第2章 原燃料及配料.ppt

第二章原燃料及配料,第一节水泥生产原料,一、主要原料石灰质原料（主要提供氧化钙），1.3t石灰质原料/t熟料，用量80％以上;粘土质原料（主要提供氧化硅和氧化铝也提供部分氧化铁），0.3～0.4t粘土质原料/t熟料;校正原料硅质校正原料、铝质校正原料和铁质校正原料。,1.石灰质原料凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。常用的天然石灰质原料有石灰石、泥灰岩、白垩、贝壳等。工业废渣如电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥等代替天然矿石在水泥工业中作为石灰质原料也得到了应用。,⑴石灰石石灰石是由碳酸钙所组成的化学生物沉积岩，是一种具有微晶或隐晶结构的致密岩石。主要矿物方解石（CaCO3）有害矿物白云石MgCO3CaCO3、石英（结晶SiO2）、燧石（结晶SiO2）,⑵泥灰岩由碳酸钙和黏土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩，属石灰岩向黏土过渡的中间类型岩石，主要矿物是方解石。泥灰岩中CaO含量超过45，称为高钙泥灰岩；若其CaO含量小于43.5，称为低钙泥灰岩；氧化钙含量在43.5～45之间，称为天然水泥岩，可直接用来烧制水泥熟料。泥灰岩是一种极好的水泥原料，因它含有的石灰岩和黏土混合均匀，易于煅烧，有利于提高窑的产量，降低燃料消耗。,⑶白垩白垩是海生生物外壳与贝壳堆积而成的，主要是由隐晶或无定形且疏松的碳酸钙所组成的石灰岩，其主要成分是碳酸钙。白垩易于粉磨和煅烧，是水泥厂的优质石灰质原料。中国河南省（如新乡地区）盛产白垩。,⑷贝壳和珊瑚类其主要有贝壳、蛎壳和珊瑚石，含碳酸钙90％左右，表面附有泥砂和盐类（MgCl2、NaCl、KCl）等对水泥生产有害的物质。韧性比较大，不容易磨细，需要煅烧后再磨碎。,⑸质量要求使用最广泛的是石灰石，纯石灰石中的CaO最高含量为56％，其品位由CaO含量来确定。石灰石的主要有害成分为MgO、R2O（Na2O＋K2O）和f-SiO2。质量要求,石灰石,石灰石矿山,2.黏土质原料⑴类型天然黏土质原料有黏土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥。为保护耕地，不占农田，近年来多采用页岩、粉砂岩以及工业废弃物如粉煤灰、煤矸石等作为黏土质原料。,⑵质量要求为了便于配料又不掺硅质校正原料，要求黏土质原料的硅率最好为2.7～3.1，铝率为1.5～3.0，此时黏土质原料中氧化硅含量应为55％～72％。黏土质原料的矿物颗粒比较细小，大部分颗粒为0.1～1um。如果黏土的硅率过高，大于3.5时，则可能是含粗砂（0.1mm）过多的砂质土，不易磨细，会严重恶化生料的易烧性。因此对黏土质原料中的粗粒石英含量、晶粒大小和形态要予以足够的重视。,新型干法水泥生产对黏土的可塑性不作要求。但立窑和立波尔窑煅烧时的生料都要成球后入窑，成球质量对生产的影响非常显著，因此要求黏土质原料具有良好的可塑性。,粘土矿,3.校正原料⑴硅质校正原料常用的有砂岩、河砂、粉砂等。一般要求氧化硅含量为70％～90％；大于90％时，石英粗粒含量过高，对粉磨和煅烧带来很大困难，一般不采用；河砂的石英结晶更为完整粗大，只有在无砂岩矿源时才采用。最好采用风化砂岩或粉砂岩，其氧化硅含量不低，且易于粉磨、煅烧。,⑵铁质校正原料常用的有硫酸渣（硫酸厂的工业废渣）、铜矿渣（工业废渣）、低品位的铁矿石。目前有的厂用铅矿渣或铜矿渣代替铁粉，不仅可用做校正原料，而且其中所含氧化亚铁（FeO）、氧化铜（CuO）等能降低烧成温度和液相粘度，可起矿化剂作用。⑶铝质校正原料一般有粉煤灰、煤渣、煤矸石、铝矾土等。,⑷质量要求,,兼作矿化剂,4.低品位原料和工业废渣的利用,低品位原料指那些化学成分、杂质含量与物理性能等不符合一般水泥生产要求的原料。如低品位石灰质原料等。工业废渣主要指煤矸石、石煤、粉煤灰、炉渣等。,铁矿石,铝钙渣,第二节水泥生产燃料一、燃料的组成及表示方法分析燃料的组成通常有元素分析法和工业分析法两种。1.元素分析法碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素及灰分（A）和水分（M）,碳燃料中最主要的组分，主要热能来源。氢与碳、硫化合为可燃氢；与氧化合为化合氢，不能参加燃烧反应。氧和氮不参与燃烧，不能放出热量，降低发热量，不过含量较低，影响不大。硫有机硫化物，金属硫化物，无机硫化物。硫是燃料中的有害成分。灰分成分多为硅酸盐的无机化合物，主要为SiO2、Al2O3。水分自然水分，为非结合水和吸附水。,2.工业分析法由挥发分（V）、固定碳（C）、灰分（A）及水分（M）组成。①收到基（应用基）指工厂实际使用的煤的组成，在各组成的右下角以“ar”表示。②空气干燥基指实验室所用的空气干燥煤样的组成，在各组成的右下角以“ad”表示。③干燥基指绝对干燥的煤的组成，在各组成的右下角以“d”表示。④干燥无灰基指假想的无灰无水的煤组成。煤质资料常以干燥无灰基组成表示,在各组成的右下角以“adf”表示。不同基准煤的组成换算关系见表2－7。,,,,,,,,,,,,,,二、回转窑对燃料的质量要求低质煤挥发分Vad30，Qnet,ad20935kJ/kg煤热值一般要求燃料的低位热值大于21000kJ/kg煤。挥发分一般要求煤的挥发分在18％以上。细度取决于燃煤种类和质量。水分一般入窑煤粉水分不超过1.0％。,,水泥厂使用的原煤品质要求,不同窑型生产时对煤的一般质量要求,第三节原料的开采和运输,一、采掘,方式露天开采,包括,,剥离搬移土岩（覆盖层）开采采开矿石,,机械开采用一定的采掘运输设备水力开采高压高速的水流冲采矿岩,石灰石矿山,石灰石矿山开采设备,二、运输,装载,斗容挖掘机轮式装载机推土机,运输方式,皮带输送机胶带输送机道钢索绞车运输斜坡卷扬道自卸料汽车公路窄轨电机车铁路,,装车,第三节配料计算,一、硅酸盐水泥熟料的矿物组成,硅酸盐水泥熟料的矿物主要由硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙C2S、铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）组成。1.硅酸三钙（C3S）（3CaOSiO2）阿利特硅酸三钙是熟料的主要矿物，其含量通常在54％～60％左右。硅酸三钙凝结时间正常，水化较快，放热较多，抗水侵蚀性差。但早期强度高，强度增进率较大，28d强度可达到1年强度的70％～80％，其强度在四种主要矿物中最高。适当提高熟料中的硅酸三钙含量，可获得高质量的熟料，但硅酸三钙过高，给煅烧带来困难，使熟料游离氧化钙增加，从而降低熟料强度，甚至影响水泥的安定性。,2.硅酸二钙C2S（2CaOSiO2）贝利特硅酸二钙由氧化钙和氧化硅反应生成，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一，其含量一般在15％～22％之间。熟料中的硅酸二钙并不是以纯的形式存在，而是在硅酸二钙中溶进少量MgO、Al2O3、R2O、Fe2O3等氧化物的固熔体，称为贝利特。贝利特水化较慢，28d仅水化20％左右；水化热小，早期强度低，凝结硬化慢。后期强度增长较快，一年以后可超过阿利特。,3.铝酸三钙（C3A）（3CaOAl2O3）铝酸三钙中可固溶SiO2、Fe2O3、R2O、TiO2等氧化物，其比重为3.04。铝酸三钙水化迅速、水化热高、凝结硬化快，容易使水泥产生急凝。早期强度高，28天以后将不再增长，甚至会倒缩。铝酸三钙干缩变形也大，抗硫酸盐性能差。,4.铁铝酸四钙（C4AF）（4CaOAl2O3Fe2O3）才利特熟料中的铁铝酸四钙为C2F－C8A3F的一系列固熔体，在一般熟料中接近于C4AF。当熟料中Al2O3/Fe2O3小于0.64时，生成C4AF和C2F的固熔体。铁铝酸四钙又叫才利特，比重3.77。在反光显微镜下，由于反射能力强，呈白色，称为白色中间相。铁铝酸四钙的早期水化速度介于铝酸三钙和硅酸三钙之间，后期发展比硅酸三钙低，但能继续增长。铁铝酸四钙抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较铝酸三钙低。,二、硅酸盐水泥熟料的率值,水泥生产常用的率值是表示熟料化学组成或矿物组成相对含量的系数。它们与熟料质量及生料易烧性有较好的相关性，是生产控制中的主要指标。经常使用的率值是石灰饱和系数、硅酸率和铝氧率。,1.石灰饱和系数（代号KH）,石灰饱和系数又称石灰饱和比，它是表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。石灰饱和系数的数学式KH或近似为KH,,,对于A12O3、Fe2O3和SiO2完全被CaO饱和的熟料，石灰饱和系数应等于l。为使熟料顺利形成，不致因过多的游离石灰而影响熟料质量，新型干法生产石灰饱和系数一般控制在0.86～0.92。KH愈高，C3S含量愈多，C2S含量愈少，此时生料难烧，但如果烧得好，这种熟料制成的水泥硬化较快，强度高。KH愈低，说明C2S含量多，C3S含量偏小，此时生料易烧，这种熟料制成的水泥水化较慢，早期强度偏低。,2.硅酸率，代号SM或字母n,SMSM表示熟料中硅酸盐矿物和熔剂矿物的比例。新型干法窑烧成带的热力强度比传统回转窑高得多，适合煅烧高硅酸率的配料，通常SM＝2.5～2.9。熟料中硅酸率过高，燃烧时液相量不多，矿物形成困难并易粉化；硅酸率过低则硅酸盐矿物少、影响水泥强度而且易结块、结圈，影响窑的操作。,,3.铝氧率或称铁率，代号IM或字母P,表明熟料中C3A与C4AF的重量之比。一般IM＝1.4～1.8。IM高，液相粘度大，难于煅烧，水泥趋于早凝早强，水泥中石膏添加量也需相应增加；IM低，有利于C3S形成，但窑内易结块、结圈，操作难度大。,,三、熟料中煤灰掺入量式中GA－熟料中煤灰掺入量，％q－单位熟料热耗，kJ/kg熟料Qnet,ar－煤收到基低热值，kJ/kg煤Aar－煤收到基灰分含量，％S－煤灰沉落率，％P－单位熟料煤耗，kg煤/kg熟料,,,四、配料计算（误差尝试法）1.列出各原料、煤灰分的化学组成和煤的工业分析资料；2.计算煤灰掺入量；3.选择熟料矿物组成；4.将各原料化学组成换算为灼烧基（即乘以）；5.按熟料中要求的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO以误差尝试法求出各灼烧基原料的配合比；6.将灼烧基原料的配合比换算为应用基原料配合比；7.计算生料成分。,,,,递减试凑法例某预分解窑采用三组分原料配料。熟料率值控制目标值为KH0.890.01，n2.10.1，p1.30.1，熟料热耗为3350kJ/kg。已知原料、煤灰的化学成分和煤的工业分析资料、原料的水分如下表，试求各原料的配合比。,原料与煤灰的化学成分（）,煤的工业分析数据,,原料的水分（）,解1、将原料、煤灰的分析数据总和处理成100，将100-∑的差值作为“其他”项列出，如下表,,2、煤灰掺入量的计算,,,3、根据率值计算熟料化学成分设∑97.5,,CaO97.5-4.50-5.85-21.7465.414、递减试凑求配合比递减试凑法配料计算表,,,,,续上表,由上表看出，熟料中尚缺少0.14的Al2O3,即Al2O3,略微偏低。但若再加粘土，则SiO2过高，所以不再递减试凑。其他一项余数也不大，说明∑值假定尚合适。据上表可求得煅烧100kg熟料所需各种原料用量为干石灰石122–0.2121.8kg干粘土23-2.620.4kg干铁粉5.80.36.1kg,,各原料的配合比为,,5、校验熟料化学成分与率值根据所求得配合比，先计算生料成分，再换算熟料成分，如下表所示。,生料、熟料化学成分（）,比较验算得出的KH、n、p与题意给定率值的目标值可知，熟料三率值均在要求的范围内，即认为配料计算的结果符合要求。,,,6、将干料配合比折算成湿料配合比湿基物料配比及计算过程,,,,,,,各湿原料的配合比为石灰石81.94粘土13.83铁粉4.24,计算机配料计算使用excel进行配料计算（查找资料自学）,,作业1.配料计算原燃料化学成分,,煤工业分析,,熟料热耗3100kJ/kg熟料,煤灰沉落率为100％设定三率值为KH0.900.01,SM2.60.1,IM1.60.1,2.水泥生产一般采用哪些原燃料新型干法水泥生产为何可以采用一些低品位的原燃料3.水泥熟料的矿物组成、化学组成和率值分别有哪些,