5熟料煅烧技术
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硅酸盐水泥熟料的煅烧
·强吸热反应；
每1 kg纯碳酸钙在890℃时分解吸收热量为1645J/g，是 熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程。分解所需总
热量约占预分解窑的二分之一；
·反应起始温度较低； ·分解温度与CO2分压和矿物结晶程度有关 。
3. 碳酸钙的分解过程
①热气流向颗粒表面的传热过程； ②热量由表面以传导方式向分解面传递的过程； ③碳酸钙在一定温度下吸收热量，进行分解并放出CO2 的化学过程； ⑤表面的CO2向周围介质气流扩散的过程。
• 回转窑内”带”的划分及其作用 1.干燥带 物料温度20—150℃ 气体温 度200—400℃ 2.预热带 物料温度150—750℃ 气体温 度400—1000℃ 3.碳酸盐分解带 物料温度750—1000℃ 气体温 度1000—1400℃ 4.放热反应带 物料温度1000—1300℃ 气体 温度1400—1600℃ 5.烧成带 物料温度1300—1450--1300℃ 气体温度1650—1700℃ 6.冷却带
生料中自由水量因生产方法与窑型不同而异： 干法窑﹤1％ 立窑、半干法立波尔窑：12 ～15％ 湿法窑：30～40 ％ 半湿法立波尔窑：18 ～22％
2.脱 水
脱水是指粘土矿物分解放出化合水 。
层间吸附水：以水分子状态
·水存在形式：
脱水温度：100℃左右 晶体配位水：OH脱水温度：400～600℃以上
第五章 硅酸盐水泥熟料的煅烧
本章主要内容： 本章主要介绍新型干法水泥生产过程中的 熟料煅烧技术以及煅烧过程中的物理化学变 化，以旋风筒—换热管道—分解炉—回转 窑—冷却机为主线，着重介绍当代水泥工业 发展的主流和最先进的煅烧工艺及设备、生 产过程的控制调节等。
研究方法：
• 在实验室内进行 • 在试验窑与生产窑上进行
水泥生产工艺熟料煅烧
➢ 3.1 新型干法煅烧工艺技术
➢ 3.1.1 悬浮预热技术
➢ 悬浮预热技术是在水泥中空窑的尾部（生料喂入端） 装设悬浮预热器（也称旋风预热器），使出窑废热气体 在预热器内通过，同时使入窑的低温生料粉分散于废热 气流之中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得到迅速 加热升温后再入窑煅烧的一项技术。
➢ 传统的回转窑煅烧水泥熟料过程完全是在窑内进行 的，即生料喂入到窑内后的干燥→预热→碳酸盐分解→ 放热反应→熟料矿物的形成→冷却这六个过程完全是在 回转窑内完成的（见下图），使得窑体长度相对较长， 热量损失较大，窑的产量不高。
新型干法（现代水泥）回转窑
悬浮或立筒预热器
干法回转窑
加热机
立波尔回转窑（已被淘汰）
普通干法回转窑（逐渐被淘汰）
湿法回转窑（逐渐在改造成为新型干法窑）
二次风入窑 出窑熟料
不同类型回转窑各带划分
➢ 3.1.1.1 悬浮预热器单元组成
➢ 悬浮风预热器单元由换热管道、预热器、衬料、出风 管（废热气体将热量传给生料后排出）、下料管和锁风阀 （重锤）组成，见下图（C1代表第一级旋风预热器，以下 类推）。悬浮预热器系统由上述多个（四级串联的称为四 级旋风预热器，五级串联的称为五级旋风预热器）单元组 合构成：
热电偶 重锤
分解后的 生料入窑
窑体（窑尾）
分解炉、第四级预热器、 回转窑窑尾之间的关系
分解炉
重锤
喷煤嘴（3个） 三次风来自冷却机
窑体（窑尾）
物气料体放温温热度度反::应~~带11370000CC
回转窑
物气料体温温度度::13烧0~01成70带104C5~0~130冷0 C却物带料温度: ~1000 C
煤粉三次风
火焰
硅酸盐水泥熟料的煅烧
单个颗粒碳酸盐分解动力学方程
窑系统的CO2分压 通风良好, CO2分压较低,有利 于碳酸盐分解;
生料细度和颗粒级配 生料细度细,颗粒均匀,粗粒 少,分解速率快;
生料悬浮程度 生料悬浮分散良好,相对减小颗粒 尺寸,增大了传热面积,提高了碳酸盐分解速率;
石灰石的种类和物理性质 结构致密,结晶粗大的 石灰石,分解速率慢;
硫酸盐
硫对熟料形成有强化作用：SO3降低液相粘度;增 加液相量，有利于C3S的形成；能形成2C2S·CaSO4及 C4A3Ŝ 2C2S·CaSO4为中间产物，1300℃左右时分解。 C4A3Ŝ在1400 ℃以上大量分解。
氟－硫复合矿化剂
该复合矿化剂的掺入;与熟料组成 F/Ŝ比、烧成温 度等有关 在900~950 ℃形成3C2S·3CaSO4·CaF2生成， 该四元过渡相消失时，出现液相。降低了液相出现温 度和粘度，使A矿形成温度降低150~200 ℃，促进其 形成。氟硫比在0 4~0.6。
液相的粘度：它直接影响硅酸三钙的形成速率及晶体发 育 其大小与液相的组分性质与温度有关。
温度越高;粘度越低；铝率越高，粘度越大； 多数微量元素可降低液相粘度。
液相的表面张力：其大小与组分性质 温度有关 它影响 着液相能润湿固相的程度;表面张力 越小，润湿性越好，有利于C3S的形 成。
熟料的烧结
硅酸三钙的形成： C2 S CaO 液相 C3S
Al2O3 2SiO2 2H2O Al2O3 2SiO2 2H2O
2蒙脱石脱水 Al2O3 4SiO2.m H2O→Al2O3.4SiO2+m H2O 晶体结构—活性低
3伊利石脱水 产物也是晶体结构,伴随体积膨胀
5 1.2碳酸盐分解 碳酸盐的分解主要为碳酸钙和碳酸镁的分解;其化
水泥熟料沸腾煅烧工艺新进展
水泥熟料沸腾煅烧工艺新进展傅子诚（中国建筑材料科学研究院）关键词：熟料；沸腾煅烧；工艺摘要：根据日本川崎重工株式会社柴田纪彦先生1998年10月30日在第四届北京水泥与混凝土国际会议上技术报告，参考席耀忠同志的译文，对水泥熟料沸腾煅烧工艺技术作一简要介绍。
0 前言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）煅烧水泥熟料时，在高温（1300℃～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。
1984年开始，日本川崎重工与住友大阪水泥公司合作，在2t/d试验炉上对流化床煅烧水泥熟料进行了基本研究与测试；1984年建成20t/d中试线，1993年3月试验结束，验证了基本工艺过程和系统的可靠性；1995年底建成200t/d扩大试验厂，经过近2年的运行试验取得了基本数据，应该说这是继窑外分解之后水泥煅烧工艺的又一次突破。
目前他们正在进行500t/d～3000t/d生产线的设计。
本文根据日本川崎重工株式会社柴田纪彦先生1998年10月30日在第四届北京水泥与混凝土国际会议上技术报告，参考席耀忠同志的译文，对该项技术作一简要介绍。
1 系统的组成川崎重工已开发成功的以高温自造粒为核心技术的双炉和单炉流化床介绍。
1）双炉流化床系统（FLBECK-II）的组成a. 悬浮预热器（SP）。
由四级旋风筒和分解炉组成，与传统的技术一样，生料粉在预热器中被预热和分解。
b. 造粒炉（SBK）。
经预热和分解的物料从底部喷入，在1300℃高温下使生料自造粒，平均粒径1mm～2mm（无须喂入粒种），自造粒为本系统的核心工序。
c. 烧成炉（FBK）。
金属冶炼中的烧结与煅烧技术
03
烧结与属冶炼中的重要环节，通过将 铁矿粉、熔剂、燃料等原料按照一定比例混 合，在高温下进行烧结，得到具有一定强度 和冶金性能的烧结矿。
烧结过程中，铁矿粉中的氧化铁被还原成铁 ，同时加入的熔剂和燃料等发生化学反应， 生成液相填充在矿粉颗粒之间，使烧结矿具 有较好的强度和冶金性能。
煅烧的原理与工艺流程
原理
煅烧的原理是利用高温下物料的物理和化学变化，使物料内 部的组分和结构发生变化，从而达到所需的性能和成分。
工艺流程
煅烧工艺流程一般包括原料准备、预热、加热、保温、冷却 等阶段。根据不同的物料和需求，煅烧工艺流程会有所不同 。在煅烧过程中，需要控制温度、气氛、时间等工艺参数， 以保证获得最佳的煅烧效果。
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和冶金性能。
铜矿烧结技术广泛应用于铜冶炼行业， 能够提高铜的产量和质量，降低能耗和
生产成本。
锌矿烧结
锌矿烧结是提取锌的一种方法，通过将锌矿石、熔剂、燃料等原料混合后进行高温 烧结，得到锌焙砂，再从中提取锌。
锌矿烧结过程中，锌矿石中的氧化锌被还原成锌，同时加入的熔剂发生反应，生成 液相填充在矿石颗粒之间，使烧结块具有较好的强度和冶金性能。
目的
烧结的目的是为了使物料中的各个组分或颗粒相互融合，提高其机械性能、物理性能和化学性能，以满足各种 工业应用的需求。
烧结技术的发展历程
古代烧结
早在古代，人们就已经开始使用烧结技术， 如陶瓷、砖瓦等材料的制作。
近代烧结
随着科技的发展，人们开始研究各种新型的 烧结方法和材料，如金属粉末烧结、陶瓷复 合材料等。
煅烧技术的发展历程
古代煅烧技术
现代煅烧技术
古代煅烧技术主要依靠自然条件下的 燃烧和焙烧，如烧制陶器、砖瓦等。
第5章 硅酸盐水泥熟料的煅烧
1.最低共熔温度（组分多，温度低）
存在次要氧化物，最低共熔温度一般1250 ℃ 矿化剂、氧化钒、氧化锌也有影响。
影响熟料烧结过程的因素
2.液相量（一般为20～30% ）
1400℃
L 2 . 95 A 2 . 2 F M R
（液相量与煅烧温度、组分含量有关）
1450℃
L 3 . 0 A 2 . 25 F M R
五、熟 料 的 冷 却
熟料的冷却 烧成温度→常温；液相→凝固 熟料颗粒结构形成（凝固和相变） C2S的多晶转变 C3S分解 冷却目的 改善熟料质量与易磨性；降低熟料的温度，便于 运输（安全）、储存（砼开裂） 和粉磨（假凝） 回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利 用率。
冷却方式
平衡冷却 淬冷 独立结晶
成
形成C2S〃CaSO4， 4CaO〃3Al2O3〃SO3 无水硫铝酸钙早强，适量有利
1050℃形成，1400 ℃分解
C 4A 3S
三、 复合矿化剂
石膏和萤石复合矿化剂（氟硅酸钙，硫硅酸钙，氟硫硅 酸钙；低温烧成，高温烧成）
重晶石和萤石（BaO可提高水泥早期和后期强度） 氧化锌及其复合矿化剂（阻止C2S转化、促进C3S形成， 提高水泥早期强度、降低水泥需水量。过多会影响水泥 凝结核强度。）
（1）温度
（2）铝率
（3）加入MgO、SO3、硫酸钾、硫酸钠，粘度降低
降低
（4）加入氧化钾、氧化钠，粘度增加。
影响熟料烧结过程的因素
4.液相的表面张力（小，润湿，利于固液反应）
（1）温度 （2）镁、碱、硫增加，表面张力下降
影响熟料烧结过程的因素
第五章硅酸盐水泥的煅烧
两个传热、一个化学 反应、两个传质
反应条件 悬浮程度 粘土质性质
CA、CF、C2S C12A、C2F C3A、C4AF C3A、C4AF、C2S
生料的细度均匀性 温度和时间 原料性质 矿化剂
C2S+CaO C3S
提高熟料的质量 改善熟料的易磨性 回收余热 易于熟料的输送、 储存和粉磨
最低共熔温度 液相量 液相粘度 液相表面张力 氧化钙溶解速率 反应物存在状态
作用
含氟化合物：常用萤石（CaF2） 硫化物：常用石膏（天然石膏、工业副产石膏） 氯化物：CaCl2 其他：铜矿渣、磷矿渣等 萤石：氟离子破坏晶格；降低液相生成温度；降低液相粘度
硫化物：能降低液相出现温度,降低液相粘度和表面张力 复合矿化剂（萤石-石膏、萤石-重晶石）
晶种：硅酸盐水泥熟料
挥发性组分：碱、氯、硫
4. 入窑物料碳酸钙分解率达30～40%，从而减轻了回转窑 的负荷，使窑的长度缩短。
5. 窑内没有干燥带、预热带，只有其余四个带。
5.5.3 预分解窑内熟料的煅烧
熟料煅烧特点
1. 分解炉中，温度为820～900℃时，分解率可达85～95%， 分解时间 4～10 s，而在窑内分解需30多分钟。
（1）尽可能多地回收熟料的热量，以提高入窑二次空气 温度，降低熟料热耗。 （2）缩短熟料的冷却时间，以提高熟料质量，改善易磨 性。 （3）冷却单位质量熟料的空气消耗量要小，以便提高二 次空气温度，减少粉尘飞扬，降低电耗。 （4）结构简单，操作方便，维修容易，运转率高。
2. 分类：
水泥熟料冷却机
筒式冷却机
5.5.1 回转窑内熟料的煅烧
燃料
低端 窑头 热端
传动大齿轮
高端 窑尾 冷端 生料
熟料质量控制及煅烧方面的影响因素
培训材料熟之三料质量控制及煅烧方面的影响因素一、熟料质量控制的重要性1、熟料质量是确保水泥质量的核心，熟料质量达不到要求，难以磨制优质的水泥产品。
其中配料和煅烧是决定熟料质量的关键。
2、从生料到熟料，是一个化学反应过程。
化学反应，最基本的核心就是要求参预化学反应的物质间的比例要满足理论要求。
参预化学反应的某一物质的量，不得过剩或者不足，否则，化学反应形成的结果，不是当初设计的结果。
因此，熟料生产过程实际上要求是很精细的，不是表面上的那种粗糙现象。
3、设计合理的熟料率值，通过良好的煅烧，才干生产出优质的水泥熟料。
1、原料磨工艺变化现代水泥企业，以节能高效为主要导向，装备和工艺流程日益简化和高效。
2、原料磨由过去的球磨机改为现代立磨，原料磨工艺装备的改变，对产品质量的影响。
3、球磨机的工艺特点，决定了生料细度更加均匀，900 孔细度小，只在 3.0%以内， 1800 孔细度在 12%以内。
立磨的生料细度粗， 900 孔细度在 6.0-8.0%， 1800 孔细度在 22%摆布。
由上看出，现代水泥工业改成立磨后，生料的颗粒级配产生了较大的变化，立磨的生料粗大颗粒占比例明显上升，中等颗粒的比例，也较球磨机增加了一倍。
4、现代水泥工业、细度标准的变化。
80 年代，国家旋窑管理规程对细度有控制要求，最开始的标准规定生料细度小于等于 10%，作为一次水泥工艺管理的标准来执行，其后更改为 12%。
后来随着先进水泥工艺发展，生料细度作为一次过程控制指标，再也不强制执行，由企业根据自身生产需要自行控制。
质量体系认证，也将细度标准作为企业自行制定来审核，细度标准被企业自身不断放松标准。
按照现行立磨的生产工艺，生料细度按 10%、12%、16% 等等标准，已经无法满足当前立磨工艺的要求，根据立磨的特点及与窑的产能关系，细度只能控制在 20-22%之间,即使控制较好的工厂细度也在 8 摆布。
但是 , 目前的细度控制指标，不表示细度粗对煅烧没有影响。
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晶种掺加量及生产工艺的调整
1.晶种及其掺加量（C3S，2～3.5%） 2.晶种加入工艺（单独计量配料） 3.率值及熟料热耗的调整中（高KH，高P， 减煤）
六、使用矿化剂、晶种时的注意事项
使用矿化剂、晶种有积极的一面，也有消极的一面， 如增加成本，有副作用等，使用时应注意： 1、根据实际情况考虑是否采用； 2、选择合适的品种； 3、掺量要合适，计量要精确； 4、掺入要均匀； 5、相应调整配料方案及操作措施； 6、矿化剂、晶种可以同时使用。
1100~1200大量形成C3A
C4AF
C2S含量达最大值
三
固 相 反 应
反应特点：
多级反应 放热反应
三
固 相 反 应
（二）影响固相反应的主要因素 1、生料细度及其均匀程度；（比表面积、充分接触） 2、原料物理性质（结晶，慢，磨细）； 3、温度对固相反应的影响； 4、矿化剂。
四、熟 料 烧 结
研究表明
1.0cm 传热传质占主导 0.2cm 物理和化学过程同样重要 30μm 化学反应占主导（CO2分压）（悬浮） 回转窑（堆积） 立窑（料球颗粒大） 悬浮预热器和分解炉内
（三）影响反应速度的因素
石灰质原料的特性（伴生矿物和杂质、结晶） 生料细度和颗粒级配（比表面积） 生料悬浮分散程度（传热面积） 温度（高，快，热耗增，结皮，堵塞） 窑系统的CO2分压 生料中粘土质组分的性质（活性高，则能直接与碳酸钙 发生反应，可以促进碳酸钙的分解过程 ）
§5.2 . 熟料形成的热化学
热化学方程式 表示化学反应与热效应关 系的方程式 生料在煅烧过程中的物理化学变化 吸热反应 放热反应 表5.5
一、熟料的形成热（理论热耗）
1、定义：在一定生产条件下，用某一基准温度（一 般是0℃或20℃）的干燥物料，在没有任何物料损 失和热量损失的条件下，制成1kg同温度的熟料所需 要的热量称为熟料的形成热（熟料理论热耗）。 2、计算原理：理论热耗=吸收的总热量－放出的总 热量，一般为1630～1800kJ/kg-ck。（表5.6） 3、影响因素：熟料的形成热是熟料形成在理论上消 耗的热，它仅与原、燃料的品种、性质及熟料的化 学成分与矿物组成、生产条件有关。
(二)碳酸钙分解过程
图5.2 1、气流向颗粒表面传热（物理过程） 2、热量由表面以传导方式向分解面传递； （物理过程） 3、碳酸钙在一定温度下，继续分解、吸收热量并放出 CO2； （化学过程） 4、放出的CO2从分解面通过CaO层，向四周进行内部扩 散； （物理过程） 5、扩散到颗粒边缘的CO2，通过边界层向介质扩散。 （物理过程）
二、熟料热耗（实际热耗）
定义：每煅烧1kg熟料窑内实际消耗的热量称为熟料 实际热耗，简称熟料热耗，也叫熟料单位热耗。
理论热耗：1630--1800 KJ/kg ； 实际热耗：3400--7500KJ/kg
热损失 热耗＞熟料形成热， 降低热耗，降低各种热损失（废气、散热等）。 碳酸钙分解吸热量最大 熟料冷却放热量最大
五、晶种技术
1、晶种：是晶体结晶过程的晶核.(晶核剂、核化剂) 硅酸盐水泥熟料。 2、晶种技术：在入磨原材料中掺入少量的硅酸盐水 泥熟料共同磨制出生料，业已存在的硅酸盐水泥熟 料矿物在煅烧过程中作为晶核剂诱导水泥窑中物料 迅速烧结，从而达到提高熟料产量，降低煤耗目的 的技术。
五、晶种技术 （二）晶种掺加量及生产工艺的调整
三
固 相 反 应
（一）反应过程 CaO与SiO2、Al2O3、Fe2O3进行固相反应生成 （C3S）、（C2S）、（C3A）、（C4AF）。
800℃
CaO+ Al2O3
CaO+ Fe2O3 2 CaO+ SiO2
→
→ →
CaO· Al2O3 （CA）
CaO· Fe2O3 （CF） 2 CaO·SiO2 （C2S） 2CaO· Fe2O3（C2F） 12 CaO· 7Al2O3（C12A7） 2 CaO·Al2O3 ·SiO2
1050℃形成，1300 ℃分解为
C2 S和CaSO4
SO3有利于降低液相粘度，增加液相量，有利于C3S的形 成，同时少量的CaSO4能稳定C2S晶型转化 石膏掺量2%~4%，烧成温度为1360~1370 ℃,当掺量超 过5.3%时，游离CaO增加。
四 复合矿化剂
熟料的形成过程比较复杂，影响因素多。（KH，IM， CaF2 /SO3、烧成温 度） 复合矿化剂应用中应注意的问题 1.不正常凝结问题及对策 急凝 KH偏低、煅烧温度偏低、还原气氛 慢凝 IM偏低、煅烧温度偏高、 KH偏高、MgO, CaF2偏高 2.腐蚀、污染 2、配料方案 复合矿化剂的掺加量 率值（高KH，低n,高p） 配煤（少） 3.生料均化与煅烧工艺 生料成分均匀稳定 采用黑生料、浅暗火操作（减少热损失、F，S的挥发） 提高加料与卸料速度，加强中部通风
500~600
Al2O3 2SiO2 2H2O Al2O3 2SiO2 2H2O
脱水后变成无定形的Al2O3· 2SiO2，这些无定形物具有较高的 活性 （高岭土活性高，蒙脱石，伊利石活性低）
二、碳酸盐分解
反应式：MgCO3MgO+CO2-Q
CaCO3CaO +CO2-Q
§5.3 矿化剂、晶种对熟料煅烧 和质量的影响
定义：在煅烧过程中，能加速熟料矿物的形成，本身不参加
反应或只参加中间反应的物质。
一、 矿化剂
类型：
矿化剂（1种）
含氟化合物：如：CaF2(萤石) 硫化物：如：石膏 氯化物：CaCl2 其他:如：铜矿渣、磷矿渣
复合矿化剂（2种）石膏—萤石 重晶石—萤石
反应生成SiF4和CaF2的在高温，蒸汽作用下分解生成活性 的SiO2，CaO。
二、氟化钙的矿化作用
2 降低液相出现的温度和粘度，促进C3S形成
高温，加入氟化钙，1%~3%,烧成温度下降50~100℃
~ 950 4CaO 2SiO2 CaF2 850 2C2 S CaF2 1040 2C2 S CaF2 C2 S CaF2 1130 3( C2 S ) 3CaO CaF2 3C3 S CaF2 1175 3C3 S CaF2 C3 S F (含氟固溶体 )＋液相
（温度、组成、结构）图5.7
愈快 ） （粒径，粘度）表5.4，图5.8
5.C2S、CaO溶于液相的速率（速率愈大，C3S的成核与发育
五、熟 料 的 冷 却
熟料的冷却：
烧成温度 常温 熔体晶化 凝固 熟料颗粒结构形成（凝固和相变） C2S的多晶转变 C3S分解
冷却目的：
改善熟料质量与易磨性； 降低熟料的温度，便于运输（安全）、储存（砼开裂） 和粉磨（假凝） 回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利用率。
§5.1 生料在煅烧过程中 的物理化学变化
干燥（自由水蒸发） 粘土吸热
吸热
强吸热
放热
微吸热 放热
一、干燥与脱水 一、干燥与脱水
（一）干燥 自由水的蒸发。 含水量与生产方法和窑型有关（含水量增加热耗增加） （二）脱水 粘土质原料脱去化合水（结构水和层间吸附水） 高岭土（Al2O3· 2SiO2· 2H2O）
800～900℃
CaO· Fe2O3+ CaO 7 CaO· Al2O3+5 CaO 900～1100℃ 2 CaO+ SiO2 + Al2O3
→ → → →
12 CaO· 7Al2O3+9 CaO
7（3CaO· Al2O3）（C3A）
7（2CaO· Fe2O3）+2 CaO+12 CaO· 7Al2O3 → 7（4CaO· Al2O3· Fe2O3） （C4AF）
（二）使用矿化剂时注意事项
1.根据生料的易烧性决定是否采用（结晶SiO2 多，熔
剂矿物多）
2.用量适当，一般小于1% 3.掺加量要均匀 4.掺有萤石的熟料应急冷（1250℃时萤石促进C3S分解，
C2S 晶型转变）
三 硫酸盐类矿化剂（石膏）
氧化气氛 CaO SO3 还原气氛 CaS 2C2S〃CaO （硫硅石） 4CaO〃Al2O3〃SO3 （无水硫铝酸钙）早强，适量有利
冷却方式：
冷却速度慢 （平衡冷却）(4~5 ℃/min) 冷却速度快 急冷（淬冷）(18~20 ℃/min)
快冷对改善熟料质量的作用：
防止或减少C3S的分解； 避免β-C2S转变成γ -C2S ； 改善了水泥安定性；(MgO玻璃体易水化) 使熟料C3A晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能； 改善熟料易磨性； 可克服水泥瞬凝或快凝。
第五章 熟料煅烧技术
§5-1 生料在煅烧过程中的物理化学变化
§5-2 熟料形成的热化学
§5-3 矿化剂、晶种对熟料煅烧和质量影响
§5-4 挥发性组分及其他微量元素的作用
§5-5 水泥熟料的煅烧方法及设备
§5-6 水泥熟料煅烧技术的发展 §5-7 熟料煅烧工艺技术的改造
煅
烧
生料在水泥窑内经过连续加热，高温煅烧至部分熔 融，经过一系列的物理化学反应，得以硅酸钙为主 要成分的硅酸盐水泥熟料的工艺过程叫硅酸盐水泥 熟料的煅烧，简称煅烧。
§5.4 挥发性组分及 其他微量元素的作用
1.晶种及其掺加量（C3S，2～3.5%） 2.晶种加入工艺（单独计量配料） 3.率值及熟料热耗的调整中（高KH，高P， 减煤）
六、使用矿化剂、晶种时的注意事项
使用矿化剂、晶种有积极的一面，也有消极的一面， 如增加成本，有副作用等，使用时应注意： 1、根据实际情况考虑是否采用； 2、选择合适的品种； 3、掺量要合适，计量要精确； 4、掺入要均匀； 5、相应调整配料方案及操作措施； 6、矿化剂、晶种可以同时使用。
1100~1200大量形成C3A
C4AF
C2S含量达最大值
三
固 相 反 应
反应特点：
多级反应 放热反应
三
固 相 反 应
（二）影响固相反应的主要因素 1、生料细度及其均匀程度；（比表面积、充分接触） 2、原料物理性质（结晶，慢，磨细）； 3、温度对固相反应的影响； 4、矿化剂。
四、熟 料 烧 结
研究表明
1.0cm 传热传质占主导 0.2cm 物理和化学过程同样重要 30μm 化学反应占主导（CO2分压）（悬浮） 回转窑（堆积） 立窑（料球颗粒大） 悬浮预热器和分解炉内
（三）影响反应速度的因素
石灰质原料的特性（伴生矿物和杂质、结晶） 生料细度和颗粒级配（比表面积） 生料悬浮分散程度（传热面积） 温度（高，快，热耗增，结皮，堵塞） 窑系统的CO2分压 生料中粘土质组分的性质（活性高，则能直接与碳酸钙 发生反应，可以促进碳酸钙的分解过程 ）
§5.2 . 熟料形成的热化学
热化学方程式 表示化学反应与热效应关 系的方程式 生料在煅烧过程中的物理化学变化 吸热反应 放热反应 表5.5
一、熟料的形成热（理论热耗）
1、定义：在一定生产条件下，用某一基准温度（一 般是0℃或20℃）的干燥物料，在没有任何物料损 失和热量损失的条件下，制成1kg同温度的熟料所需 要的热量称为熟料的形成热（熟料理论热耗）。 2、计算原理：理论热耗=吸收的总热量－放出的总 热量，一般为1630～1800kJ/kg-ck。（表5.6） 3、影响因素：熟料的形成热是熟料形成在理论上消 耗的热，它仅与原、燃料的品种、性质及熟料的化 学成分与矿物组成、生产条件有关。
(二)碳酸钙分解过程
图5.2 1、气流向颗粒表面传热（物理过程） 2、热量由表面以传导方式向分解面传递； （物理过程） 3、碳酸钙在一定温度下，继续分解、吸收热量并放出 CO2； （化学过程） 4、放出的CO2从分解面通过CaO层，向四周进行内部扩 散； （物理过程） 5、扩散到颗粒边缘的CO2，通过边界层向介质扩散。 （物理过程）
二、熟料热耗（实际热耗）
定义：每煅烧1kg熟料窑内实际消耗的热量称为熟料 实际热耗，简称熟料热耗，也叫熟料单位热耗。
理论热耗：1630--1800 KJ/kg ； 实际热耗：3400--7500KJ/kg
热损失 热耗＞熟料形成热， 降低热耗，降低各种热损失（废气、散热等）。 碳酸钙分解吸热量最大 熟料冷却放热量最大
五、晶种技术
1、晶种：是晶体结晶过程的晶核.(晶核剂、核化剂) 硅酸盐水泥熟料。 2、晶种技术：在入磨原材料中掺入少量的硅酸盐水 泥熟料共同磨制出生料，业已存在的硅酸盐水泥熟 料矿物在煅烧过程中作为晶核剂诱导水泥窑中物料 迅速烧结，从而达到提高熟料产量，降低煤耗目的 的技术。
五、晶种技术 （二）晶种掺加量及生产工艺的调整
三
固 相 反 应
（一）反应过程 CaO与SiO2、Al2O3、Fe2O3进行固相反应生成 （C3S）、（C2S）、（C3A）、（C4AF）。
800℃
CaO+ Al2O3
CaO+ Fe2O3 2 CaO+ SiO2
→
→ →
CaO· Al2O3 （CA）
CaO· Fe2O3 （CF） 2 CaO·SiO2 （C2S） 2CaO· Fe2O3（C2F） 12 CaO· 7Al2O3（C12A7） 2 CaO·Al2O3 ·SiO2
1050℃形成，1300 ℃分解为
C2 S和CaSO4
SO3有利于降低液相粘度，增加液相量，有利于C3S的形 成，同时少量的CaSO4能稳定C2S晶型转化 石膏掺量2%~4%，烧成温度为1360~1370 ℃,当掺量超 过5.3%时，游离CaO增加。
四 复合矿化剂
熟料的形成过程比较复杂，影响因素多。（KH，IM， CaF2 /SO3、烧成温 度） 复合矿化剂应用中应注意的问题 1.不正常凝结问题及对策 急凝 KH偏低、煅烧温度偏低、还原气氛 慢凝 IM偏低、煅烧温度偏高、 KH偏高、MgO, CaF2偏高 2.腐蚀、污染 2、配料方案 复合矿化剂的掺加量 率值（高KH，低n,高p） 配煤（少） 3.生料均化与煅烧工艺 生料成分均匀稳定 采用黑生料、浅暗火操作（减少热损失、F，S的挥发） 提高加料与卸料速度，加强中部通风
500~600
Al2O3 2SiO2 2H2O Al2O3 2SiO2 2H2O
脱水后变成无定形的Al2O3· 2SiO2，这些无定形物具有较高的 活性 （高岭土活性高，蒙脱石，伊利石活性低）
二、碳酸盐分解
反应式：MgCO3MgO+CO2-Q
CaCO3CaO +CO2-Q
§5.3 矿化剂、晶种对熟料煅烧 和质量的影响
定义：在煅烧过程中，能加速熟料矿物的形成，本身不参加
反应或只参加中间反应的物质。
一、 矿化剂
类型：
矿化剂（1种）
含氟化合物：如：CaF2(萤石) 硫化物：如：石膏 氯化物：CaCl2 其他:如：铜矿渣、磷矿渣
复合矿化剂（2种）石膏—萤石 重晶石—萤石
反应生成SiF4和CaF2的在高温，蒸汽作用下分解生成活性 的SiO2，CaO。
二、氟化钙的矿化作用
2 降低液相出现的温度和粘度，促进C3S形成
高温，加入氟化钙，1%~3%,烧成温度下降50~100℃
~ 950 4CaO 2SiO2 CaF2 850 2C2 S CaF2 1040 2C2 S CaF2 C2 S CaF2 1130 3( C2 S ) 3CaO CaF2 3C3 S CaF2 1175 3C3 S CaF2 C3 S F (含氟固溶体 )＋液相
（温度、组成、结构）图5.7
愈快 ） （粒径，粘度）表5.4，图5.8
5.C2S、CaO溶于液相的速率（速率愈大，C3S的成核与发育
五、熟 料 的 冷 却
熟料的冷却：
烧成温度 常温 熔体晶化 凝固 熟料颗粒结构形成（凝固和相变） C2S的多晶转变 C3S分解
冷却目的：
改善熟料质量与易磨性； 降低熟料的温度，便于运输（安全）、储存（砼开裂） 和粉磨（假凝） 回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利用率。
§5.1 生料在煅烧过程中 的物理化学变化
干燥（自由水蒸发） 粘土吸热
吸热
强吸热
放热
微吸热 放热
一、干燥与脱水 一、干燥与脱水
（一）干燥 自由水的蒸发。 含水量与生产方法和窑型有关（含水量增加热耗增加） （二）脱水 粘土质原料脱去化合水（结构水和层间吸附水） 高岭土（Al2O3· 2SiO2· 2H2O）
800～900℃
CaO· Fe2O3+ CaO 7 CaO· Al2O3+5 CaO 900～1100℃ 2 CaO+ SiO2 + Al2O3
→ → → →
12 CaO· 7Al2O3+9 CaO
7（3CaO· Al2O3）（C3A）
7（2CaO· Fe2O3）+2 CaO+12 CaO· 7Al2O3 → 7（4CaO· Al2O3· Fe2O3） （C4AF）
（二）使用矿化剂时注意事项
1.根据生料的易烧性决定是否采用（结晶SiO2 多，熔
剂矿物多）
2.用量适当，一般小于1% 3.掺加量要均匀 4.掺有萤石的熟料应急冷（1250℃时萤石促进C3S分解，
C2S 晶型转变）
三 硫酸盐类矿化剂（石膏）
氧化气氛 CaO SO3 还原气氛 CaS 2C2S〃CaO （硫硅石） 4CaO〃Al2O3〃SO3 （无水硫铝酸钙）早强，适量有利
冷却方式：
冷却速度慢 （平衡冷却）(4~5 ℃/min) 冷却速度快 急冷（淬冷）(18~20 ℃/min)
快冷对改善熟料质量的作用：
防止或减少C3S的分解； 避免β-C2S转变成γ -C2S ； 改善了水泥安定性；(MgO玻璃体易水化) 使熟料C3A晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能； 改善熟料易磨性； 可克服水泥瞬凝或快凝。
第五章 熟料煅烧技术
§5-1 生料在煅烧过程中的物理化学变化
§5-2 熟料形成的热化学
§5-3 矿化剂、晶种对熟料煅烧和质量影响
§5-4 挥发性组分及其他微量元素的作用
§5-5 水泥熟料的煅烧方法及设备
§5-6 水泥熟料煅烧技术的发展 §5-7 熟料煅烧工艺技术的改造
煅
烧
生料在水泥窑内经过连续加热，高温煅烧至部分熔 融，经过一系列的物理化学反应，得以硅酸钙为主 要成分的硅酸盐水泥熟料的工艺过程叫硅酸盐水泥 熟料的煅烧，简称煅烧。
§5.4 挥发性组分及 其他微量元素的作用