煅烧基本原理跟工艺设备.docVIP

PAGE PAGE 21 煅烧基本原理 水泥生料经过连续升温,达到相应的高温时，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）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4 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主要变化。 自由水的蒸发 粘土脱水与分解 石灰石的分解 固相反应 熟料的烧成和熟料的冷却 下面具体分述： 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、粘土质原料脱水和分解 粘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，粘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）。 Al2O3·2SiO2·2H2O →　Al2O3+2SiO2+2H2O↑ (无定形) (无定形) 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。 三、石灰石的分解 脱水后的物料，温度继续升至600℃以上时，生料中的碳酸盐开始分解，主要是石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解，并放出二氧化碳，其反应式如下： 600℃ MgCO3　　→ MgO+CO2↑ 900℃ CaCO3 　→ CaO+CO2↑ 实验表明：碳酸钙和碳酸镁的分解速度随着温度升高而加快，在600℃~700℃时碳酸镁已开始分解，加热到750℃分解剧烈进行。碳酸钙分解温度较高，在900℃时才快速分解。 CaCO3是生料中主要成分，分解时需要吸收大量的热量，是熟料形成过程中消耗热量约占干法窑热耗的一半以上，分解时间和分解率都将影响熟料的烧成，因此CaCO3的分解是水泥熟料生产中重要的一环。 CaCO3的分解还与颗粒粒径、气体中CO2的含量等因素有关。石灰石的分解虽与温度相关，但石灰石颗粒粒径越小，则表面积总和越大，使传热面积增大，分解速度加快。因此适当提高生料的粉磨细度有利于碳酸盐的分解。 碳酸钙的分解具有可逆的性质，如果让反应在密闭容器中在一定温度下进行，则随着CaCO3的分解产生气体CO2的总量的增加，其分解速度就要逐渐减慢甚至为零，因此在煅烧窑内或分解炉内加强通风，及时将CO2气体排出则是有利于CaCO3的分解，其实窑系统内CO2来自碳酸盐的分解和燃料的燃烧，废气中CO2含量每减少2%，约可使分解时间缩短10%。当窑系统内通风不畅时，CO2不能及时被排出，废气中CO2含量的增加，会影响燃料燃烧使窑温降低的，废气中CO2含量的增加和温度降低都要延长CaCO3的分解时间。由此窑内通风对CaCO3的分解起着重要的作用。 四、固相反应 粘土和石灰石分解以后分别形成了CaO、MgO、SiO2、Al2O3等氧化物，这时物料中便出现了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝等氧化物进行固相反应，其反应速度随温度升高而加快。 水泥熟料中各种矿物并不是经过一级固相反应就形成的，而是经过多级固相反应的结果，反应过程比较复杂，其形成过程大致如下： 800~900℃ CaO+ Al2O3 → CaO·Al2O3(CA) CaO+Fe2O3 → CaO·Fe2O3(CF) 800~1100℃ 2CaO+SiO2 → 2CaO·SiO2(C2S) CaO·Fe2O3+ CaO → 2CaO·Fe2O3(C2F 　　　　　7（CaO·Al2O3）+5 CaO→12CaO·7Al2O3(C12A7 1100~1300℃ 12CaO·7Al2O3+9 CaO→7（3CaO·Al2O3）(C3A 7CaO·Fe2O3）+2CaO+12CaO·7Al2O3→ 7（4CaO·Al2O3·Fe2O3 ）(C4AF) 应该指出，影响上述化学反应的因素很多，它与原料的性质，粉磨的细度及加热条件等因素有关。如生料磨得愈细，混合得均匀，就增加了各组分之间的接触面积，有利于固相反应的进行，又如从原料的物理化学性质来看，粘土中的二氧化硅若是以结晶状态的石英砂存在，就很难与氧化