和论据,为正确评价和使用立窑水泥提供了科学的依据,为正确认识和处理立窑和回转窑的发展产生了积极的影响。由于立窑水泥的发展
5、基础差,发展不平衡,众多的立窑水泥企业发展参差不齐,确实存在着有些企业水泥质量差、不均匀、形象不好的现实。但是占立窑水泥总量20%的现代化优秀立窑企业的事实证明,立窑水泥存在着水泥质量差的原因不是窑型决定的,而是其他工艺条件决定的,通过加强技术进步和科学的企业管理,完全可以达到优秀的现代化立窑企业的水平。就是回转窑水泥中也不是全好。除新型干法回转窑外,小型中空回转窑、湿法回转窑、立波尔窑、亦存在提高和淘汰的问题。文档为个人收集整理,来源于网络个人收集整理,勿做商业用途水泥的生产技术水平远远超过国外立窑技术的顶峰时期水平,出现了一大批不仅在产品质量上可以稳定生产32。5、42。5级水泥,而且综合
6、能耗优于日产1000吨水泥的新型干法窑,在我国水泥工业中具有较强竞争力的现代化立窑企业。目录立窑水泥熟料的分析摘要 根据熟料矿物的组成分析不同的立窑熟料的成分、矿物组成及形成条件,使入窑生料均匀,加大风压并使其稳定、加快出窑熟料的冷却速度是提高熟料质量的有效措施。硅酸盐分解、铁膨胀、和石灰石消解共同作用是熟料窑外粉化的原因。关键词: 水泥、熟料矿物、立窑水泥孰料、粉化1 原料的选择立窑水泥熟料的生产实践表明,选择不同的原燃料配料,生料的易磨易烧性是完全不同的。可见,选择适合的原燃料对于提高水泥熟料质量是十分重要的。1.1石灰石石灰石是水泥生产的主要原材料,在水泥生产中占有很高的比例,因此选择石
7、灰石必须谨慎.例如在石灰石中燧石,燧石不仅硬度大,而且晶形结构完整,粉磨、烧成所需的能耗都很高,故燧石含量高于4。0%的石灰石不宜使用.石灰石按照不同品质的矿山有计划地开采,检测后进厂,分区存放并设质量标识,使用时按易烧性和成份比例搭配破碎入库(严格控制粒度20 mm),有条件的厂设组合均化圆库(一般46个)。可使得石灰石能够很好的混合,使得成分均匀,对于水泥质量的提高有很好的作用.1。2 粘土在选择粘土时用页岩或粉砂岩作粘土质原料有利于粉磨和熟料烧成。因此尽量在生产中选择页岩或粉砂岩作粘土质原料.另外粘土质原料一般要求硅率(n)为2。53.5,如n 3。5,则可能是含粗砂过多的砂质土,不宜使
8、用。2燃料品质燃料品质既影响缎烧过程又影响熟料质量。一般说来,发热量高的优质燃料,其火焰温度高,熟料的 KH 值可高些。若燃料质量差,除了火焰温度低外,还会因煤灰的沉落不均匀,降低熟料质量。一般说来,发热量高的优质燃料,其火焰温度高,熟料的 KH 值可高些。若燃料质量差,除了火焰温度低外,还会因煤灰的沉落不均匀,降低熟料质量. 煤灰掺入熟料中,除全黑生料的立窑外,往往分布不均匀,对熟料质量影响极大。据统计,由于煤灰不均匀掺入,将使熟料 KH 值降低 0.00.16 ;硅率下降 0.05 0。20; 铝率提高0.05 0.30 。当煤灰掺入量增加时,熟料强度下降此时除了采用提高煤粉细度和用矿化剂
9、等措施外,还应适当降低熟料 KH 值,以利生产正常进行。 当煤质变化时,熟料组成也应相应调整.对回转窑来说,采用的煤的发热量高,挥发分低,则因挥发分低,火焰黑火头长,燃烧部分短,热力集中,熟料易结大块,游离氧化钙增加,耐火砖寿命缩短,除设法使火焰的燃烧部分延长外,还应降低 KH 值并提高 IM 值。若用液体或气体燃料,火焰强度很高,形状易控制,几乎无灰分,因此 KH 值可适当提高。 2。1 煤 无烟煤:熟料质量的好坏重要的是看其煅烧的情况,在水泥煅烧中一般选用的是无烟煤。因此无烟煤的选择很重要。对于分批次进厂的煤碳质量波动大、立窑热工制度不稳的问题,采用劣质煤碳进行破碎,用铲车搭配均化,经晒场
10、再次均化入库,多库配煤。立窑使用的无烟煤应尽量选用挥发分为6。59,发热量为2300025080kJkg的无烟煤,这种无烟煤有利于上火正常、底火稳定,便于立窑大风大料操作,对于提高熟料的质量很重要。煤炭给进剂:煤炭改性剂打破了传统的助燃技术理论,而采用当代先进的催化、改性等物理、化学复合技术。其主要由改性剂、催化剂、氧化剂、助燃剂、消烟剂、固硫剂等成份组成,是一种粉粒状物质,将它按煤炭实际重量的0.2%0。3%比例加入到煤炭当中,能提高煤炭的燃烧温度、燃烧速度,实现催化、改性燃烧,改善煤的燃烧效果,提高煤炭的利用率。水泥熟料的煅烧是通过煤的燃烧来实现的,煤的燃烧状况(发热量大小,加入量多少)直
11、接影响到水泥熟料的煅烧效果。在水泥煅烧中,煤在“改性剂”的作用下,加速强氧化物、催化剂经气化后释放氧和催化剂元素,与生料中释放出来的混合气体产生化学反应,进行离子交换,促使煤炭进行催化、改性燃烧,使生料球内燃和外燃同时进行.燃烧强度的提高和升温速度的加快,给水泥煅烧提供了足够的热能,同时也提高了水泥煅烧热动力,加速热传递,促进质点、固相、气相、液相反应,提高了物质扩散速度和相间反应速度。实践证明,如果在水泥熟料煅烧中加入HSJMC型煤炭改性剂,可节煤10%左右,也可提高熟料产量10左右,也可提高熟料3天、28天强度;而且还能实现急烧快冷,提高熟料质量,改善立窑的操作;同时具有消烟除尘、固硫,改
12、善大气污染的环保效果。HSJMC型煤炭改性剂在立窑水泥熟料煅烧过程中发挥了重要作用,取得了很好经济效益和环保效果,是立窑水泥厂近几年在节能降耗、环保方面效果最佳的高新技术产品。受到了应用该产品的水泥厂的一致推崇煤质波动对立窑生料成分的影响及对策:煤质的波动,不但会引起生料发热量的变化,还会引起生料成分的波动,对稳定立窑熟料的质量十分不利。可以通过改变生料配料的控制方法来消除因煤质波动所带来的危害,当煤质波动大时,即使其他原料很稳定,采用钙铁和烧失量三个指标也无法控制出磨生料成分,无论是生料成分还是生料发热量都会产生较大波动。用钙铁和生料热三个指标控制生料成分,其控制效果可以有一定的改善,可稳定
13、生料的发热量,但还是无法稳定生料率值.如采用生料配料率值控制系统,无论是生料发热量还是生料率值均可达到非常理想的状态,生料成分波动幅度最小.在立窑生产中煤是煅烧熟料的重要燃料,同时煤的灰分又是水泥生料的原料。煤的质量是熟料质量优劣的重要因素,在立窑熟料煅烧过程中煤的灰分全部掺入熟料中,煤质波动大,往往会给工艺控制带来一些影响。入窑生料配煤量不足,必然使煅烧温度降低,引起生烧、欠烧,造成黄球、黄粉、游离氧化钙升高,严重影响熟料质量。反之,配煤量过大,会使窑温过高,窑内出现结大块和严重粘边现象。大块的出现会导致窑内通风不均,而且过多的煤会因空气量不足而产生化学不完全燃烧,形成强烈的还原气氛,再由于
14、高价铁被还原和熟料中C3S在还原气氛中分解,就会使熟料质量降低.配煤对熟料质量的影响还反映在燃料灰分给熟料成分带来的波动上。当煤的灰分变化时,会造成熟料化学成分较大的波动,生料率值不稳定,熟料强度显著下降。煤灰分大时,煤灰分中的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO使熟料中的化学成分变动,熟料中的Fe2O3、Al2O3相对增加,熔剂矿物增加,KH降低,SM减小。再者煤灰分大时,煤的热值降低,生料配热不够,使窑内上火慢,烧成温度低,造成熟料欠烧,游离氧化钙偏高,熟料强度低。煤质波动的对策:采用钙铁和烧失量指标控制生料成分;采用钙铁和生料热指标控制生料成分;采用生料配料率值控制系统控制生料成分。
15、3硅酸盐水泥熟料矿物组成、计算、选择及特性3.1硅酸盐水泥熟料矿物组成在硅酸盐水泥熟料中 CaO,SiO2,A12O3,Fe2O3 不是以单独的氧化物存在,而是以两种或两种以上的氧化物经高温化学反应而生成的多种矿物的集合体,即以多种熟料矿物的形态存在.因此可见,水泥熟料是一种多矿物组成的结晶。它主要有以下四种矿物:硅酸三钙:3CaO. SiO2,可简写为 C3S ;硅酸二钙:2CaO. SiO2 ,可简写为 C2S ; 铝酸三钙:3CaO。Al2O3 ,可简写为 C3A ; 铁铝酸四钙:4CaO。Al2O3.Fe2O3作为代表式,可简写成 C4AF。另外,还有少量游离氧化钙 (.f-CaO)
16、、方镁石(结晶氧化镁)、含碱矿物及玻璃体等。通常熟料中 C3S 和 C2S 含量约占 75 左右,称为硅酸盐矿物,是熟料的主要组成部分。在水泥熟料锻烧过程中C3A和C4AF以及氧化镁、碱等在 12501280 会逐渐熔融形成液相,促进硅酸三钙的形成,故称熔剂矿物。 上述四种矿物中硅酸钙矿物(包含C3S和C2S)是主要的,其含量约占7085。各种矿物单独与水作用时所表现出的特性如表3.1所示。表3.1 硅酸盐水泥熟料主要矿物的特性性能指标熟料矿物C3SC2SC3AC4AF水化速率快慢最快快,仅次于C3A凝结硬化速率快慢快快放热量多少最多中强度早期高低低低后期高高低低水泥熟料是由各种不同特性的矿物
17、所组成的混合物。因此,改变熟料矿物成分之间的比例,水泥的性质会发生相应的变化。硅酸三钙 硅酸三钙是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。其含量通常为 50 左右,有时甚至高达 60 以上。通常它是在高温液相作用下,由先导形成的固相硅酸二钙而成。纯 C3S 只有在 20651250 温度范围内才稳定。在 2065 以上不一致熔融为 CaO和液相;在 1250 以下分解为 C2S和 CaO,但反应很慢,故纯 CS 在室温可呈介稳状态存在。 在硅酸盐水泥熟料中 ,C3S并不以纯的形式存在,总含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等形成固溶液,称为阿利特 (Alite )或A矿。 C3S 凝结时间正常,水化较快,放热较多
18、,早期强度高且后期强度增进率较大,28d 强度可达一年强度的7080,其 28d 强度和一年强度在四种矿物中均最高。硅酸二钙 硅酸二钙由CaO与SiO2化合而成, 在熟料中含量一般为 20 左右,是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一,熟料中硅酸二钙并不是以纯的形式存在,而是与少量 MgO,A12O3,Fe2O3,R2O等氧化物形成固溶体,通常称为贝利特 (Belite ) 或 B 矿。中间相 填充在阿利特、贝利特之间的物质通称中间相,它可包括铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃体和含碱化合物以及游离氧化钙和方镁石。但以包裹体形式存在于阿利特和贝利特中的游离氧化钙和方镁石除外。中间相在熟料缎烧过程中,熔融成
19、为液相,冷却时,部分液相结晶,部分液相来不及结晶而凝固成玻璃体。 1铝酸钙熟料中铝酸钙主要是铝酸三钙,有时还可能有七铝酸十二钙。在掺氟化钙作矿化剂的熟料中可能存在氟铝酸钙(C11A7。CaF2),而在同时掺氟化钙(CaF2)和硫酸钙(CaSO3)作矿化剂低温烧成的熟料中可以是 C11A7.CaF2和CA2S而无C3A.纯 C3A为等轴晶系,无多晶转化。C3A也可固溶部分氧化物,如 K2O,Na2O , SiO2 , Fe2O3 等,随固溶的碱含量的增加,立方晶体的 C.A 向斜方晶体 NCBA, 转变. 铝酸三钙在熟料煅烧中起熔剂的作用,也成为熔剂性矿物,它和铁铝酸四钙在12501280时熔融
20、成液相,从而促使硅酸三钙顺利生成.C3A 在熟料中的潜在含量为 715 。纯C3A为无色晶体,密度为3。 04g /cm 3,熔融温度为 1533,反光镜下,快冷呈点滴状,慢冷呈矩形或柱形。因反光能力差,呈暗灰色,故称黑色中间相.C3A水化迅速,放热多,凝结很快,若不加石膏等缓凝剂,易使水泥急凝;硬化快,强度3d内就发挥出来,但绝对值不高,以后几乎不增长,甚至倒缩。干缩变形大,抗硫酸盐性能差。 2铁相固溶体铁相固溶体在熟料中的潜在含量为 1018。熟料中含铁相较复杂,有人认为是C2F C8A3F 连续固溶体中的一个成分,也有人认为是 C6A2F -C6AF2 连续固溶体的一部分。在一般硅酸盐水
21、泥熟料中,其成分接近C4AF,故多用C4AF代表熟料中铁相的组成。也有人认为,当熟料中MgO含量较高或含有CaF2等降低液相粘度的组分时,铁相固溶体的组成为C6A2F.若熟料中 A12O3/Fe2O30。64 ,则可生成铁酸二钙。铁铝酸四钙的水化速度早期介于铝酸三钙和硅酸三钙之间,但随后的发展不如硅酸三钙。早期强度类似于铝酸三钙,后期还能不断增长,类似硅酸二钙。抗冲击性能和抗硫酸盐性能好,水化热较铝酸三钙低,但含CAF 高的熟料难磨。在道路水泥和抗硫酸盐水泥中,铁铝酸四钙的含量高为好。 含铁相的水化速率和水化产物性质决定于相的 A12O3/Fe2O3 比,研究发现:C6A2F水化速度比CAF快
22、,这是因为其含有较多的 A12O3 之故 C6AF2 水化较慢,凝结也慢 C2F的水化最慢,有一定水硬性。 3玻璃体 硅酸盐水泥熟料锻烧过程中,熔融液相若在平衡状态下冷却,则可全部结晶出 C3A ,C4A和含碱化合物等而不存在玻璃体。但在工厂生产条件下冷却速度较快,有部分液相来不及结晶而成为过冷液体,即玻璃体在玻璃体中,质点排列无序,组成也不定其主要成分为 A12O3,Fe2O3,CaO,还有少量 MgO 和碱等铝酸三钙和铁铝酸四钙在锻烧过程中熔融成液相,可以促进硅酸三钙的顺利形成,这是它们的一个重要作用。如果物料中熔剂矿物过少,则易生烧使氧化钙不易被吸收完全,从而导致熟料中游离氧化钙增加,影
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