无机非金属材料工学水泥印完.pptx
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1、会计学1无机非金属材料工学水泥印完无机非金属材料工学水泥印完n n3 3、材料工艺、材料工艺n n n n 定义:我们将任何一种材料从原料成品的整个过程称为材料工艺过程。n n 它包括原料制备工艺、成型工艺、溶制(窑炉工艺),制品工艺等。第1页/共269页n n4 4、无机非金属材料工艺、无机非金属材料工艺:将原料选择粉碎配方设计混合高温(成型)制品后期处理的整个过程称为工艺过程,研究工艺过程中的各种物理化学变化、机械加工方法、生产各种的控制等以确保产品质量的过程称为工艺学。第2页/共269页n n 不不同同无无机机非非金金属属材材料料其其各各自自的的工工艺艺过过程程不不尽尽相相同同,但但有有
2、着着许许多多的的共共性性和和相相似似性性,下下面面就就硅硅酸酸盐盐水水泥泥、平平板板玻玻璃璃、普普通通陶陶瓷瓷、常常用用耐耐火火材材料的制备工艺过程分别加以阐述。料的制备工艺过程分别加以阐述。第3页/共269页第一篇第一篇 水泥工艺学水泥工艺学第4页/共269页第一章第一章 引引言言第5页/共269页一、胶凝材料的定义和分类一、胶凝材料的定义和分类n n1、定义:n n 在物理化学的作用下,能从浆体变成坚硬的石状体,并能胶结其它物料而具有一定机械强度的物质,统称为胶凝材料。第6页/共269页n n2、分类:n n 有机:沥青,树脂等;n n 无机:n n a 水硬性:拌水后在空气中或水中硬化。
3、如:各种水泥、化学溶胶凝胶;n n b 非水硬性:又称气硬性,只在空气中硬化,不在水中硬化。如:石灰、石膏、耐酸胶结料等。第7页/共269页二、凝胶材料发展史二、凝胶材料发展史n n公元前公元前2000300020003000年如中国(长城年如中国(长城石灰)、石灰)、埃及(金子塔埃及(金子塔煅烧石膏)、罗马(庞贝圣煅烧石膏)、罗马(庞贝圣庙庙石灰)使用石膏胶凝材料,十八世纪后石灰)使用石膏胶凝材料,十八世纪后期发展水硬性石灰,十九世纪初期发展水硬性石灰,十九世纪初(18101825)(18101825),Portland Portland 水泥即硅胶盐水泥制成。英国(水泥即硅胶盐水泥制成。英
4、国(J.J.AspdinAspdin)18241824年首获年首获Portland cement Portland cement 专利。专利。1907190919071909,制成快硬性高铝水泥,近年又发,制成快硬性高铝水泥,近年又发展了硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。(要展了硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。(要学会用材料的眼光看世界,你会有意想不到学会用材料的眼光看世界,你会有意想不到的收获)。的收获)。第8页/共269页三、水泥的定义和分类三、水泥的定义和分类n n1、定义:n n 加入水后成塑性浆体,能在空气和水中硬化,并能胶结砂、石等材料的细粉状水硬性胶凝材料称为水泥。第9页/共269页n
5、 n2、分类:n n 通用水泥:Portland等各种硅酸盐水泥;n n 专用水泥:油井、砌筑水泥、大坝水泥等;n n 特性水泥:快硬、抗硫酸、膨胀、自应力水泥等。n n 目前,水泥种类已达200多种。第10页/共269页四、水泥在国民经济中的地位和作用四、水泥在国民经济中的地位和作用四、水泥在国民经济中的地位和作用四、水泥在国民经济中的地位和作用n n水泥是建筑工业三大基本材料之一,可广泛用于民用、工业、农业、水利、交通和军事等工程。虽然制造水泥能耗较多,但它与砂、石等集料制成的混凝土却是一种低能耗的建筑材料。因此,水泥工业具有极其广阔的前景。第11页/共269页五、水泥工艺发展概况及方向五
6、、水泥工艺发展概况及方向n n n n 1、规模扩大;n n 2、窑炉改变;n n 3、粉末工艺改进;n n 4、能源、资源、环境第12页/共269页第二章第二章 硅酸盐水泥国硅酸盐水泥国家标准家标准及其生产及其生产第13页/共269页第一节第一节 国家标准国家标准 n n一一、定定义义:是是以以硅硅酸酸钙钙为为主主要要成成分分的的熟熟料料所所制制得得的的水水泥泥统统称称为为硅硅酸盐水泥。酸盐水泥。n n二二、分分类类:1 1、硅硅酸酸盐盐水水泥泥:熟熟料料(0-5%0-5%)石石灰灰石石或或炉炉渣渣石石膏膏n n 即波特兰水泥:即波特兰水泥:PP为不掺混合料为不掺混合料 (型)型)n n P
7、P为掺混合料为掺混合料5%5%(型)型)n n 2 2、普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥:熟熟料料(6%-15%6%-15%)混混合合料料石石膏膏。代代号号PO.PO.第14页/共269页n n二、分类:n n1、硅酸盐水泥:熟料(0-5%)石灰石或炉渣石膏n n 即波特兰水泥:P为不掺混合料(型)n n P为掺混合料5%(型)n n 2、普通硅酸盐水泥:熟料(6%-15%)混合料石膏。代号PO.第15页/共269页三、水泥组成及要求:三、水泥组成及要求:n n 1 1、熟熟料料:以以适适当当成成分分的的生生料料,烧烧至至部部分分熔熔融融,所所制制得得以以硅硅酸酸钙钙成成分分为为主主的的产产物物称
8、称为为硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料高高 分子熟料。分子熟料。第16页/共269页n n2、石膏:满足GB5483。n n 作用:缓凝。第17页/共269页n n3、活性混合料:n n符 合 GB1596的 粉 煤 灰;GB2847的火山灰;n nGB203的炉渣。第18页/共269页n n4、非活性混合料:n n活 性 指 标 终 于 GB1596,GB2847,GB203,AI2O32.5%。第19页/共269页n n5、窑灰:符合ZBQ12001。n n 回转窑粉尘。n n6、助磨剂:1%第20页/共269页n n四、标号:n nPortland cement分为:n n 425R,525
9、,525R,625,625R,725R,6个标号n n普通硅酸盐水泥分为:n n 325,425,425R,525,525R,625,625R,7个标号n n R:快硬型 第21页/共269页 水泥标号的含义:一般以28d抗压强度值作为水泥的标号。而特性水泥和专用水泥则不同。第22页/共269页n n五、技术指标:n n n n 1 1、不溶物:、不溶物:P.P.0.75%;.0.75%;n n P.P.1.5%.1.5%n n 2 2、MgO:5.0%MgO:5.0%n n 3 3、SOSO3 33.5%3.5%第23页/共269页n n4 4、烧烧 矢矢 量量 3.0%(3.0%(P.P.
10、);.);3.5%(3.5%(P.P.);.);普通普通5.0%.300m300m2 2/Kg/Kg的的比比表表面面积积;普通:普通:80m80m方孔筛余方孔筛余10%45min,45min,终终凝凝6.5h45min,45min,终凝终凝10h10h。第24页/共269页n n7 7、安定性:煮沸检验合格;、安定性:煮沸检验合格;n n8 8、碱:、碱:NaNa2 2OO0.658K0.658K2 2O0.60%O0.60%n n9 9、强度:满足下表。、强度:满足下表。第25页/共269页表表表表2-1GB175-922-1GB175-92各龄期、各类型水泥强度各龄期、各类型水泥强度各龄期
11、、各类型水泥强度各龄期、各类型水泥强度 品种标号抗压强度(Mpa)抗折强度(Mpa)3d28d3d28d硅酸盐水泥425R22.042.54.06.5525525R23.027.052.552.54.05.07.07.0625625R28.032.062.562.55.05.08.08.0725R37.072.56.08.5普通水泥32512.032.52.55.5425425R16.021.042.542.53.54.06.56.5525525R22.026.052.552.54.05.07.07.0625625R27.031.062.562.55.05.58.08.0第26页/共269页n
12、 n六、废品与不合格:n n1 1、废品:、废品:n n MgOMgO、SOSO3 3、初初凝凝时时间间、安安定定性性之一不合格为废品;之一不合格为废品;n n2 2、不合格品:、不合格品:n n 细度、终凝、不溶物、烧矢量之细度、终凝、不溶物、烧矢量之一不合格或掺入物超标为不合格一不合格或掺入物超标为不合格品。第27页/共269页n n第二节第二节 硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产第28页/共269页n n一、生产步骤:n na a、生生料料制制备备:石石灰灰粘粘土土铁铁粉粉+少量校正材料少量校正材料粉磨。粉磨。n nb b、熟熟料料煅煅烧烧:部部分分熔熔融融硅硅酸酸钙钙为主成分。为主成分。
13、n n c c、水水泥泥制制备备:熟熟料料石石膏膏少少量量混合料混合料粉磨。粉磨。n n 即即:“两磨一烧两磨一烧”。第29页/共269页n n二、生产方法:n n1 1、干法:、干法:n n “两磨一烧两磨一烧”n n2 2、湿法:、湿法:n n 原原料料加加入入水水(磨磨)生生料料浆浆烧烧磨。目的:生料均磨。目的:生料均 化。化。第30页/共269页三、工艺过程:三、工艺过程:图图21立窑生产工艺过程立窑生产工艺过程1破碎机;2烘干机;3原料库;4原煤库;5生料磨;6生料库;7成球盘;8立窑;9碎煤机;10熟料库;11烘干机;12混合材料;13水泥磨;14水泥库;15包装机第31页/共26
14、9页图图22窑外分解窑(回转窑)工艺过程窑外分解窑(回转窑)工艺过程1石灰石;2黏土;3铁粉;4煤;5石膏;6一级破碎;7二级破碎;8碎石库;9均化库;10破碎机;11生料磨;12提升泵;13搅拌库;14悬浮预热器;15窑外分解窑;16回转窑;17冷却;18电收尘;19加热塔;20煤磨;21煤库;22熟料库;23熟料磨;24选粉机;25输送泵;26水泥库;27包装机;28袋装出厂;29散装出厂第32页/共269页第三章第三章 硅酸盐水泥熟硅酸盐水泥熟料矿物组成及配料计算料矿物组成及配料计算第33页/共269页n n熟料主要化学组成:n n普通水泥:CaO 6267%;SiO2 2024%;Al
15、2O3 47%;Fe2O3 2.515%.n n白水泥:Fe2O30.5%:SiO2 2427%.n n少 量:MgO,SO3,K2O,Na2O,CaO,TiO2,P2O5.第34页/共269页第一节第一节 矿物组成矿物组成第35页/共269页水泥矿物组成主要有:水泥矿物组成主要有:n n一、硅酸三钙 n n二、硅酸二钙 n n三、铝酸三钙(中间相)n n四、铁铝酸四钙(中间相)n n五、玻璃体(中间相)n n六、游离氧化钙和方镁石 第36页/共269页n n一、硅酸三钙n n3 CaO SiO2 (C3S)含量50-60%;它有三种晶系七种变形;n nR三 方(含 杂 质)(1070)M(单
16、斜)(1060)M(990)M(960)T三斜(纯C3S)(920)T(520)T第37页/共269页n n在在C C3 3S S中中含含有有MgOMgO,AlAl2 2OO3 3,FeFe2 2OO3 3等等固固溶溶体体时时称称为为阿阿利利特特(AliteAlite)或或A A矿(即不太纯的矿(即不太纯的C C3 3S S)n nC C3 3S S:水水化化较较快快,粒粒径径为为40-50m40-50m,28d28d水水化化70%.70%.在在四四种种水水泥泥矿矿物物中中强强度最高。度最高。第38页/共269页二、硅酸二钙二、硅酸二钙n n2 CaO SiO2 CaO SiO2 2 (C(C
17、2 2S)S)含量含量20%20%左右;左右;是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一,是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一,熟料中硅酸二钙并不是以纯的形式熟料中硅酸二钙并不是以纯的形式存在,而是与少量存在,而是与少量MgOMgO,AlAl2 2OO3 3,FeFe2 2OO3 3,RaORaO等氧化物形成固溶体,等氧化物形成固溶体,通常称为通常称为贝利特(贝利特(BeliteBelite)或)或B B矿矿。纯纯C C2 2S S在在14501450以下有下列多晶转变。以下有下列多晶转变。第39页/共269页n n晶型:(1425)H(1160)L(630-680)/690n n 780-860 n n(单斜
18、)(500)-n n型不稳定,熟料中一般不存在,型只有在高温快冷的水泥中,T0.64时:n nSM=(C3S1.325C2S)/(1.43C3A2.406C4AF)第49页/共269页n nSMSM过过高高,熟熟料料煅煅烧烧困困难难,C C3 3S S不不易易形形成成;若若CaOCaO过过高高则则熟熟料料易易粉粉化化;SMSM过过低低,则则液液相相过过多多,熟熟料料易易结结块。块。第50页/共269页三、铝率或铁率(三、铝率或铁率(IM)n nIM=Al2O3/Fe2O3 一般:IM=0.91.7n n或IM=1.15C3A/C4AF1.64 (A/F0.64时)n nIM过高液相黏度大,凝结
19、快;IM过小则烧结范围窄,易结块。第51页/共269页四、石灰饱和系数(四、石灰饱和系数(KH)n nKH=(CaO-1.65 Al2O3-0.35 Fe2O3)/2.8 SiO2 当IM0.64时n n它表示熟料中SiO2被饱和成C3S的程度。在实际熟料中有的C2S形成,所以会有游离CaO。第52页/共269页n nKH=(CaO-1.1 Al2O3-0.7 Fe2O3)/2.8 SiO2 当IM0.64时n n一般:KH=0.820.94n n或:KH=(C3S0.8838C2S)/(C3S1.3256C2S)n n一般:KH=0.6671.0n nKH越大,则C3S越高,熟料质量越好。但
20、KH值过高,则煅烧困难。第53页/共269页第三节第三节 熟料矿物组成熟料矿物组成计算计算第54页/共269页n n 一般可用物相分析方法测定,但多数会利用化学组成计算。n n包括:灰饱和系数法n n 鲍格法(HRBogue)n n 第55页/共269页一、灰饱和系数法一、灰饱和系数法 n n水泥熟料中主要矿物的相对分子量比为:n nC2S中的2CaO/SiO2=1.87;n nC3S中的3CaO/SiO2=4.07;n nC4AF中的C4AF/Fe2O3=3.04;n nC3A中的C3A/Al2O3=2.65;n nCaSO4中的CaSO4/SO3=1.7;IM=1.664.第56页/共26
21、9页n n设设与与SiOSiO2 2反反应应的的CaOCaO量量为为CsCs,与与CaOCaO反应的反应的SiOSiO2 2为为ScSc,则:,则:n nCs=CaO-Cs=CaO-(1.65 1.65 AlAl2 2OO3 30.35 0.35 FeFe2 2OO3 30.7SO0.7SO3 3)=2.8KHSc=2.8KHScn nSc=SiOSc=SiO2 2第57页/共269页n n根根据据在在一一般般情情况况下下,CaOCaO和和SiOSiO2 2反反应应先先生生成成C C2 2S S,剩剩余余的的CaOCaO再再与与C C2 2S S反应生成反应生成C C3 3S S。n n而而C
22、aOCaO和和SiOSiO2 2反应先生成反应先生成C C2 2S S需要需要CaOCaO的量为的量为2CaO/SiO2CaO/SiO2 2=1.87=1.87。第58页/共269页n n所以,CaO的剩余量为Cs-1.87Sc,以此计算C3S的含量为:n nC3S=4.07(Cs-1.87Sc)n n=4.07Cs-7.6Scn n=4.07(2.8KHSc)-7.6Scn n=3.8(3KH-2)SiO2第59页/共269页n n因为 CsSc=C3SC2Sn n故 C2S=CsSc-C3Sn n=CsSc-(4.07Cs-7.6Sc)n n=8.6Sc-3.07Csn n=8.6Sc-3
23、.07(2.8KHSc)n n=8.6(1-KH)Sc第60页/共269页n nC4AF含量可由Fe2O3含量计算:C4AF=3.04 Fe2O3n n将总的Al2O3含量减去C4AF所消 耗 的 Al2O3含 量,剩 余 的Al2O3含量用于计算C3A的含量:n nC3A=2.65(Al2O3-0.64 Fe2O3)n n同理,可算出IM0.64时的熟料矿物组成。第61页/共269页二、鲍格法(二、鲍格法(HRBogue)n n也称为代数法。根据四种主要矿物以及石膏的化学组成可以计算出各氧化物的百分含量,见表3-1。第62页/共269页表表表表3-1 3-1 主要矿物中各氧化物的含量(主要矿
24、物中各氧化物的含量(主要矿物中各氧化物的含量(主要矿物中各氧化物的含量(%)氧化物矿物C3SC2SC3AC4AFCaSO4CaO73.6965.1262.2746.1641.19SiO226.3134.88-Al2O3-37.7320.98-Fe2O3-32.86-SO3-58.81第63页/共269页n n根据上表数值可列出下列方程:n nC=0.7369 C3S 0.6512 C2S0.6227 C3A 0.4616 C4AF0.4119 CaSO4n nS=0.231 C3S0.3488 C2Sn nA=0.3773 C3A0.2098 C4AFn nF=0.3286 C4AFn nSO
25、3=0.5881 CaSO4第64页/共269页n n解上述联立方程组,可得:n nC3S=4.07C-7.60S-6.72A-2.86 SO3n nC2S=8.60S5.07A2.15 SO3-3.07Cn n =2.87S-0.75 C3Sn nC3A=2.65A-1.69Fn nC4AF=3.04Fn nCaSO4=1.70 SO3第65页/共269页n n同理,当IM0.64时,也可计算水泥熟料得率值。其公式为:n nC3S=4.07C-7.60S-4.47A-2.86 SO3n nC2S=8.60S3.38A2.15 SO3-3.07Cn n =2.87S-0.754 C3Sn nC
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