无机非金属材料工艺学-水泥工艺【1】

1、水泥生产的原料及消耗,2 水泥工艺,生产1t熟料所需比例,生产1t水泥所需比例,水泥生产主要是石灰石和粘土。 原料中钙质原料主要指石灰石、电石渣等； 硅铝质原料主要指砂岩、页岩、粘土、粉煤灰、煤矸等； 铁质原料主要指铁矿石、铁矿粉、硫酸渣等； 混合材主要指粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰质材料等。,概述,水泥的生产工艺可以简述为两磨一烧，即原料要经过采掘、破碎、磨细和混匀制成生料，生料经1450的高温烧成熟料，熟料再经破碎，与石膏或其他混合材一起磨细成为水泥。由于生料制备有干湿之别，所以将生产方法分为湿法，半干法或半湿法，干法3种。 1. 水泥生产工艺过程,2.1 破 碎,2.1.1 基本概念,粉

2、碎：固体物料在外力作用下，克服了内聚力，使固体物料破碎的过程。,大块物料碎裂成小块,小块物料碎裂成细末,(a) 定义、意义,(b) 方法和分类,压碎 劈碎 剪碎 磨碎 击碎,水泥工业中采用的粉碎方法，主要是靠机械力的作用， 常见的粉碎方法有：,力的作用范围大，用于大块物料破碎,多用于脆性物料的破碎,多用于硬、脆性大块物料的破碎,多用于小块物料或韧性物料的粉碎,多用于脆性物料的破碎,(c) 粉碎比, (平均)尺寸为D的物料，经过粉碎机粉碎后(平均)尺寸为d，则D/d = i为粉碎比（平均粉碎比）。,即物料破碎前后的粒度之比。, 为了更简便的衡量各种破碎机械的性能指标等，也可用破碎机的最大进料口宽

3、度与最大出料口宽度之比作为粉碎比（公称粉碎比）。,破碎机：3100,粉磨机：5001000, 鉴于破碎机粉碎比较小，需要多台破碎机组合进行破碎以达到要求，最后破碎产品与原料尺寸之比为总粉碎比。,i总= i1 i2 i3 in,2.1.2 破碎系统,目前，破碎系统不仅向减少破碎级数、简单生产流程，而且在单一工序中同时进行破碎、烘干等多种作业的方向发展。,自动化、功能化。,开路流程：从破碎机卸除的物料全部作为产品。,闭路流程：从破碎机卸除的物料全部作为产品。,破碎效率低,破碎效率高,一级破碎系统-举例说明,1,二级破碎系统-举例说明,1,2,2.1.3 破碎设备,(a) 颚式破碎机, 鄂式破碎机的

4、工作部分是两块鄂板，一个是定鄂(垂直固定在机体前壁上)，另一块是动鄂，位置倾斜，与定鄂形成上大下小的破碎腔。, 工作原理：动鄂相对定鄂做周期性摆动，使破碎腔内的 物料受到挤压、劈裂和折断作用而破碎。,鳄式破碎机-运作动态,按动鄂运动方式可分为：,1固定额板；2动颚悬挂轴；3可动颚板；4前（后）推力板；5偏心轴； 6连杆；7连杆液压油缸；8调整液压油缸,简摆式,复摆式,综合摆动式, 特点：构造简单、管理维修方便、工作安全可靠、适用范围广。 缺点：由于工作是间歇的，存在空行程，增加非生产性功率消耗， 另外，零件承受的负载较大。, 应用：主要用于中碎和细碎硬矿石和岩石，最适宜于破碎 抗压强度不高于3

5、20MPa的各种矿石。,(b) 圆锥破碎机, 在圆锥破碎机的工作过程中，电动机通过传动装置带动偏心套旋转，动锥在偏心轴套的迫动下做旋转摆动，动锥靠近静锥的区段即成为破碎腔，物料受到动锥和静锥的多次挤压和撞击而破碎。, 工作原理, 分类, 特点,相比于鄂式破碎机,生产能力较大 单位电耗低 工作较平稳 破碎粒度均匀, 缺点,结构复杂、造价较高、检修困难、机身高，要求厂方及基础构建费用较高。, 应用对象,适用于生产能力较大的工厂中。,(c) 辊式破碎机, 主要采用特殊耐磨齿辊高速旋转对物料进行劈裂破碎。, 工作原理, 特点：体积小，破碎比大、噪声低，结构简单，维修方便的优点。, 分类,(d) 锤式破

6、碎机, 物料进入破碎机中，遭受到高速回转的锤头的冲击而破碎，破碎的物料，高速冲向架体内挡板，筛条，与此同时物料相互撞击，遭到多次破碎，小于筛条之间隙的物料，从间隙中排出，个别较大的物料，在筛条上再次经锤头的冲击而破碎，物料被锤头从间隙中挤出。, 工作原理,单转子锤式破碎机,双转子锤式破碎机, 特点和应用, 优点：生产能力高、粉碎比大、电耗低、机械结构简单、投资费用少。 缺点：磨损大、需要均匀喂料、不能粉碎湿物料(含水量1015%)。, 应用：破碎石灰石、白云石、长石、萤石、泥灰岩、石膏等。,(e) 反击式破碎机, 工作原理, 物料进入破碎机中，在转子回转范围内受到板锤冲 击，并被高速抛向反击板

7、，再次受到冲击，然后又从反击板反弹到板锤，继续重复上述过程。 由于物料受到板锤的打击和反击板的冲击以及物料之间的碰撞，物料不断产生裂缝而导致粉碎。,反击式破碎机-运作动态, 特点和应用, 优点：生产能力大、电耗低、 磨损少、产品粒度均匀。 缺点：防堵性能差、噪音大、 粉尘多。, 分类, 应用：粉碎碎石灰石、水 泥熟料、石膏、煤等。, 各类破碎机机械的对比,2.2 均化,2.1.1 概述,(a) 均化的原因,某些矿山成分波动很大；eg. 生料CaCO3的质量分数不一； 入库生料波动大，仅仅用均化生料的方法来保证生料均齐性，要耗用更多资金； 生料库的均化，只能减小或解决短时间内的波动，不能解决周期

8、较长的大波动； 原料预均化堆场的均化作用是在储存原料的同时实现的，既有利于减少投资费用，又能满足均化的需要。,(b) 均化的意义,有利于稳定水泥窑的正常热工操作制度，提高产品质量， 维持长期安全运转； 扩大原料资源； 尽量利用夹层废石，延长现有矿山的使用年限； 适应大型水泥企业要求，节约投资、降低成本。,(c) 均化的评价, 样品合格率, 物料中若干个样品在规定质量标准上下限之内的百分 率，即在一定范围内的合格率。, 在一定范围内能够反映样品的波动情况，但并不能反映全部样品的波动幅度，举例说明如下：,92.85%,92.03%, 标准偏差,S标准偏差（%） n试样总数或测量次数，一般不应少于2

9、030个; xi物料中某成分的各次测量值，xixn各次测量值的平均值.,注: 标准偏差是一项表示物料成分均匀性的指标， 其值越小，成分越均匀。,算数平均值,波动范围(离散度),一组测量数据偏离平均值的大小：,表示物料成分的相对波动情况，S或R越小则成分的均匀性越好。,均化前物料的标准偏差与均化后物料的标准偏差之比。 进料和出料标准偏差之比。, 均化效果,H越大，表示均化效果越好,S均化效果，按多少倍来计算； S进均化前物料标准偏差； S出均化后物料标准偏差。,2.2.2 原、燃料的预均化, 定义,原燃料在储存、取用过程中，通过采用特殊的堆取料方式及设施，使原料或燃料化学成分趋于均匀一致的过程。

10、 简言之，所谓原燃料的预均化就是原料或燃料在粉磨之前所进行的均化。, 原理： “平铺直取”,堆放时，尽可能地以最多的相互平行，上下重叠的同厚度的 料层构成料堆； 取料时，按垂直于料层方向的截面对所有料层切取一定厚度 的物料。,(a) 原料预均化堆场的布置形式, 矩形预均化堆场,特点： 两个料堆，一个堆料，一个取料， 相互交替； 进料皮带机和出料皮带机分别布置 在堆场两侧，取料机一般堆料之间， 可向两个方向任意取料。, 圆形预均化堆场,云南兴建集团,特点： 原料由皮带机送到堆场中心，由可以 做360o回转的悬臂皮带机进行堆料； 取料由桥式刮板取料机完成，桥架的 一端架设在料堆外围的圆形轨道上，

11、可作360o回旋。取出的原料经刮机送 到堆料底部的中心卸料口，由地沟内 的出料皮带机运走。,作业方法：,3*120o人字型料堆,连续式堆料,(b) 堆料、取料方式,人字形堆料端面取料法； 波浪形堆料端面取料法； 水平层堆料法端面取料法； 横向倾斜层堆料法侧面取料法； 纵向倾斜层堆料法底部取料法；, “人”字形堆料法, 优点：堆料的方法和设备简单， 均化效果较高，使用普遍。, 主要缺点：物料颗粒离析比较显著，料堆两侧及底部 集中了大块物料而料堆中上部分多为细粒， 且有端堆。, 波浪形堆料法, 优点： 均化效果好，特别是当 物料颗 粒相差较大，或者物料的成分 在粒度大小不同的颗粒中差别 很大的情况

12、下，效果比较显著。, 缺点： 堆料点要在整个堆场宽度范围内移动，堆料机必须能够 横向伸缩或回转，设备价格贵，操作比较复杂， 此法一般仅限于少数物料。, 水平层堆料法, 优点： 可以完全消除颗粒离析作用， 每层内部也比较稳定。, 缺点： 堆料机结构复杂，操作也不简单。 一般用于多种原料混合配料的堆场。, 横向倾斜层堆料法, 优点： 设备价格特别便宜。, 缺点： 颗粒离析现象比“人”字形堆料法更严重，大颗粒几乎 全部落到了料堆底部，均化效果不理想。 一般用于对均化要求不高的原材料。, 其他堆料方法,纵向倾斜层堆料法； 交替倾斜层堆料法； 三人字形； 双圆堆形； 人字形和圆锥形结合的chevcon法

13、。, 取料方法,端面取料： 取料机从料堆的一端，包括圆形料堆的截面端开始，向另一端或整 个环形料堆推进。取料在整个断面上完成。 适用于：人字形、波浪形和水平层的料堆。 侧面取料： 取料机从料堆的一侧到另一侧沿料堆纵向往返取料。在侧面沿纵长 方向一层层刮去物料。 适用于：横向倾斜层料堆。 底部取料： 在料堆底部设有缝形仓的巨型均化库，可在底部取料。 适用于：纵向倾斜层或圆锥形堆料。, 各式取料机,适用于端面取料,适用于端面取料,适用于侧面取料,(c) 影响均化效果的因素和防治措施, 原料成分波动呈非线性正态分布,措施：原料矿山开采时注意搭配。 合理搭配开采时的台段、采区，合理规定各区的采掘量和

14、运输方式。, 物料的离析作用,措施：减小物料颗粒级差； 加强堆料工作； 加强取料工作。, 料堆端部椎体部分所造成的不良影响,措施： 尽量减小端锥的影响，研究端堆部分在布料时的特点。, 堆料机布料不均匀造成的影响,措施：规定破碎机喂料制度、增添破碎机的喂料及控制系 统、定期检测预均化堆场进料量等等。,2.2.3 生料的均化, 均化方式,机械均化 气力均化,多库搭配,机械倒库,间歇式 双层式 连续式 多料流式,投资省，操作简便，均化效果差 小厂，立窑厂,均化效果好，投资高 大厂,均化在封闭的 圆库内完成,20世纪50年代前,主要靠机械倒库,动力消耗大,均化效果不好。因生料浆易于搅匀，当时积极发展湿

15、法生产。 50年代初期，间歇式空气搅拌库开始迅速发展； 60年代，双层库（上层搅拌库，下层储存库）出现； 70年代德国缪勒、伊堡、克拉得斯彼特斯等公司研究开发了多种连续式均化库，随后伊堡、伯力休斯、史密斯公司又研发了多料流式均化库。,多库搭配 均化库骨四个组成，编成两组，交替进料，交替均化，交替排料。 机械倒库（漏斗均化及多库搭配） 几个库中的生料按一定的比例释放，再回到这几个库中。,(a) 机械均化系统,(b) 气力均化系统间歇式均化库, 组成： 生料搅拌库（一般设两个以上）、储存库（一般设一个，但容积较大）。 特点： 均化效果（H）高，但耗电量大，多库间歇作业。 均化原理： 压缩空气经库底

16、充气装置的透气层进入库内的料层，使库内料粉松动并呈流态化。库底充气装置各区按一定规律改变进气压力或进气量，会使已呈流态化的粉料也按同样的规律产生上下翻滚和激烈搅拌，从而使全库生料得到充分混合，最终达到成分均匀一致的目的。, 充气装置（充气箱）： (1)形式：扇形、环形、条形等。 (2)充气装置示意图：其透气层材质：陶瓷多孔板、水泥 多孔板、涤纶或尼龙等化纤织物。, 充气方式： 强气充气法：先在全区域同时低压充气1015min，使库内生料膨胀，然后在充气区通入足够的压缩空气，其余区不充气，每隔1015min轮换一次，如此重复，直至库内生料均匀性符合要求。 强弱充气法：先在全区域同时充入强气约15

17、 min左右使物料流态化，然后改为一区充强气（约占总空气量的75%），其余区充弱气（约占25%），每隔1020min依次轮换，循环一周或两周。,(c) 气力均化系统连续式均化库,均化原理： 主要是采用空气搅拌及重力作用下产生的“漏斗效应”（或称鼠穴效应），使生料粉向下落降时切割尽量多层料面予以混合。同时，在不同流化空气的作用下，使沿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径向倾斜，进行径向混合均化。 均化作用： 空气搅拌、重力均化、径向混合。,类型： 双层式均化库 混合室或均化室均化库 多料流式均化库 （目前使用最广泛）, 双层式均化库,结构： 上

18、层是多个空气搅拌库,下层为储存库. 特点： 高度高(一般6070m ), 土建造价高, 上下操作不方便.,20世纪60年代研发,70年代在国外应用较多,80年代后渐被淘汰.,混合室或均化室均化库,均化原理： 库底部设置混合室或均化室。环形区内分8个小区布置充气装置，并由空气分配阀轮流充气，使生料膨松活化，向中央的混合室或均化室流动。 使每个活化生料区向下卸料时产生重力均化，进混合室或均化室后再由空气进行搅拌均化，均化效果高。, 特点 兼备储存与均化功能； 均化原料系采用库内”平铺直取”与混合室或均化室内空气搅拌相结合； 库顶中心设有生料分配器，使入库料在库内基本呈水平分散分布，进料的同时卸料； 库内结构较复杂，充气装置及空气搅拌室维修困难，生料卸空率低，电耗较大。,目前已渐被多料流式均化库代替.,原理: 侧重于库内的重力混合作用，基本不用气力均化作用，以简化设备和节省电力。多数库底增设一个小型搅拌仓。,多料流式均化库,类型, IBAU中心室库 伯力休斯MF库 史密斯CF库 中国TJ-TP型库 中国NC型