水泥熟料烧成系统发展史
熟料在烧成系统中的形成过程
1、干燥带温度范围：生料温度～450℃。
主要任务：①物料升温至450℃②物理水蒸发（生料进入窑系统后，大约在超过烟气的露点后75～150℃其间水分蒸发）。
该反应在C2-C1上升烟道及C1筒和C3-C2上升烟道完成。
2、预热带温度范围450℃～700℃。
主要任务：①物料升温至700℃②化合水脱水（粘土质原料）。
脱水反应在C3-C2、C2、C4-C3内进行，温度继续上升至700℃。
3、碳酸盐分解带主要承担MgCO3和CaCO3的分解任务，是吸热反应。
碳酸盐在C4已有少量分解，主要分解反应发生在分解炉中，在C5也有少量分解反应发生，出C5筒的物料碳酸盐表观分解率达90％以上，其余部分的分解反应在回转窑内进行，入窑物料温度升至850℃左右。
4、放热反应带（亦称过渡带）主要承担固相反应，生成C2S、C3A、C4AF，以上三种反应生成的热量可使物料温度上升200℃，放热反应在分解炉内、C5筒就有少量发生，大量反应是在进入回转窑内进行的。
5、烧成带主要承担熟料中最主要的矿物C3S的形成和f-CaO的吸收，完成熟料的最后烧成任务。
该带在回转窑内温度最高的部位，在正常的配料范围内，物料在1280℃时就开始出现液相，在1350～1450℃时液相量可达20％多（与配料有关）C2S和CaO先是溶于液相中，在液相中反应结合为C3S结晶析出，倒出地方使其他的C2S和CaO溶于液相，再结晶析出，这样使C3S大量形成，使f-CaO逐渐被C2S吸收。
窑内温度越高，液相粘度越低，C3S形成越快，f-CaO被吸收的越彻底，直至f-CaO逐渐被C2S吸收。
由此可见，影响f-CaO的因素：⑴窑内煅烧温度越高，f-CaO吸收越快，f-CaO被吸收的越彻底，直至f-CaO最后被基本吸收（﹤1.5％）⑵配料中液相量越高（L）液相粘度越低，石灰石吸收越快；饱和比越低，石灰石吸收越快，但对熟料质量有影响，因此要兼顾熟料质量和煅烧能力达到最佳平衡点。
水泥熟料的形成过程
第一章回转窑及预分解技术第一节水泥熟料的形成水泥是重要的建筑材料之一，它的煅烧方法从立窑生产到现代干法生产经过了180年的历史。
而水泥熟料是水泥生产的半成品，其形成过程是水泥生产的一个重要的环节，它决定着水泥产品的产量、质量、消耗三大指标。
本节将主要阐述熟料的形成过程和水泥熟料形成热的计算方法。
一、水泥熟料煅烧方法及窑型的演变（一）水泥熟料的煅烧方法从水泥熟料的生产方法分为干法生产、湿法生产以及半干法生产。
干法生产是指干生料粉进入窑内进行煅烧；湿法生产是将原料加水粉磨，黏土用淘泥机制成泥浆，然后将含水量为32-40%的生料浆搅拌均匀后入窑煅烧；半干法生产是将生料粉加入12-14%的水分成球后，再入窑进行煅烧。
（二）水泥窑型的演变自发明水泥以来，水泥窑型发生了巨大的变化，经历了立窑、干法中空回转窑、湿法窑、立波尔窑、悬浮预热器窑至窑外分解窑的变化。
其规模从!) 世纪的日产几吨，发展到目前日产1万吨，增加了1000倍以上。
在这些变化中有几次重大技术突破，第一次是%# 世纪初湿法回转窑的出现并得到全面推广，提高了水泥的产量和质量，奠定了水泥工业作为现代化工业的基础；第二次是20世纪50-70年代悬浮预热和预分解技术的出现（即新型干法水泥生产技术），大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，促进了水泥工业向大型化、现代化的进一步发展；第三次是20世纪80年代以后计算机信息化和网络化技术在水泥工业中得到了广泛应用，使得水泥工业真正进入了现代化阶段。
1824年，世界上第一台立窑在英国诞生，这是人类最早的用来煅烧水泥熟料窑型。
它是一个竖直放置的静止的圆筒，窑内自然通风，生料制成块状，与燃料块交替分层加入窑内，采用间歇的人工加料和出料操作。
立窑的产生揭开了水泥工业窑的历史。
1877年出现了回转窑，它是一个倾斜卧着的回转圆筒，生料粉由高端加入，低端有燃料燃烧，物料一方面运动一方面被煅烧。
这便是最早的干法回转窑生产（见图1-1）图1-1 回转窑的最初形式在干法回转窑的生产中，由于初期的回转窑窑体较短，出窑废气的温度较高，热耗较高，随后出现了干法长窑，即干法中空窑，以及带预热锅炉的回转窑。
1-1 水泥熟料的形成
5、硅酸三钙（C3S）的形成和烧成反应： 硅酸三钙要在液相中才能大量形成。当温度升高到近 1300℃时，C3A、C4AF、R2O等熔剂矿物变成液相，C2S与 CaO溶解在高温液相中，互相反应生成C3S；C3S的生成速 度与烧成温度和反应时间有关。其生成温度范围一般为 1300～1450～1300℃。 熟料烧成后，温度开始下降，C3S形成速度减慢直至液 相凝固。 6、熟料的冷却过程： 在冷却过程中，将有部分熔剂矿物形成晶体析出，另一 部分来不及析晶而呈玻璃态存在。 C3S在1250℃时容易分解，所以要求在1300℃以下熟料 要快冷，使C3S来不及分解，越过1250℃以后，C3S就比较 稳定了。 C2S在<500℃时，由β－C2S转变为γ－C2S，密度减少 而使体积增大10%左右，从而使熟料块变成粉末状。粉化后 的γ－C2S与水反应时，几乎没有水硬性，因此在<500℃温 度段时应急冷，使其来不及转化。
三、水泥熟料的形成热： 熟料形成热（理论热耗）是指在一定生产 条件下，用某一基温度（0℃或20℃ ）的干燥 物料，在没有物料损失和热量损失的条件下， 制成1kg同温度的熟料所需要的热量。 生产1kg熟料所需理论热耗，可根据热平 衡计算求得，熟料形过程中的各种热反应及其 效应见表1-1所示。 熟料形成热也可由下列经验公式计算： Qsh=G干(4.5Al2O3+29.6CaO+17MgO)-284
1928年，德国立列波博士与波列休斯公司 创造了带回转炉篦子的回转窑，即立波尔窑。 1934年，丹麦的约根生工程师研究成功悬 浮预热技术； 1951年德国的缪勒与洪堡公司生产了第一 台带悬浮预热器的回转窑。 1971年日本石川岛公司在悬浮预热窑基础 上，发明了预分解窑，即在悬浮预热器后增 加了分解炉，使物料的预热、分解都在回转 窑外完成后，再入窑进行煅烧。
烧成系统工艺流程简述
固体流量计的流量信号控制仓底流量控制阀的开 度，以保证生料以设定的流量稳定地喂入窑尾系 统。计量仓底另设有一备用出口，当主出口有故 障时，生料经由备用出口喂入窑尾。此时生料流 量通过计量仓的称重传感器的失重速率来反映。 在这种计量方式下，入计量仓（出均化库）的阀 门要关闭。因此通过计量仓称重传感器的失重速 率的计量方式只能是间隙式的，当仓内料位低而 要向仓内卸料时，不能计量，所以此时应尽量开 大库底卸料阀的开度，以尽量缩短这段计量盲区。
四、熟料冷却与输送
烧结后的高温熟料出窑后落入冷却机的篦床上。冷却机型号 为NC39325 推动篦式冷却机。篦床分为固定篦床和活动篦床， 活动篦床采用液压传动，篦床速度可根据篦下压力调节，以 保持一定的料层，篦下风室，各配有单独的风机，各室间隔 密封，风量、风压均可单独调节，确保冷风能克服相应区段 的篦板及料层阻力，均匀穿透料层，使篦床上熟料得到充分 的冷却。出窑熟料温度为1400℃, 出冷却机熟料温度可降至 100℃以下。熟料通过篦板的往复推动，落入风室的小颗粒， 经弧形锁风阀送到链斗输送机；其余则进入破碎机，经破碎 后落到链斗输送机上，由链斗输送机送入熟料库。通过物料 层后的气体可作为二次风直接入窑、作为三次风抽往窑尾分 解炉内，煤粉制备系统需要的热风从冷却机中部抽取，多余 的废气（约180～250℃）将通过窑头电收尘器净化后，由 离心风机排入大气。熟料电收尘器收集的粉尘由分格轮送至 链斗输送机。
水泥熟料烧成的变化过程
水泥熟料烧成的变化过程一、干燥与脱水1.干燥入窑物料当温度升高到100～150℃时，生料中的自由水全部被排除，特别是湿法生产，料浆中含水量为32～40%，此过程较为重要。
而干法生产中生料的含水率一般不超过1.0%。
2.脱水当入窑物料的温度升高到450℃，粘土中的主要组成高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O ）发生脱水反应，脱去其中的化学结合水。
此过程是吸热过程。
Al2O3·2SiO2·2H2O== Al2O3 (无定形) + 2SiO2 (无定形) + 2H2O脱水后变成无定形的三氧化三铝和二氧化硅，这些无定形物具有较高的活性。
二、碳酸盐分解当物料温度升高到600℃时，石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解，在CO2分压为一个大气压下，碳酸镁和碳酸钙的剧烈分解温度分别是750℃和900℃。
MgCO3=MgO+CO2CaCO3=CaO+CO2碳酸钙分解反应的特点碳酸钙的分解过程是一个强吸热过程（1645 kJ/kg ），是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程；该过程的烧失量大，在分解过程中放出大量的CO2气体，使CaO疏松多孔，强化固相反应。
三、固相反应1.反应过程从原料分解开始，物料中便出现了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3进行固相反应，形成熟料矿物。
2.影响固相反应的主要因素⑴生料细度及其均匀程度；⑵温度对固相反应的影响；四、熟料烧结水泥熟料主要矿物硅酸三钙的形成需在液相中进行，液相量一般在22～26％。
2 CaO·SiO2 + CaO=3 CaO·SiO2该反应称为烧结反应，它是在1300～1450～1300℃范围进行，故称该温度范围为烧成温度范围；在1450℃时反应迅速，故称该温度为烧成温度。
为使反应完全，还需有一定的时间，一般为15～25分钟。
五、熟料冷却熟料冷却时需急速冷却，其目的和作用是：1、为了防止C3S在1250℃分解出现二次游离氧化钙（对水泥安定性没大影响），降低熟料的强度；2、为了防止C2S在500℃时发生晶型转变，产生“粉化”现象；3、防止C3S晶体长大而强度降低且难以粉磨；4、减少MgO晶体析出，使其凝结于玻璃体中，避免造成水泥安定性不良；5、减少C3A晶体析出，不使水泥出现快凝现象，并提高水泥的抗硫酸盐性能；。
水泥熟料形成过程.
硅酸盐水泥熟料的矿物组成
在硅酸盐水泥熟料中，氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁并不是以 单独的氧化物存在，而是经高温燃烧后，以两种或两种以上的氧化 物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常，在硅酸盐水泥 熟料中主要形成四种矿物； 硅酸三钙 3CaO· SiO2，可简写为C3S，38-55%； 硅酸二钙 2CaO· SiO2，可简写为C2S，20-33% 铝酸三钙 3CaO· Al2O3：可简写为C3A:4-15% 铁相固溶体 通常以铁铝酸四钙4CaO· Al2O3· Fe2O3代替，可简写为 C4AF:10-18%。 另外，还有少量的游离氧化钙(f-CaO)、方镁石(结晶氧化镁f-MgO)、 合碱矿物以及玻璃体等。
3、碳酸钙分解反应的动力学关系 碳酸钙分解反应的动力学表达式，根据A ·Mü lle 大量试验结果，将温度、粒度尺寸及环境条件考虑在 内，有如下实用关系：
1 1 e0 A e
1 3
E RT
1 1 1 PCO2 eq PCO2环境 dp /2
式中： e0 —碳酸钙分解率，%； A—反应的频率因子，3.05×106Pa· m/s； E—反应活化能，171.850J/mol· K；
R—气体常数，8.314 J/mol· K； T—反应温度，℃；
d p —颗粒直径，m；
PCO2eq —碳酸钙分解时，CO 平衡压力，其值是温度函 2
数，Pa；
三、熟料矿物形成
在碳酸盐分解的同时，石灰质与粘土质组分间 进行固相反应，其过程如下： ~800℃：CaO•Al2O3，CaO•Fe2O3与2CaO•SiO2 开始形成； 800 ~ 900 ℃：开始形成12CaO•7Al2O3(C12A7); 900 ~ 1000 ℃: 2CaO• Al2O3•SiO2(C2AS)形成后 又分解。开始形成3CaO•Al2O3(C3A)和4CaO• Al2O3•Fe2O3(C4AF)。所有碳酸盐均分解,游离氧化钙 达到最高值。 1100 ~ 1200℃:大量形成C3A和C4AF，C2S含量 达最大值。
水泥熟料的烧成.doc
水泥熟料的烧成•水泥熟料的烧成•第一节水泥熟料的形成过程•一、干燥与脱水•1.干燥•入窑物料当温度升高到100～150℃时，生料中的自由水全部被排除，特别是湿法生产，料浆中含水量为32～40%，此过程较为重要。
而干法生产中生料的含水率一般不超过1.0%。
•2.脱水•当入窑物料的温度升高到450℃，粘土中的主要组成高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）发生脱水反应，脱去其中的化学结合水。
此过程是吸热过程。
•Al2O3·2SiO2·2H2OAl2O3+2SiO2+2H2O•(无定形)(无定形)•脱水后变成无定形的三氧化三铝和二氧化硅，这些无定形物具有较高的活性。
•二、碳酸盐分解•当物料温度升高到600℃时，石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解，在CO2分压为一个大气压下，碳酸镁和碳酸钙的剧烈分解温度分别是750℃和900℃。
•MgCO3MgO+CO2•CaCO3CaO+CO2•碳酸钙分解反应的特点•碳酸钙的分解过程是一个强吸热过程（1645kJ/kg），是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程；该过程的烧失量大，在分解过程中放出大量的CO2气体，使CaO疏松多孔，强化固相反应。
•三、固相反应•1.反应过程•从原料分解开始，物料中便出现了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3进行固相反应，形成熟料矿物。
•2.影响固相反应的主要因素•⑴生料细度及其均匀程度；•⑵温度对固相反应的影响；•四、熟料烧结•水泥熟料主要矿物硅酸三钙的形成需在液相中进行，液相量一般在22～26％。
•2CaO·SiO2+CaO3CaO·SiO2•该反应称为烧结反应，它是在1300～1450～1300℃范围进行，故称该温度范围为烧成温度范围；在1450℃时反应迅速，故称该温度为烧成温度。
为使反应完全，还需有一定的时间，一般为15～25分钟。
水泥熟料形成过程
水泥熟料形成过程一、概述水泥熟料是一种重要的建筑材料，广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程领域。
其形成过程主要包括原料制备、配料与混合、研磨与粉磨、熟料烧成、熟料冷却、熟料输送和熟料储存等步骤。
本文将详细介绍这些步骤。
二、原料制备水泥熟料的原料主要包括石灰石、黏土、铁矿和校正材料等。
在原料制备阶段，需要对这些原材料进行破碎、筛选和混合，以获得符合要求的原料。
三、配料与混合配料是指根据生产需要，按照一定的比例将各种原料混合在一起。
混合则是将各种原料在混合设备中进行均匀混合，以保证后续工艺的顺利进行。
四、研磨与粉磨研磨是将混合好的原料进行细磨，使其成为具有较小颗粒的浆料。
粉磨则是将研磨后的浆料进行进一步的细磨，以提高其颗粒细度，增加其比表面积，从而提高熟料的质量。
五、熟料烧成熟料烧成是水泥熟料形成过程中的重要环节，是将粉磨后的原料在高温下进行烧制，使其发生化学反应，形成水泥熟料。
在烧成过程中，需要控制好温度和气氛，以保证熟料的质量和产量。
六、熟料冷却熟料冷却是将烧成的熟料进行冷却处理，以降低其温度，便于后续处理和运输。
在冷却过程中，需要控制好冷却速度，以避免熟料出现裂纹等问题。
七、熟料输送熟料输送是将冷却后的熟料从烧成窑输送到储存库或包装设备中。
在输送过程中，需要保证输送设备的稳定性和可靠性，以避免出现输送中断或设备故障等问题。
八、熟料储存熟料储存是将输送至储存库中的熟料进行储存和管理。
在储存过程中，需要保持储存库的干燥和通风，以防熟料受潮或变质。
同时，还需要定期对储存库进行检查和维护，以确保其安全和正常使用。
总结：水泥熟料形成过程是一个复杂的过程，需要经过多个步骤才能得到高质量的熟料产品。
在实际生产中，需要严格控制每个环节的工艺参数和质量标准，以确保熟料的质量和产量。
同时，还需要加强设备的维护和管理，以保证生产的稳定性和可靠性。
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水泥熟料烧成系统发展史
1.引言
水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。
用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。
长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于建筑工程。
但水泥是一种高污染、高能耗、高排放的产品，因此，人们总是试图改善它的烧成系统以达到生产处满足要求的水泥并尽量减少能耗以及对环境的污染。
自1824年10月21日，J. Aspdin获英国5022号专利权（即波特兰水泥）以来，水泥窑的发展经历了立窑—回转窑—悬浮预热器窑—流化床煅烧的发展历程，在这些发展过程中，水泥烧成系统越来越优化，为社会的发展做出了巨大的贡献。
2．水泥窑的发展过程
仓窑
仓窑：1824年波特兰水泥发明时的煅烧设备为瓶窑，48年后的1872年在瓶窑基础上发明专门用于水泥烧制的仓窑，成为第一代水泥窑窑型，造就了水泥生产的仓窑时代。
立窑
立窑：1884年Dietzsch发明立窑并取得专利权。
其与仓窑的最大不同是将烧成过程由沿水平运动变为垂直方向。
我国目前使用的立窑有两种类型：普通立窑和机械立窑。
我国经历了人工间歇作业的普通立窑向机械化连续生产的机立窑的发展过程，带来了劳动强度降低、产量提高和质量改善的变化。
普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；机械立窑是机械加料和机械卸料。
机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高。
根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。
干法回转窑
从干法中空回转窑起步，并由此发展出余热锅炉窑、干法长窑和立波尔窑等。
干法将生料制成生料干粉，水分一般小于1%，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。
中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。
干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。
所以原料混合不好，成分不均匀。
中空回转窑：英国人Cramton于1877取得英国专利；1895年美国人Hurry和Seaman获得煅烧水泥成功并取得专利；
余热锅炉窑：1897年德国人发明，解决了干法中空回转窑窑尾废气温度高、热效率低的问题。
该窑型流传时间长但热效率较低，不是普遍的水泥烧成设备。
干法长窑：20世纪三四十年代采用，热效率差、窑尾粉尘大，未能普遍推广。
立波尔窑：1928年德国人Lellep与德国Polysius公司合作制造，用“Lepol”命名，属半干法生产，曾盛行于世界各地，直到上世纪60年代被新的窑型取代。
湿法回转窑
1912年丹麦公司首先取得煅烧试验成功，以后得到普遍推广成为一代盛行的窑型。
湿法生产是将生料制成含水为32%~40%的料浆。
由于制备成具有流动性的泥浆，所以各原料之间混合好，生料成分均匀，使烧成的熟料质量高，这是湿法生产的主要优点。
该类窑包括普通湿法窑、料浆蒸发机湿法窑、湿法长窑等。
新型干法回转窑
20世纪50年代出现悬浮预热器窑，20年后发展出预分解窑。
悬浮预热器窑：1932年捷克首次提出四级旋风筒悬浮预热器的专利，20世纪50年代初德国洪堡公司首先应用于水泥生产。
组成：由预热器+分解炉等窑尾系统+回转窑+冷却机+窑头燃烧器等。
悬浮预热器窑和预分解窑统称为新型干法水泥生产。
旋风式悬浮预热器窑流程图
悬浮预热器简称SP，带悬浮预热器的回转窑称为SP窑。
预分解窑生产流程图
预热器分旋风预热器和立筒预热器。
旋风预热器窑主要包括Humboidt、Smidth和Dopel等；立筒预热器窑主要包括Krapp、ZAB、PreRov等。
不同的预热器其流动换热特征包括同流旋流、逆流旋流、喷-旋流动、喷腾运动和旋-旋流动等。
预分解窑：1971年日本石川岛磨重工业公司首创，其与SP窑的不同是在窑尾与预热器之间增设一分解炉，预分解窑简称NSP窑。
流化床水泥窑
回转窑是可靠的水泥熟料烧成设备，但它的致命弱点是热效率低、转动功率大，且体积庞大，一直是人们想要“革命”的对象。
为此，50年代以来，美国、日本、中国、俄罗斯、印度等国家都相继对不带回转窑的沸腾烧成工艺进行了研究。
由于当时的科技水平所限，用沸腾炉(流化床)锻烧水泥熟料时，在高温(1300℃一1400℃)条件下的自造粒而不粘结炉壁、结大块、维持正常的流态化操作难度很大，90年代之前均未取得完全的成功，更达不到工业化的要求。
在水泥工业中，流态化技术成功地应用于水泥生料的预热和预分解，从根本上改变了生料在预热和预分解过程中物料和气流间热交换过程，使生料的预热和预分解时间缩短到几十秒钟，从而成倍地增加了窑产量，大幅度降低了燃料消耗。
可以说，流态化技术在水
泥生料预热和预分解中的成功应用，是水泥发展史上的一次重大变革。
基于流态化技术的上述优点，能否将水泥熟料的烧成环节也置于流态化状态下，一直是世界各国水泥工作者研究的课题之一。
但是由于高温气固反应的复杂性和大颗粒流态化技术的不成熟以及试验装置的放大受各种因素的影响等，使得此项技术的研究工作目前仅停留在理论研究和半工业试验研究阶段。
流化床水泥窑的特点是：1、大幅度地扩大了煤种的选择范围。
可选用烟煤、无烟煤或低质煤。
2、良好的节能指标。
可降低10-25%的热消耗量。
3、热回收效率高。
把造粒装置和烧结装置合并计算，热回收率大于80%，比现有的蓖冷机提高了20%以上。
4、较好的环保性能。
CO2排放减少10-25%，NOx排放减少40%以上。
5、节约建设费用，减低运行成本。
与同规格的回转窑相比，设备投资节约20%，运行成本降低25%。
由于其良好的工作指标和占地面积小等特点，适合我国目前量大面广的立窑改造。
5. 结语
水泥熟料烧成系统在长时间的发展过程中变得越来越完善，给人类的现代化建设带来了巨大的贡献，但是依然有很多问题有带解决，如我国的水泥能耗超出发达国家。
水泥依然是高能耗、高排放、高污染的产品，我们还有很多问题需要解决。
这些问题义不容辞的落到我们水泥人身上了，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。