水泥行业的节能减排意义重大，水泥孰料的烧成热耗决定了水泥低能耗制备。本论文依据水泥熟料多阶段形成的客观现实，从生料碳酸盐分解、固相反应、熟料形成反应、熟料煅烧热耗和工艺参数优化等方面开展了系统研究，通过理论计算、实验检测、模拟煅烧等手段对对水泥熟料形成反应的热力学、动力学和熟料形成速率进行深入研究，为工业化生产高性能、低能耗水泥熟料提供理论依据，为新型干法窑的改进提供创新性的理论支撑和指导。　　本论文首先研究熟料形成反应的碳酸盐分解反应，研究不同反应条件对碳酸分解反应的和新生态矿物的固相反应活性的影响。发现碳酸盐分解反应阶段包括三个主要时期“诱导期”、“分解加速期”和“分解稳定期”，“诱导期”主要的影响因素是升温速率和颗粒尺寸，随着升温速率加快和颗粒尺寸的增大，分解反应“诱导期”延长，分解温度为950℃，CO2浓度为20％时，升温速率由30℃/min上升至80℃/min时，诱导时间由0min延长至2.37min;而温度和环境中的CO2浓度是影响“分解期”的主要因素，温度升高，诱导时间由25.78min缩短至5.56min，分解期时间延长，“分解期”时间随CO2浓度的增大而延长，但随着温度的增加，该效果减弱，分解温度为950℃，CO2浓度为20％的分解时间几乎与CO2浓度为0％的分解时间相等。通过分析碳酸盐分解动力学过程，推断出石灰石分解反应符合n=1/3的相界反应机理。在一定温度范围内，保证分解刚刚完成的煅烧时间，新生成态氧化钙的活性随着温度的升高而逐渐增大，1000℃分解的产物水化活性最高，但是不能将分解炉温度提高过多，防止新生态氧化物的过度煅烧，同样分解时间下，900℃分解的产物水化活性较好。急速升温状态下新生成态氧化钙具有更高的化学反应活性。如果能保证颗粒充分的分散程度，石灰石粒径的减小将有助于活性的提高。　　在研究碳酸盐反应过程以及新生态氧化钙活性的基础上，对原料组成和不同煅烧条件下固相反应的中间产物和熟料矿物的关系进行研究，确定固相反应的动力学参数。表明保证碳酸盐快速分解同时固相反应速率较大的温度范围为900℃-1000℃，最佳温度范围为950℃-1000℃。保持高温下新生态物相反应活性，快速进入同相反应和熟料烧成阶段，将对熟料热耗降低有较大益处。悬浮态下，1000℃分解产物的比表面最高为11.7m2/g，硅酸盐反应活性最高，其参与固相反应的活化能最低为79.93KJ/mol。与氧化钙的水化活性相比，硅酸盐法更适合表征水泥熟料煅烧过程新生态氧化物的活性。　　利用热力学软件和相应数据库计算水泥熟料各个矿物的形成温度，对比试验模拟水泥熟料煅烧过程，发现硅酸盐水泥熟料矿物对温度呈现各自的特性，丽主要矿物硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙的形成温度可以通过改变熟料矿物组成和形成途径来降低，热力学计算硅酸三钙的形成温度为1200℃，而实验模拟硅酸三钙的形成温度为1250℃-1300℃，可以在低液相形成硅酸三钙，从而提高硅酸盐矿物含量。根据实验数据计算得到熟料矿物的反应活化能:铝酸三钙的反应活化能＞硅酸三钙反应的活化能＞铁铝酸四钙反应的活化能为＞硅酸二钙反应的活化能，硅酸三钙的反应模型接近于球型模型、属于三维扩散控制反应，而硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙反应属于界面化学反应，接近球型模型属于一级反应。　　论文在不改变原有生产工艺和设备的前提下，从原料的本身特性人手，基于实验模拟，研究原料组成和结构对分解反应、矿物固相反应和高温液相形成温度的影响。与常规生料相比，掺加工业废渣的生料CaCO3大量分解温度提前约50℃，早期固相反应提前约20℃，后期固相反应提前约60℃，液相形成温度提前约45℃。同时完善了采用电石渣、粉煤灰、钢渣等工业废渣配料的水泥熟料形成热的计算公式。水泥熟料形成反应的优化，应该以调整传统的原料结构为方向，以原料矿物特性匹配为技术手段，充分利用原料的潜在能量。　　在研究熟料形成反应相关理论的基础上，研究水泥熟料形成反应的过程优化，总结出对生产具有一定指导意义的生料分解反应优化条件，即生料平均粒径在45μm左右，以急速升温的方式进入分解炉，分解炉温度以950℃-1000℃为最佳，出炉分解率根据不同煅烧温度及CO2浓度进行调整。选择石灰石分解温度与原料共熔点接近的原料合理匹配，能够降低熟料的形成热。　　本论文研究成果用于指导水泥熟料烧成系统热工参数的优化，为低能耗水泥熟料的原料选择提供依据。