冷却制度对水泥熟料质量的影响
快烧急冷是提高熟料质量的重要措施
快烧急冷是提高熟料质量的重要措施欲提高水泥的ISO强度，首先要提高熟料的强度，提高熟料的反应活性和水化速度，这除了要使熟料具有合理的化学成分和矿物组成外，还必须使熟料得到充分合理的煅烧。
文献[1]指出：“化学成分和计算矿物成分相同的水泥，其水化速度可能明显不同”；“熟料生产方法和烧成过程，如窑型、烧成温度、煅烧制度和冷却速度不同，会影响熟料的物相组成和分布、晶粒大小、晶体缺陷浓度等”；“真实的晶体总不完善，并有缺陷存在。
它们的固溶体更是这样”；“正是晶体结构的差异和位错的密度影响着它们的水化速率。
”文献[2]也指出：“煅烧热力强度和煅烧气氛、煅烧温度、升温速率、保温时间和冷却速度对熟料的晶相组成、结构和形状有很大影响。
试验结果表明：煅烧充分、煅烧温度高、升温速率快、急冷的硅酸盐水泥熟料28 d抗压强度最高。
”因此熟料的煅烧要采用快烧、急冷的方法。
1 快烧急冷的意义：（1）快烧就是在有足够高的烧成温度、能保证熟料煅烧充分的前提下，使熟料快速烧成并快速通过高温带，得到晶体细小、发育不完全、晶体缺陷浓度大，但fCaO不高的熟料。
这种熟料反应活性大，水化速度快，对水泥各龄期强度尤其是对3d抗压强度有利。
（2）已烧成的高温熟料得到急冷，可使阿利特晶体停止发育，保持晶体细小、晶格缺陷、位错密度大。
同时熟料中液相也较多地凝固成玻璃相，从而提高熟料的水化速度和强度。
（3）粗大的晶体在粉磨时要消耗更多的能量，而采用快烧急冷方法烧成的熟料，矿物晶体细小，发育不良，有较好的易磨性。
急冷使熟料中液相形成晶体的数量减少，玻璃相增加，也改善了易磨性。
（4）高温熟料在急冷过程中，形成的方镁石晶体细小，甚至部分MgO还是玻璃态，这会加快MgO的水化速度，可改善含镁较高水泥的安定性。
因此在化学成分和矿物组成相仿的情况下，煅烧充分、快烧急冷的熟料具有更高的水化活性，熟料强度甚至可提高一个标号，易磨性也大大改善。
2 熟料快烧急冷的技术条件及应采取的必要措施2.1 预烧是前提。
如何得到强度高的熟料
如何得到强度高的熟料人们常常认为易烧性好的生料容易获得较高的熟料强度，也常常认为预分解窑采用的配料方案应该是中等的KH（0.88-0.92）值，较高的SM（2.5-2.7），较高的IM（1.5-1.7）。
那么预分解窑能煅烧SM为2.2的熟料吗？获得的熟料强度高吗（KH=0.88-0.92）？回答是肯定的，不仅可以，而且还能获得很高的强度。
南宁地区几个水泥厂熟料28天强度普遍大于60Mpa。
华润南宁水泥厂28天强度高达70多Mpa。
是易烧性太好吗？答案却是否定的、且似乎是相反的。
生产实践常可以得到易烧性越差强度越高的结果。
水泥生产的复杂性在于，熟料强度不仅与熟料化学成分有关，而且与生料的化学成分及煤灰的化学组成有关；原料的化学成分相同，结晶程度不同，熟料强度可能会完全不同。
烧成制度相同，熟料的冷却制度不同，熟料强度的也会千差万别。
但，煅烧过程是对熟料强度影响最大的环节。
一个厂最大宗的原料石灰石往往是无法改变的，硅、铝质原料往往也很难改变。
如何利用现有的工艺（生产）条件、不改变原料的情况下，得到更高的熟料强度，是我们急切需要关注与解决的问题。
当然，获得高的熟料强度，应该是在优质、高产、低消耗的前提下获得。
理论与实践都告诉我们，生料在烧成带必须要有足够的温度以及合适的停留时间。
那么究竟需要多高的温度、究竟停留多长的时间？究竟什么配料方案可以获得高的熟料强度？笔者认为，不同操作方法下的熟料晶体结构特征不同，并且熟料强度存在较大的差距。
即可通过从宏观上控制烧成带和窑内冷却带长度的方法来控制晶体尺寸大小或控制烧成带长度与窑内热力强度之间的合理匹配来设控熟料微观形貌，从而达到改善熟料性能的目的。
以下是川渝两地两个水泥厂熟料的岩相分析。
一．烧成温度偏低的熟料图1岩相结构中较多的孔存在水浸蚀5s，反光200X图2点滴状和点线状黑色中间相水浸蚀5s，反光200X图3成堆集中分布的f-CaO矿巢水浸蚀5s，反光200X图4大堆分布的游离钙矿巢，组成晶体的尺寸较大水浸蚀5s，反光200X图5 A矿晶体结构边缘受液相溶蚀，边缘残缺不全，A矿晶体内部有大量的B矿包裹体 1%硝酸酒精浸蚀，反光200X图6 短柱状和六方片状A矿，边缘残缺不全，其邻近区域分布着大量游离氧化钙矿巢1%硝酸酒精浸蚀，反光200X岩相分析可以发现，熟料烧结情况不好，孔洞多。
水泥生产工艺及水泥熟料的形成
水泥生产工艺及水泥熟料的形成水泥生料经过连续升温，达到相应的温度时，其煅烧会发生一系列物理化学变化，最后形成熟料。
硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙（C3S）、硅酸盐二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）等矿物所组成。
硅酸盐水泥生料通常是用石灰石、黏土及少量铁矿石等按适当的比例配制而成。
石灰石的主要组成是碳酸钙（CaCO3）和少量的碳酸镁（MgCO3），黏土的主要矿物是高岭石（2SiO2·Al2O3·2H2O）及蒙脱石（4SiO2·Al2O3·9H2O)等，铁矿石的主要组成是氧化铁（Fe2O3）。
硅酸盐水泥熟料形成的过程，实际上是石灰石、黏土、铁矿石等主要原料经过加热，发生一系列物理化学变化形成C3A、C4AF、C2S和C3S等矿物的过程，不论窑型的变化如何，其过程是不变的。
一、煅烧过程物理化学变化水泥生料在加热煅烧过程中所发生的（一）自由水的蒸发（二）黏土质原料脱水和分解（三）石灰石的分解（四）固相反应（五）熟料烧成（六）熟料的冷却（一）自由水的蒸发无论是干法生产还是湿法生产，入窑生料都带有一定量的自由水分，由于加热，物料温度逐渐升高，物料中的水分首先蒸发，物料逐渐被烘干，其温度逐渐上升，温度升到100~150℃时，生料自由水分全部被排除，这一过程也称为干燥过程。
（二）黏土质原料脱水和分解黏土主要由含水硅酸铝所组成，其中二氧化硅和氧化铝的比例波动于2：1~4：1之间。
当生料烘干后，被继续加热，温度上升较快，当温度升到450℃时，黏土中的主要组成高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）失去结构水，变为偏高岭石（2SiO2·Al2O3）。
高岭土进行脱水分解反应时，在失去化学结合水的同时，本身结构也受到破坏，变成游离的无定形的三氧化二铝和二氧化硅，其具有较高的化学活性，为下一步与氧化钙反应创造了有利条件。
在900-950℃，由无定形物质转变为晶体，同时放出热量。
水泥熟料冷却系统：设计原则与节能改造
• 加强对节能制度的宣传，提高全员节能意识 • 严格执行节能制度，确保节能目标的实现 • 对违反节能制度的行为进行查处，保证节能制度的落实
节能管理效果的评价与改进
节能管理效果的评价
• 对节能管理目标完成情况进 行评价 • 对节能管理制度的执行情况 进行评价 • 对节能管理效果进行综合评 估
• 对系统出现的故障进行诊断，找出故 障原因 • 针对故障原因，采取相应的处理措施 • 对处理后的系统进行效果评估，确保 故障已消除
故障诊断与处理的方法
• 分析故障现象，找出可能的故障原因 • 对故障原因进行排查，确定故障点 • 采取相应的处理措施，消除故障
05
水泥熟料冷却系统的节能管理
节能管理体系的建立
节能管理的改进
• 针对评价结果，找出节能管 理存在的问题 • 制定节能改进措施，提高节 能管理水平 • 加强对节能改进措施的执行， 确保改进效果
谢谢观看.
Thank you for watching.
Docs
根据水泥熟料冷却系统的工艺要求，进行系统设计
• 保证熟料冷却效果，满足产品质量要求 • 降低系统能耗，提高经济效益 • 考虑系统的环保性能，减少环境污染
系统设计中的热工计算
热工计算的目的
• 确定冷却系统的冷却能力 • 优化冷却系统的结构布局 • 为系统设计提供理论依据
热工计算的主要内容
• 熟料的热量计算 • 冷却介质的流量和温度计算 • 冷却系统的热平衡计算
节能管理体系的内容
• 节能管理制度的制定与执行 • 节能管理人员的培训与考核 • 节能管理效果的评估与改进
节能管理体系的建立
• 制定节能管理规章制度，明确节能管理职责 • 建立节能管理机构，配备节能管理人员 • 开展节能培训和宣传，提高全员节能意识
氧化镁对水泥熟料煅烧和水泥水化的影响
氧化镁对水泥熟料煅烧和水泥水化的影响摘要：随着现代水泥行业的快速发展，对水泥生产各工序质量也提出更高的要求。
水泥熟料煅烧和水泥水化受氧化镁的影响十分显著。
为了能够让水泥熟料煅烧的效率得到相应的提升，需要对其整体的性质进行全面的分析。
本文将对水泥水化、水泥熟料股烧中氧化镁的影响进行探析，并提出水泥熟料生产中的相关建议。
关键词：水泥水化；水泥；熟料股烧；氧化镁；影响在进行水泥熟料的煅烧过程中，常会受到诸多因素的影响。
为了能够让水泥水化受氧化镁的影响逐步降低，首先要对其各种影响因素进行整体性的分析，同时还要采用多种不同方式降低氧化镁的影响率，让水泥熟料煅烧的效率得到全面性的提升。
一、水泥熟料煅烧受氧化镁的影响分析1、液相粘度与液相量受氧化镁的影响在股烧水泥熟料中，由于氧化镁本身表现出较弱的碱性，其会使1A2O3出现离解现象，此时液相粘度便会呈现降低趋势，离子移动性能在该趋势下不断增强，促使C3S产生。
而对于液相量，其一般会在氧化镁含量不同下发生一定变化。
从实际股烧熟料过程看，由于C涯F与C3S晶格中有氧化镁融人，此时液相颜色将由橄榄绿色取代原有的棕黑色，假若氧化镁含量超出C涯F与C3S的固溶能力，此时便会以方镁石晶体形式呈现出来。
假若氧化镁在熟料中的含量超过20%，其意味有较多eFZO3被加入熟料中，此时烧结范围将不断变窄，结大球、结圈等一系列问题都会在窑内出现，烧成系统将难以可靠运行。
2、氧化镁对烧成温度影响在物料加热的过程中，我们需要考虑加热过程中组分所表现出来的液相温度。
这个温度称之为最低共熔温度。
当这个温度处于1250~1350℃之间时，氧化镁将产生比较多的过渡矿物。
如果温度达到1400℃，镁化合物将会被分解。
分解之后的液相里面将会出现MgO，并且液相的温度也会被降低以及总液相的含量也会增加。
综上所述，在熟料煅烧的过程中，氧化镁的主要作用是辅助共熔，并且对熟料煅烧的温度进行控制。
以此来保障熟料煅烧的质量。
提高水泥熟料质量的重要途径——高温煅烧和快速冷却
提高水泥熟料质量的重要途径——高温煅烧和快速冷却--------------------------------------------------------------------------------作者：-发布时间：2004-5-15 作者：王善拔1胡如进2王宏伟3--------------------------------------------------------------------------------（1、广州市建筑材料研究所 510030 2、国家建材局技术情报研究所 100024 3、广州市建筑建材处510030）０前言凝土生产及使用的要求。
土木工程除要求混凝土有较高的强度外，还要求其和易性好，硬化后的耐久性要好。
为达到这些要求，作为混凝土生产主要用材的水泥应该是强度高特别是早期强度高，质量均匀且稳定，和易性好，与减水剂相适应性好。
具体反映在要求水泥强度高、标准稠度用水量少、水化热低等。
熟料是水泥的主要组分，欲磨制高品质的水泥必须有高品质的熟料，因此首先应提高熟料的质量。
在提高熟料质量的诸因素中，提高煅烧温度、快速冷却是最重要的工艺因素。
本文就高温煅烧和快速冷却提高熟料质量的原因进行讨论和分析。
１高温煅烧对熟料强度的影响提高煅烧温度可以提高熟料强度，这是生产实践中经常得以验证的现象。
李浩璇和杨家智[１]曾研究过不同煅烧温度对掺复合矿化剂熟料性能的影响。
在他们的实验中，熟料的率值完全相同，但熟料的强度随煅烧温度的升高而提高。
图１是根据他们的实验结果绘制的熟料强度与煅烧温度的关系曲线。
从图１可见，当煅烧温度从１３５０℃分别提高到1400℃和1425℃时，3ｄ、7ｄ和28ｄ抗压强度从23.6MPa、41.3ＭＰａ和５２．７ＭＰａ分别提高到２７．２ＭＰａ、４４．０ＭＰａ、57.9ＭＰａ和41.4MPa、５９．２ＭＰａ、６４．０ＭＰａ。
在这里要特别指出，这３种熟料的ｆ－ＣａＯ相差无几，分别为0.60%、０．４１％和０．３７％。
冷却方式对熟料矿物及C3S 晶型的影响
第40卷第9期2021年9月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.40㊀No.9September,2021冷却方式对熟料矿物及C 3S 晶型的影响刘㊀倩1,邓㊀磊2,高宇蕾3,齐砚勇1(1.西南科技大学材料科学与工程学院,绵阳㊀621010;2.四川峨胜水泥集团股份有限公司,乐山㊀614222;3.绵阳职业技术学院材料与建造学院,绵阳㊀621000)摘要:C 3S 矿物是熟料的主要成分,是水泥熟料强度的主要提供者,熟料的强度不仅受C 3S 含量影响,与C 3S 晶型也直接相关㊂为研究冷却方式式对熟料矿物成分和晶型结构的影响,将不同水泥厂工业生料经制样烘干后在1450ħ下煅烧保温30min,采用液氮淬冷㊁空气快冷和随炉慢冷的方式制备熟料㊂通过TG-DSC㊁XRD㊁Rietveld 全谱拟合㊁岩相分析等对熟料矿物组成㊁含量㊁晶型㊁形貌以及固溶情况进行分析㊂结果表明:冷却速度加快,熟料中C 3S 含量提高,β-C 2S㊁C 3A 及C 4AF 含量降低,铝率较大生料的冷却速度对C 3S㊁C 3A 含量影响更显著;冷却方式不同,C 3S 晶型不同,液氮冷却和空气冷却时C 3S 多为M1或M3型,随炉冷却时C 3S 多为T 型,冷却速度减慢使C 3S 晶型从M 型向T 型转变㊂关键词:冷却方式;水泥熟料;液氮淬冷;C 3S 晶型;Rietveld 法中图分类号:TQ172㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2021)09-2877-07Effects of Cooling Methods on Clinker Mineral and C 3S Crystal FormLIU Qian 1,DENG Lei 2,GAO Yulei 3,QI Yanyong 1(1.School of Materials Science and Engineering,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621010,China;2.Sichuan Esheng Cement Group Co.,Ltd.,Leshan 614222,China;3.School of Materials and Construction,Mianyang Polytechnic,Mianyang 621000,China)Abstract :C 3S mineral is the main ingredient of clinker and the main provider of cement clinker strength.The strength of clinker is not only affected by the content of C 3S,but also directly related to the C 3S crystal form.In order to study the effects of cooling methods on the mineral composition and crystal structure of the clinker,the industrial raw materials from different manufacturers were calcined at 1450ħfor 30min,then quenched by liquid nitrogen immediately,cooled by air quickly and cooled slowly with furnace.The mineral composition,content,crystal form,morphology and solid solution of clinker were analyzed by TG-DSC,XRD,Rietveld method and petrography analysis.The experimental results show that the cooling rate increases,the C 3S content in the clinker increases,and the β-C 2S,C 3A and C 4AF content decreases.The cooling rate in the raw material with a larger aluminum ratio has a more significant impact on the C 3S and C 3A content.The crystal form of C 3S is different under different cooling methods.The C 3S is mostly M1or M3type under liquid nitrogencooling and air cooling,and the C 3S is mostly T-type under furnace cooling.The slow cooling rate makes the crystal form of C 3S change from M-type to T-type.Key words :cooling method;cement clinker;liquid nitrogen quenching;C 3S crystal form;Rietveld method 收稿日期:2021-03-16;修订日期:2021-03-29作者简介:刘㊀倩(1995 ),女,硕士研究生㊂主要从事水泥熟料煅烧影响因素的研究㊂E-mail:1063574817@通信作者:齐砚勇,博士,副教授㊂E-mail:274217698@ 0㊀引㊀言水泥产业为了向生产能耗低㊁产品性能好的目标发展,生产高质量熟料是需要解决的难题㊂熟料的性能通常由C 3S 含量㊁晶型结构㊁矿相特征直接决定,现有研究发现高C 3S 含量熟料早期强度高,而且晶型以M1型为主时比以M3型为主时,熟料强度大约高出10%[1-3]㊂为获得高C 3S 含量,熟料煅烧完成后需要配合合2878㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷适的冷却方式[4]㊂在国内外研究中,Centurione[5]认为,冷却速度直接影响矿物的结晶状态,即冷却速度与C3S的稳定性㊁C2S的多晶转变及液相组分的析晶程度有着密切关系㊂熟料慢冷将促使熟料矿物晶体长大,煅烧良好和急冷的熟料中矿物晶体细小并发育完整,水泥的强度较高㊂王善拔等[6]发现,同在1400ħ下煅烧的含氟熟料,若由自然冷却改为用风急冷,则铝酸盐含量减少㊂虞冕等[7]研究冷却速度对熟料中氧化镁膨胀的影响,结果表明:熟料冷却速度加快,方镁石含量减少,反之方镁石含量增加;冷却速度的加快,使熟料中玻璃体的含量增加,分布在玻璃体中的非晶态氧化镁比例增加,从而减少以方镁石形式存在的氧化镁比例㊂熟料矿物组成可以通过化学成分计算得出,是在假设完全平衡条件下,形成的熟料矿物为纯的矿物而不是固溶体,也没有别的影响下得到的[8]㊂实际上,熟料的反应和冷却过程不能处于平衡状态,和实际存在误差㊂本文主要研究冷却速度对熟料的矿物组成及C3S晶型的影响,用不同水泥厂生料煅烧,比较不同冷却速度下熟料矿物组成的差异,以及C3S晶型与冷却速度的关系,为水泥行业对不同冷却速度下熟料的矿物组成研究提供部分理论指导和数据参考㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料试验所用生料来自重庆石柱西南水泥有限公司(XNSZ)和四川兰丰水泥有限公司(SCLF),其主要化学组成见表1(其中KH为石灰饱和系数,SM为硅率,IM为铝率),由鲍格法计算熟料矿物组成,结果见表2㊂表1㊀生料主要化学成分Table1㊀Main chemical composition of raw materialsManufacturer Mass fraction/%Loss SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO SO3ðKH SM IM XNSZ34.5114.02 3.30 2.1543.860.970.0998.900.96 2.57 1.53 SCLF35.7613.77 3.17 2.3443.260.910.0399.240.97 2.50 1.35表2㊀熟料矿物组成计算结果Table2㊀Mineral composition of clinker by calculationManufacturer Mass fraction/%C3S C2S C3A C4AF XNSZ70.937.967.819.98SCLF72.67 6.73 6.9211.071.2㊀试验方法原始生料中加入5%(质量分数)的水搅拌均匀至微润,使用22kN的力压制成ϕ20mmˑ10mm的试饼,置于105ħ烘箱内烘干,取出后在陶瓷纤维升降炉内煅烧㊂煅烧制度为:先以10ħ/min升温至950ħ,保温0.5h;再以5ħ/min升温至1450ħ,保温0.5h;然后用不同冷却方式冷却至室温(液氮淬冷㊁空气快冷30min和随炉慢冷24h)㊂采用美国TA仪器公司SDT-Q600同步热分析仪,在空气气氛下以20ħ/min 的升温速度由室温升至1000ħ,对生料进行TG-DSC分析㊂将制备熟料在研钵中磨细并通过300目(48μm)方孔筛,使用D/max-ⅢA型X射线衍射仪(XRD)进行测试,操作条件:Cu-Kα,电压为45kV,电流为80mA,步长为0.02ʎ,步进时间为1s,2θ为10ʎ~80ʎ㊂利用TOPAS软件将X射线衍射谱做Rietveld全谱拟合,进行熟料矿物鉴定和矿物定量分析㊂将熟料试样经硫磺粉浇铸冷却成型,使用抛光机及砂纸制成光片,采用BX51-p型多功能光学显微镜来观察熟料矿物的形貌和尺寸,试样先经1%(质量分数)NH4Cl浸湿3~5s,然后用吹风机吹干后观察岩相特征㊂2㊀结果与讨论2.1㊀生料热分析不同厂生料的TG-DSC曲线见图1㊂图中SCLF厂生料DSC曲线在515ħ左右出现一个微弱的吸热峰,第9期刘㊀倩等:冷却方式对熟料矿物及C 3S 晶型的影响2879㊀对应生料中石英的α β相变㊂各厂生料在650~850ħ发生碳酸钙分解反应,TG 曲线呈现显著的质量损失,DSC 曲线相应呈现强烈的吸热峰㊂2.2㊀熟料游离氧化钙分析不同冷却方式下熟料中f-CaO 的含量如图2所示㊂液氮冷却下熟料中f-CaO 含量最低,在0.6%(质量分数,下同)左右,空气冷却时稍有增加,随炉冷却(冷却速度非常缓慢)时,f-CaO 大量增加,不同厂熟料中f-CaO 含量均大于1%㊂这说明熟料冷却速度减慢,f-CaO 的含量升高,快速冷却有利于降低熟料中f-CaO 含量㊂图1㊀生料TG-DSC 曲线Fig.1㊀TG-DSC curves of raw materials 图2㊀不同冷却方式下熟料中f-CaO 的含量Fig.2㊀f-CaO content in clinker under different cooling methods 2.3㊀XRD 分析2.3.1㊀物相分析熟料研磨后进行XRD 测试,结果如图3所示㊂在液氮冷却和空气冷却下C 3S 峰高且峰形尖锐较狭窄,而随炉冷却时试样中C 3S 峰矮且峰形变得圆钝较宽㊂C 3S 峰尖且窄说明C 3S 形成较好,而若C 3S 峰钝且宽说明C 3S 发生分解形成较差,所以在液氮淬冷和空气快冷条件下C 3S 都能较好的形成,而在随炉慢冷时C 3S 形成不好㊂C 3S 只在1250~2065ħ保持结构稳定,当温度大于2065ħ时C 3S 会发生不一致熔融,生成液相和氧化钙,当温度小于1250ħ时C 3S 会发生分解反应,生成C 2S 和氧化钙[9-10]㊂随炉冷却时熟料在1250ħ以下冷却速度依然极为缓慢,引起C 3S 的分解㊂同时,发现C 3A㊁C 4AF 在液氮冷却时衍射峰较弱,随炉冷却时衍射峰稍有加强,说明冷却速度越慢,熟料中中间相含量越多㊂熟料在经液氮淬冷时,由于冷却速度极快,熟料矿物内部温度与外界环境温度来不及达到平衡,在这种情况下,高温下形成的液相来不及结晶,大部分液相只能以玻璃体形式存在熟料中,所以在液氮冷却的熟料中,C 3A 特征峰强度较低㊂但是当冷却条件较差时,如随炉慢冷,熟料矿物内部温度缓慢下降,可以与周围环境达到平衡,熟料矿物向最小势垒方向转化,液相以晶体形式析出,C 3A 和C 4AF 的特征峰强度增加㊂2.3.2㊀Rietveld 全谱拟合定量分析Rietveld 全谱拟合采用无标样法[11]㊂将ICSD 数据库导入TOPAS 软件中,对CIF 文件进行精修,修正线形函数㊁背底函数和峰宽函数,同时对仪器因子㊁温度因子进行修正,还进行结构参数㊁择优取向等的修正㊂Rietveld 全谱拟合定量分析结果如表3所示㊂因熟料中C 3S㊁C 2S 都不是纯物质,冷却过程中会固溶部分Al 3O 2㊁Fe 2O 3等金属氧化物,所以各矿物含量与计算值有一定差异,特别是Al 3O 2在C 3S 中固溶度较大,大量Al 3O 2固溶在C 3S 中,造成C 3A 实际生成量比理论计算值小很多㊂同时发现:冷却速度减慢,C 3S-M1含量下降,C 3S-M3含量上升,其中C 3S-M1含量在液氮淬冷时最高,随炉慢冷时最低,C 3S-M3则相反;冷却速度变慢,C 2S-β㊁C 3A 含量呈上升趋势,这与前面物相分析结果一致;冷却速度过慢使C 3S 分解反应有时间进行,生成C 2S 和二次游离氧化钙㊂C 3A 含量随冷却速度变慢而增加,这是由于快冷时大多数液相以玻璃态存在,慢冷时中间相来得及结晶㊂2880㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷图3㊀不同冷却方式下熟料的XRD谱Fig.3㊀XRD patterns of clinker under different cooling methods表3㊀不同冷却方式Rietveld全谱拟合定量分析Table3㊀Rietveld full spectra fitting quantitative analysis under different cooling methodsManufacturer Cooling method Mass fraction/%C3S-M1C3S-M3C2S-βC2S-αC3A C4AF XNSZ Liquid nitrogen cooling49.4417.9911.42 1.55 2.9513.03 XNSZ Air cooling31.2836.0411.34 2.83 3.7611.11 XNSZ Furnace cooling30.9236.9812.68 1.11 3.5811.90 SCLF Liquid nitrogen cooling44.4928.43 5.77 2.51 1.8310.31 SCLF Air cooling33.2137.779.05 1.13 2.4911.58 SCLF Furnace cooling34.3236.359.360.52 2.6213.012.4㊀C3S晶型分析Taylor[12]研究指出,C3S发生晶型转变时,会在XRD谱中2θ=31ʎ~33ʎ和51ʎ~53ʎ处表现出来,可根据衍射峰分叉个数来判断C3S晶型㊂图4㊁图5分别为SCLF厂和XNSZ厂熟料在2θ=31ʎ~33ʎ和51ʎ~53ʎ特征区XRD谱㊂图4中:SCLF厂液氮冷却熟料在2θ=51ʎ~53ʎ处出现一个尖峰加一个小肩峰,对应晶面(620)和(040),在2θ=31ʎ~33ʎ处为尖锐的两个峰,对应晶面(009)和(224),根据峰形判断SCLF厂液氮冷却熟料中C3S为M1型;空气冷却熟料在2θ=51ʎ~53ʎ处为一高一低两个不对称峰,空气冷却熟料中C3S为M1型;随炉冷却熟料在2θ=29ʎ~30ʎ间产生新晶面(401),2θ=51ʎ~53ʎ处出现至少三个峰,晶面表现为(080)㊁(1240)和(1240),同时在2θ=31ʎ~33ʎ处除两峰外还多出一个肩峰即多出晶面(404),根据C3S锋形及个数判断C3S为T型㊂图5中XNSZ厂液氮冷却熟料和空气冷却熟料在2θ=31ʎ~33ʎ处是尖锐的两个峰,2θ=51ʎ~53ʎ处为两个对称峰,则其C3S皆为M3型㊂这说明熟料冷却速度变慢使C3S晶型由M型向T 型转变㊂同时,图4(d)㊁图5(d)在特征区间2θ=31ʎ~33ʎ和51ʎ~53ʎ处皆是液氮冷却熟料衍射峰最高,随炉冷却熟料衍射峰最低,说明液氮冷却时C3S矿物含量比随炉冷却时高,这也与前面Rietveld拟合结果一致㊂第9期刘㊀倩等:冷却方式对熟料矿物及C3S晶型的影响2881㊀图4㊀SCLF厂熟料在2θ=31ʎ~33ʎ和51ʎ~53ʎ特征区XRD谱Fig.4㊀XRD patterns of SCLF manufacturer clinker in2θ=31ʎ~33ʎand51ʎ~53ʎcharacteristic zone图5㊀XNSZ厂熟料在2θ=31ʎ~33ʎ和51ʎ~53ʎ特征区XRD谱Fig.5㊀XRD patterns of XNSZ manufacturer clinker in2θ=31ʎ~33ʎand51ʎ~53ʎcharacteristic zone2882㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷㊀㊀影响C3S结构的重要因素是煅烧过程中固溶的杂质离子种类和数量,特别是Al2O3在C3S中的固溶量,是造成C3S结构的介稳层度的直接原因㊂掺杂和烧成制度的变化会使Al2O3的固溶量发生很大的改变,因此C3S中固溶杂质数量的变化是晶体结构发生改变的主要因素之一,冷却方式的改变实际上是改变了杂质的固溶量㊂在熟料C3S中固溶有大量的杂质,大概含有质量分数为1.3%~2.0%的MgO㊁1.4%~2.0%的Al2O3㊁1.0%~1.2%的Fe2O3㊁0.1%~0.4%的P2O5,还有少量的碱(K2O㊁Na2O)和F-㊂其中,Al2O3的固溶量和C3S的晶型变化直接相关,Al2O3固溶量的增加可使A矿以高对称性稳定存在,提高了A矿的介稳性和胶凝性能㊂在液氮淬冷时,冷却速度极快,C3S来不及固溶液相中的Al2O3,使C3S的对称性较差;空气快冷时,C3S能够固溶Al2O3,所以对称性较好,介稳程度高;随炉慢冷时,冷却速度太慢,C3S分解而且固溶的Al2O3析出,介稳程度低㊂2.5㊀岩相分析图6是XNSZ厂熟料经1%(质量分数)NH4Cl溶液浸泡3~6s吹干后的A㊁B矿岩相照片㊂从图中可以看出,冷却速度变慢使熟料矿物晶体长大㊂液氮冷却熟料中,冷却速度快,晶体来不及长大,A㊁B矿晶体细小,晶型完整,边界清晰,少有包裹体,溶蚀粘连现象几乎没有㊂而A㊁B矿周围存在大量玻璃体,这是由于20%~30%的液相在熟料液氮淬冷时,冷却速度太快而来不及固溶一些离子结晶,只能形成玻璃体或独立结晶,所以熟料中间相含量偏低㊂当熟料极慢冷却(随炉冷却24h)时,A㊁B矿晶体粗大,但大小不一,边界模糊,溶蚀粘连现象严重,包裹体较多㊂A矿慢冷呈长柱状或六角板状,大小在25~45μm;快冷晶粒尺寸在5~20μm,多呈长柱状或纺锤状,这是因为保温时间短,高速冷却造成A矿晶体沿某晶向优先生长㊂图6㊀XNSZ厂熟料液氮冷却和随炉冷却矿物照片Fig.6㊀Mineral images of XNSZ manufacturer clinker under liquid nitrogen cooling and furnace cooling3㊀结㊀论(1)冷却速度快并固溶一些离子可以阻止相变,熟料快速冷却能够阻止C3S分解,增加C3S含量,降低C2S和游离氧化钙含量㊂(2)熟料快冷时C3S晶型为M1型或M3型,慢冷时C3S晶型为T型,熟料冷却速度变慢,C3S晶型由M 型向T型转变㊂(3)快冷熟料晶型形貌较好,边界清晰,中间相多呈玻璃体㊂若想获得性能优异的水泥熟料,需要快速第9期刘㊀倩等:冷却方式对熟料矿物及C3S晶型的影响2883㊀冷却,较快越过C3S分解温度和C2S晶型转变温度,同时使大量的玻璃体包裹住A㊁B矿,防止熟料粉化㊂参考文献[1]㊀王㊀丹,齐砚勇,朱战甫,等.磷尾矿作原料在水泥生产中的工业试验分析[J].水泥,2017(12):6-10.WANG D,QI Y Y,ZHU Z F,et al.Industrial test and analysis of phosphate tailings in cement production[J].Cement,2017(12):6-10(in Chinese).[2]㊀邓国亮,齐砚勇,朱战甫.掺加磷尾矿煅烧水泥熟料的应用研究[J].非金属矿,2016,39(1):44-47.DENG G L,QI Y Y,ZHU Z F.Study on calcination of clinker by addition of phosphate tailings[J].Non-Metallic Mines,2016,39(1):44-47 (in Chinese).[3]㊀张晶晶,齐砚勇,温㊀馨.煅烧温度对水泥熟料主要矿物形成的影响[J].硅酸盐通报,2013,32(9):1756-1762.ZHANG J J,QI Y Y,WEN X.Influence of calcination temperature on formation of Portland cement clinker minerals[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2013,32(9):1756-1762(in Chinese).[4]㊀林宗寿.水泥工艺学[M].武汉:武汉理工大学出版社,2012.LIN Z S.Cement technology[M].Wuhan:Wuhan University of Technology Press,2012(in Chinese).[5]㊀CENTURIONE S L.Characterization of reducing environment in Portland cement clinker by microscopy[C].Proceedings of the13th InternationalConference on Cement Microscopy,1991:120-130.[6]㊀王善拔,胡如进,王宏伟.提高水泥熟料质量的重要途径:高温煅烧和快速冷却[J].水泥工程,2000(4):2-5+56.WANG S B,HU R J,WANG H W.An important way to increase Portland cement clinker quality:high temperature with quick quenching[J].Cement Engineering,2000(4):2-5+56(in Chinese).[7]㊀虞㊀冕,陈胡星,傅肯旋,等.熟料氧化镁含量与冷却条件对氧化镁形态的影响[J].材料科学与工程学报,2013,31(3):399-403.YU M,CHEN H X,FU K X,et al.Effects of MgO content and cooling condition on the forms of MgO in clinker[J].Journal of Materials Science and Engineering,2013,31(3):399-403(in Chinese).[8]㊀沈㊀威.水泥工艺学[M].武汉:武汉理工大学出版社,1991.SHEN W.Cement technology[M].Wuhan:Wuhan University of Technology Press,1991(in Chinese).[9]㊀COURTIAL M,DE NOIRFONTAINE M N,DUNSTETTER F,et al.Polymorphism of tricalcium silicate in Portland cement:a fast visualidentification of structure and superstructure[J].Powder Diffraction,2003,18(1):7-15.[10]㊀朱晓燕.煅烧条件对高胶凝性水泥熟料的烧成和阿特晶体结构的影响[D].北京:中国建筑材料科学研究总院,2007.ZHU X Y.Effect of sintering condition on high cementing property cement clinker and alite crystal structure[D].Beijing:China Academy of Building Materials Science,2007(in Chinese).[11]㊀何崇智,张志军,李艳萍.多相全谱拟合无标样定量相分析[J].物理测试,2011,29(s1):170-174.HE C Z,ZHANG Z J,LI Y P.Multiphase full spectrum fitting quantitative phase analysis without standard sample[J].Physics Examination and Testing,2011,29(s1):170-174(in Chinese).[12]㊀TAYLOR H F W.Cement chemistry[M].London:Thomas Telford Publishing,1997.。
水泥熟料冷却机的作用
水泥熟料冷却机的作用
水泥熟料冷却机是一种热交换装置，它在水泥生产过程中起着至关重要的作用。
以下是它的主要作用：
骤冷高温熟料：水泥熟料从回转窑中出来时，温度高达约1200℃。
熟料冷却机的主要任务是将这些高温熟料迅速冷却至60~80℃。
这种骤冷过程可以防止熟料矿物晶体的进一步生长，特别是C3S晶体的长大，从而改善熟料的强度和易磨性。
同时，骤冷还有助于使液相凝固成玻璃体，使MgO及C3A大部分固定在玻璃体内，提高熟料的安定性和抗化学侵蚀能力。
回收热量：冷却机在骤冷熟料的同时，还负责加热和升温入窑的二次风和入炉的三次风。
这些被高温加热的气体可以作为热源，用于烘干磨或烘干机，或者作为二次风送入窑内燃料燃烧，改善火焰燃烧条件。
此外，它们还可以作为三次风送入分解炉，与窑气混合后供燃料燃烧。
通过这种方式，冷却机有效地回收了熟料中的热量，提高了能源利用效率。
熟料输送：冷却机还作为熟料输送装备，负责将高温熟料从一处输送到另一处。
由于熟料在冷却后变得更加稳定，因此更易于输送和贮存。
综上所述，水泥熟料冷却机在水泥生产过程中起着降低熟料温度、回收热量、提高能源利用效率以及输送熟料的重要作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
作者：齐砚勇出处：水泥商情网更新时间：2011-9-1 11:23:20 热★★★混凝土要求水泥强度高特别是早期强度高，质量均匀且稳定，和易性好，与减水剂相适应性好。
具体反映在要求水泥强度高、标准稠度用水量少、水化热低等。
熟料是水泥的主要组分，欲磨制高品质的水泥必须有高品质的熟料，因此首先应提高熟料的质量。
在提高熟料质量的诸因素中，提高煅烧温度、快速冷却是最重要的工艺因素，本文就快速冷却提高熟料质量的原因进行讨论和分析。
快速冷却熟料的目的和优点：
（1）能防止或减少C3S的分解
图1 结晶完好的熟料
图1 为结晶完好熟料的岩相图片，从图中可以看出 A矿边棱清晰，发育完整，冷却效果好。
是优质熟料的特征。
熟料慢冷会使已生成的C3S分解，降低熟料的强度，如图2所示。
熟料慢冷还将促使熟料矿物晶体增大，如图3所示。
阿利特晶体的大小不仅影响到熟料的易磨性，而且影响到水泥的水化速度和活性，快冷熟料能保持细小并发育完整的阿利特晶体，从而产生较高的强度。
对于铝氧率高或中等的熟料，快冷所得到的C3S含量较高，而对于铝氧率低的熟料则相反。
高温快冷的另一好处是β矿保留高温型α′－C2S。
据Y．Ono报导，冷却快的熟料中α′型Ｂ矿含量丰富，可达40%（指占Ｂ矿比例），而冷却慢的熟料中，α′型β矿占的比例几乎为零，相应数量的高活性
α′型β矿的存在无疑会有利于熟料强度的提高，特别是对于β矿含量较多的新型干法窑熟料。
图2 C3S边界分解
图3 慢冷导致C3S结晶粗大
(2)能防止在500℃时β－C2S转化为γ－C2S，使物料粉化。
由于γ－C2S水硬性较小，因而降低了水泥的强度。
图4为在β－C2S转化为γ－C2S慢冷的熟料的岩相图片，从图中可以看出C2S呈Ⅱ型手指型。
图4 β－C2S转化为γ－C2S温度范围内慢冷的熟料
（3）防止C3A结晶粗大，以免水泥快凝，急冷时，C3A主要呈玻璃体，因而抗硫酸盐溶液侵蚀的能力提高。
且冷却速度越快，玻璃体含量越多，实际的C3A含量就越少。
由于水泥标准稠度用水量随C3A含量增加而增大，因此快速冷却可以减少水泥标准稠度用水量。
此外，由于C3A和C4AF，特别是C3A对减水剂的吸附量很大，因此C3A的减少可提高水泥与减水剂的相适应性。
图5为慢冷熟料的岩相图片，图中的呈灰色的为铝相，结晶粗糙，且数量多。
图5 慢冷熟料中的C3A
（4）能防止或减少MgO生成方镁石，从而减少MgO对水泥石安定性的破坏作用。
水泥的安定性受方镁石晶体大小的影响很大；晶体愈大影响愈严重。
熟料慢冷时，方镁石晶体晶态
完整粗大，从而影响到熟料的质量。
图6为慢冷熟料的岩相图片，图中深蓝色的是C2S，淡蓝色的为C3S，粉色的为方镁石。
图6 慢冷熟料中粉色的方镁石
（5）能增加熟料的内应力，有利于提高易磨性。
总之，在生产中应注意熟料的冷却制度，增加冷却速度。
可以增加熟料温度的测点，及时反映出篦冷机熟料的温度。
当出篦冷机熟料温度偏高时，应增加篦冷机高压风机电机，强化篦冷机一室、二室高压风风量，并严格按照窑系统的操作原则——“快速过渡、薄料快烧、急速冷却”，严格控制篦冷机的料床厚度在600～650 mm左右，以强化急冷效果。