硅酸盐热工设备-水泥窑炉..docVIP

第五章 无机材料产品烧成设备 概述无机材料产品烧成设备 烧成设备的基本概念 硅酸盐制品如陶瓷、耐火材料、水泥、玻璃以及石膏、石灰等一般都是将经过加工处理的原料置于高温下经煅烧反应而制得的。此高温加工的过程称之为烧成。烧成所需设备在硅酸盐工业中称之为烧成(温度制度、气氛与压力制度)、窑炉的类型及流程等有密切的关系。 如原料在烧成过程中的物理化学变化、窑炉结构及操作原理、燃料燃烧与炉内传热等，以期达到优质、高产、低消耗和改善操作条件的目的。 1、烧成反应的分类 (一) 分解反应(热分解) 热分解是由氢氧化物、碳酸盐等所组成的原料，在加热到一定的温度时，逸出其中的水分或CO2的过程。分解后所得为无水物或氧化物。分解反应为吸热反应，分解反有： 高岭石(Al203·2SiO2·2H2O)、水铝石(Al203· H2O)、叶蜡石(A12O3·4SiO2·H2O 水滑石 (Mg(OH)2)、蛇纹石(3MgO 2SiO2·2H2O)、菱苦土(MgCO3)， 白云石(CaCO3·MgCO3)及方解石(CaCO3) 加热时因脱水或分解出CO2而呈现的吸热峰。 碳酸盐、硫酸盐类矿物在500~1000℃进行分解反应，成为多孔质的氧化物 在以石灰石为主要原料的水泥熟料烧成过程中，由于碳酸盐分解吸热量很大(一般为1800 ~2060kJ／kg料)，分解反应对烧成的速度与热耗影响都很大。这时，碳酸盐的分解(CO2的扩散)的影响；在只考虑化学动力学过程时，碳酸钙分解速度可用下式表示： 2／3次方，即 对于陶瓷制品，碳酸盐、硫酸盐的分解应在釉面玻化以前完成，以便生成的CO2 SO3体排除干净，否则在釉面玻化时反应还在进行，气体排不出，就会使制品起泡，影响制品质量。 （二）固相反应 1、晶型转换 天然矿物一般均呈低温晶型，烧成时就会转变成高温晶型。 在转换温度下，有的产生β α型之转换； 有的 这些转换伴有显著的 2、固相反应 是传统硅酸盐材料以及新型无机功能材料生产过程中的基本反应，它直接影响到这些材料的生产过程和产品质量。固体和固体之间反应的特点是反应只在相界面上进行。首先在相界生成一产物层，接着在相界上继续进行反应。因此反应物在产物层中的扩散往往成为控制反应速度的主要因素。 固相烧结与固相反应的不同之处是固相反应必须至少有两个组元参加(如A与B)，并产生化学反应最后生成AB，AB的结构与性能不同于A与B。而烧结可以只有单组元，或者两组元参加，但两组元并不发生化学反应，仅仅是在表面能驱动下由粉体变成致密体。 实际生产中由于不可避免地 烧结的形式大致可分为二种： 一种是坯料在高温下形成共熔物，然后降至低温时生成玻璃相或结晶相而烧结，这种烧结称为 烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的。硅酸盐类材料的烧结温度(Ts)约为熔融温度(TM)的80~90％， 而对金属粉末来说，Ts=(0．3～0．4)TM。 烧结和熔融这两个过程都是由原子热振动而引起的，但熔融时全部组元都变为液相，而烧结时至少有一组元处于固态。 物质处于熔融状态时，由于原子、分子、离子等的动能增加，减弱了原来的结合力；因而有利于各组分之间的反应。 又由于高温液相的相对粘度小，有利于未熔化的固体熔解以及熔化后物质的扩散，可获得质地均匀的产品。例如制造高铝水泥时采用熔融法，由于熔融物料易混合均匀，因而生料不必经过细磨，反应比较完全，制造的高铝水泥质量一般较佳。 在硅酸盐类材料的生产中，由于组分比较复杂，往往在未达完全熔融之前，通过分解、晶型转换、固相反应等已经进行了若干形成硅酸盐的反应。例如玻璃的熔制过程中，原料尚未开始熔融之前，已有硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝等的形成。然后随着温度的升高(达1200℃左右)，各种硅酸盐开始熔融，同时未熔化的砂粒和其他粒子也被全部熔解在硅酸盐熔融体中，而形成玻璃液。熔融时，反应进行的条件对反应速度的影响是很大的。以熔制玻璃为例，熔化温度、各氧化物的相对含量、某些添加物、炉内气氛性质与分压、耐火材料的侵蚀、混合料的颗粒组成、鼓泡与搅拌等都对反应速度产生一定的影响。 2、烧成各类产品的窑炉类型 窑炉是硅酸盐产品进行烧成所用的热工设备。 它是既能产生热、又能将此热有效地传给物料并使物料产生所需化学反应的装置。 由于烧成是影响产品产量、质量、能源消耗、成本的关键工序，“心脏” 由于硅酸盐类产品品种繁多，烧成过程中的物理化学变化又极为复杂，所以硅酸盐工业窑炉的种类甚多，其分类大致如下： 1. 按产品种类分：水泥窑；陶瓷窑；玻璃窑；石灰窑；耐火材料窑等。 2．按烧成产品的状态分： a. 适于煅烧块、粒状物料的窑。如回转窑、立窑等； b. 适于烧制成型制品的窑。如隧道窑、倒焰窑等； c. 适于熔制玻璃的窑，如