生料在煅烧过程中的物理化学变化教学课件PPT熟料煅烧
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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
水泥工艺学第6章熟料煅烧技术
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应
1．反应过程
熟料形成过程的固相反应比较复杂，其过程大致如下：见 书P113
约800℃：开始形成CA、CF与C2S； C＋A－－＞CA
C＋F－－＞CF
2C＋S－－＞C2S
C2S开始形成
800-900℃：开始形成C12A7、C2F；
7CA＋5C－－＞C12A7
生料在加热过程中，依次发生干燥、粘土 矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结 及熟料冷却结晶等重要的物理化学反应。这些 反应过程的反应温度、反应速度及反应产 物不 仅受原料的化学成分和矿物组成的影响，还受 反应时的物理因素诸如生料粒径、均化程度、 气固相接触程度等的影响。
6.2.1 干燥
排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。
筒，旋风筒； 管，换热管道； 炉，分解炉பைடு நூலகம் 窑，回转窑； 机，冷却机.
6.1 概述
预分解窑的关键技术装备
适当成分的生料进入预热器预热. 预热好的生料进入分解炉,碳酸盐分解 分解后的生料进入窑内煅烧成为熟料. 熟料进入冷却机进行冷却.
P61 表6.1 国内外预分解窑情况统计
6.2 生料在煅烧过程中的物理化学变化
6.2.4 固相反应
固相反应----放热反应 2．影响固相反应的主要因素 ①．生料的细度和均匀性 ②．温度和时间 当温度较低时，固体的化学活性低，质点的扩散和迁移速 率很慢，因此固相反应通常需要在较高的温度下进行。提高反 应温度，可加速固相反应。由于固相反应时离子的扩散和迁移 需要时间，所以，必须要有一定的时间才能使固相反应进行完 全。 急剧煅烧：热力梯度大，升温快，使脱水、CaCO3分解重合， 新生态，活性高。
6.2.3 碳酸盐分解
6.6 煅烧
6.6 水泥熟料煅烧设备
加热所需热量主要来自燃料燃烧产生的热能或用 电能产生的热能。热工设备的先进性主要体现在： 在确保环保效益和社会效益的基础上，在保证稳 定的产品质量及产量的前提下，具有最大的热效 率，即最低热耗和最低电耗。 窑炉与材料的制备或生产密切相关。必须掌握有 关热工设备的规律，以达到正确设计、合理操作 和制备稳定的优质产品之目的。这也符合我国古 人所阐述的： 工欲善其事， 必先利其器 的哲理。
第二，来自煤磨的煤粉被分成二部 分，小部分煤粉（大约45% ~ 30%）被 送到窑头喷入回转窑内燃烧，燃烧后产 生的高温烟气供给回转窑内煅烧水泥熟 料所用；大部分煤粉（大约55% ~ 70%） 被气力输送到分解炉内燃烧，以供给预 热生料中碳酸钙分解所需的大量热量。
第三，燃料燃烧所需的助燃空气被分成三部分，第 一部分来自窑头的鼓风机，称为：一次空气（或称：一 次风）。一次风主要作用是：携带从窑头煤粉仓下来的 煤粉经喷煤管高速喷入回转窑内高效燃烧来保持喷出火 焰有一定的“刚度”（平、顺、直）；另外两个部分助 燃空气来自熟料冷却机内的预热空气，分别称为：二次 空气（或称：二次风）和三次空气（或称：三次风）。 二次风从窑头进入回转窑内成为窑头煤粉燃烧的主要助 燃空气（另外少量的助燃空气是一次风）。三次风通过 专门设立的三次风管进入分解炉成为分解炉内煤粉燃烧 所需的主要助燃空气。
① 选择合理的喂料位置
为了充分利用联接管道的长度，延长 气、固之间的热交换时间，喂料点宜靠近 联接管道的起端，但必须以加入的料粉能 良好悬浮、不短路落料为前提。喂料点距 出风管起始端应大于1m，此距离还与来料
落差、来料均匀程度、内筒插入深度以及
管道风速有关。
② 选择适当的管道风速
一般要求风速在10 ~ 25m/s之间，
加热所需热量主要来自燃料燃烧产生的热能或用 电能产生的热能。热工设备的先进性主要体现在： 在确保环保效益和社会效益的基础上，在保证稳 定的产品质量及产量的前提下，具有最大的热效 率，即最低热耗和最低电耗。 窑炉与材料的制备或生产密切相关。必须掌握有 关热工设备的规律，以达到正确设计、合理操作 和制备稳定的优质产品之目的。这也符合我国古 人所阐述的： 工欲善其事， 必先利其器 的哲理。
第二，来自煤磨的煤粉被分成二部 分，小部分煤粉（大约45% ~ 30%）被 送到窑头喷入回转窑内燃烧，燃烧后产 生的高温烟气供给回转窑内煅烧水泥熟 料所用；大部分煤粉（大约55% ~ 70%） 被气力输送到分解炉内燃烧，以供给预 热生料中碳酸钙分解所需的大量热量。
第三，燃料燃烧所需的助燃空气被分成三部分，第 一部分来自窑头的鼓风机，称为：一次空气（或称：一 次风）。一次风主要作用是：携带从窑头煤粉仓下来的 煤粉经喷煤管高速喷入回转窑内高效燃烧来保持喷出火 焰有一定的“刚度”（平、顺、直）；另外两个部分助 燃空气来自熟料冷却机内的预热空气，分别称为：二次 空气（或称：二次风）和三次空气（或称：三次风）。 二次风从窑头进入回转窑内成为窑头煤粉燃烧的主要助 燃空气（另外少量的助燃空气是一次风）。三次风通过 专门设立的三次风管进入分解炉成为分解炉内煤粉燃烧 所需的主要助燃空气。
① 选择合理的喂料位置
为了充分利用联接管道的长度，延长 气、固之间的热交换时间，喂料点宜靠近 联接管道的起端，但必须以加入的料粉能 良好悬浮、不短路落料为前提。喂料点距 出风管起始端应大于1m，此距离还与来料
落差、来料均匀程度、内筒插入深度以及
管道风速有关。
② 选择适当的管道风速
一般要求风速在10 ~ 25m/s之间，
水泥熟料的煅烧
冷却目的： 冷却目的：
改善熟料质量与提高熟料的易磨性 降低熟料的温度，便于运输、储存、 和粉磨 回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利用率。
冷却方式： 冷却方式：
按冷却速度的快慢分平衡冷却、独立结晶、淬冷（急 冷）。熟料冷却过程中对熟料质量影响较大的因素—冷却 速度 ，它影响固液相中的质点扩散速度、固液相的反应速 度等。 冷却制度 平衡冷却 淬 冷 C3S(％) 60 68 C2S(％) 13.5 C3A(％) 玻璃体(％) 26.5 32
4．二次风的作用 二次风是相对一次风而言，它来自冷却机内冷却 二次风 熟料并加热后入窑且参与煤粉燃烧的空气。温度 一般在400～800℃。
三、窑外分解技术
窑外分解技术是20世纪70年代发展起来也是迄今 为止水泥煅烧工艺的新技术，只是在悬浮预热器 和回转窑之间增设一个分解炉，使生料中的碳酸 钙在入回转窑之前分解，大大减轻了回转窑的热 负荷，窑的产量可比悬浮预热器窑提高1～2倍， 同时延长了耐火衬料的使用寿命，提高了窑的运 转率。其发展趋势是大型化、高产量，单位热耗 大幅下降。
3．一次风的作用 一次风－携带煤粉自喷煤管喷入窑内的用风。 一次风 作用－ 作用－除对煤粉起输送作用外还供给煤的挥 发分燃烧所需的氧气。 一次风量－ 一次风量－占总空气量的比例不宜过多，因 为一次风量的增加相应地就会使二次风比例 降低(总用风不变的情况)，二次风的减少会 影响到熟料冷却，使熟料带走的热损失增加。 另外，一次风温度比二次风温度要低(为使煤 粉不致爆炸，一次风温度不能高于l20℃)， 这样燃烧温度也要降低。
以上反应在进行时放出一定的热量， 因此，又称为放热反应 放热反应。 放热反应
固相反应总结
•反应特点： 反应特点： 反应特点
多级反应 放热反应
熟料在回转窑内煅烧
熟料在回转窑内燃烧（一）回转窑的作用回转窑燃烧水泥熟料，是利用一个倾斜的回转圆筒（斜度一般在黑-5%），生料由圆筒的高端加入（即落尾），由于圆筒具有一定的斜度且不断回转运动，物料就会从高端向低端（即窑头）逐渐运动，因此，回转窑首先是一个物料输送设备。
回转窑又是燃烧设备，可使用固体（粉状）、液体、气体三种不同类型的燃料，我国水泥厂主要以煤粉作燃料，先将煤破碎、烘干，再经细磨制成粉状，用鼓风机由窑头向窑内喷入。
燃烧用的空气由两部分组成，一部分预先和煤粉混合并起输送作用，完成煤粉向窑内喷射的过程，该空气载体叫做“一次空气”，一般占总入窑空气量的8%-30%左右：大部分入窑空气经过熟料冷却时被加热到一定温度（一般600七以上）进入窑内的，该部分空气叫做“二次空气”。
煤粉在窑内燃烧后，形成高温火焰（一般可达1600T700C）,放出大量热，高温气体在高温风机的抽引下，沿着回转筒体向窑尾方向流动，它和燃烧熟料产生的废气一起经过预分解系统，再经过降温、收尘净化后排至大气中。
可见，高温气体和高温火焰传给的热量，物料经过不同的温度区域或温度场，发生一系列的物理化学变化后，而被煨烧成熟料，其后进入冷却机，与冷空气进行热交换，本身被冷却，冷空气预热后作为二、三次然固定炭粒的燃烧是很缓慢的，它的燃烧速度与气体扩散速度（包括燃烧产物扩散离开炭粒表面和氧气扩散到固定炭粒子表面）有很大关系。
所以，加强气流扰动，以增加气体扩散速度，将大大加速固定炭粒的燃烧。
煤粉喷出有一定距离，喷煤管喷出的煤粉首先是预热干燥，不可能立即燃烧，随着煤粉喷出距离的增加，温度的长高，挥发分逐步逸出并燃烧，发出热量，随即固定炭粒开始燃烧.煤粉由喷嘴喷出，经过一段距离后才能燃烧，煤粉自喷嘴喷出至开始燃烧的这段距离称为黑火头。
煤粉燃烧后形成的焰面，产生热量，使温度升高，热量从高温向低温传递，由于焰面后面未燃烧的煤粉比焰面温度低，因此焰面不断向焰面后未燃烧的煤粉传热，使其达到着火温度而燃烧，形成新的焰面，这种焰面不断向未燃物方向移动的现象叫火焰的传播（或扩散），传播的速度称为火焰传播速度。
第五章 熟料的煅烧解读
5.4 熟料的烧结
当物料温度升高到1250～1280℃时，即达到其 最低共熔温度后，开始出现以氧化铝、氧化铁和 氧化钙为主体的液相，液相的组分中还有氧化镁 和碱等。在高温液相的作用下，物料逐渐烧结， 并逐渐由疏松状转变为色泽灰黑、结构致密的熟 料，此过程伴随有体积收缩。同时，硅酸二钙和 游离氧化钙都逐步溶解于液相，以Ca2+离子扩散 与硅酸根离子反应，即硅酸二钙吸收氧化钙而形 成硅酸盐水泥熟料的主要矿物硅酸三钙。
（3）反应的起始温度较低，约在600℃时就有 CaCO3进行分解反应，但速度非常缓慢。至894℃ 时，分解放出的CO2分压达0.1MPa，分解速度加 快。1100～1200℃时，分解速度极为迅速。由试 验可知，温度每增加50℃，分解速度常数约增加1 倍，分解时间约缩短50%。
二、碳酸钙的分解过程
2.温度和时间
当温度较低时，固体的化学活性低，质点的扩 散和迁移速度很慢，因此固相反应通常需要在较 高的温度下进行。提高反应温度，可加速固相反 应。由于固相反应时离子的扩散和迁移需要时间， 所以，必须保证一定的时间才能使固相反应进行 完全。 3.原料性质
当原料中含有结晶SiO2(如燧石、石英砂等)和 结晶方解石时，由于破坏其晶格比较困难，所以 使固相反应的速度明显降低，特别是原料中含有 粗粒石英砂时，其影响更大。
熟料矿物C3A和C4AF及C2S的形成是一个复杂的多 级反应，反应过程是交叉进行的。熟料矿物的固 相反应是放热反应，当用普通原料时，固相反应 的放热量约为420～500kJ/kg。 由于固体原子、分子或离子之间具有很大的作用 力，因而，固相反应的反应活性较低，反应速度 较慢。通常，固相反应总是发生在两组分界面上， 为非均相反应。对于粒状物料，反应首先是通过 颗粒间的接触点或面进行，随后是反应物通过产 物层进行扩散迁移，因此，固相反应一般包括界 面上的反应和物质迁移两个过程。
第五章硅酸盐水泥熟料的煅烧
②热量以传导方式由表面向分解面传递的过程；
③在一定温度下碳酸钙吸收热量，进行分解并放出CO2的化 学过程；
④分解放出的CO2，穿过CaO层，向表面扩散传质； ⑤表面的CO2向周围气流介质扩散。
分解速度或者分解所需的时间将决定于化学反应所需
时间，即反应生成的CO2通过表面CaO层的扩散是整个碳酸 钙分解过程中的速度控制过程。
新型干法水泥生料水分小于1%，此过程在 预热器内瞬间即可完成。
脱水
脱水是指粘土矿物分解放出化合水 。 层间水在100℃左右即可排除，而配位水则必须高达400～600℃以 上才能脱去。 粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示：
· · Al2O3 2SiO2 2H20
高岭土
· Al203 2SiO2
板式撒料 器
箱式撒料器
定义：将已经过悬浮预热 后的水泥生料，在达到分 解温度前，进入到分解炉 内与进入炉内的燃料混合， 在悬浮状态下迅速吸收燃 料燃烧热，使生料中的碳 酸钙迅速分解成氧化钙的 技术。
5.4 预分解技术
预分解窑特点
１.在悬浮预热器与回转窑之间增设一个分解炉。 ２.装设燃料喷入装置，喷入煅烧所需的60%左右的燃料。 ３.使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，
(C4AF)开始形成 1100～l200℃ 大量形成C3A和C4AF，C2S含量达最大值。
熟料烧结 Clinker Sinter
熟料烧结过程
当物料温度升高到最低共熔温度（1300℃）后，C3A、C3S
C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液 的
相中， C2S吸收CaO形成C3S。
+ 2H2O↑
无水铝硅酸盐(偏高岭土) 水蒸气
③在一定温度下碳酸钙吸收热量，进行分解并放出CO2的化 学过程；
④分解放出的CO2，穿过CaO层，向表面扩散传质； ⑤表面的CO2向周围气流介质扩散。
分解速度或者分解所需的时间将决定于化学反应所需
时间，即反应生成的CO2通过表面CaO层的扩散是整个碳酸 钙分解过程中的速度控制过程。
新型干法水泥生料水分小于1%，此过程在 预热器内瞬间即可完成。
脱水
脱水是指粘土矿物分解放出化合水 。 层间水在100℃左右即可排除，而配位水则必须高达400～600℃以 上才能脱去。 粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示：
· · Al2O3 2SiO2 2H20
高岭土
· Al203 2SiO2
板式撒料 器
箱式撒料器
定义：将已经过悬浮预热 后的水泥生料，在达到分 解温度前，进入到分解炉 内与进入炉内的燃料混合， 在悬浮状态下迅速吸收燃 料燃烧热，使生料中的碳 酸钙迅速分解成氧化钙的 技术。
5.4 预分解技术
预分解窑特点
１.在悬浮预热器与回转窑之间增设一个分解炉。 ２.装设燃料喷入装置，喷入煅烧所需的60%左右的燃料。 ３.使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，
(C4AF)开始形成 1100～l200℃ 大量形成C3A和C4AF，C2S含量达最大值。
熟料烧结 Clinker Sinter
熟料烧结过程
当物料温度升高到最低共熔温度（1300℃）后，C3A、C3S
C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液 的
相中， C2S吸收CaO形成C3S。
+ 2H2O↑
无水铝硅酸盐(偏高岭土) 水蒸气
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
～800℃
CaO+ Al2O3
CaO·Al2O3 (CA)
Ca0+Fe2O3
CaO·Fe2O3 (CF)
2Ca0+ Si02
2CaO·Si02 (C2S)开始形成
800～900℃ 7(CaO·Al2O3)+5CaO
12CaO·7Al2O3 (C12A7)
900～1100℃ 2CaO+Al2O3+Si02
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
1 干燥 排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。 2 脱水 脱水是指粘土矿物分解放出化合水。 粘土矿物的化合水有两种：一种是以OH一离子状态
存在于晶体结构中，称为晶体配位水(也称结构水)；另 一种是以水分子状态吸附于晶层结构间，称为晶层间 水或层间吸附水。所有的粘土都含有配位水；多水高 岭土、蒙脱石还含有层间水；伊利石的层间水因风化 程度而异。层间水在100℃左右即可排除，而配位水则 必须高达400～600℃以上才能脱去。
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
3．液相粘度 液相粘度对硅酸三钙的形成影响较大。粘度小，
液相中质点的扩散速度增加，有利于硅酸三钙的 形成。而液相的粘度又随温度与组成(包括少量 氧化物)而变化。提高温度，液相内部质点动能 增加，削弱了相互间作用力，因而降低了液相粘 度。
提高铝率时，液温度升高到最低共熔温度后，
固相反应形成的铝酸钙和铁铝酸钙熔剂
性矿物及氧化镁、碱等熔融成液相。在
高温液相作用下，固相硅酸二钙和氧化
钙都逐步溶解于液相中，硅酸二钙吸收
氧化钙形成硅酸盐水泥的主要矿物—硅
酸三钙，其反应式如下：
1300～1450～1300℃
C2S + Ca0
液h 相
C3S
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
3.2、 碳酸钙的分解过程
一颗正在分解的CaCO3颗粒，颗粒内部的分解反应可 分为下列5个过程：
①热气流向颗粒表面传进分解所需要的热量Qi； ②热量以传导方式由表面向分解面传递的过程； ③在一定温度下碳酸钙吸收热量，进行分解并放出CO2
的化学过程； ④分解放出的CO2，穿过CaO层，向表面扩散传质； ⑤表面的CO2向周围气流介质扩散。
3．生料悬浮分散程度 生料悬浮分散差，相对地增大了颗粒尺寸，减少了传
热面积，降低了碳酸钙的分解速度。
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
4．温度
提高反应温度，分解反应的速度加快，分解时间缩短。 但应注意温度过高，将增加废气温度和热耗，预热器 和分解炉结皮、堵塞的可能性亦大。
5．系统中CO2分压 通风良好CO2分压较低，有利于CO2的扩散和加速碳酸
2CaO·Al2O3·Si02 (C2AS) 形成后又分解
12CaO·7 Al2O3+9CaO
7(3CaO·Al2O3) (C3A)开始形成
7(2CaO·Fe2O3)+2CaO+12CaO·7Al2O3 7(4CaO·Al2O3·Fe2O3) 1100～l200℃ 大量形成C3A和C4hAF，C2S含量达最(C大4A值F。)开始形成13
MgCO3
MgO + CO2↑－(1047~1 214)J/g
CaC03
CaO + CO2↑－1645 J/g
其中，碳酸钙在水泥生料中所占比例80%左右，其
分解过程需要吸收大量的热，是熟料煅烧过程中消耗
热量最多的一个过程，因此，它是水泥熟料煅烧过程
重要的一环。
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
最低共熔温度
液相出现的温度决定于物料在加热过程中的最低共熔温
度。而最低共熔温度决定于系统组分的性n质与数目。表 6-2列出了一些系统的最低共熔温度，系统组分数目越 多，其最低共熔温度越低，即液相初始出现的温度越低。
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
2．液相量
15
生料在煅烧过程中的物理化学变化
随着温度的升高和时间延长，液相量 增加,液相粘度降低，氧化钙、硅酸二钙 不断溶解、扩散，硅酸三钙晶核不断形 成，并逐渐发育、长大，最终形成几十 微米大小、发育良好的阿利特晶体。与 此同时，晶体不断重排、收缩、密实化， 物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、 结构致密的孰料，我们称以上过程为熟 料的烧结过程，简称熟料烧结。
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
4．分解温度与CO2分压 和矿物结晶程度有关
在常压(101325 Pa)和分 解出的CO2分压达1个大 气压(即平衡分解压力 101325Pa) 的环境中，纯
碳酸钙的分解温度为 800℃。平衡分压增大， 分解温度增高，环境CO2 的浓度和压力对碳酸钙 分解温度的影响见图6-2 所示
以使固体反应的速度明显降低，特别是原料中含有粗颗粒石英砂时，
其影响更大。因此，在原料选择时，力求避免采用粗晶石英，如不
得已而必须使用时，可将其单独粉磨，务求配制粉磨能耗最低但反
应活性最佳的生料颗粒级配。
（3）温度
提高反应温度，质点能量增加，增加了质点的扩散速度和化学
反应速度，可加速固相反应。
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
3.3、 影响碳酸钙分解速度的因素
1．石灰质原料的特性 以最常见的石灰石为例，当石灰石中伴生有其他矿物
和杂质一般具有降低分解温度的作用，
2．生料细度和颗粒级配 生料粉磨得细，且颗粒均匀、粗粒少，生料比表面积
增加，使传热和传质速度加快，有利于分解反应进行。
3.1 碳酸钙分解反应的特点
1．可逆反应
2．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。
3．烧失量大
CO每2气10体0 k4g4的kg纯，C烧aC失O量3分占解4后4%排。出挥发性
4.1、反应过程
通常在碳酸钙分解的同时，分解产物CaO与 生料中的SiO2、Fe2O3、Al2O3等通过质点的相 互扩散而进行固相反应，形成熟料矿物。
水泥熟料矿物C3A和C4AF、C2S的形成是一个 复杂的多级反应，反应过程是交叉进行的。水 泥熟料矿物的固相反应是放热反应，固相反应 的放热量约为420~500J/g。
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
在这5个过程中，有4个是物理传热传递过程， 唯独碳酸钙吸收热量分解放出CO2的过程是一 个化学反应过程。在颗粒开始分解与分解面向
颗粒内部深入时，各过程对分解的影响程度不
相同，哪个过程最慢，哪个便是主控过程。即 碳酸钙的分解速度受控于其中最慢的一个过程。
分解速度或者分解所需的时间将决定于化学反
钙的分解。
6．生料中粘土质组分的性质
如果粘土质原料的主导矿物是高岭土，由于其活性
大，在800℃下能和氧化钙或直接与碳酸钙进行固相反
应，生成低钙矿物，可以促进碳酸钙的分解过程。反
之，如果粘土主导矿物是活性差的蒙脱石和伊利石，
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则CaCO3的分解速度就慢。
生料在煅烧过程中的物理化学变化
4、固相反应
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如 下式所示：
Al2O3•2SiO2•2H20
高岭土
Al2O3•2SiO2 + 2H20↑
偏高岭土 水蒸气
Al2O3•2SiO2
Al2O3 + 2SiO2
高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。高
岭土在失去化合水的同时，本身晶体结构遭受
生料在煅烧过程中的物理化学变化
固相反应通常需要在较高温度下进行，影响固相反应的主要因
素主要有以下几点：
1）生料细度及均匀程度
生料的均匀混合，使生料各组分之间充分接触，有利固相
反应进行。
2）原料性质
当原料中含有结晶Si02 (如燧石、石英砂)和结晶方解石时， 由于破坏其晶格困难，晶体内的分子很难离开晶体而参加反应，所
熟料的烧结必须要有一定数量的液相。液 相是硅酸三钙形成的必要条件，适宜的液相量 有 太利 少于 ，C不3利S形于成C，3S并形保成证，熟反料之的，质过量 多的。液液相相易量 使熟料结大块，给煅烧操作带来困难。
液相量与组分的性质、含量及熟料烧结温 度等有关。因此，不同的生料成分与煅烧温度 等对液相量有很大影响。一般水泥熟料烧成阶 段的液相量大约为20%～30%。
表6-3 熟料中液相量随铝率和温度的变化情况
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
生产中，应合理设计熟料化学成分与
率值，控制煅烧温度在一个适当的范围 内。这个范围大体上是出现烧结所必需 的最少的液相量时的温度到出现结大块 时的温度之间，即通常所说的烧结范围。 就硅酸盐水泥而言，烧结范围约150℃左 右。当系统液相量随温度升高而缓慢增 加，其烧结范围就较宽；反之，其烧结 范围就窄。
应所需时间，即反应生成的CO2通过表面CaO 层的扩散是整个碳酸钙分解过程中的速度控制
过程。
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生料在煅烧过程中的物理化学变化
在悬浮预热器和分解炉内，由于生料悬 浮于气流中，基本上可以看作是单颗粒， 其传热系数较大，特别是传热面积非常 大，分解过程的速率受化学反应过程所 控制。在分解炉(物料温度850℃左右)， 只需几秒钟即可使碳酸钙分解率达到 85%~95%。
第四讲 生料在煅烧过程中的
物理化学变化
生料在煅烧过程中的物理化学变化