水泥质量控制篇(工艺专业)

前言水泥工艺过程，通常简要地概括为“两磨一烧”，即首先将原料粉磨成生料，然后经过煅烧形成熟料，再将熟料粉磨成水泥。

这样的概括是仅就水泥生产中主要单元操作而言，对其它重要生产环节：如破碎、烘干、配料、均化、储存、计量、输送、收尘等等均未涉及。

但需指出，正是这些众多的次要环节，对保证水泥产品的质量和经济生产，以及对水泥生产过程的连续性都是不可缺少的。

基本定义水硬性凝材料在拌水后既能在空气中以能在水中硬化，通常称为水泥(广义)。

如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等非水硬性的胶凝材料不能在水中硬化，而只能在空气中硬化，故称为气硬性胶凝材料。

如石灰、石膏等。

凡细磨成粉未状，加入适量水后可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料坚固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。

按用途分：通用水泥、专用水泥、油井水泥、特性水泥(抗硫酸盐水泥)按矿物组成份：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥等(一百多种)。

水泥工艺过程，通常简要地概括为“两磨一烧”，即首先将原料粉磨成生料，然后经过煅烧形成熟料，再将熟料粉磨成水泥。

这样的概括是仅就水泥生产中主要单元操作而言，对其它重要生产环节：如破碎、烘干、配料、均化、储存、计量、输送、收尘等等均未涉及。

代表当今水泥生产技术水平的新型干法生产线，具有单位容积产量高、热利用效率好、电耗低、污染小、劳动生产率高、产品质量稳定、规模经济效益良好等特点，而生产规模和技术装备大型化、生产工艺节能化、操作管理自动化、环境保护生态化已经成为当前水泥企业的发展方向和必然趋势。

答：第一阶段：立窑技术的发展立窑技术的发展有一个前奏，首先，在 1824 年英国人(Aspdin)阿斯普丁第一个获得波特兰水泥的专利，为什么说他是获得专利而不是发明专利呢？因为水泥的发明是延续了很长期的，不是说蓦地之间发明的，是在经历了罗马水泥、英国水泥等各种水泥不同时期的发展，到最后才发展为波特兰水泥。

波特兰水泥的发展、发明以它获得的专利时间为准。

他当时生产水泥是用“杯窑”来生产的，其形状像杯子一样，上面是一个抽屉的装置，烧水泥的时候，首先把料作成块状，砖快一样，一部份煤和堆料在里面烧，是一锅一锅烧的，阿斯普丁为了专利的保密，烧的时候不让任何人参观。

历史上记载的最早烧水泥的窑就是“杯窑”。

到 1872 年的时候，英国人 Johson 取得了“仓窑”的专利，它与“杯窑”的工艺基本上相同，不同的是增加了预热系统，料子先装在烟囱干燥、预热，然后再装到杯窑里面烧，所以又进了一步了，进步之处在于为了节省煤耗而进行预热。

由于预热过了，烧出来的熟料质量大大提高，所以 Johson 跟 Aspdin 打官司，说自己烧出的才是真正的波特兰水泥，而阿斯普丁烧成的水泥质量时好时坏，不能叫真正的波特兰水泥。

因为阿斯普丁的水泥有些在英国的工程中浮现房屋、桥梁坍塌的现象。

但最终官司还是阿斯普丁赢了， Johson 最后得到“仓窑”的专利。

到了 1884 年，德国人德齐在“仓窑”的基础上进行了改良，叫“立窑”。

它与“仓窑”不同的是多了一个冷却装置，它的预热、烧成和冷却都在窑里面。

立窑发明以后，很快传入英国，英国人首先使用机械鼓风系统，质量和产量大大提高。

之后，鼓风系统的技术又传到德国，德国人接着又发明装料装置和机械卸料装置。

据历史考证，大约在第一次世界大战(1914 年—1918 年)先后，德国完成为了立窑的机械化设计，接着进行推广，完成为了机械化立窑发明的全过程。

第二阶段：普通干法旋窑的技术发展立窑发明了以后，进入了旋窑的普通干法阶段。

干法旋窑的发明，最早由英国人克拉登在 1887 年首先产生旋窑生产波特兰水泥的构想，并用这个构想去申请了专利。

但他根据这个构想做实验，没有获得成功，烧不出波特兰水泥熟料，向来到十几年后，在 1895 年，美国工程师亨利、化验师西蒙在英国人旋窑构想的基础上继续做实验，开辟自己的旋窑系统并获得成功。

当时他们发明的回转窑用的是干粉，不成球，不成块。

后来到了 20 世纪 20 年代，德国人也做了改进，发明了立波尔窑。

差不多在同一时期，日本人在干法回转窑的后面加了个锅炉，叫预热锅炉窑，这个就是普通干法旋窑的阶段。

第三阶段：湿法旋窑的技术发展20 世纪初，丹麦人史密斯发明了湿法回转窑，他是在当时去参观氧化铝生产旋窑时得到了启示，用湿法生产水泥。

因为丹麦不是用石灰岩生产水泥的，而是用白垩土，它所含的水分比较高，普通达到 50%摆布，因此就是现在的史密斯公司创始人发明了湿法窑。

最早的湿法窑长径比较短，都小于30。

如 20 年代的上海水泥厂(全国最早使用湿法生产的水泥厂)，上海是最早与外国人订合同采用湿法窑，中国水泥厂接着也订了合同并第一个投产，投产比上海早了几个月。

当时采用的是直径Φ2.3/3.4/2.3×66M ，后来湿法窑又发展为带料浆蒸发器，普通长径比较短，接近 20 摆布，再后来发展为湿法长窑(长径大于 30)，40、50 年代在世界上流行使用湿法长窑，最大的湿法长窑Φ 7.6/6.4/6.9×231M，产量是日产 3400 吨(德国)，但后来的结论是，窑径大于 7M 就不合适了，运转率特殊低，因为直径大了以后，耐火砖的拱太小，容易掉砖，所以大于 7M 的窑没有推广起来。

40、50 年代直径在 4—5M 之间、长径比在 30—40 的窑在国际上推广的比较多。

据我国统计，全国湿法窑 1994 年有199 条，从总体来讲比国际上的小，解放前湿法窑较小的在 3M 摆布，解放后基本上是引进东德的Φ3.6×150M 的窑，还有一种是Φ3.3×3×118M，像江油、昆明、大同、开源等都是这种窑；此外一批是罗马尼亚窑，Φ 3×88M 的，包括贵州、巢湖、江山，这种窑属于普通湿法窑，长径比小于 30。

此外是我国自己研制的Φ3.5×145M 的华新窑，后来扩大成Φ4×3.5×4×145M 的湘乡窑，这个成为了我们 50 年代到 70 年代直至现在发展湿法窑的主力，比较多的就是这种直径 3.5—4.5M 之间的。

总体来讲，跟国外比，我们的直径还太小，最大的窑是娥媚的两台从丹麦史密斯公司引进的Φ4.4×4.15×4.4×180M 的长窑，华新、湘乡设备是有部份新的，其他的设备都是陈旧的，运转了 30 多年。

第四阶段：新型干法的技术发展湿法窑的优点是生料均匀，粉尘浓度比干法、普通干法低的多，生料制备系统没有烘干的问题；它的缺点是热耗高，因此怎样在湿法的基础上把生料质量保持，把生料均化、收尘问题解决，再加之干法的预热利用解决，就可以把原来湿法能耗高的问题解决。

在 50 年代的时候，这三个问题基本上被突破，也就是说， 50 年代的时候发明了生料均化库和预均化技术，再加之生料的计算机控制，保证了生料的均化，电收尘的发明，解决了干法窑尾的收尘问题。

后来发明了旋风预热器以后，由洪堡公司继续开辟，所以这个窑后来就叫它洪堡窑。

德国的克虏伯公司发明了立筒预热器窑，立筒与旋风预热器加在一起就叫悬浮预热器窑(SP 窑)，这是窑外分解窑发明的前奏。

1971 年，日本的石川岛播磨公司在旋风预热器的基础上研制成功窑外分解窑(NSP 窑)。

到此为止，在湿法旋窑之后完成为了新型干法窑的开辟，以后在全世界范围迅速推广日产 10000 吨的生产线，在泰国投产的共有两条。

现在美国正在搞日产 12000 吨的窑，这个窑的直径大概在6.2M。

从此，在世界范围内，水泥生产技术从湿法旋窑迅速向新一代窑型——NSP 窑即新型干法窑过渡。

新型干法旋窑与立窑生产的主要区别有：1)新型干法旋窑原料采用预均化措施，煤、石灰石、铁质原料、硅质原料分别均化，以保证原料成份相对均匀；立窑厂由于各组分物料需求量相对较少，投资也小，难以对物料进行有效均化。

2)煅烧工艺不同。

新型干法旋窑是以悬浮预热和窑外分解技术为核心，入窑生料已分解 90%以上，在窑内主要进行硅酸盐矿物形成，而立窑厂生料与煤一起入窑混烧，由上到下进行生料预热、分解和硅酸盐矿物形成几个过程，导致熟料质量不稳定，波动较大。

3) 自动化控制程度不一样，立窑厂普通采用人工生产、控制，自动化程度不高，设备运行受控程度不高，效率较低；新型干法旋窑采用全自动化生产，设备先进，如宁国水泥厂三线 5000t/d 生产线光各种测点就高达 4000 余个，通过各种监测保护设备安全稳定运行，以保证单位容积产量高、劳动生产率高和规模效益。

4)环保水平相差大。

立窑厂普通基本无环保保证，各种烟尘、噪声、废水任意排放，不符合国家标准要求，污染严重；新型干法旋窑普通在各个有烟尘排放点处均建了袋收尘、电收尘等设备，出设备进入大气的气体含尘浓度普通小于 100mg/标m3，符合国家标准要求，冷却水等废水均采用循环利用，在部份噪音较大的设备上安装了消音装置，以各种方式减少污染，以达到和谐社会、循环经济的要求。

答：水泥安定性是水泥质量指标中最重要的指标之一，它直接反映水泥质量的好坏。

水泥浆硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，即在水泥和水以后，逐渐水化硬化，水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂、不变形、不溃散的性质。

一般来说，除了膨胀水泥这一类水泥在凝结硬化过程中体积稍有收缩，大多数水泥在此过程中体积稍有收缩，但这些膨胀和收缩都是硬化之前完成的，因此水泥石(包括浆体和混凝土)的体积变化均匀，即安定性良好。

如果水泥中某些成份的化学反应不在硬化前完成而在硬化后发生，并伴有有体积变化，这时便会使已经硬化的水泥石内部产生有害的内应力；如果这种内应力大到足以使水泥石的强度明显降低，甚至溃裂导致水泥制品破坏时，即是水泥安定性不良。

我们公司目前生产的水泥均属硅酸盐系列水泥，其主要成份为硅酸盐水泥矿物。

不合格品：凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定或者混合材掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。

水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属不合格品。

废品：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定的均为废品。

硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种： C S、C S、C A、C AF，另3 2 3 4外还有少量的 f-CaO、方镁石、含碱矿物、玻璃体。

通常，熟料中 C S+C S3 2 含量 75%摆布， C A+C AF 含量 22%摆布。

3 41、C S 含量通常占熟料的 50%以上，其特点：水化较快，早期强度3高，强度增进就率大，干缩性、抗冻性较好，但水化热较高，抗水性差，抗硫酸盐浸蚀能力较差。

C S 形成需要较高的烧成温度和较长的烧成时3间，含量过高，烧成艰难，易导致 f-CaO 增多，熟料质量下降。