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水泥基本知识、工艺流程与质量控制
水泥基本知识
一、水泥工艺的基本知识。
1、水泥的定义:凡是磨成粉末状,加入适量水后,可称为塑性浆体,既能在空
气中硬化,又能在水中据需硬化,并能将砂、石等材料胶结在一起的水硬性胶凝
材料,通称为水泥。
2、水泥按用途及性能分为三类。
(1)通用水泥,一般土木建筑工程通常采用的水泥。即硅酸盐水泥、普通硅酸
盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸
盐水泥。
(2)专用水泥,专门用途的水泥。如:A级油井水泥,道路硅酸盐水泥。
(3)特性水泥,某种性能比较突出的水泥。如:快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅
酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥。
3、常用的水泥品种
(1)硅酸盐水泥:以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料,添加适量石膏磨细而
成。
(2)普通硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料,添加适量石膏及混合材料磨细而成。
(3)矿渣硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料,混入适量粒化高炉矿渣及石膏磨细而
成。
(4)火山灰质硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料和火山灰质材料及石膏按比例混合
磨细而成。
(5)粉煤灰硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰,加适量石膏混合后磨细而
成。
4、水泥命名的一般原则:
水泥的命名按不同类别分别以水泥的主要水硬性矿物、混合材料、用途和主要特
性进行,并力求简明准确,名称过长时,允许有简称。通用水泥以水泥的主要水
硬性矿物名称冠以混合材料名称或其他适当名称命名。
专用水泥以其专门用途命名,并可冠以不同型号。
特性水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名,并可冠以不同
型号或混合材料名称。
以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥是以主要组分
的名称冠以活性材料的名称进行命名,也可再冠以特性名称,如石膏矿渣水泥、
石灰火山灰水泥等。
5、主要水泥产品的定义:.
(1)水泥:加水拌和成塑性浆体,能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能
在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。
(2)硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、0%~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石
膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥,分PI和PII,即国外通称的波特
兰水泥。
(3)普通硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、6%~15%混合材料,适量石膏磨细
制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥),代号:。
(4)矿渣硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成
的水硬性胶凝材料,称为矿渣硅酸盐水泥,代号:。
(5)火山灰质硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏
磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥,代号:。
(6)粉煤灰硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水
硬性胶凝材料,称为粉煤灰硅酸盐水泥,代号:。
(7)复合硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和
适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥),
。
二、新型干法水泥的生产过程及基本操作
水泥工艺过程通常简要地概括为“两磨一烧”,即首先将原料粉磨城生料,经过煅
烧后形成熟料,再将熟料粉磨成水泥。
硅酸盐水泥的生产过程分三个阶段:石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料破
碎后,按一定的比例配合,磨细并调配为成分合适、质量均匀的生料,称为生料
制备;生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得到的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水
泥熟料,称为熟料煅烧;熟料加适量石膏、混合材或外加剂共同磨细为水泥,并
包装或散装出厂,称为水泥粉末及出厂。
水泥生产流程控制图
:.
:.
水泥质量检测基本知识
许多水泥各项指标的检测。例如:水泥的SO3、细度、三天强度、二十八天强
度、比表面积、钙、抗折、抗压,及原材料的验收方法及指标检验等等。但首先
要了解水泥的特性。
一、水泥的组分材料
1、硅酸盐水泥熟料:凡适当成分的生料烧至部分熔融,所得以硅
酸钙为主要成分的产物称为硅酸盐水泥熟料(简称熟料)。
2、石膏:包括天然石膏和工业副产石膏、质量必须符合标准。
3、活性混合材:系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。如
高炉矿渣、火山灰和粉煤灰。
4、非活性混合材:系指活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或
火山灰的水泥混合材料,以及砂岩和石灰石。
5、窑灰:从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘。
6、助磨剂:水泥粉磨时允许加入起助磨作用而不损害水泥性能的
助磨剂。其加入量不超过水泥质量的1%。
二、水泥原材料的化验指标
1、普通熟料①f—CaO≤%②烧失量≤%
③Cw:湿法回转窑生产的硅酸盐水泥商品熟料强度。
Cp:采用干法回转窑生产的硅酸盐水泥商品熟料强度。
2、粉煤灰:(1)烧失量≤8%(2)含水量≤%
(3)SO3含量≤%(4)f-CaO≤%
3、硬石膏的进厂检验标准:水份:≤%SO3:≥%
4、石灰石:(1)CaCO3≥%(2)Al2O3≤%
(3)水份≤2%(4)粒度:满足生产要求
5、二水石膏:SO3≥35%水分≤%结晶水≥%
6、.火山岩:(1)烧失量≤8%(2)含水量≤%(3)f-CaO≤%
(4)粒度:满足生产要求
7、出磨普通、复合水泥细度≤%,合格率≥90%以上:.
8、±%,合格率85%以上。
(≤%;≤%),合格率100%。
≥380m2/kg,≥360m2/kg
三、水泥样品检测法
表格1
四、硅酸盐水泥品质(技术)指标
1、化学指标
氧化镁含量:在水泥熟料中,常含有少量与其他矿物结合的游离氧化镁,它是高
温时形成的方镁石,它水化为氢氧化镁的速度很慢,常在水泥硬化以后才开始水
化,在水化时产生体积膨胀,可导致水泥石结构产生裂缝甚至破坏,因此,它是
引起水泥安定性不良的原因之一。因此,国家标准(GB175-1999)规定,水泥
中氧化镁的含量不得超过5%。如果水泥经压蒸安定性试验合格,则水泥中氧化
镁的含量允许放宽到6%。
三氧化硫含量:水泥中的S03主要是在生产时为调节凝结时间加入石膏而带来
的,也可能是煅烧熟料时加入石膏矿化剂而带入熟料的。适量石膏虽能改善水泥
性能(如提高水泥强度、降低收缩性、改善抗冻耐蚀和抗渗性等),但石膏超过
一定含量后,水泥性能会变差,甚至引起硬化水泥石膨胀,导致结构破坏。因此
水泥中S03的含量必须加以限制。
现行国家标准规定,%。:.
烧失量:普通水泥、矿渣水泥中的烧失量,回转窑厂不得大于5%,立窑大不得
大于7%。
2、物理指标
标准规定,硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟,终凝时间不得迟于390分钟
();普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟,终凝时间不得迟于10
小时。
安定性:安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥体积安定性
不良的原因在于:水泥熟料中游离Cao、MgO含量过多或掺入的石膏含量过多。
熟料中的游离CaO、MgO经过高温煅烧后均呈“过烧”状态,水化十分缓慢。在水
泥已经硬化后才进行水化,体积膨胀,引起不均匀的体积变化,使水泥石开裂。
石膏含量过多时,在水泥硬化后,它还会与固体的水化铝酸钙反应,生成高硫型
水化硫铝酸钙,,引起水泥石开裂。
五、水泥生产中的质量控制及标准
水泥生产质量管理主要有二个方面:一方面是控制主机设备—窑、磨在指标控制
范围内的正常运转;另一方面是管理好各种库,原料、煤、生料、熟料、水泥各
库内物料的数量与质量,掌握进库与出库,保证生产的正常运转。确定质量控制
点和控制指标是一项非常重要的工作,一定要从本厂工艺流程和设备的具体情况
出发,制定合理的、可行的方案,才能更好地指导生产。五、化验结果误差范围
实验误差范围表表2
:.
***表3
水泥中各种混合材料含量测定含量测定结果的允许差表4
:.
离
子
测
定
结
果
的
允
许
误
差
:.
根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐水泥的强度等级划分为
,,,,,。表的规定。
注:R型为早强型,主要是3d强度较高。
水泥工艺基本流程
一、工艺流程图
:.
二、工艺流程
1、破碎及预均化
(1)破碎水泥生产过程中,大部分原料要进行破碎,如石灰石、黏土、铁矿石
及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料,开采后的粒度较大,硬度较高,因
此石灰石是生产水泥用量最大的原料,开采后的粒度较大,硬度较高,因此石灰
石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。:.
破碎过程要比粉磨过程经济而方便,合理选用破碎设备和和粉磨设备非常重要。
在物料进入粉磨设备之前,尽可能将大块物料破碎至细小、均匀的粒度,以减轻
粉磨设备的负荷,提高黂机的产量。物料破碎后,可减少在运输和贮存过程中不
同粒度物料的分离现象,有得于制得成分均匀的生料,提高配料的准确性。
(2)原料预均化预均化技术就是在原料的存、取过程中,运用科学的堆取料技
术,实现原料的初步均化,使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。
原料预均化的基本原理就是在物料堆放时,由堆料机把进来的原料连续地按一定
的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠和相同厚度的料层。取料时,在垂直
于料层的方向,尽可能同时切取所有料层,依次切取,直到取完,即“平铺直
取”。
意义:(1)均化原料成分,减少质量波动,以利于生产质量更高的熟料,并稳
定烧成系统的生产。(2)扩大矿山资源的利用,提高开采效率,最大限度扩大
矿山的覆盖物和夹层,在矿山开采的过程中不出
或少出废石。(3)可以放宽矿山开采的质量和控要求,降低矿山的开采成本。
(4)对黏湿物料适应性强。(5)为工厂提供长期稳定的原料,也可以在堆场内
对不同组分的原料进行配料,使其成为预配料堆场,为稳定生产和提高设备运转
率创造条件。(6)自动化程度高。
2、生料制备
水泥生产过程中,每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料(包括各种原料、
燃料、熟料、混合料、石膏),据统计,干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动
力约占全厂动力的60%以上,其中生料粉磨占30%以上,煤磨占约3%,水泥粉
磨约占40%。因此,合理选择粉磨设备和工艺流程,优化工艺参数,正确操作,
控制作业制度,对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。
工作原理:
电动机通过减速装置带动磨盘转动,物料通过锁风喂料装置经下料溜子落到磨盘
中央,在离心力的作用下被甩向磨盘边缘交受到磨辊的辗压粉磨,粉碎后的物料
从磨盘的边缘溢出,被来自喷嘴高速向上的热气流带起烘干,根据气流速度的不
同,部分物料被气流带到高效选粉机内,粗粉经分离后返回到磨盘上,重新粉
磨;细粉则随气流出磨,在系统收尘装置中收集下来,即为产品。没有被热气流
带起的粗颗粒物料,溢出磨盘后被外循环的斗式提升机喂入选粉机,粗颗粒落回
磨盘,再次挤压粉磨。
3、生料均化
新型干法水泥生产过程中,稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提,
生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。
均化原理::.
采用空气搅拌,重力作用,产生“漏斗效应”,使生料粉在向下卸落时,尽量切割
多层料面,充分混合。利用不同的流化空气,使库内平行料面发生大小不同的流
化膨胀作用,有的区域卸料,有的区域流化,从而使库内料面产生倾斜,进行径
向混合均化。
4、预热分解
把生料的预热和部分分解由预热器来完成,代替回转窑部分功能,达到缩短回窑
长度,同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程,移到预热器内在悬浮状态下进
行,使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合,增大了气料接触面积,传热速
度快,热交换效率高,达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。
工作原理:
预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料,使生料
预热及部分碳酸盐分解。为了最大限度提高气固间的换热效率,实现整个煅烧系
统的优质、高产、低消耗,必需具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三个功
能。
(1)物料分散
换热80%在入口管道内进行的。喂入预热器管道中的生料,在与高速上升气流的
冲击下,物料折转向上随气流运动,同时被分散。
(2)气固分离
当气流携带料粉进入旋风筒后,被迫在旋风筒筒体与内筒(排气管)之间的环状
空间内做旋转流动,并且一边旋转一边向下运动,由筒体到锥体,一直可以延伸
到锥体的端部,然后转而向上旋转上升,由排气管排出。
(3)预分解
预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。它是在预热器和回转窑之间
增设分解炉和利用窑尾上升烟道,设燃料喷入装置,使燃料燃烧的放热过程与生
料的碳酸盐分解的吸热过程,在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行,使入窑
生料的分解率提高到90%以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务,移到
分解炉内进行;燃料大部分从分解炉内加入,少部分由窑头加入,减轻了窑内煅
烧带的热负荷,延长了衬料寿命,有利于生产大型化;由于燃料与生料混合均
匀,燃料燃烧热及时传递给物料,使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。因
而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。
4、水泥熟料的烧成
生料在旋风预热器中完成预热和预分解后,下一道工序是进入回转窑中进行熟料
的烧成。
在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应,生成水泥熟料中
的等矿物。随着物料温度升高近时等矿物会变成液相,溶:.
解于液相中的和进行反应生成大量(熟料)。熟料烧成后,温度开始降低。最后
由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥磨所
能承受的温度,同时回收高温熟料的显热,提高系统的热效率和熟料质量。
5、水泥粉磨
水泥粉磨是水泥制造的最后工序,也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥
熟料(及胶凝剂、性能调节材料等)粉磨至适宜的粒度(以细度、比表面积等表
示),形成一定的颗粒级配,增大其水化面积,加速水化速度,满足水泥浆体凝
结、硬化要求。
6、水泥包装
水泥出厂有袋装和散装两种发运方式,船运或汽运。