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水泥路的成本大概多少钱一平方
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做一般水泥路面大概20公分厚,不用打路基,含排水沟系统和路面先期平整,路面约去土40公分厚,有懂行的专家帮忙算下一平方大概得多少钱
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虎叔你用哪种造价软件?
自己用Excel做,我们不需要用造价软件。&
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@秋老虎 虎叔你用哪种造价软件?
自己用Excel做,我们不需要用造价软件。
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楼主,你问晴天娃娃就知道,她是造价方面的专家。
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你直接去问搅拌站就好了 直接弄完 也不用自己去搅拌
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水泥~沙子~石头~人工~~自己算~~~
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还有就是你去问问水泥罐车那里一立方多少钱,再加点人工
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铺路修桥,要花大钱的!
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以商业混凝土来算,强度C30,大概一平方米80块左右,今年下半年贵了许多,上半年的话只需要70.
工钱一般的路面大概是九块钱左右一平方最低,若是要处理排水沟什么的另算。
建议买商业混凝土,质量比较有保障,给别人包工包料的强度未必能达标。
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楼上的专业
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听说水泥贵了,现在一吨多少钱?请提供一下。
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楼主,我帮帮你了。c30商品混凝土大概一立方340元,折每平方68元,人工在15到18元,回填土方每立方大概25元,是虚方,压实系数1.2~1.4。其实严格来说,路面混凝土是不准掺粉煤灰的,商品混凝土会掺百分之二十左右粉煤灰。掺粉煤灰会影响抗折强度,楼房则是准许的,楼房的混凝土是承受抗压强度,路面主要是抗折,要求不同的。我说的是大概价格,实际价格要结合你的工程量。
是要修楼房间的通路,大概10米宽,两边 .一边长约50米一边长约60米,你这么算还不包括排水系统吧,&
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楼主,我帮帮你了。c30商品混凝土大概一立方340元,折每平方68元,人工在15到18元,回填土方每立方大概25元 ...
是要修楼房间的通路,大概10米宽,两边 .一边长约50米一边长约60米,你这么算还不包括排水系统吧,
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那就没问题,用商品混凝土就好了。用商品混凝土人工会省些,大概10元左右吧。排水系统用直径300毫米的水泥管就好了,每米价格30元左右,安装费大概每米20元,还要做沉沙井,每个包人工大概200元。数量看你现场实际情况确定。建议你填土后要用压路机压实,其实道路施工基层很重要。或者填30公分土后垫10公分石屑。
以上价格是我们分包给施工队的价格,仅供参考,我并不十分了解普宁的价格。
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1.生产水泥的原料和预均化
我们就从什么叫水泥这个概念讲起,水泥是一种水硬性胶凝材料,即既能够在空气中硬化又能够在水中硬化的胶凝材料,称之为水泥。
那么何为胶凝材料呢?胶凝材料这种物质和水调和成浆状体的时候,它具有可塑性和粘结性,并可以和其他材料粘结在一起,或者是制成人工材料,硬化后具有一定的机械强度,如水泥、石膏、石灰、粘土等。
什么叫气硬性物质? 硬性物质是指只能够在空气中硬化,并保持一定的强度的胶凝材料,如石灰、粘土等。什么叫水硬性物质?
水硬性物质是指不但能够在空气中硬化,而且还可以在水中硬化,并保持一定的强度的物种,如水泥等。
水泥种类按化学组成区分,从大类上可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的差别在于煅烧的熟料和生料配料有所不同,它们是由不同的原料组成的生料煅烧出来的不同的熟料矿物为水泥的主要原料所生产出来的不同品质和用途的水泥,即它们的差别在于熟料矿物组成的不同。但产量最大、应用最广泛的品种是硅酸盐水泥,就是我们通常所称的水泥。凡是以适当成分配制的生料,经过高温煅烧至部分熔融后得到的以硅酸钙(C
S为68—75%)为主要成分的熟料,再加入适量的石膏并磨制成细粉所制成的水泥,称之为硅酸盐水泥(也称波特兰水泥),这种水泥的特点是:比普通水泥的早期强度高,硬化快、抗冻、耐磨、抗渗性好。硅酸盐水泥又是一系列水泥的总称,除了不加任何混合材料的硅酸盐纯熟料水泥称之为硅酸盐水泥之外,还有各种掺加一定混合材料的普通硅酸盐水泥系列。硅酸盐水泥配料是硅酸盐熟料+石膏,而普通硅酸盐水泥配料是硅酸盐熟料+石膏+混合材料,普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的差别就在于配料除了硅酸盐熟料+石膏外是否加入混合材料。在硅酸盐水泥系列中,又由于所加入的混合材料的不同,又分为普通硅酸盐水泥,也称普通水泥。以及矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、特别用途的快硬硅酸盐水泥,无熟料水泥等,我们所生产的水泥品种就属于普通硅酸盐水泥。
另外水泥按用途区分,则总类繁多,有快硬硫铝酸盐水泥,耐火水泥(也称铝矾土水泥、高铝水泥);用于铸造行业的型砂水泥;用于地下、潮湿环境和水中的石膏矿渣水泥(又称矿渣硫酸盐水泥),赤泥硫酸盐水泥,石灰火山灰质水泥、粉煤灰硅酸盐水泥;用于水电站大坝建设工程的低热硅酸盐大坝水泥;用于海港工程、水利工程及地下建筑的抗硫酸盐硅酸盐水泥;用于油田油井的各种油井水泥,如普通油井水泥、特种油井水泥、低比重油井水泥、高比重油井水泥等;用于加固结构、浇注机器底座地脚螺栓、修补漏水裂缝空洞、管道接头等的各种膨胀水泥,如膨胀水泥、矿渣膨胀水泥、硫铝酸盐膨胀水泥、硅酸盐膨胀水泥、明矾石膨胀水泥、石膏矾土膨胀水泥;用于自应力钢筋混凝土的各种自应力水泥、如硅酸盐自应力水泥、铝酸盐自应力水泥;用于建筑物表面粉刷装饰的白水泥、彩色水泥;用于核工程的钡水泥、硼水泥、锶水泥;以及其他用途的水泥,如防潮水泥、塑化水泥等。这些水泥除硅酸盐水泥之外,大多都属于特种水泥。
上述分类也体现了水泥命名的方式方法。水泥命名的一般方法有:1、按水泥中所含主要水硬性矿物的名称命名,如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥;2、按水泥中所含主要水硬性矿物名称加混合材料名称命名,如普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥;以水泥的专门用途命名,如低比重油井水泥、砌筑水泥、型砂水泥;4、以水泥中所含主要水硬性矿物的名称加主要特性命名,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;5、以水泥主要组分的名称加活性材料的名称命名,如石膏矿渣水泥、石灰火山灰水泥。
以上是我们对水泥的品种,进行了一些简单的常识性了解。下面我们就开始进入讲解硅酸盐水泥,我们按照生产硅酸盐水泥流程次序进行讲解。首先我们从生产硅酸盐水泥所需要的原、燃材料讲起。
生产硅酸盐水泥所用的主要原料有石灰质和粘土质,以及通常还需要掺加少量的硅质、铝质或铁质校正原料。水泥原料的化学成分和工艺特性直接影响着水泥生产的各个方面,采用不适宜的原料将会导致生产条件的恶化,并影响到最终产品水泥的性能,因此选择好生产水泥所用的原料是首要的也是至关重要的。
由于自然界中的石灰质原料和粘土质原料矿床通常都是不均质的,其质量是波动的,甚至波动很大。因此需要对开采后进入使用的原料,在没有配制生料之前就应该进行一定的均化措施,这就是所谓原料预均化,这是人工进行质量控制的至关重要的第一步骤,在实际生产过程中,重视这一步骤和管理好这一步骤,也是把握好质量管理的第一关口。为控制准确的生料配比、稳定熟料煅烧以及保证熟料质量创造条件,是水泥生产过程中的重要环节。正是贯彻水泥生产过程的普遍要求,稳、准、精原则的具体体现。
1.2 水泥生产的原料
生产水泥的天然原料,按照主要成分分为石灰质原料有:石灰岩、泥灰岩、大理岩、白垩、海生贝壳类等;粘土质原料有:粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河泥等;硅质校正原料有:砂岩、河沙等;铁质校正原料有:铁矿石、硫铁渣等;铝质校正原料有:铝矾土、煤矸石等。
表1—1生产硅酸盐水泥熟料所用的天然原料
1.2.1 石灰石质原料
天然石灰石质原料以石灰岩为主,其次为泥灰岩、大理岩,另外还有少量的白垩、贝壳、珊瑚等。
1.2.1.1 石灰岩
石灰岩主要系由碳酸钙所组成的沉积岩,主要矿物是方解石,并常常含有白云石、菱镁矿、石英、燧石、蛋白石、含铁矿物和粘土矿物等,通常石灰岩除了含有绝大部分的主要矿物碳酸钙之外,还常常含有一定杂质,氧化镁、氧化硅、氧化铝、氧化铁等。是一种具有微晶或隐晶结构的致密岩石。纯的方解石含有56%的氧化钙和44%的二氧化碳,为纯白色或透明状态。在自然界中因所含杂质不同,而呈灰色、淡黄色、红褐色或灰黑色等。天然石灰岩的密度一般为2.6—2.8g/cm
,它随石灰岩的孔隙率、杂质含量及结构构造不同而有所差异。湿度一般为1.0%,而表层水分差异很大,与石灰石的粒度状态、孔隙率和气候有关。石灰石的物理属性:性脆,普氏硬度8—10,耐压强度随结构和孔隙率而异,差异很大,在30—170MPa之间,一般为80—140MPa;松散系数一般为1.5—1.6.
石灰石的成因类型分海相沉积矿床、陆相沉积矿床、重结晶作用形成的矿床和岩浆以及热液生成的碳酸钙岩盐矿床。海相沉积石灰岩矿床又分为:有机沉积、化学沉积、生物化学沉积、碎屑沉积沉积矿床。其特点是矿体呈层状、似层状或大透镜状。除碎屑沉积外,矿石成分一般比较均匀,质量好,矿层厚度、长度和规模都比较大,是最有工业价值的矿体。
陆相沉积石灰岩又分为陆相化学沉积石灰岩矿床及石灰华矿床、陆相机械沉积石灰岩矿床。陆相化学沉积石灰岩矿床及石灰华矿床,矿石成分均匀,质量较好,矿体常呈透镜体状,规模一般不大。陆相机械沉积石灰岩矿床,常零星分布于河床和冰川发育地区,矿床规模小,矿石质量差。
重结晶作用形成的石灰岩矿床,其特点是矿石结晶较粗,常含有各种原生结构的残留结构,密度较大,硬度较高,化学成分比较稳定,氧化钙含量一般在52%以上,氧化镁含量较低,矿体形态复杂,有层状、似层状、透镜状和巢状(或称菠萝体)。这些矿体的形成大多与区域变质作用有关。
岩浆和热液生成的碳酸盐矿床又分为碱性岩浆分异作用生成的石灰岩矿床及热液生成的方解石矿脉。其工业价值一般不大。
中国石灰岩矿床以海相沉积类型为主,资源较为丰富,在每个地质时代都有沉积,各个地质构造发展阶段都有分布。但质量较好,规模较大的石灰岩矿床往往赋存于一定层位中,如东北、华北地区中奥陶纪石灰岩是极其重要的层位,中南、华东、西南地区泥盆纪等石灰岩,华东、西北及长江中下游的奥陶纪石灰岩均为水泥原料的重要层位。
1.2.1.2其他石灰质原料
1.2.1.2.1泥灰岩
泥灰岩是一种介于碳酸钙和粘土岩之间的过渡类型岩石。泥灰岩中的方解石含量为50—75%,粘土矿物含量为25—50%。当粘土矿物含量少于25%时,称为泥灰岩或泥质石灰岩。泥灰岩常呈微粒结构或泥状结构,矿物颗粒粒径一般小于0.01mm。这种样式常产于石灰岩和粘土岩的过渡地带,夹于薄石灰岩或粘土岩之中,呈透镜状或薄层状产出。
泥灰岩矿床按成因可分为海相沉积矿床和陆相沉积矿床两类。陆相沉积岩矿床以湖泊沉积岩矿床为主。某些泥灰岩的化学成分本身就基本符合水泥生料的要求,不需与其他娱乐配合,即可烧制水泥熟料,这种泥灰岩称“天然水泥石”。目前使用泥灰岩时多与优质石灰石搭配配制水泥生料。
泥灰岩的物理性质与石灰岩相似,硬度低于石灰岩、粘土物质含量越高,硬度越低;其颜色取决于粘土物质含量和成分,在黄色到灰黑色之间变化。
泥灰岩在我国主要分布于中寒武纪和奥陶纪马家沟组中,南方主要产于下石炭纪和中、下三叠纪。部分泥灰岩矿床矿石化学成分如下:
河南洛阳铁门,中寒武纪,氧化钙:43.36%;氧化镁:1.46%;氧化硅:11.90%;氧化铝:4.69%;氧化铁:1.71%;烧失量:35.61%。
辽宁锦西富儿沟,下、中奥陶纪,氧化钙:45.46%;氧化镁:2.20%;氧化硅:10.01%;氧化铝:2.81%;氧化铁:1.51%;烧失量:37.10%。
广度英德龙头山,下石炭纪,氧化钙:42.40%;氧化镁:1.12%;氧化硅:14.00%;氧化铝:5.29%;氧化铁:1.57%;烧失量:34.56%。
安徽巢县龟山,下三叠纪,氧化钙:37—41%;氧化镁:1.30—2.00%;氧化硅:14—21%;氧化铝:5.30—7.00%;氧化铁:2.4—2.70%;烧失量:31—34%。
1.2.1.2.2大理石、白垩、贝壳、珊瑚类
大理岩的物理化学性质与石灰石相近。在一般情况下,比重略高于石灰石,抗压强度低于石灰石。
白垩是一种海相生物化学沉积岩。常见为黄白色及乳白色,经风化及含有不同杂质而呈浅黄色和浅褐色等。一般为隐晶结构,质软,易开采和粉磨。
贝壳、珊瑚等主要分布在沿海地区。其成分为生物碳酸钙,含杂质很少。但采掘贝壳和蛎壳时往往夹有大量的泥岩和细沙等,需经冲洗后才能利用。
大理石、白垩、贝壳、蛎壳及钙质珊瑚石等,所含氧化钙在45—55%之间,大理石和珊瑚大多在50%以上,有的甚至高达55%;白垩、贝壳、蛎壳在50%以下。
1.2.2 粘土质原料
我国水泥生产采用的天然硅铝质原料以粘土居多,其次为页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。
1.2.2.1粘土(黄土)
水泥生产采用的粘土是由小于0.01mm粒级的粘土矿物组成的土状沉积物,根据其矿物成分不同,常见的有高岭土粘土、蒙脱石粘土、水云母粘土等。黄土是专指第四纪陆相粘土粉砂沉积物,多为灰黄色,呈疏松或半固结状态。
粘土又分为华北、西北地区的红土,东北地区的黑土与棕壤,南方地区的红壤与黄壤。红土中粘土矿物主要为伊利石和高岭土,还有长石、石英、方解石、白云母等矿物。红土中氧化硅含量较低,硅率约为1.4—2.6,氧化铝与氧化铁含量较高,铝率为2—5。黑土与棕壤的粘土矿物主要是水云母与蒙脱石,还有细分散的石英以及长石、方解石、云母等矿物,其氧化硅含量较高,硅率约为2.7—3.1,铝率为2.6—2.9。红壤与黄壤中粘土矿物主要是高岭土,其次是伊利石、叙永石、三水铝矿等,还有石英、长石、赤铁矿等矿物,其氧化硅含量较高,硅率约为2.5—3.3,铝率约为2—3。
黄土主要分布在华北与西北地区。黄土中的粘土矿物以伊利石为主,还有蒙脱石以及石英、长石、方解石、石膏等矿物,黄土化学成分以氧化硅、氧化铝为主,硅率在3.5—4.0之间,铝率在2.3—2.8之间。黄土中含有细粒等状的碳酸钙,一般氧化钙含量达5—10%。
中国境内部分厂矿粘土或黄土化学成分表
化学成分(%)
黄河中下游
1.2.2.2页岩
薄片状层解理的粘土岩称为页岩。页岩分拨较广,分泥质页岩、砂质页岩和粉砂页岩。主要矿物组成为石英、长石、云母、方解石和其他粘土质成分,一般比粘土硬。
部分厂矿的页岩、泥岩、砂质页岩、粉砂岩的化学组成表
化学成分(%)
1.2.2.3河泥、湖泥、江砂
1.2.3 校正原料
当石灰质原料和粘土质原料配合仍不能满足水泥生料化学成分要求的时候,就必须根据所缺少的组分,掺加相应的校正原料。校正原料分为硅质校正原料和铝、铁质校正原料。
1.2.3.1硅质校正原料
当氧化硅含量不足的时候,须掺加硅质校正原料。常用的有砂岩、河沙、粉砂岩等。砂岩中的矿物主要是石英,其次是长石,其胶结物质主要有粘土质、石灰质、硅质、铁质等。一般要求硅质校正原料的氧化硅含量为70—90%。大于90%时,由于石英含量过高,难于粉磨、煅烧,很少采用。河沙的石英结晶完整粗大,不宜采用。风化砂岩或粉砂岩,其氧化硅含量不太低,且易于粉磨,对煅烧影响较小。
一些硅质校正原料的化学成分表
化学成分(%)
1.2.3.2铁质、铝质校正原料
若氧化铝含量较低可以掺加铝矾土、煤矸石等;若氧化铁含量较低,可分别掺加低品位铁矿石、尾矿以及含铁工业废渣等。
一些铁质、铝质校正原料的化学成分表
化学成分(%)
1.2.4 水泥孰料的化学组成和原料的工业要求
1.2.4.1水泥孰料的化学组成
在硅酸盐水泥生产中,一般用率值或矿物组成来控制熟料的化学成分。常用的率值有:石灰饱和系数(KH)、硅酸率(SM或n)和铝氧率(IM或p)。
石灰饱和系数是熟料中 和 实际化合的数量与理论上全部形成硅酸三钙(C S)所需 数量的比值。可按下式计算:
KH值在0.8—0.95范围内,一般硅酸盐水泥熟料的铝氧率基本在0.84—0.94之间。KH值越大。硅酸三钙含量越大,水泥具有快硬高强的特性;煅烧不充分时,熟料中将含有较多的游离石灰,影响熟料的安定性。KH值过低时,熟料中硅酸二钙含量增多,早期强度低,强度发展缓慢。
硅酸率是熟料中 与 和 的比值,可计算如下:
硅酸率SM值反映熟料中硅酸盐矿物(C S+ C S)与熔剂矿物(C A+C
AF)的相对含量在1.5—3.5范围内,一般硅酸盐水泥熟料的铝氧率基本在1.8—2.8之间。SM值过大时,煅烧时液相量较少,熟料较难烧成。SM值过小时,熔剂矿物含量过多,窑内易结圈,结大块及结蛋。率值、矿物组成和化学成分,是此消彼长的,它们都会在一定总和基础上成相对的量。
铝氧率IM是熟料中 和 的比值,可计算如下;
IM值反映熟料中铝酸三钙(C A)和铁铝酸四钙C
AF的相对含量在0.64—3.0范围内,一般硅酸盐水泥熟料的铝氧率基本在0.9—1.1.8之间。IM值过大时,C
A含量高,液相粘度大,不利于游离石灰的吸收,还有引起水泥急凝的可能,但烧成范围较宽,有利于操作。IM值过小时,铁铝酸四钙C
AF的含量较高,液相粘度小,虽然有利于扩散,但烧结范围窄,操作困难,波动较大。
而在实际生产过程中,情况是比较复杂的。熟料中存在没有被完全吸收的游离石灰石是经常的事情。而生料中的氧化硅也有结晶完整颗粒粗大的情况,在熟料煅烧的过程中,没有参加反应,此氧化硅称为游离氧化硅。以及燃煤的氧化硫也要参与反应形成硫酸钙等情况。
因此实际率值应该是:
而铝和铁的状态,一般都比较容易参加反应。(技术贵于精细,科学贵在实事求是)。
硅酸盐水泥数量率值与矿物组成表
0.84—0.92
0.82—0.89
建议目标值
0.87—0.92
2.08——2.16
0.88±0.05
1.2.4.2关于这几个率值的由来及公式的推导
首先我们要知道一些与水泥相关的元素及其原子量和与水泥相关的化合物或矿物及其分子量。
1.2.4.2.1与水泥相关化学基础知识:
元素&&&&&&&&&&&
钙Ca&&&&&&&&&&
硅Si&&&&&&&&&&
铝Al&&&&&&&&&&
铁Fe&&&&&&&&&&
镁Mg&&&&&&&&&
氧O&&&&&&&&&&
氢H&&&&&&&&&&
碳C&&&&&&&&&&
钠Na&&&&&&&&&
钾K&&&&&&&&&&
氟F&&&&&&&&&&
磷P&&&&&&&&&&
硫S&&&&&&&&&&
氯Cl&&&&&&&&&
钛Ti&&&&&&&&&
锰Mn&&&&&&&&
钡Ba&&&&&&&&
1.2.4.2.1与水泥相关的化合物或矿物及其分子量:
化合物&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&172.18
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&84.33
(高岭石)&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&260.00
&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&228.33
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&
1.2.4.2.3率值推导:
主要是饱和比KH的推导, =
首先来看公式中的第一项 是水泥熟料、生料或原料中全部氧化钙的百分含量。
第二项1.65
,这一项计算的是熟料中的氧化铝含量所对应的氧化铝与氧化钙反应生成的铝酸三钙和铁铝酸四钙所消耗的氧化钙的百分比数量。
有3 / =3*56.08/101.96=1.65
即是1.65 这项的由来。
而第三项0.35
,这项计算的是熟料、生料或原料中的氧化铁含量所对应的氧化铁与氧化钙反应生成的铁铝酸四钙所消耗的氧化钙的百分比数量。
但我们需要将其进行变换:
即将4 + + = ,变换成:
其中的 已经包含于第二项当中,并且这样也才能使得第二项完全。这样我们才能够通过
来计算氧化铁所对应消耗的氧化钙的百分含量。
我们再由 + =
来计算 / =56.08/159.6=0.35
这就是0.35 的由来。
同理,这项计算的是熟料、生料或原料中的三氧化硫含量所对应的三氧化硫与氧化钙反应生成的硫酸钙所消耗的氧化钙的百分比数量。
由 / =56.08/80.07=0.7
这就是0.7 的由来。
至于 = 和 = ,就很好理解了,它们也就是人为设定的一些氧化物在熟料、生料或原料中百分含量的比值。
= ,其中的f- 和f- ,也都是百分含量。
经过这样的推导,将是有助于我们的理解、记忆和使用的。同时我们也更清楚的知道了饱和比究竟意味着什么。加深对“石灰饱和系数是熟料中
和 实际化合的数量与理论上全部形成硅酸三钙(C S)所需 数量的比值。”的理解。也就是说饱和比公式中的分子项是“熟料中 和
实际化合(形成硅酸盐所对应消耗)的(氧化钙)数量”(其实分子项是,氧化钙必须首先与氧化铁和氧化铝反应,然后剩余的氧化钙,理论饱和比中的这个分子项当中,实际还包含着很难被完全吸收干净的游离氧化钙),
饱和比公式中的分母项是“理论上全部形成硅酸三钙(C S)所需
数量”(理论上全部的氧化硅与剩余氧化钙反应全部都形成硅酸三钙所需要的氧化钙含量),前者与后者的比值,就是饱和比。
比如某熟料的实际硅酸盐矿物组成是:C S占50%;C S占25%。
50%的C S所含的 和 分别是:
的含量=0.5* / = 05*3*56.08/228.33=36.84;
的含量=0.5* / =50*60.08/228.33=13.16。
25%的C S所含的 和 分别是:
的含量=25* / = 25*2*56.08/172.25=16.28;
的含量=25* / =25*60.08/172.25=8.72。
那么形成硅酸盐的 和 的总量分别是:53.12+21.88=75。
然后我们再用21.88%的 ,来计算假设它全部形成C S所需的 。即,
由 / =3*56.08/60.08=2.8,
得 =2.8 =2.8*21.88=61.264
即饱和比KH=53.12/61.264=0.867。
其中体现的是,熟料矿物组成是有形成的先后次序的,先形成的矿物,只要能够持续稳定地从熟料煅烧到冷却后还能够被保留下来的矿物,就首先占有氧化钙,然后随着煅烧温度的升高,逐步形成更高温度下的矿物,温度越高,就意味着形成的时间越晚,酸性氧化物与氧化钙结合的选择性余地就越差,基本就是剩下多少,就将就着享用多少。如果只够生成硅酸二钙的氧化钙,那么就没有生成硅酸三钙的份儿了。如果硅酸二钙再次吸收游离氧化钙,把硅酸二钙的总量都用完了,也还不能够把剩余的氧化钙吸收完全,那么理论上游离氧化钙是必然要有的了,这就是熟料饱和比超过1的情况。熟料矿物形成的先后次序是:首先形成铁铝酸钙和铝酸钙,然后再形成硅酸二钙,最后才是硅酸二钙再次吸收游离氧化钙形成硅酸三钙的过程。这其实挺象找对象一样,越是往后拖延,要找的人的可选范围就越窄了,最后实在没有合适的对象了,就成了光棍儿,这就是有力氧化钙。
而最后硅酸二钙再次吸收游离氧化钙形成硅酸三钙的这一过程,在熟料生产过程中,并不是一个可以轻而易举就能够彻底完成的事情。它要受到热工过程的温度和时间所制约,它还要受制于物料化学反应过程与窑内物料实际位置对应关系的制约,窑速的快慢以及要内物料向前涌动的实际状态等等所制约。我可以用一个体育运动的比赛项目来形容,就是用枪打飞碟这个比赛项目。飞碟在空中滑过的全程路线上,只有那么一小段,才是你瞄准开枪射击它的最佳时段,错过去了你没打着,你就失败了。而回转窑的窑头是死的,由窑头到火焰起点之间的距离也就0到2、3米左右,这段也基本上是死的。然而事实上的烧成带的起点,却是一直都在变动的过程当中,这就是回转窑操作的难点也是操作要点的核心秘密,可别小看了这个过程,这可是一项系统工程,需要具体理论和丰富经验的支持,不是那个人想当然就能够做到的,更别说做好了。
矿物的结构,一般还称之为相,硅酸盐一般比较确定,随着温度的不同有相变,如硅酸二钙,就有α、β、γ,其实它们是硅酸二钙在不同温度下的不同结构状态,与化合物的同分异构体一样。硅酸三钙也有相变,后面讲熟料冷却的时候,还要详细地讲到。而对于铝酸盐和铁铝酸盐,则就是比较复杂的了。对于铝酸盐而言,有铝酸一钙、二钙、七铝酸十二钙等等,对于铁酸盐和铁铝酸盐而言,其实它们是一些铁相固溶体而已,成分更是不确定,铁铝酸四钙其实是一系列的铁相固溶体代表而已,其实这个具体的矿物很少,或者根本就没有此矿物。
其实在饱和比计算方式中,还隐含了一些事实。硅酸三钙是从硅酸二钙形成后的基础上,由硅酸二钙再次吸收游离氧化钙形成的。而铝酸盐、铁酸盐和铁铝酸盐,则在低温下在固相状态下就很容易形成,因此它们都首先被氧化钙所饱和,也就是氧化钙得首先与这些氧化物反应完后,剩余的氧化钙最终才与硅酸二钙反应形成硅酸三钙。也就是说对于窑的煅烧过程而言,只要烧成温度超过;(这一般是很容易达到的),对于形成硅酸二钙是不成问题的。只是要想在较低温度下,形成硅酸盐过程还需要借助溶媒矿物即铝酸盐、铁酸盐和铁铝酸盐形成的液相当中来进行这样的前提条件,而这样的条件也是很容易形成的,因为它们在固态下要比形成硅酸二钙的温度要低的情况下,就可以很容易的形成,只不过是还需要有一定的液相和液相粘度的条件而已,这就要求有一个适当的和适宜该窑型的配料方案而已。所以熟料煅烧得好坏,关键就看硅酸三钙形成得如何,它与熟料中剩余的游离氧化钙的多少是同样的道理,只不过是它们成反比而已。
其次隐含着的是另一个事实,则是在上述基础上,要是生产单纯的硅酸盐熟料,如果不借助溶媒矿物进行煅烧的话,其煅烧温度会大大地提高,甚至很少有耐火材料能够承受如此的高温,而难以实现正常的工业化生产。同时生产单纯的硅酸盐熟料,5在原料来源方面也很成问题,而恰恰是我们实际上更容易也成本更低的可以找到配制含有溶媒矿物的原料,除0非有特殊要求如需要生产极高标号的水泥,才去烧制单纯的硅酸盐熟料。
1.2.4.3水泥原料的工业要求
1.2.4.3.1石灰质原料的一般要求
石灰质原料是熟料中氧化钙的主要来源,是生产水泥的主要原料。一般约占生料总量的80%左右。每生产1t水泥熟料,大约需要石灰质原料1.3—1.5t。石灰质原料越纯净,氧化钙焊料越高,相对用来就越少。如果原料中含杂质较多,不仅用量相对增多么,而且会影响到水泥的质量及其正常生产。所以,对其质量应有严格要求。我国现行《水泥原料矿床地质勘探规范》中规定,石灰质原料
≥48%。 <48%的石灰质原料可与 >48%的原料搭配使用,搭配后的 含量要求不低于48%。一般质量要求如下表:
石灰质原料质量的一般要求表
矿石类型及品级
石英或燧石(%)
应该指出,石灰质原料质量问题是要严格控制有害杂质的含量,如果
含量虽低于48%,而其他成分为粘土时,并不太影响配料,可按泥灰岩指标要求,对市场不会有妨碍。
1.2.4.3.2 粘土质原料的一般要求
粘土质原料是熟料中二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁的主要来源,也是生产水泥的主要原料(经过煅烧的物料)之一。其用量仅次于石灰质原料,一般每生产1t水泥熟料,大约需用粘土质原料0.3—0.4t。对粘土质原料的质量要求,主要注意其硅酸率和铝氧率,即二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁的含量及其比例。其次是氧化镁、碱金属氧化物及硫化物等有害杂质也应适当限制。其具体要求如下表
粘土质原料质量的一般要求表
硅酸率(n)
铝氧率(p)
二级品一般需要搭配使用,当硅酸率低于2.0—2.7时,需搭配硅酸率高的粘土或硅质校正原料使用;当硅酸率为3.5—4.0时,需要掺加硅酸率低的粘土或铁质或铝质校正原料。一般情况下,
含量在56—64, 含量在12—18%范围内比较合适,如果 或
含量偏高或偏低,就可能需要掺加校正原料,才能够满足熟料的化学成分需要。而粘土的塑性指数问题,只与立窑和立波尔窑有关,其要求塑性指数大于12。
1.2.4.3.3 校正原料质量的一般要求
常用的校正原料主要有硅质原料、铁质原料和铝质原料三种。它们主要用于补充配料中 、 、
含量的不足,对于校正原料总的质量要求,一般应该作为某种成分的校正原料,该成分含量一定要较高,含有杂质相对较少,各校正原料的具体质量要求如下:
校正原料质量的一般要求表
抗压强度(Pa)
常用的较好的硅质校正原料有硅藻土、粉砂岩和含 较高的粘土等。
常用的铁质校正原料主要有炼铁厂的粉末状尾矿、铁粉、硫酸矿渣、铜矿渣、铅矿渣、铁矿粉等含 较高的含铁原料。
常用的铝质校正原料主要有铝土矿、铝土页岩、含 较高的煤矸石以及炉渣等。
由于我们所配制的生料是一个由多种原材料组合而成的整体,而且各种原材料又是由
生料的配合比例会随着所用的各种原材料
1.2.4.4 原料的工艺性能
原料的工艺特性对水泥生产也有重要影响,这些工艺特性列于下表:
原料的物性检验工艺性试验项目表
检测方法(仪器)或标准
堆积法或排出法
筛析法、沉降法、衍射仪等
DT-07(08)-82
JC/T455-92
JC/T455-92
料球粒度分布
JC/T455-92
JC/T455-92
JC/T455-92
高温爆炸率
JC/T455-92
冲击破损率
JC/T455-92
对于硬性原料,如石灰石、石膏、煤、煤矸石、铁矿石,砂岩、页岩等,需要作的物性检验有:水分、比重、粒度、休止角、容重、抗压强度、粒径分布、易磨性。
对于软质原料,如粘土、铁粉等,对于生料,需要作的物性检验有:水分、比重、粒度、休止角、容重、粒径分布、易烧性、易磨性。
对于生料粉,需要作的物性检验有:水分、比重、细度、休止角、容重、粒径分布、易烧性、易磨性。
水泥原料的易磨性和水泥生料的易烧性直接关系到粉磨和煅烧工艺,因此新建水泥厂以及原料有一定调整或生料率值改变的时候,应该进行此两项试验。
顺便讲一下,什么叫工艺,按照我个人的理解,工艺就是生产产品的过程(或流程)与方式、方法。
1.2.4.4.1 原料的易磨性试验
按照GB9964-88《水泥原料易磨性试验方法》进行。该方法的原理是,物料经φ305
305mm的球磨机,按闭路粉磨原理研磨至循环负荷达到平衡状态为止。以磨机每转生产的成品量计算粉磨功指数,用以表示物料粉磨的难以程度,即每转的成品量G(g/r)越高,粉磨功指数W
(kWh/t)越小,表示其易磨性越好;反之则易磨性差。
具体方法是,取代表性试样约10kg用颚式破碎机全部破碎到3.15mm以下,在105℃下烘干,缩分出约500g,用筛分法求试样的粒度分布曲线,以确定其80μm以下的百分含量及入磨物料80%通过的粒径。将配置好的试样在松散状态下取700ml,称重后置于φ305
305mm球磨机中。第一次试验时,磨机转速取100—300转,视物料的易磨性而定,软质易磨者取低值,反之取高值。待磨机转完预定转数后,将磨内物料全部卸出,用80μm筛过筛,筛上量倒回磨机,筛下量为成品不再回磨,而以相等量的新鲜试样代替置于磨内,保持总量不变。按第一次试验求得的磨机每转成品量(G值)以及要求达到平衡时(循环负荷250%)所需的成品量,计算出第二次试验时磨机转数,继续进行试验,重复上述步骤,直到平衡状态(即每次试验的G值很接近)。以最后2—3次试验的G值求算平均值,代入下式求得粉磨功指数:
式中W ——粉磨功指数,kWh/t;
P——试验用成品筛的筛孔尺寸,80μm;
G——试验磨机每转产生的成品量,g/r;
&P ——成品80%通过的筛孔尺寸,μm;
&F ——入磨试验80%通过的筛孔尺寸,μm。
以上这是比较精确的经验公式,我们也可以通过这种同样的思路或概念,定性地理解它。即我们用: W =
(kWh/t),及粉磨功指数=粉磨功/粉磨到一定可比细度的成品量。前提是在一定的统一可比细度的情况下,粉磨1吨成品,所需要的粉磨功。粉磨1吨成品所需要的粉磨功越大,表示其易磨性越差,反之其易磨性越好。也就是粉磨功W
指数大表示易磨性差,粉磨功指数越小,易磨性越好。
1.2.4.4.1 生料的易烧性试验
按照GB9965-88《水泥生料易烧性试验方法》进行。该方法的原理是,按一定的煅烧制度对生料试验进行煅烧后,测定其f-CaO含量,并以该f-CaO含量的多少表示该生料煅烧的难易程度。f-CaO含量越低,表示其易烧性越好;反之则易烧性差。
具体方法是,取代表性试样100g,加入20ml蒸馏水,拌合均匀,每次取湿生料3.6±0.1g,置于试样成型模内,手工捶制成φ13
13mm的小样。将试体在105—110℃的干燥箱内烘60min以上,然后放入950℃恒温的高温炉内预烧30min,再将试体分别置于;、;、;的高温炉内煅烧30min后,将试样在温室中自然冷却。把煅烧后的试体磨细,测定其f-CaO含量。每一种生料要以6个小试体为一组进行上述烘干、预烧和煅烧。将6个试体全部磨细混匀,测定其f-CaO含量,并以此表示该生料在各种煅烧温度下的易烧性。
关于水泥生料的易烧性,一般用这样的函数关系来表达:f-CaO含量=F(T,t)。这是一个二元变量函数,一般确定温度T,然后在一定游离氧化钙含量的可比情况下,将生料煅烧到含一定游离氧化钙的情况下,来考量用了多少的煅烧时间t。温度越低或时间越短,表示易烧性越好,反之则易烧性越差。同时它还可以用于考量一条窑的生产能力,也就是说当一条窑在正常煅烧的情况下,我们假定其生产出来的熟料所含的游离氧化钙f-CaO含量为1.5%,当下料量增加到一定程度的时候,游离氧化钙再也不能够低于1.5%的时候,我们就可以确定这条窑的最大生产能力了。
1.3 原料预均化
1.3.1 原料预均化的作用及原理
①可以充分利用成分不均和低品位原料,扩大原料利用范围;
②进行原料预混合、搭配和均化,是质量控制的一个很关键的步骤,是后来质量控制的前提。
③有利于稳定配料,获得成分稳定均匀的生料,有利于质量控制,以保证稳定的煅烧过程,获得更好的熟料质量和窑的长期稳定运转。
稳定对于一个复杂系统的控制,是至关重要的。对于一个受多种因素作用的复杂系统,我们需要能够稳定一个因素,就争取稳定一个因素,然后才能够更有效的进行人工调控。这样可以使得质量控制和人工调控具有更高的可靠性和确定性,也使得质量控制处于人工可控范围之内,使得质量控制更加有效。
我用我自己拟定的公式,来说明这个问题:Z=F(X,Y…,t)。这是一个多变量即多因素函数。我们知道在处理这样函数的时候,人们总是力求把更多的因素先假定确定下来,然后单独地讨论其中某一个因素,这就是高等数学中所采用的偏微分的处理方式。这种方式恰恰我们可以用来处理一个由复杂因素构成的复杂关系、复杂系统和复杂过程,因此我们需要更多的稳定因素,我们才能够更好地把握和调控一个复杂的系统、关系与过,水泥厂的配料过程和窑的煅烧过程,就是这样典型的复杂关系、复杂系统和复杂过程。
预均化的原理:由加权平均概念 和正态分布概率统计规律,就是均化的基本原理。
而均化的效果则用: 来计算。
式中e——均化效果(均化指数),按多少倍计算;
S——均化前入料标准偏差;
S——均化后出料标准偏差。
上述也适用于半成品和成品的均化。理论上讲,均化作业有静态均化和动态均化,将上述均化原理和均化效果相结合,提高静态均化效果的途径,可以通过增加料层数量来实现,也就是使得物料堆积的层数越多越薄均化效果越好。提高动态均化效果的途径,可以通过提高物料的总量越大混合搅拌的时间次数越多,均化效果越稳定。反之则均化效果越差。
1.3.2 均化作业
均化作业有静态均化作业和动态均化作业,静态均化作业有诸如平铺竖取、圆锥堆切等,动态均化作业有诸如气力搅拌、机械搬到等。总而言之,堆积的次数或总量越多,混合得越是充分,每次提取的越全面,则均化效果越好。
2. 水泥工艺化学
我们知道,水泥生产的关键,在于生产出好的熟料,是至关重要的生产环节。水泥熟料烧成要经过一系列的物理化学变化和过程,这不仅涉及到化学反应动力学、热力学,而且也关系到水泥熟料烧成的热耗;水泥熟料的矿物组成及其结构、微量组分(这些微量组分,有害的居多,如游离氧化钙、氧化镁、碱等)决定水泥熟料的性能。事实上水泥的性能与构成水泥成分的各种氧化物组成,大多都不是直接的关系,与水泥性能直接相关的是构成水泥组分的矿物结构,正所谓结构决定功能。水泥熟料烧成不仅是水泥生产的关键环节,水泥熟料还是水泥生产环节当中,构成成本比例最大的部分。
在水泥厂有窑系统是水泥厂心脏的说法,其实水泥熟料也同样是水泥生产的核心与关键,因此我们就可以这样讲,窑系统是心血管系统,熟料就是流淌着的血液,更确切地说熟料应该是血液中的血细胞。看火的中控工同等重要,你们就是控制水泥厂血脉的最关键的岗位人员。但是你们并不是唯一控制这个血脉的人员,因为还有化验人员作为你们的眼睛,还有配料和粉磨等中控人员,也同样是控制质量的关键人员,为你们提供前提条件。而你们这些人员的手里掌握的还不仅仅是水泥厂的质与量这个决定企业生存的关键命脉,你们还掌握着水泥厂的经济命脉。因此水泥工艺化学这一部分知识,对于中控人员是十分重要的基础知识,乃至那些更多的记载于你们头脑中的实践经验,更是可贵的资源。我就不拥有你们这样的实际操作经验这样的宝贵资源,希望你们自己能够理论结合实践,给你们的经验再加上理论这个可以让你们的能力腾飞的翅膀。至于你们这些人,哪一天你们能不能飞了,我就无能为力了,是吧?开个玩笑啊。我只能够奉劝你们,不要辜负企业对你们的培养。我有一个信条,那就是只有你对人家有用,人家才能够用你,人家才愿意为你支付更高的薪酬。
话归正传。上述所讲到的这些内容,都是水泥化学研究的重要内容。水泥化学的进展为水泥工艺技术的进步起到了很大的推导作用,如预分解窑及其生产技术正是基于更为合理的分配水泥煅烧过程中,各化学反应过程阶段,实际热量需求的考虑。有人说这窑烧来烧去,把窑从卧着烧最终变成了立起来烧了。是吧?可不是吗?先是翘起来个小尾巴——立筒预热。立筒预热就是把窑的尾巴立起来了一小节,然后再加上两个分叉——旋风收尘器。其实在此之前早就出现了立波尔窑,这种把窑的功能向窑外移的理念早就有了,然后又在悬浮预热技术的支持下,又迈进了一步——发展出了带预热器的窑。然而迈出的这一步,也就铸定了向今天迈进的必然趋势。既然能够把窑立起来一小节,当然人们就会顺理成章的再进行想,到底能够把窑再立起多少呢?于是带预热器的回转窑以及预分解窑,相继问世了。预分解窑不但窑头有一把火儿,窑尾还增加了更大的一把火儿,使得热量分配更趋合理,这都是水泥化学所提供的理论基础,才使得这一技术得到普及和应用。据说目前人们正在试验研究完全取代这种卧着烧的回转窑,而采取沸腾床煅烧的新工艺,这方面我了解的还不多,介绍一下发展趋势而已。顺便说一下,有些技术是在现有实践经验的基础上总结出来的经验技术,还有些技术是从科学实验总结、研发出来的科学理论的延拓和推广出来的。并且随着科学技术的不断发展和提高,后者所占的比重越来越大。关于窑的专门知识,后面重点讲,在这一讲中暂时简单介绍一下而已。
而水泥作为重要的建筑材料,水泥对于水泥厂而言是最终产品,但是在整个水泥链条中,对于建筑业水泥还只是其原料而已。它还需要与水、砂石等拌合制成水泥砂浆或混凝土,然后经过硬化而成为用于构筑建筑物的最终使用产品。水泥用适量的水拌合之后,便形成能够胶结砂石集料的可塑性浆体(水泥浆体的可塑性说白了就是,在水泥浆体还没有固化之前,想要把它塑造成什么样的形体,就可以塑造成什么样的形体。而不象石头那样,不能够通过整体地改变其形体来进行塑造,只能够在其原有的形体基础之上,用雕凿的手段来实现改造其形体。)随后通过凝结、硬化逐渐的变成具有强度的石状体,并且它还有一个专有名称,即“砼”,从这个字的结构上看,这显然是在有了水泥之后,才创造出来的“人工石”概念。(就象武则天为自己创造的名字一样,日月当空。)同时还伴着水泥浆体系的放热和体积变化等现象,表明产生复杂的物料化学反应和力学变化。因此,研究水泥的水化过程、水化产物以及硬化水泥浆体的组成与结构,对水泥的生产和使用都有着重要的意义。水泥重要的性质有强度和体积变化以及与环境相互作用的耐久性,水泥拌水后的凝结时间也是一项重要的指标,这些性能和指标与水泥的生产密切相关,并在某种意义上决定了水泥品种的要求。
在水泥化学研究发展的过程中,测试方法起着决定性的作用。测试方法包括有日常生产检测手段和一些先进的研究测试技术。这些测试方法的发展和应用不仅决定了对水泥性能如何评判,而且也为水泥化学各种机理及理论研究提供了必要的手段。
将到这里,我们顺便讲一下化验室的作用:
1、化验室不仅是进行化学检验的实验室,它还进行物理检验的试验工作,因此水泥厂的化验室实际上应该是理化检验中心。
2、化验室要做的一项最基本的工作,就是要对生产过程中的过程控制进行实时的检测和实时地出据过程检测数据,并及时反馈给生产过程中的各类过程控制人员,以便他们及时的调整和控制生产过程的质量指标和产量指标,乃至及时发现生产过程中不正常现象和问题,进行及时的处理以及增强过程控制的预见性。这是化验室的一项日常基础检测。
3、水泥厂的化验室不只是检验和出据检验数据的地方,它还应该是一个指导生产和积累数据并进行一定的数据分析和研究工作的地方,是一个解决生产质量问题的中心。化验室要长期积累数据并建立台账,以便为各类技术人员进行参考和分析、研究、改进工作提供依据。从这方面来看化验室,就是生产过程中的耳目,即生产过程中的质量信息中心。
3、化验室另一方面的职能是质量调整和控制工作。化验室除了要负责对出厂水泥进行检验、记录和出据国家强制规定的产品检验数据,提供给水泥用户,作为产品品质和数量必须提供的指标,以及所生产产品的指标数据的长期保留工作。还要对生产过程中的质量控制下达指标,提供原燃材料的质量指标标准要求,并进行相应的检测工作;制定生料配料方案并进行监控和调整工作,根据生产需要的不同品种和标号的要求,实时调整配料方案;重点检验熟料质量参数,并与中控室长期地进行信息沟通,研究如何改进生料配料方案,以适应和改善窑的煅烧工作。从这个方面来看,化验室又是一个质量调控中心。
以上总结起来,化验室的工作就是“三个中心和一个基本点”。
&2.2 水泥原料选择、生料配比和熟料煅烧
2.2.1 水泥原料选择
生产水泥的生料主要由石灰石质原料(只要提供氧化钙)和粘土质原料(主要提供氧化硅和氧化铝,也提供部分氧化铁)经适当配比、混合、粉磨而成。我国粘土质原料一般含氧化铝较高,含氧化铁不足。因此,制备生料的时候,需采用铁质校正原料的居多,即采用石灰质原料、粘土原料和铁质校正原料进行配料。当粘土中氧化硅含量不足的时候,可用高硅原料如砂岩等进行校正;当粘土中氧化铝含量偏低的时候,可掺入高铝原料如铝矾土或含氧化铝较高的煤矸石等。我们这里的黄土,氧化铝的含量就不高,往往还需要掺入一些氧化铝含量较高的铝质校正原料。
对于立窑而言,为了改善生料的易烧性,立窑水泥生产有时还要加入少量的萤石(CaF
)、石膏、重晶石尾矿等作为矿化剂和助溶剂。
为充分利用工业废渣,粉煤灰、硫铁矿渣、煤矸石、赤泥、高炉矿渣等均有用于水泥原料。
2.2.1.1 石灰质原料的选择
首先应满足石灰质原料的质量标准,见水泥生产的原料。用于水泥生产原料的石灰石中氧化钙含量不低于45%,以免配制的生料石灰饱和比太低,导致C
S含量的减少和熟料强度偏低。
石灰石中白云石(CaCO MgCO
)是熟料中氧化镁的主要来源。生料中MgO含量过高将使熟料出现成堆的方镁石,它水解慢,膨胀大,需长时间水化才能够消解,对水泥的长期安定性影响很大。为使水泥中MgO含量小于5.0%,应控制石灰石中MgO含量小于3.0%。含有白云石的石灰石,在新敲开的断面上有时可以看到粉粒状闪光。除化学分析测定外,快速方法还可以用稀盐酸测试,如滴在石灰石上会立刻沸腾起泡,而滴在白云石上起泡缓慢。
石灰石中碱含量应小于1.0%。虽然碱具有助熔作用,但过多的碱会影响煅烧和熟料质量。
变质作用还会使石灰岩中包裹有大小不等的燧石结核。燧石通常以α-石英为主要矿物,色黑,质地坚硬,难以磨细与煅烧,影响窑、磨产量与熟料质量。石灰石中燧石的含量应小于4.0%,否则最好不用。
经过地质变质作用重结晶的大理石(方解石)结构致密,方解石结晶完整、粗大(晶粒往往可达10μm以上),虽然化学成分较纯,碳酸钙含量很高,但不易磨细,反应活性低,一般也不采用。
白垩是由海生生物外壳与贝克堆积而成的,主要是由无定型细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩。白垩易于粉磨和煅烧。
除天然石灰质原料外,还有电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥都可以作为石灰质原料使用。电石是碳化钙,废渣是氢氧化钙;氯碱法制碱的碱渣、碳酸法制糖的滤泥以及造纸厂的白泥,其主要成分都是碳酸钙,均可用作石灰质原料使用,但应注意其中的杂质。
2.2.1.2 粘土原料的选择
粘土质原料质量指标与工艺指标
衡量粘土质量主要依据其化学成分(硅率、铝率)、含砂量以及粘土工艺能,结构水脱水温度、矿物分解达最高活性时温度。(可塑性、热稳定性、正常流动的需水量)。如下表:
粘土矿物与粘土工艺性能的关系
粘土矿物名称
正常流动度时水分含量%
结构水脱水温度℃
矿物分解达最高活性时温度℃
高岭石、多水高岭石
2SiO Al O nH O
4SiO Al O mH O
3SiO Al O nH O
水云母、伊利石
这些性能随着粘土中所含的主导矿物、粘粒多寡及其杂质等不同而异。根据主导矿物不同,可将粘土分成高岭石类、蒙脱石类、水云母类。
为了便于配料而又不用掺硅质校正原料,要求粘土质原料硅率为2.5—3.5(最好为2.7—3.17);铝率为1.5—3.0,此时氧化硅含量应为55—72%。如果粘土硅率过高,大于3.5时,则可能是含粗砂(粒径大于0.1mm)过多的砂质土,一般情况下尽量不要使用;如果硅率小,于2.3—2.5,则是以高岭石为主导矿物的粘土,配料时除非石灰石中含有较高的氧化硅,否则应尽量不使用,在当地资源受到限制的情况下,不得不使用的时候,就要添加硅质校正原料。如果粘土铝率不符合要求时,也要添加铝质校正原料,一般选用含氧化铝叫高的铝矾土或煤矸石,其氧化铝含量要求大于30%—25%。
粘土中的含砂量以及碎石、卵石等加以限制,所谓的含砂量是指粘土中含有结晶状态的氧化硅砂粒,它对粉磨、煅烧都有很大的影响,属有害成分。而不定型的氧化硅或细微的氧化硅则是粘土的正常成分,也是煅烧水泥熟料的又有成分,这两种状态不同的氧化硅,对水泥生产的作用差异很大。粗砂含量应小于5.0%,含有一定细粒(40—50μm)石英的粘土,如黄土的硅酸率较高,可以不用硅质校正原料,而且石英颗粒的粒径较小,不会给粉磨与煅烧带来特别困难。河流沉积生成的粘土,往往含砂量多且粗,也不稳定,使用的时候应注意选择。
粘土中一般都含有一定数量的碱,由长石(有钾长石和钠长石)、云母等金属氧化物的矿物风化而来。为使熟料中碱含量小于1.3%,应控制粘土中碱含量小于4%;当用悬浮预热器、窑外分解生产硅酸盐水泥的时候,则要求降低粘土碱含量,熟料中碱含量要求小于1.0%。对于生产低热硅酸盐水泥熟料,当有低碱要求时,碱含量按钠当量计,应小于1.0%。
(当使用含碱量较高的窑灰,或用钾含量较高的原料同时制造硅酸盐水泥和钾肥时,应采取必要的工艺措施,使熟料煅烧时钾能够充分挥发,保证数量中钾含量符合正常要求。)
为使熟料中氧化镁含量小于5.0%,粘土中氧化镁含量应小于3.0%。
页岩是粘土受地壳压力胶结而成的粘土岩,层理明显,颜色不定,一般为灰色、褐色、或黑色。其化学成分与粘土类似。页岩硅率较低,一般约为2.1—2.8,通常需用硅质校正原料。而与粉砂岩或砂岩相互重叠的页岩,可不加校正原料,混合良好即可使用。
粉砂岩的硅率一般大于3.0;铝率约为2.4—3.0,含碱量2—4%,可作为粘土质原料。
此外一些工矿废料,也可以作为水泥原料。如赤泥、煤矸石、煤灰、粉煤灰等。
赤泥是制铝工业中,用烧结法从矾土中提取氧化铝时所排出的赤色废渣。其主要矿物为β-C S,占50—60%,其次有CF、C AF—C
F、C AS等。当作为粘土质原料使用时(主要用于湿法生产),由于其中含有大量的硅酸二钙,可以降低热耗、提供窑的产量。
粉煤灰是电厂烧煤粉锅炉排出的废渣。煤粉在燃烧后有70—80%煤灰呈粉末状随烟气排出,被收尘器收集下来,就是粉煤灰。粉煤灰的化学成分一般范围为:S45—50%、A20—30%、F5—10%、C1—5%、M0.5—2%、Loss2—10%。其矿物组成有玻璃相、莫来石、石英、赤铁矿、磁铁矿等。
磁铁矿铁矿石含有Fe O ,其实它是FeO和Fe O
的复合物,其中的氧化亚铁,会消耗氧气,导致还原性气氛。硫铁矿FeS含硫,
粉煤灰的化学成分与粘土相似,故还可以代替粘土配制生料,也可用作水泥的混合材料。粉煤灰中含有未燃尽的碳粒,用它配料,还可以充分利用能量。但粉煤灰的硅酸率一般低于粘土,它的利用以及加入量的大小,还要取决于其他原料的化学造组成。另外经过燃烧的煤矸石,如过火矸石、沸腾炉渣等,也具有相同的成分和矿物,也可替代粘土或铝质校正原料。
煤矸石除了含有少量煤外,其无机矿物的化学成分与粘土相似,可以替代粘土作为水泥原料或铝质校正原料。但煤矸石中氧化铝含量较高,作为校正原料较多。使用未燃烧过的煤矸石,其一方面可以提供部分热量,有节能作用;但是另一方面也应该注意,其燃烧不完全或缺氧的情况下,会生产一氧化碳,存在容易引起窑尾收尘器爆炸的危险。
2.2.1.3 校正原料的选择
当石灰质或粘土质原料配合所得的生料成分不能符合配料方案要求的时候,就必须要根据所缺少的组分,掺加相应的校正原料。当氧化硅含量不足的时候,一般要求硅质原料的氧化硅含量为70—90%,最好采用风化砂岩或粉砂岩,其氧化硅含量不太低,又易于粉磨,对煅烧影响不大。当氧化铁含量不足时,大多数的两种原料配合的时候,最容易缺少的就是氧化铁,一般采用氧化铁含量大于40%的铁质校正原料比较理想,常用的有低品位铁矿石、铜矿渣、铅矿渣、炼铁厂尾矿以及硫酸厂的工业废渣硫酸渣(硫铁矿渣)等。硫铁矿渣主要成分氧化铁,含量一般大于50%,但是含水量较大,其品位也要根据水池的前后有所不同,前池氧化铁含量较高,后池氧化铁含量较低。铜矿渣与铅矿渣不仅可以做铁质校正原料,而且其中所含氧化亚铁还能够降低烧成温度和液相粘度,但是氧化亚铁容易导致窑内还原性气氛,需要注意,表现为熟料内部黄心;铅的氧化物也有良好的矿化作用。而氧化铁含量低于40%的校正原料,也不是不能够用,而是要视其他成分比例对配料是否合适,再就是考虑生料成本问题。
由于配料是一个分配相当成分比例的事情,总量一定各组分的量就是一个此消彼涨的事情,对于配料用的原料,也是多种组分构成的,也存在有一利就有一弊的问题。
2.2.2 生料配比
水泥生料配比是生料制备过程中的一个重要环节。生料配比是在确定熟料矿物组成或率值的前提下,是一个有确定目标的控制过程。对于干法生产和以煤为燃料的生产线而言,对原料进行配料属于一次配料过程,而当生料入窑后还要与燃料燃烧后的灰分进行混合,属于二次配料过程。熟料就是经过这样两次配料和煅烧的过程中形成的结果。对生料进行配比计算的过程,需要综合计算与分步计算这两次配比过程,然后才能获得既定的熟料矿物组成或率值。
2.2.2.1 熟料率值的选择
水泥熟料是一种多矿物的集合体,这些矿物基本由四种主要氧化物化合而成。这些矿物和化学组成,既与水泥质量、性能和使用要求息息相关,又与熟料的煅烧工艺性和原料的易获得性以及生产水泥的成本问题相关联。因此在实际生产过程中,一方面要考虑满足水泥的质量、性能和使用要求,另一方面还要考虑熟料的煅烧工艺性和原料的易获得性以及生产水泥的成本问题。这就使得熟料率值的选择变成了一个比较复杂的系统问题,因此我们需要广泛的了解和知道与水泥生产过程相关的各个方面的问题和知识。在实际生产控制和质量控制的过程中,需要考虑的是一个关系到质、量、度的问题,最终体现在稳、准、精上面。在水泥生产过程中的过程控制和质量控制方面,始终都需要稳定这个基础要求,原燃材料、生料配比和生料、熟料煅烧的工艺过程、熟料质量、水泥配比、出磨水泥、出厂水泥,乃至水泥袋重等等方面,稳定是贯穿水泥生产全过程基本要求。并在求稳的基础上,才能够求精求准。
在水泥生产过程的控制当中,不仅要控制熟料中的各氧化物的含量,还应该控制各氧化物之间的比例即率值,也就是形成熟料矿物组成,重要的是各种矿物的相对数量即比率,决定着水泥的综合性能。控制率值可以比较方便地表达化学成分和矿物组成之间的关系,明确地反映对水泥熟料的性能和煅烧的影响。(按照辩证法原理,结构决定功能,质、量、度也属于辩证法范畴。反映到水泥生产中和熟料矿物组成和性能方面,就是矿物组成决定水泥性能。)因此在水泥生产过程中,用率值作为生产控制的一种指标。
率值也不只是这一种,只是我国多数水泥厂都采用石灰饱和系数即饱和比(KH)、硅酸率(SM或n)和铝氧率(IM或p)三个率值进行生产控制。那么对于不同的生产方式或窑型已经水泥品种,率值都有一个取值范围。一般为KH:0.8—0.95;SM:1.5—3.5;IM:0.63—3.0。国家标准对硅酸盐水泥除了规定应具有正常的凝结时间、安定性合格以及符合相应标号等级的强度等基本性能外,没有其他特殊要求,因此水泥熟料成分可在一定范围内变化。在硅酸盐物理化学中,有一个三相系中的水泥区范围图(图讲述时再作),从这个图中,可以看出,水泥配料是不能够随意的,否则就无法生产出正常的水泥来。而在实际生产过程中,对于某一种确定的生产方式或确定的窑型,熟料率值的取值范围往往控制在很窄的范围内,才能够适应实际生产。同时也生产了诸如低铁、高铁、低硅、高硅、中饱和比、高饱和比等多种配料方案。率值的选择或熟料组成的选择,一般应根据水泥品种、原料与燃料的品质、生料制备与熟料煅烧工艺来进行综合考虑,还应注意三个率值要配合适当,不能过分强调某一率值,以达到保证水泥质量、提高产量、降低消耗、节约成本和设备长周期安全运行的目的。
下面分别讲述,具体情况下,如何选择率值的问题:
1.水泥品种
对于不同品种的水泥生产,配料时应选择不同的矿物组成,以满足不同品质水泥的技术要求。如要求早期强度高的水泥,就应适当地提高硅酸三钙和铝酸三钙含量。如快硬水泥用于紧急施工和生产预制构件所需要的水泥就有如此要求;还有建筑业的施工方,也有要求加快施工进度的要求,他们也需要所用的水泥尽量早期强度高些,对他们有利。
又如要求水化热低的水泥,就应该适当地减少铝酸三钙和硅酸三钙含量,因为铝酸三钙和硅酸三钙的水化热较高,大坝水泥等大体积施工就有如此要求,大坝水泥一般都是大体积施工,且对整体性要求很高,体积过大如果水泥水化热高,内外温差过大,会产生巨大的应力,以及随后的降温收缩导致开裂。而另一方面,水泥强度、抗冻性与耐磨性,会因硅酸三钙含量过分减少而显著降低。因此,首先应降低熟料中铝酸三钙的含量,同时适当降低硅酸三钙含量。通常这种水泥的熟料矿物组成为:硅酸三钙40—55%;铝酸三钙不大于6.0%。因此大坝施工,一般施工方还要采取施工上的措施,如刨冰掺入混凝土搅拌,来降低发热。
2.原料品质
原料的化学成分与工艺性能,往往对熟料组成的选择有很大影响。一般情况下,为了简化工艺流程,也为了便于生产控制,减少控制的难度和不准确性,即使熟料组成略微偏离理想要求,也仍然尽量采用两种或三种原料的配料方案;除非这种配料不能够保证正常配料或生产,才考虑更换某种原料或增加另一种校正原料。并且,还必须要进行全面的技术经济分析,使得配料方案同时满足质量、产量和成本方面的综合合理要求。如粘土质原料含氧化铝低时,可考虑配制含铝酸三钙较低的熟料,如要配制含铝酸三钙较高的熟料,势必要采取增加铝质校正原料。如石灰石中含燧石或粘土中含砂量较大,则要适当降低石灰饱和比来适应原料情况。当原料中含碱量较高时,石灰饱和比也不能够配得太高。
3.生料成分的均匀性
生料化学成分的均匀性,对熟料的煅烧和质量有重要的影响,因而也制约配料方案的确定。一方面要尽量采用最少的原料品质配料,各种原料的质量也要均匀;另一方面还要加强原料的预均化和生料均化。在保证原料均匀稳定的质量方面以及成本、作业和投资等各个方面都需要进行综合的评估和考虑。若以生料碳酸钙滴定值的波动幅度来表示生料的均匀性,时,原料质量好且生料有气力搅拌的均化库或倒库和配库设施比较完善的干法生产厂,其碳酸钙滴定值的均匀性可以达到±0.25%,则可生产较高质量和强度的熟料。对于生料搅拌和配库不够充分的工厂,其碳酸钙滴定值均匀性达不到±0.25%以内,往往难以生产出高标号水泥。
因此熟料的率值,特别是石灰饱和比值应与生料的均匀性相适应。在同样的原料和生产条件下,生料成分均匀性差的工厂,在配料时,熟料石灰饱和系数值通常要比生料成分均匀性好的工厂要低一些,否则反而会使熟料的游离氧化钙增加,导致熟料质量变差。生料成分均匀性差的工厂,应该更多地考虑易烧性问题。
4.窑型与规格
物料的热工过程,在不同窑型内的受热过程和煅烧过程,是不完全相同的。因此,设计熟料组成也应该有所不同。
在回转窑内,由于物料不断翻滚,与立窑、立波尔加热机相比,物料受热和煅烧以及煤灰掺入情况都比较均匀,使烧成带物料反应进程比较一致,因而可适当提高熟料的石灰饱和系数。而对于受热不均、煤灰掺入也不均的情况下,也要适当地降低一些石灰饱和系数。
带窑外分解的预热器窑,一方面由于生料预烧好,入窑物料分解率高,另一方面窑头对熟料煅烧的热力强度也高,为防止结大块,可采取高硅酸率、高铝氧率的配料方案,石灰饱和系数可以适当降低,用中等饱和比,这既可以保证水泥熟料的强度,也可避免烧成热耗过高,因此对于窑外分解窑型,推荐率值为KH=0.87、SM=2.5、IM=1.6。
2.2.2.2 生料的易烧性
生料的易烧性已经成为水泥生产过程中最重要的要素之一。一致生料在水泥熟料煅烧过程中的行为,主要受其化学成分、矿物组成及其粒度组成的影响,这些因素的变化都会影响到窑的操作、热耗及熟料的产量和质量。
生料的易烧性,在理论上是指生料组成是否易于转变成熟料相的传质数量。按照习惯,易烧性是用生料在一定温度(T)下,煅烧一定时间(t)后,测定游离氧化钙量来衡量的,即f-CaO=f(T,t)。
2.2.2.2.1 影响易烧性的因素
1.生料的矿物组成
生料中的氧化钙主要是方解石形态,它的反应性与其类型、晶体结构、晶体的粒度和存在的杂志有关。实验表明微晶或隐晶状态的石灰石反应很快,说白了就是结晶状态越差,越是容易反应,结晶状态越好,越是难以反应。
粘土中的主导矿物有高岭土、蒙脱石、缘泥石、伊利石、云母等。它们和石灰石的反应性通常按一下次序增加:
云母<蒙脱石<缘泥石<伊利石<高岭土
非结晶氧化硅,或与氧化铝和氧化钙(或与氧化铝和氧化铁)相结合的氧化硅,比游离氧化硅表现较好的活性。与氧化钙反应的各种形态的氧化硅的活性,按照下列次序递增:
云母<蒙脱石<α-方石英云<母中的氧化硅<粘土中的氧化硅<非结晶的氧化硅
2.生料中主要氧化物对易烧性等的影响,见下表:
参数或特性
硅酸率较高
①&&&&
液相量低;
②&&&&
导致煅烧较难和燃料消耗多;
③&&&&
产生安定性不良的趋势,游离氧化钙增高;
④&&&&
使窑皮形成困难,且因此来自窑体的热辐射强烈;
⑤&&&&
损耗窑衬;
⑥&&&&
导致水泥的凝结和硬化缓慢;
⑦&&&&
硅酸二钙增多,使得水泥易磨性不好;
⑧ 容易起飞砂料。
铝氧率较高
①&&&&
使得煅烧较难,且需较多的燃料消耗;
②&&&&
增进铝酸三钙的比例,并降低铁铝酸四钙的比例
③&&&&
增加硅酸三钙和硅酸二钙两种矿物相(硅酸三钙>硅酸二钙);
④&&&&
减少液相并降低窑的产量;
⑤&&&&
有助于水泥快凝合早期强度;
⑥&&&&
提高煅烧温度下的液相粘度;
⑦&&&&
导致水泥水化热大,耐久性差。
⑧⑨⑩
0.80—0.95
0.85—0.91
饱和比较高
①&&&&
生料煅烧困难;
②&&&&
游离氧化钙增高,有使水泥安定性不良的趋势;
③&&&&
增加硅酸三钙含量;
④&&&&
减少硅酸二钙含量;
⑤&&&&
快凝和早强,水化热增大;耐久性下降;
⑥&&&&
要烧成合格熟料,必须提高煅烧温度和增加煅烧时间。
4.生料的颗粒组成
生料的细度和颗粒级配显著地影响生料的易烧性。生料颗粒愈细,其表面积也愈大,固相反应愈迅速,烧结愈容易,但对于某些生料,进一步磨细对其易烧性并无太大影响。因此适当的细度,是一个技术与经济两个方面综合考量的结果。
含铝组分或石灰石粒度变粗(在一定的范围以内,即生料正常选粉情况下的粗颗粒),对易烧性产生的影响轻微,但是石英即便是有轻度的变粗,其应该也是显著的。有实验表明,1%的大于100μm的石英颗粒的影响,与6%同样粒度的方解石相当。氧化硅颗粒从0.09—0.15mm增大到0.3—0.45mm,在;下煅烧时,游离氧化钙含量可以从0.5增加到0.8%,但是当氧化硅颗粒大道2.0mm的时候,在在;下煅烧30min,游离氧化钙含量会增加到3.7%。在生料中,大于0.2mm的氧化硅颗粒不应超过0.5%,介于0.09—0.2之间的氧化硅颗粒不应超过1%,也有建议,应控制石英和石灰石的最大许可粒径分别为44μm和125μm。
因此生料组分的颗粒大小控制也是一件十分重要的事项,因为生料的反应速率大致上与其颗粒大小成反比关系;生料活性的降低与方解石和石英平均颗粒乘积的二次方的倒数成线性关系。即η=
4.烧成制度
从f-CaO=f(T,t)便可以看出,生料的易烧性差,就要求提高烧成温度或增加煅烧时间。另外,提高生料煅烧过程中升温速度,也有利于提高新生态产物的活性,改善易烧性。煅烧温度从;增加到;,将使烧成周期减少一半左右。但过高的温度会损伤窑衬、增加热耗,并使阿利特晶体粗大,对强度反而不利。生料的煅烧温度一般在℃之间,最高煅烧温度可由下式确定:()
T&#+4.51C S-3.74C A-12.64C AF
注释:水泥熟料矿物
阿利特alite又称A矿。是含有少量MgO、Al2O3、Fe2O3
等的硅酸三钙固溶体。化学式54CaO;16SiO2;(Al、Fe)2O3&MgO,结构式9Ca2〔SiO4〕&9CaO,随固溶体成份不同,晶胞结构参数也有变化。水泥熟料中的A矿有三种晶型:单斜晶系、三方晶系、三斜晶系。三方晶系的A矿较单斜晶系的含MgO较少,而含Al2O3和SO3较多。在一些慢冷的熟料中,可找到三斜晶系的T11型A矿,它固溶的Al2O3、Fe2O3
量较大。在薄片中,A矿晶形呈假六方片状、板状和短柱状,其中常包裹有C2F、C2S、CaO等。含有少量Cr2O3时呈绿色,含CoO等有色元素时亦会变色。光学常数:ng=1.722±0.002(Na),
np =1.718±0.002(Na), ng
&np=0.004至0.007,高温形成并富含Na2O、SO3和MgO的A矿还可达0.010。慢烧熟料中的A矿双折射十分微弱。有时,熟料外缘三方晶系的A矿其双折射率两倍于熟料中心单斜晶系的A矿,故烧成温度较高,冷却较快的A矿双折射较强。三方型A矿为一轴晶负光性,(-)2V=0~2°,np
∥c;单斜型为二轴晶负光性,(-)2V=20~60°,np
∥c;当晶体有晶纹时,光轴和三方晶系的c轴相交成0~15°角。折射率随熔入的不同杂质而略有变动。白水泥中的A矿ng =1.7147,
np =1.7129。阿利特(A矿)是硅酸盐水泥中的主要矿物,是使水泥水化时获得高机械强度、特别是早期强度的最主要矿物。
贝利特belite又称B矿。含Al、Fe、K、Ti、V和Cr等离子的硅酸二钙固溶体。固溶量比A矿大,高温下形成的固溶量更大,有β、α&和α型。如β型化学式Ca2Fe0.05Al0.05Si0.90O3.95,其通式为Ca2MXSi1-XO4-0.5X,其中M=Al或Fe。冷却时固溶体会分解。在光学显微镜下α-C2S没有双晶,只有微弱的双折射率约0.003,当α型转变为α&型时形成片状晶,双折射可达0.013。β型有密集的重复双晶,双折射率可达0.020。水泥熟料中的贝利特,α&型含K2O、SO3较多,β和α型含Al、Fe离子较多,而α型的固溶量较β型大。α型常以基质形态出现于层片状的β型之间,β型有时表现为圆粒状,树叶状有几个方向的复杂双晶纹,根据其形态和双晶纹可判断水泥煅烧窑内的热工制度。例如:正常熟料中为圆粒状,有交叉双晶;欠烧熟料中有平行双晶,还原气氛下煅烧的有树叶状B矿。β型晶体属单斜晶系,光学常数:ng
=1.735, nm =1.726,np =1.717, ng - np
=0.018;(+)2V=64°~69°。在硅酸盐水泥熟料中,贝利特是仅次于阿利特的重要矿物成分,能使水泥石后期机械强度缓慢增长,并有抗硫酸盐侵蚀和水化热低的特点。贝利特转化为γ-C2S时会引起熟料粉化。
才利特celite又称C矿。硅酸盐水泥熟料中出现于矿物阿利特和贝利特之间的铁铝酸盐晶体。化学组成在C6AF2
到C6A2F之间,平均为C4AF。也有人认为从C8A3F变化到C2F。在透射光下呈暗色(黄褐至黑色)。它通常呈棱柱形,有显著多色性,在反射光下呈灰白色,反射率较硅酸盐矿物强。常见于慢冷的铝氧率小于1.38的硅酸盐水泥熟料中。
增加煅烧时间可以使得反应充分进行,C S含量增加,f-CaO含量减少。提高升温速度可使CaCO
和粘土矿物的分解重叠,有助于固相反应的进行和细小 的形成,进而有助于f-CaO吸收和C S的形成。
并且由此关系式,还可以判断一条窑的实际生产能力。即当入窑物料正常和窑的所有工况都基本正常的情况下,提高窑的台时产量,直到f-CaO再也烧不到小于1.5%的情况下,基本就是该窑产量的实际能力。同时如果遇到熟料质量正常和窑所有工况正常的情况下,f-CaO还是很低,如小于1—0.8%,就说明该窑还有过剩的能力。
5.液相量和液相性质
①理论方法
②实验方法
2.2.2.3 配料计算原理及计算方式
配料计算是依据物料平衡,即物料衡算,来进行的。生料的煅烧过程有:生料干燥过程,是蒸发物理水分;粘土矿物分解过程,是脱去结晶水;碳酸钙分解过程,是放出二氧化碳,等固相反应过程。此后还有液相下的反应过程,而完成熟料的煅烧过程。在这些过程当中,有水、二氧化碳、易挥发低熔点物质、随烟气飞扬的粉尘等逸出而被排出系统,以及煤粉燃烧后沉落下了灰分的加入,计算的时候最终都有什么有效成分组成了熟料,计量和计算也需要从一个基准进行推算。
蒸发出物理水分以后的生料处于物理干燥状态,以干燥状态质量所表示的计量单位,称干燥基。干燥基准用于计算干燥原料的配合比和干燥原料的化学成分。
如果没有干燥物理的飞扬,则干燥原料的质量等于生料的质量,即:
干石灰石+干粘土+干铁粉+干校正原料=干生料
去掉烧失量(损失的有结晶水、二氧化碳与挥发物质等)以后,生料处于灼烧状态。以灼烧状态质量所表示的计量单位,称为灼烧基。灼烧基准用于计算灼烧原料的配合比,以及再加上煤粉燃烧后的煤灰沉落率,计算熟料的化学成分。
灼烧原料、灼烧生料与不计煤灰掺入时的熟料三者质量应相等,即:
灼烧石灰石+灼烧粘土+灼烧铁粉+灼烧校正原料=灼烧生料=无煤灰熟料
计入煤灰掺入时,灼烧生料和掺入的煤灰之和等于熟料质量,即:
灼烧生料+煤灰=熟料
在实际生产过程中,由于总有一些生产损失,且飞灰的化学成分不可能等于生料成分,以及煤灰掺入量也并不相同,因此再准确的配料也只能够是理想状态,但是能够做到基本相符,这都不要紧,因为水泥配料的本身就没有十分严格比例,只要出入不大就可以。
关于熟料中煤灰掺入量的计算,即:
式中: G ——熟料中煤灰掺入量,%;
q——单位熟料热耗,kJ/kg熟料或kCal/kg熟料;
Q ——煤的应用基低位热值,kJ/kg煤或kCal/kg煤;
A ——煤的应用基灰分含量,%;
S——煤灰沉落率(带有窑尾电收尘或袋收尘的煤灰沉落率取100%),%;
P——单位熟料煤耗,kJ/kg熟料或kCal/kg熟料。
2.2.2.3.1 尝试误差法
尝试误差法是选择熟料的矿物组成或率值,计算出熟料的成分(或直接选择熟料的化学成分),通过尝试。逐步调整配比,使之满足要求,其计算步骤如下:
①&&&&
已知原料的化学成分及煤的工业分析数据和煤的化学成分;
②&&&&
计算煤灰掺入量;
③&&&&
选择熟料率值(或矿组成),计算熟料的化学成分;
④&&&&
通过熟料化学组成,计算生料的化学组成:
煅烧生料成分=熟料成分-掺入煤灰的成分
煅烧生料成分/1.5(一般数据,也可根据以往正常生料的烧失量计算)=要求生料成分
⑤&&&&
计算石灰石、粘土、铁粉配合比例:
石灰石配比= =
式中 可先粗略看成石灰石的配比。
⑥&&&&
按石灰石、粘土、铁粉配比计算生料成分与要求的生料成分对比,不符合要求时,应逐步调整配比,直至最后满足要求。
⑦ 验算熟料各率值和组成。
例:①已知原料成分,见下表:
原料化学成分(%
②煤的工业分析,见下表:
煤的工业分析
发热量kJ/kg
③计算煤灰掺入量
该窑型(立窑)煤灰全部掺入熟料中,熟料热耗选择4180kJ煤/kg熟料。
煤耗= =0.1824
熟料中掺入煤灰的化学成分:
其他= =0.29
④选择熟料率值并计算熟料化学成分:
KH=0.88±0.01,n=2.1±0.1,p=1.3±0.1
设熟料中: + + + =97.5%
计算熟料化学成分:
=1.3 =1.3 4.53=5.89
=2.1( + )=2.1 (4.53+5.89)=21.88
=97.5-( + + )
=97.5-(21.88+5.89+4.53)=65.20
⑤计算生料成分:见下表:
生料化学成分
其他(+ )
要求熟料成分
生料=煅烧生料 1.5
⑥求石灰石、粘土、铁粉配合比:
石灰石配合比= = -X=0.82-X
粘土配合比=
修正后的石灰石配比=
&&&&&&&&&&&&&&&&
铁粉配比=1-石灰石配比-粘土配比
&&=1-1.1=0.0103
⑦计算原料配比与生料成分,并加以调整,见下表:
原料配比与生料化学成分
81.56%石灰石
17.41%粘土
由上表可以看出,配合生料中 和 都较要求的生料 、 偏高, 偏低,而
则接近,故应该调整粘土和铁粉之间的配比,即降低粘土配比,增加铁粉配比,石灰石配比不变。
粘土要减少比例,
按 计算为: =0.0021
按 计算为: =0.039
铁粉增加比例,
按 计算为: =0.064
分析以上数据,减少粘土,增加铁粉,现调整生料配比为:石灰石=81.56%,粘土=16.74%,铁粉=1.70%,见下表:
灼烧生料:(100-煤灰)
⑧验算
= = = =2.00
配料结果已能满足要求,不再调整。
2.2.2.3.2 简化递减试凑计算法
简化递减试凑法是在递减法基础上,进一步简化计算步骤而来的。递减试凑法计算熟料化学成分的时候,首先需要估算熟料中除了 、 、 、
之外的其他项数值,进而求得上述四种氧化物总量,然后再按下列各公式:
由已知率值推算熟料各成分氧化物百分含量:
推算出熟料中的 、 、 、
四种氧化物百分含量的绝对值,再进行递减试凑,计算原理配合比。本方法的特点是将煤灰对熟料成分的影响考虑在原料之内,这样就可以不必计算熟料中其他项及四种氧化物的绝对含量,而由熟料三个率值计算出熟料中四种氧化物的相对含量后,即可进行递减试凑。其计算过程如下:
1已知原料的化学成分;
2已知煤的工业分析数据,熟料热耗;
3选定熟料的率值;
计算步骤为:
①将原料原始化学成分换算成100%,如原料化学成分总和不足100%时,不足部分作为其他项列入化学成分中,如总和超过100%时,则平均降低各成分含量,使之为100%。
②根据煤工业分析数据,计算熟料中煤灰掺入量;
③估算生料中的当量煤灰掺入量及调整原料中的 、 、 、
含量(煤灰对熟料成分的影响,由于熟料成分相对值不能够相减,故将其影响考虑在原料中);
④由水泥熟料三个率值,计算熟料中 (C)、 (S)、 (A)、 (F)的相对含量,计算时假设F=1.00;
⑤进行递减试凑:所谓递减试凑是根据以上计算的熟料化学成分相对含量,利用原料的配比用量逐步进行递减,直至所有余数很小为止。原料用量是根据石灰石带入
,粘土带入 ,铁粉带入 ,然后按熟料中 含量与石灰石 含量之比,求出石灰石用量,但其他原料也带入
,故需要进行调整,一般取低值。同理,求粘土用量和铁粉用量,也是如此;
⑥根据第⑤步骤所得各种原料用量计算它们的配比百分数;
⑦根据原料配比验算熟料化学成分和各个率值。
以上计算步骤为三组分配料计算方式,四组分配料计算方法相似。从理论上讲三组分配料不可能完全达到要求的三个率值,只有四组分配料才能满足三个率值的要求。
例:三组分配料
已知原料化学成分,见下表:
原料化学成分
煤的灰分:19.31%;
煤的热值:23826kJ/kg煤;
熟料热耗:6270kJ/kg熟料;
煤灰掺入量:90%;
要求熟料率值:KH=0.89±0.01,n=2.1±0.1,p=1.3±0.1
求:原料的配合比。
1.计算熟料中的煤灰掺入量(%):
2.估计生料中当量煤灰掺入量及调整原料的 、 、 、 含量:
估算生料烧失量:
设生料有80%石灰石,15%粘土,5%铁粉组成;
则生料烧失量=0.8 42.66+0.15 5.27=35.0%。
求生料的当量煤灰掺入量,以生料重量%表示:
熟料中灼烧生料为100-q,单位灼烧生料煤灰掺入量为 ;生料中灼烧生料为:100-35=65。
设K为生料的当量煤灰掺入量:
所以: K= =3.10
生料中掺入当量煤灰,所带入的 、 、 、 的量(%)为:
=4.79 0.031=0.15;
=53.52 0.031=1.66;
=35.34 0.031=1.09;
=4.46 0.031=0.14。
将上列各项加在各原料的相应氧化物中,即得到调整后的各原料的四种氧化物含量,见下表:
原料的主要氧化物含量
3.又熟料三个率值,计算熟料中的 (F)、 (A)、 (S)、 (C)相对含量:
令:F=1.00
所以,A=pF=1.30 1.00=1.30
所以,S=n(A+F)=2.1(1.30+1.00)=4.83
C=2.8S*KH+1.65A+0.35F
=2.8 4.83 0.89+1.65 1.30+0.35 1.00
4.进行递减试凑:
递减组分(%)&&&&
27%石灰石&&&&
—)0.09&&&&
&&&&&&&&&&&&
——————————————————
&&&&&&&&&&&&&&&&&&
4.5%粘土&&&&&
&&&&&&&&&&&&&
——————————————————
&&&&&&&&&&&&&&&&&&
1.36%铁粉&&&&
&&&&&&&&&&&&&
——————————————————
&&&&&&&&&&&&&&&&&&
式中的27%石灰石是由(14.54 53.28) 100%所得,53.28为石灰石中经调整后的 百分含量,即(14.54
53.28) 100%=27.3%,因其他原料亦会带入 ,故将其90—95%的值留下,暂取27%;4.5粘土是由(3.73
71.91) 100%=5.2%,因铁粉中会带入 ,所以暂取4.5%;1.36%铁粉是由(0.66 48.41)
100%=1.36%所得,48.41为铁粉中 的百分含量。
5.计算原料配合比
各递减组分用量总和为:
Σ=27+4.5+1.36=32.9
原料配合比计算如下;
铁粉: =4.14%
粘土: =13.70%
石灰石:100-4.14-13.70=82.16%
6.校验熟料各率值,见下表:
原料、生料、熟料化学组成与配比&&&&&&&&
82.16%石灰石
13.70%粘土
100%灼烧生料
95.43%灼烧生料
验算熟料三个率值:
KH= = =0.894
计算所得三个率值在要求范围内,故结果合乎要求。
2.2.2.4 配料计算的基础公式
1.配料计算应用公式:
①熟料中煤灰掺入量计算公式;
式中: G ——熟料中煤灰掺入量,%;
q——单位熟料热耗,kJ/kg熟料或kCal/kg熟料;
Q ——煤的应用基低位热值,kJ/kg煤或kCal/kg煤;
A ——煤的应用基灰分含量,%;
S——煤灰沉落率(带有窑尾电收尘或袋收尘的煤灰沉落率取100%),%;
P——单位熟料煤耗,kJ/kg熟料或kCal/kg熟料。
②率值计算公式:
实际饱和比: =
实际硅酸率: =
③由已知率值推算熟料各成分氧化物百分含量的绝对值:
注释:关于 = 的推导:
由石灰饱和系数 = 公式,进行变换,如下:
2.8 * = -1.65 -0.35
=2.8 * +1.65 +0.35
再由 ,得:
2.8 * +1.65 +0.35 =
整理,得:
(2.8 +1) +2.65 +1.35 =∑
再由: = 和 = ,可以得出:
这样我们就可以得到: =
窑外分解窑推荐熟料率值:KH=0.87±0.02,SM=n=2.5±0.1,IM=p=1.6±0.1
④用化学分析结合计算熟料矿物组成的方法应用普遍,主要有石灰饱和系数法和代数法(又称鲍格法)。
石灰饱和系数法:
代数法(及鲍格法):
从生料氧化物经过煅烧后形成的是水泥孰料中的多种矿物集合体,其结晶细小,通常为30—60μm。
硅酸三钙: 简写为
硅酸二钙: 简写为
铝酸三钙: 简写为
铁铝酸四钙(实际是铁相固溶体,通常以铁铝酸四钙作为其代表): 简写为
另外还有少量的游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化硅(f-SiO )、方镁石(结晶氧化镁MgO)、含碱(
)矿物以及玻璃体等。
⑤液相量计算:
;:L=2.95A+2.2F+M+R
;:L=3.0A+2.25F+M+R
⑥生料煅烧最高温度可由下式确定:T &#+4.51C S-3.74C A-12.64C AF
⑦生料易烧性,在理论上是指生料组成是否易于转化成熟料相的传质数量。按照习惯,易烧性是用生料在一定温度(T)下煅烧一定时间(t)后,测定游离氧化钙f-CaO来衡量,也就是f-CaO=(T,
2.确定熟料品质指标
通过石灰饱和系数法结合矿物组成,求算氧化物组成:
石灰饱和系数法:
2.2.2.5 用本厂实例进行实际计算
计算熟料中实际四种主要氧化物成分的百分含量之和Σ的统计
如设: =55, =20, =8, =12,∑=95,其他=5,合计=100。
又有: + + + =∑= + + + =95。
由 和 ,求得:
KH=625 701=0.892
KH=0.892;
=21.50~21.15。
由 ,求得:
由 ,求得:
由 + + + =∑,求得:
由 =21.50~21.15,求得:
=63.98~64.33。
然后再验算KH、 n和p:
= =0.887~0.907
若 取21.30
验算熟料化学组成:
+ + + =64.18+21.30+5.58+3.94=95,∑=95,相符。
验算熟料矿物组成:
再由代数法(即鲍格法),其中取SO =0.5,验算熟料矿物组成:
合计: + + + =94.6,另外还有SO =0.5占据0.35的 ,∑=95,结果基本相符。
理论设计配料方案下的熟料化学成分与率值,见下表:
熟料化学成分
熟料矿物组成
2.2.2.6 实际配料计算
2011年8月山西吕梁新星集团特种水泥厂生料配料计算
1.已知原料的化学成分及煤的工业分析数据和煤灰的化学成分
表1—1原料化学成分(%)
2.煤粉的工业分析,表1—2
FC.ad(%)
Qnet.ar(kCal/kg)
3.计算煤灰掺入量
对于系统收尘良好的窑外分解窑,煤灰掺入量取100%,并取该窑的熟料热耗为820(kCal/kg熟料)。
q=0.14*15.53/100=2.17%
熟料中掺入2.17%煤灰的化学成分:
表1—3煤灰实际掺入熟料的各化学成分百分含量(%)
4.选择预设熟料率值,并计算化学成分:
KH=0.89±0.01,n=2.45±0.1,p=1.55±0.1
设熟料中 + + + =94.62%
计算熟料化学成分:
5.计算生料化学成分:见表1—3生料化学成分(%)
要求熟料化学成分
生料=煅烧生料 1.56
6.求石灰石、黏土、铁粉配合比:
石灰石配合比= = -X= -X==0.87-X
黏土配合比= = =0.1590
修正后石灰石配比= =0.8495
铁粉配比=1-石灰石配比-黏土配比=1-0.0=-0.0085
修正配比,石灰石和粘土配比在原比例的基础上,总和降低2%比例。
即石灰石配比=0.=0.8325;黏土配合比=0.=0.1558。
铁粉配比=1-石灰石配比-黏土配比=1-0.8=0.0117
7.计算生料成分:见表1—4生料化学成分(%)
83.25%石灰石
15.58%粘土
要求的生料
由上表可以看出,配合生料中 和 偏高,而 和
则偏低。故应调整石灰石、粘土和铁粉配比,应降低石灰石和粘土配比,增加铁粉配比。
粘土减少按 计算为: =0.0068
石灰石减少按 计算为: =0.0174
铁粉增加按 计算为: =-0.0128
因此 需要增加煤矸石来进行补充,再计算调整生料成分:见表1—5。
表1—5生料化学成分(%)
81.51%石灰石
12.70%粘土
2.34%煤矸石
要求的生料
原料和熟料的化学成分:见表1—6(%)
灼烧生料:100-灰分
根据本人的研究结果,需要说明的是(声明:如下纯属本人个人见解,以资参考)。对于窑外分解而言,在实际生产过程中的实际物料的配料过程则是:在原料库下第一次配制的混合物料,经过生料磨磨制出来的生料,称为一次生料。由此再往前推,原料的搭配均化过程,又可以称之为原料预均化搭配。其实实际水泥生产过程的配料,已经从原料搭配均化就开始了,此过程称之为原料预配,是与原来的预均化同时进行的。一次生料在入窑前,还要与窑灰进行混合,生料的化学成分发生一定的改变,此为二次配料,入窑生料因此也相应的称之为二次生料。然后生料通过窑尾的预热和预分解过程中,由于分解炉用煤一般在全部烧成用煤约55%的用煤量,燃烧或的煤灰全部掺入料中,因此入窑生料等于再一次配料,此次称为三次配料。最后就是窑头所用的45%的用煤量,也要全部掺入物料当中,此次称为四次配料。
这样区分的作用与意义则在于,可以对生料烧成熟料的过程,有一个更加清晰的认识,对于分析问题有帮助。与此同时,伴随着各次配料过程,往往都要有均化过程相伴,结果究竟如何,对于思考问题也会有所帮助。原料的预配过程,需要有预均化措施;一次配料后经过磨内研磨混合,也是一次均化过程;二次配料过程,有均化库均化过程,是一次最重要的均化措施与过程;三次配料由于物料都处于悬浮状态,均化基本不成问题;四次配料事实上情况就不同了,其又是一次关键的过程,其中包含对热工过程的影响、煤料对口问题和化学反应过程,比较复杂需要具体问题具体分析。
2.2.3 水泥熟料煅烧
水泥熟料的生产,需要将生料加热至;左右进行煅烧才能够完成,火焰温度要达到℃。生料要经历物质变化、化学反应以及物理化学反应过程,才能够完成有生料煅烧成熟料的过程。
熟料形成过程及反应产物
脱水和结构水分解
碳酸盐分解
晶体二次转变
硅酸三钙,在1250左右,会发生分解析出游离氧化钙,称二次析出游离氧化钙。
500℃左右
硅酸二钙可能转化成γ型,丧失水硬性。
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