开题报告：年产500万吨粉煤灰硅酸盐水泥生产线的工艺设计.doc

科技学院

毕业设计（论文）开题报告

题目 年产500万吨粉煤灰硅酸盐水泥生产线的工艺设计
学 院 冶金学院
专业班级 无机非金属材料工程2011-01
学生姓名 学号 20114
指导教师

2014 年 12 月 20 日

开题报告填写要求

1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作开始后2周内完成，经指导教师签署意见及系主任审查后生效。
2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。
3.学生查阅资料的参考文献理工类不得少于10篇，其它不少于12篇（不包括辞典、手册）。
4.“本课题的目的及意义，国内外研究现状分析”至少2000字，其余内容至少1000字。

毕业设计(论文)开题报告
1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析
1.1本设计的目的和意义
据我国目前的电力系统来看，我国目前火力发电仍是占主要的地位，粉煤灰是其发展过程中不可避免的排放量大的工业废料。不仅是火力发电厂，各种依靠煤粉燃烧获得热源等的企业都是粉煤灰的主要产源。粉煤灰不仅需要占大量的土地来存放，而且对环境的污染也很大，因此对粉煤灰加以利用是解决当前问题的首选。
我国目前正处于高速发展阶段，各行各业的发展都离不开建筑，因此对水泥的需求仍处于上升阶段。虽然我国是水泥生产大国，但是由于水泥行业的高二氧化碳排放量以及粉尘、有害气体等的排放，致使水泥行业的发展受到了限制。要降低这些废气等的排放，就要减少水泥生产中熟料的使用。早在1990年，美国就提出了绿色混凝土的概念。绿色高性能混凝土的特征有：更多地节约熟料水泥，降低能耗与环境污染；更多地掺加工业废料为主的细掺料；更大的发挥混凝土的高性能优势，减少水泥与混凝土的用量[1]。粉煤灰在水泥熟料矿物水化产物氢氧化钙的激发下具有水化活性而形成一定的强度组分，能与水泥浆硬化体晶格坚固地结合起来，进而提高了混凝土的长龄期强度和混凝土的耐久性[2]。因此，用粉煤灰部分替代水泥熟料具有重要的意义。
但是，根据前人的研究，粉煤灰能与水泥水化产生的Ca(OH)2发生二次水化反应在常温下反应过程非常缓慢，使水泥早期强度过低，造成其利用率一直很低[3]。按照GB1344-92规定，粉煤灰硅酸盐水泥中粉煤灰掺入量按重量百分比计为20%～40%，而目前我国大多水泥窑生产的粉煤灰水泥掺入量只有不到30%，且达不到应有的强度等级[4-5]。
究其根本原因，是因为粉煤灰的活性在前期并不理想，致使粉煤灰水泥没有具有应有的早期强度。因此想要提高粉煤灰的掺入量，提高粉煤灰水泥的性能，就应该从改善粉煤灰的活性着手。粉煤灰活性影响因素可分为：化学成分、晶体组成和玻璃相含量与结构[6]。万雪峰[7]等人对激发粉煤灰活性的措施物理法、物理化学法以及化学法做出了对比研究，认为化学法的活化程度高，且不限粉煤灰的掺入量，是一种可行的简单的方法。化学法主要是通过添加各种早强剂、诱导剂、激发剂等，使粉煤灰水泥的水化反应速度缩短，从而改善粉煤灰水泥的早期强度不足和初凝时间过长的缺陷，提高粉煤灰的掺入量[8-10]。物理法可以通过在研磨粉煤灰时填入助磨剂，改善粉煤灰的粒度，从而提高粉煤灰水泥的水化速度。焦晓飞[11]通过对粉煤灰掺入粒径的研究得到粉煤灰颗粒，粒度集中在10μm～20μm的粉煤灰活性最佳，水化速度最快，水泥强度最大。
粉煤灰水泥的研发，不仅改善了水泥行业的环境，而且降低了能耗，提高了产量。在前人基础上，再加以选择合适的化学添加剂以及合适的粉煤灰粒度，不仅可以改善粉煤灰水泥的不足，而且可以提高粉煤灰水泥中粉煤灰的掺入比。
本次进行重庆地区年产500万吨粉煤灰硅酸盐水泥的设计，其目的在于培养学生对所学知识和基本技能的综合运用能力，锻炼学生分析和解决实际问题的能力。设计过程中不仅需要查阅文献和资料，运用所学计算机和专业英语等方面的知识，而且得对当地环境以及经济状况有所考究，真正把所学知识融会贯通应用到实践中去。在粉煤灰硅酸盐水泥的设计中，我们可以把所掌握的知识，运用到各个工作环节之中。通过对粉煤灰硅酸盐水泥的生产流程的充分认识，可以提高我们以后工作的能力，培养创新能力和实践能力，为今后的工作打下基础。
1.2国内外研究现状分析
我国于20世纪50年代开始研究开发研究粉煤灰水泥，而国外早在20世纪30年代都已经在研究该方面取得了很大的进展。粉煤灰水泥具有以下优点：缩率比掺其它火山质混合材料的水泥要小；具有较好的抗裂性能；抗淡水和硫酸盐的腐蚀能力强[12]。Seung-Tae Lee[13]，对粉煤灰水泥经过两年的实践研究同样发现，粉煤灰的火山灰反应，可以减小水泥的膨胀收缩，以及具有很好的抗硫酸盐侵蚀性。但是粉煤灰水泥早期强度不足，以及凝结时间较长的这些缺陷都限制了粉煤灰水泥的发展，更别说提高粉煤灰的掺入量了。目前国内外的研究主要集中在寻找高效的外加剂，以及粉煤灰的性能改善方面。
1.2.1国外研究现状
巴西用50%粉煤灰和50%优质石灰石配料，烧出的熟料，再掺入50%-60%粉煤灰和2%-3%氢氧化钠作碱性激发剂制成的新型粉煤灰水泥3d抗压强度达250#，28d强度达400#以上，水化热仅为波特兰的一半，抗硫酸盐性能也提高了许多[12]。
粉煤灰的活化主要是打破水泥中的玻璃相，改善粉煤灰与Ca(OH)2的反应系统。C.S.Poon[14]等，在加快水化速度研究时发现粉煤灰水泥在碱性条件下，水化速度较快，但是当加入Ca(OH)2时并不能加快速度，当加入硫酸钠和硫酸钾的时候，水化速度明显加快，特别是在第七天。加入钠离子、钾离子后有效提高了PH，加速了玻璃相的溶解，从而提高了水泥的强度，减少了凝结时间。
国外利用三异丙醇胺、羟基羧酸及其盐类作为增强剂，按0.005%一0.04%的加入量加入增强剂，提高了粉煤灰水泥的抗压强度[15]。这种粉煤灰水泥不仅弥补了原有粉煤灰水泥早期和中期抗压强度低的缺陷，而且其7d和28d的抗压强度等于甚至超过了普通硅酸盐水泥。
国外学者分别用氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠以及硅酸钾激发粉煤灰，发现不同水胶比(0.25和0.3)对激发剂的激发效果影响不大，而且硅酸盐的激发效果要比氢氧化物的效果明显[16]。
1.2.2国内研究现状
张茂亮[3]等人，利用几种碱金属以及碱土金属盐作为激发剂，对改善粉煤灰的活性方面研究发现氢氧化钠加速粉煤灰的溶蚀，以及碱土金属盐直接参与水化反应可以加速粉煤灰水泥矿物的水化促进其早期强度的提高；一些盐还可以与氢氧化钙反应生成的一些高分散物质，这些物质不仅加速了C3S的水化，而且更容易与C3A生成各种有利于提高水泥早期强度的复盐晶体。这些不仅提高了粉煤灰水泥的早期、后期强度，缩短了凝结硬化时间，而且在保证水泥性能的同时，将粉煤灰掺入量增加到60%，具有很大社会经济的效益[3]。
早期提出的关于改善粉煤灰水泥早期强度不足的早强剂，大多含有对其后期性能不利的碱、氯成分。董超颖[8]等人用20%～50%CaO，10%～40% Al2O3，10%～50%BaSO4，5%～10%SiO2，经1300℃的煅烧、研磨等工艺制备的灰硅酸盐水泥早强剂，掺入量5%的时候可以使粉煤灰水泥3d和7d的抗压强度提高20%以上。
刘文永[9]等人，通过采用晶核素诱导和促进硅铝氧化物加快水化反应的聚集与定向过程，解决了大掺量粉煤灰水泥早期强度低的问题。
焦晓飞[11]，在针对掺入粉煤灰的最佳粒度上做了大量研究，得出了最佳掺入粒度。贺国梁[2]在制备适当粒度方面，通过对粉煤灰水泥助磨剂的研究，提出了一种高性能的复合助磨剂，使得其3d抗压强度提高10%～15%左右，28d强度增长8%～10%。
通过改善粉煤灰的活性，以及粉煤灰与水泥的水化反应，在原有的掺入量上，粉煤灰水泥的强度等级有了明显的提高。我们可以通过适当降低其强度等级，来使粉煤灰的掺入量增加。总的来说目前国内的研究进展并没有赶上美国、日本这些发达国家，但是在原有基础上已经有了很大的进步。在未来，我们需要研发更合理的外加剂以及其它因素，来提高我国的粉煤灰水泥的质量，提高粉煤灰的掺入比，整体上改善水泥行业的能源结构，从而使我国水泥行业步入绿色行业，并减少粉煤灰等工业废料带来的种种环境问题。

参考文献
[1] 吴中伟.高性能混凝土-绿色混凝土[J].混凝土与水泥制品, 2000(1):3～4.
[2] 贺国梁.粉煤灰硅酸盐水泥复合助磨剂的试验研究[J].水泥工程,2005(5):14～17.
[3] 张茂亮,杨久俊.激发剂在大掺量粉煤灰水泥中的应用研究[J].材料导报,2007,21(6):146-148.
[4] 王卫山,马腾飞,孔德龙,刘晓存,李艳君.铝酸盐水泥熟料对粉煤灰硅酸盐水泥性能的影响[J].水泥,2012(6):6-10.
[5] 任和平,王玉江.高掺量粉煤灰硅酸盐水泥的研制[J].水泥技术,2000(3):46-48.
[6] 张永娟,张 雄.粉煤灰活性影响因子的研究[J].粉煤灰综合利用,2006(5):8-11.
[7] 万雪峰,马保国,李相国,余小刚, 向波涌.高掺量粉煤灰水泥的复合活化研究[J].水泥工程,2007,(4):27-41.
[8] 董超颖,罗家祥, 罗文武, 姜付义, 柳瑞翠, 刘子全.粉煤灰硅酸盐水泥早强剂的研究[J].中国陶瓷,2012,48(11):56-58.
[9] 刘文永,李其敏,杨 鹏,张长海,李振伟.颗粒组成和分布对大掺量粉煤灰水泥性能的影响[J].科技导报,2009,27（24）:41-45.
[10] 李 俏,王栋民,侯云芬,左彦峰.大掺量粉煤灰水泥的制备与机理研究[J].粉煤灰综合利用,2008(2):27-29.
[11] 焦晓飞.粉煤灰硅酸盐水泥中最佳粉煤灰掺入粒径研究[J].新世纪水泥导报,2011(4):11-12.
[12] 古德生,胡家国.粉煤灰应用研究现状[J].采矿技术,2002,2(2):1-4.
[13] Seung-Tae Lee.Performance of Mortars Exposed to Different Sulfate Concentrations[J].KSCE Journal of Civil Engineering,2012,16(4):601-609.
[14] C.S. Poon, X.C. Qiaoa, Z.S. Lin.Pozzolanic properties of reject fly ash in blended cement pastes[J].Cement and Concrete Research,2003(33)：1857–1865.
[15] 陈冀渝.高强粉煤灰水泥的研制[J].四川水泥,2007（6）：46.
[16] 梁慧.粉煤灰活性效应研究[D].湖南省：中南大学,2007.

毕业设计(论文)开题报告
2.本课题的任务、重点内容、实现途径
2.1本设计的任务
1．广泛查阅与课题相关的国内外文献资料，按照学校的要求及格式完成文献综述和开题报告；独立将与课题相关的2万字符以上的外文文献译成中文，翻译应较科学、准确、流利，并附原文；
2．结合实际，有机的应用理论知识设计出粉煤灰硅酸盐水泥生产线，要有分析问题和解决问题的能力：
（1）厂址论证充分，选择合理；
（2）工艺流程确定合理；
（3）物料平衡计算正确，设备选型合理；
（4）热工计算正确合理。
3．按时独立完成一条年产500万吨粉煤灰硅酸盐水泥生产线的设计，编写并提交完整的设计说明书1本（条理清楚，文字通顺，字数不少于1万字，不少于300字的中文摘要和关键词，以及对应的英文摘要和关键词）；整个水泥生产线俯视图（0号图）1张、主体设备剖面图（1号图）1张、主要设备剖面图（1号）1张，绘图符合标准；毕业设计说明书、绘图及其它相关材料符合重庆科技学院及冶金与材料工程学院毕业设计要求。
2.2本设计的重点内容
通过工艺设计、设备选型、自动控制系统及环保规划等设计过程，完成一条在四重庆润江地区年产500万吨粉煤灰硅酸盐水泥生产线的设计。具体包括：
（1）厂址选择；
（2）工艺流程确定；
（3）配料及物料平衡、热平衡计算；
（4）500万吨粉煤灰硅酸盐水泥生产工艺设计（原料车间、窑炉车间、成型车间、热处理工段）及设备选型；
（5）各工序工艺参数的确定；
（6）电气自动化及控制系统设计；
（7）环保及资源综合利用部分的设计；
（8）500万吨粉煤灰硅酸盐水泥的生产控制与检测；
（9）绘制生产线图、主体及主要设备图等；
（10）撰写毕业设计说明书。
2.3本设计的实现途径
经过查阅文献以及查阅书籍，从中了解了一些设计的原则与方法，综合对比分析后，确定了本次设计的实现途径如下：
1对市场以及进行预测，确定建设规模
对国内的额需求以及企业自身的生产能力做出评估，并进行销售预测、价格分析和产品竞争能力分析，确定项目的规模、产品方案和发展方向。
2确定厂址
根据国家批准的文件，确定模糊的厂址范围。再对原料、辅助材料、燃料等的来源和供应进行分析，并对当地的地理位置、气象、水文、地质、地形条件和社会经济现状进行研究，再根据交通、运输和水、电、气等的现状和发展趋势做出明确的判断，最后选择确定合适的厂址。
3技术工艺的选择
对生产所需的主要设备进行选型，设备在能达到生产要求的同时能尽可能地降低能耗，并有一定的发展空间，为未来企业的扩大留一定的空间。对成套设备的进口确定维修材料、辅助材料和配件供应。并对有关部门协作作出安排。
4其他安排
根据考察结果确定的全厂布置方案，对厂区进行预先设计，并确定施工单位按照预先设计好的进行施工。布置方案里包括环境保护、厂区规划、防震、防洪、防空等方面的措施。

毕业设计(论文)开题报告
3.完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法
① 工具书，通过图书馆借阅或者购买；
② 计算机，学校实验室借用或者自备；
③ 实验室，在学校专门实验室进行相关实验；
④ 绘图工具，自购；
⑤ 调研，利用课余时间在当地进行问卷或其他方式的调研。

毕业设计(论文)开题报告
指导教师意见：（对本课题的深度、广度及工作量的意见、对设计结果的预测，并明确是否可以开题）
该生通过查阅文献，对“年产500万吨粉煤灰硅酸盐水泥生产线的工艺设计”这一课题的国内外研究现状，研究目的及意义阐述详细，对本课题的任务、主要内容、实现途径、技术难点及其解决途径理解透彻；通过该生的努力，在导师的指导下能完成本课题。本课题的工作量饱满、有较大技术难度，能达到本科毕业设计的要求。
根据该生开题报告的完成情况，具备了开题条件，可以开题。

指导教师（签字）

年 月 日
系审查意见：

系主任（签字）

年 月 日