领域工程 知乎:新型干法水泥生产流程

一、水泥生产原燃料及配料

生产硅酸盐水泥的主要原料为石灰原料和粘土质原料，有时还要根据燃料品质和水泥品种，掺加校正原料以补充某些成分的不足，还可以利用工业废渣作为水泥的原料或混合材料进行生产。

1、 石灰石原料

石灰质原料是指以碳酸钙为主要成分的石灰石、泥灰岩、白垩和贝壳等。石灰石是水泥生产的主要原料，每生产一吨熟料大约需要1.3吨石灰石，生料中80%以上是石灰石。

2、 黏土质原料

黏土质原料主要提供水泥熟料中的、、及少量的。天然黏土质原料有黄土、黏土、页岩、粉砂岩及河泥等。其中黄土和黏土用得最多。此外，还有粉煤灰、煤矸石等工业废渣。黏土质为细分散的沉积岩，由不同矿物组成，如高岭土、蒙脱石、水云母及其它水化铝硅酸盐。

3、 校正原料

当石灰质原料和黏土质原料配合所得生料成分不能满足配料方案要求时（有的含量不足，有的和含量不足）必须根据所缺少的组分，掺加相应的校正原料

（1）硅质校正原料含80%以上

（2）铝质校正原料含30%以上

（3）铁质校正原料含50%以上

二、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（）、硅酸二钙（）、铝酸三钙（）和铁铝酸四钙（）组成。

三、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：

电动机通过减速安装带动磨盘转动，物料通过锁风喂料安装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，在系统收尘安装中收集下来，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酷热气体充分混合，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，由呐气管排出。

（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，设燃料喷入安装，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，下一道袱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。

硅酸盐水泥生产的原料
1.硅酸盐水泥的主要成分
硅酸三钙（3CaOoSiO2）、硅酸二钙（2CaOoSiO2）、铝酸三钙（3CaOoAI2O3）、
铁铝酸四钙（4CaOoAI2O3oFe2O3）
其中：CaO 62～67%； SiO2 20～24%； AI2O3 4～7%； Fe2O3 2～6%。
2.硅酸盐水泥生产的主要原料
(1) 石灰质原料：
以碳酸钙为主要成分的原料，是水泥熟料中CaO的主要来源。如石灰石、白垩、石灰质泥灰岩、贝壳等。一吨熟料约需1.4～1.5吨石灰质干原料，在生料中约占80%左右。
石灰质原料的质量要求
品位 CaO（%） MgO（%） R2O（%） SO3（%） 燧石或石英（%）
一级煞 ＞48 ＜2.5 ＜1.0 ＜1.0 ＜4.0
二级煞 45～48 ＜3.0 ＜1.0 ＜1.0 ＜4.0

(2)粘土质原料：
含碱和碱土的铝硅酸盐，主要成分为SiO2，其次为AI2O3，少量Fe2O3，是水泥熟料中SiO2、AI2O3、Fe2O3的主要来源。粘土质原料主要有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。一吨熟料约需0.3～0.4吨粘土质原料，在生料中约占11～17%。
粘土质原料的质量要求
品位 硅酸率 铁率 MgO（%） R2O（%） SO3（%） 塑性指数
一级煞 2.7～3.5 1.5～3.5 ＜3.0 ＜4.0 ＜2.0 ＞12
二级煞 2.0～2.7或3.5～4.0 不限 ＜3.0 ＜4.0 ＜2.0 ＞12
一般情况下SiO2含量60～67%，AI2O3含量14～18%。

(3)主要原料中的有害成分
①MgO：影响水泥的安定性。水泥熟料中要求MgO＜5%，原料中要求MgO＜3%。
②碱含量（K2O、Na2O）：对正常生产和熟料质量有不利影响。水泥熟料中要求R2O＜1.3%，原料中要求R2O＜4%。
③P2O5：水泥熟料中含少量的P2O5对水泥的水化和硬化有益。当水泥熟料中P2O5含量在0.3%时，效果最好，但超过1%时，熟料强度便显著下降。P2O5含量应限制。
④TiO2：水泥熟料中含有适量的TiO2，对水泥的硬化过程有强化作用。当TiO2含量达0.5～1.0%，强化作用最显著，超过3%时，水泥强度就要降低。如果含量继续增加，水泥就会溃裂。因此在石灰石原料中应控制TiO2＜2.0%。
3. 硅酸盐水泥生产的辅助原料
(1)校正原料
①铁质校正原料：补充生料中Fe2O3的不足，主要为硫铁矿渣和铅矿渣等。
②硅质校正原料：补充生料中SiO2的不足，主要有硅藻土等。
③铝质校正原料：补充生料中AI2O3的不足，主要有铝钒土、煤矸石、铁钒土等。
校正原料的质量要求
硅质原料 硅 率 SiO2（%） R2O（%）
＞4.0 70～90 ＜4.0
铁质原料 Fe2O3＞40%
铝质原料 AI2O3＞30%

(2) 缓凝剂：以天然石膏和磷石膏为主。掺加量3～5%。
4.工业废渣的利用
①赤泥：烧结法生产氧化铝排出的赤色废渣，以CaO、SiO2为主。掺加石灰质原料可匿制成生料。
②电石渣：以CaO为主。可替代部分石灰石生产水泥。
③煤矸石：以SiO2、AI2O3为主。可替代粘土生产水泥。
④粉煤灰：以SiO2、AI2O3为主。可替代粘土配制生料，也可作混合材料。
⑤石煤：以SiO2、AI2O3为主。可作不粘土质原料，也可作燃料。