水泥窑炉2013年6月(姜洪舟教材)1

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1、硅酸盐工业热工过程与设备授课人:赵蔚琳第一章概述无机非金属材料这个名称是从传统上的“陶瓷材料”、“硅酸盐材料”逐渐演变而来的。现在这个领域已经大大拓宽，参见教材的图1.1。无机非金属材料与有机（高分子）材料、金属材料并列为三大基础材料。除了这三种基础材料以外，材料的另一个重要分支就是基于这三大基础材料而发展迅速的复合材料。欧、美等国家习惯上仍用广义陶瓷（Ceramics）的概念来表示我们所称谓的无机非金属材料，它属于无机材料（InorganicMaterial）的范畴（在无机材料中，由于金属材料为一

2、个单独的材料体系，于是有人干脆将“无机非金属材料”简称为：无机材料）。绝大多数无机非金属材料的制备与生产需要高温，而产生高温的根源是热量，因此无机非金属材料专业方向就需要设置与“热工”相关的课程。产生热量、利用热量的设备叫做“热工设备”，热工设备的主要代表就是窑炉。它被形象地比拟为无机非金属材料生产时的“心脏”。窑炉是指这样一些高温结构空间，在这些结构空间内，能够用加热方法，按照工艺要求的烧成制度，使生料或生坯经过一系列物理、化学变化后成为产品或中间产品。加热所需热量主要来自燃料燃烧产生的热能或用电

3、能产生的热能。热工设备的先进性主要体现在：在确保环保效益和社会效益的基础上，在保证稳定的产品质量及产量的前提下，具有最大的热效率，即最低热耗和最低电耗。窑炉只是材料制备的一个重要的中间工序设备，这个中间工序是材料的热制备工序（简称：烧制过程或烧成过程）。它的前一个工序是原料的前处理，主要包括：原料的精选、预均化、破碎、粉磨、混料（也叫均化）以及坯体的成型等；它的后一个工序是烧制品的后处理（例如，水泥熟料的粉磨；玻璃液的成型、退火、深加工；普通陶瓷的装饰、烤花、艺术加工；高科技产品的精细加工等），最后

4、经过测试、检验、包装后的合格产品被投入市场及社会来寻找其用途。窑炉与材料的制备或生产密切相关。必须掌握有关热工设备规律，以达到正确设计、合理操作和制备稳定的优质产品之目的。无机非金属材料的热制备方法分为两大类：一类是普通烧制法；包括固相烧结、液相烧结和熔化；另一类是高技术制备法：也涉及到固相烧结、液相烧结或熔化，但所用方法却是高技术方法，一般用于小批量、高附加值的无机非金属材料产品的高温制备。具体包括：放电等离子体烧结技术微波烧结技术热等静压制备技术自蔓延高温合成技术热工过程的特点热工设备是为材料热

5、制备过程服务的，因此无机非金属材料热制备热工过程的特点之一是：热工设备必须在设备结构和热工制度上满足产品热制备工艺过程的要求。无机非金属材料热制备工艺过程的特点之一是：不管使用哪一种热制备方法，如果除去原料的前处理和烧制品的后处理阶段，则从生料或生坯变为产品或中间产品，大体上都要经过预热、烧成和冷却这三个阶段。参见教材表1.1。各种类型无机非金属材料热工设备内涵与共性包括：烧制过程的工艺过程特点与热工过程特点；热平衡计算；筑炉材料与窑炉的砌筑、窑炉的烘烤；燃烧设备以及热工设备的自动控制等。本热工工程

6、课主要介绍前两项第二章新型干法水泥回转窑系统水泥是一种细磨材料，它加入适量水后，成为塑性浆体，这种浆体是既能在空气中硬化，又能在水中硬化(硬化后要达到一定的强度)，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。水泥生产的过程是要经过“二磨一烧”：即生料磨，水泥窑和水泥磨。其中水泥窑系统是将水泥生料在高温下烧成为水泥熟料的热工设备，是水泥生产中的一个极为重要的关键环节。水泥熟料的烧制过程：预热阶段(室温～900℃)：生料中残余水的排除，500℃结构水排出，随着生料升温，少量MgCO3分解。分解阶

7、段(900～1000℃)：碳酸钙分解，吸收大量的热量。固相反应阶段(1000～1250℃)：各种氧化物之间发生固相反应，形成了一些矿物。烧成阶段(1250～1450～1300℃)：出现液相。最终产物为玻璃相以及C3S，C2S，C3A，C4AF。冷却阶段(1300～100℃)：快速冷却，可保持一定的玻璃体，还可防止β-C2S→γ-C2S从而提高水泥强度且有利于粉磨和输送及余热回收。水泥窑的作用水泥窑是一个反应器水泥窑是一个熔炉水泥窑是一个燃烧设备水泥窑是一个传热设备水泥窑是一个输送设备水泥窑的工作目的

8、水泥窑的工作是由气体流动、燃料燃烧、热量传递和物料运动等过程组成的。水泥窑的工作目的就是使燃料能充分燃烧、燃烧产生的热量能及时地传给物料、物料接受热量后发生一系列的物理和化学变化形成熟料并及时排出废气。水泥窑回转窑立窑干法中空回转窑湿法回转窑立波尔窑(半干法生产)悬浮预热器窑(SP窑)窑外分解窑(NSP窑)新型干法水泥回转窑系统。分类：间歇式土窑（后发展成土立窑）1877年：回转窑1905年：湿法回转窑1910年：机械化立窑1928年：立波尔窑1950年：悬浮预热器窑