硅酸鹽水泥熟料礦物組成附其配料計(jì)算

1、第三章 硅酸鹽水泥熟料礦物組成及其配料計(jì)算第一節(jié) 硅酸鹽水泥熟料礦物組成 如前所述，硅酸鹽水泥熟料是以適當(dāng)成分的生料燒到部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的燒結(jié)塊。因此，在硅酸鹽水泥熟料中CaO，SiO2，A1203，F(xiàn)e2O3 不是以單獨(dú)的氧化物存在，而是以兩種或兩種以上的氧化物經(jīng)高溫化學(xué)反應(yīng)而生成的多種礦物的 集合體。其結(jié)晶細(xì)小，一般為 30A-60lcm。因此可見(jiàn)，水泥熟料是一種多礦物組成的 結(jié)晶 細(xì)小的人工巖石。它主要有以下四種礦物：硅酸三鈣一3Ca0 .302，可簡(jiǎn)寫為 C3S ;硅酸二鈣2Ca0 Si02，可簡(jiǎn)寫為 C2S ;鋁酸三鈣3Ca0 A1203，可簡(jiǎn)寫為 C 3 A ;鐵相

2、固溶體通常以鐵鋁酸四鈣 4Ca0 . A1203 . Fe203 作為代表式，可簡(jiǎn)寫成 C 4AF，此外，還有少量游離氧化鈣（.f-Ca0 ）、方鎂石（結(jié)晶氧化鎂）、含堿礦物及玻璃體。 通常熟料中 C3S 和 C2S 含量約占 75 左右，稱為硅酸鹽礦物。 C3-ft 和 C，AF 的 理論含量約占 22 左右。在水泥熟料鍛燒過(guò)程中 ，C 3 A 和 C，AF 以及氧化鎂、堿 等在1250 A - 12800C會(huì)逐漸熔融形成液相，促進(jìn)硅酸三鈣的形成，故稱熔劑礦物。一、硅酸三鈣C3S 是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物。其含量通常為 50 左右，有時(shí)甚至高達(dá)60 以上。純 C3S 只有在 2065A 1

3、2500C 溫度范圍內(nèi)才穩(wěn)定。在 20650C 以上不一致 熔融為 Ca0 和液相；在 1250 0 C 以下分解為 CZS 和 Ca0 ，但反應(yīng)很慢，故純 C， S 在室溫可呈介穩(wěn)狀態(tài)存在。 C，S 有三種晶系七種變型：1070 0 C 1060 0 C 990 0 C 960 0 C 920 0 C 520 0 CR Mm m n m I T 川 t n TIR 型為三方晶系， M 型為單斜晶系， T 型為三斜晶系，這些變型的晶體結(jié)構(gòu)相 近。但有人認(rèn)為 ，R 型和 M ，型的強(qiáng)度比 T 型的高。在硅酸鹽水泥熟料中 ， C3S 并不以純的形式存在，總含有少量氧化鎂、氧化鋁、 氧化鐵等形成固溶

4、液，稱為阿利特 （Alite ）或 A 礦。純 C3S 在常溫下，通常只能為三斜晶系 （T 型），如含有少量 Mg0，A1203 ，F(xiàn)e2O3 ，503 ，ZnO，Cr203，R20 等氧化物形成固溶體則為 M 型或 R 型。由于熟料中 C3S 總 含 MgO，A12O3，F(xiàn)e2O3 以及其他氧化物，故阿利特通常為 M 型或 R 型。據(jù)認(rèn)為鍛燒溫度的提高 或鍛燒時(shí)間的延長(zhǎng)也有利于形成 M 型或 R 型。純 C3S 為白色，密度為 3. 14g /cm3 ，其晶體截面為六角形或棱柱形。單斜晶系 的阿利特單晶為假六方片狀或板狀。在阿利特中常以 CS 和 CaO 的包裹體存在。C3S凝結(jié)時(shí)間正常，水

5、化較快，粒徑 4050jum的顆粒28d可水化70 %左右。放熱較多，早期強(qiáng)度高且后期強(qiáng)度增進(jìn)率較大， 28d 強(qiáng)度可達(dá)一年強(qiáng)度的 70 A-80 %，其28d強(qiáng)度和一年強(qiáng)度在四種礦物中均最高。阿利特的晶體尺寸和發(fā)育程度會(huì)影響其反應(yīng)能力，當(dāng)燒成溫度高時(shí)，阿利特晶形完 整，晶體尺寸適中，幾何軸比大（晶體長(zhǎng)度與寬度之比 L/B2-3） ，礦物分布均勻，界 面清晰，熟料的強(qiáng)度較高。當(dāng)加礦化劑或用急劇升溫等鍛燒方法時(shí)， 雖然含較多阿利特， 而且晶體比較細(xì)小，但因發(fā)育完整、分布均勻，熟料強(qiáng)度也較高。因此，適當(dāng)提高熟料 中的硅酸三鈣含量，并且當(dāng)其巖相結(jié)構(gòu)良好時(shí)，可以獲得優(yōu)質(zhì)熟料。但硅酸三鈣的水化 熱較高，

6、抗水性較差，如要求水泥的水化熱低、抗水性較高時(shí)，則熟料中的硅酸三鈣含 量要適當(dāng)?shù)鸵恍?。二、硅酸二鈣C2S 在熟料中含量一般為 20 %左右，是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物之一，熟料中 硅酸二鈣并不是以純的形式存在，而是與少量 MgO，A1203，F(xiàn)e2O3，R20 等氧化物形 成固溶體，通常稱為貝利特 （Belite ） 或 B 礦。純 C2S 在 14500C 以下有下列多晶轉(zhuǎn) 變。1425 0 C 1160 0 C 630- 680 0 C V 500 0 Ca = a H = = a L= = = = = B- Y780- 860 0 C（H 一高溫型， L 一低溫型）在室溫下，a, a H

7、 , a L , B等變形都是不穩(wěn)定的，有轉(zhuǎn)變成 丫型的趨勢(shì)。在熟料中a, a H型一般較少存在，在燒成溫度較高、冷卻較快的熟料中，由于固溶有 少量A120， ， Mg0， Fe2O3等氧化物，可以B型存在。通常所指的硅酸二鈣或 B礦即為B型硅酸二鈣a a H型C2S強(qiáng)度較高，而丫型C2S幾乎無(wú)水硬性。在立窯生產(chǎn)中，若通風(fēng) 不良、還原氣氛嚴(yán)重、燒成溫度低、液相量不足、冷卻較慢，則硅酸二鈣在低于 5000C 下易由密度為 3. 28g /cm 的 R 型轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏?2. 97g /cm3 的 丫 型，體積膨脹 10 而導(dǎo)致熟料粉化。但若液相量多，可使溶劑礦物形成玻璃體將刀型硅酸二鈣晶體包圍住，

8、并采用迅速冷卻方法使之越過(guò)尹 -丫 型轉(zhuǎn)變溫度而保留下來(lái)。貝利特為單斜晶系，在硅酸鹽水泥熟料中常呈圓粒狀，這是因?yàn)樨惱氐睦饨且讶?進(jìn)液相而其余部分未溶進(jìn)液相之故。已全部溶進(jìn)液相而在冷卻過(guò)程中結(jié)晶出來(lái)的貝利特 則可以自行出現(xiàn)而呈其他形狀。在反射光下，正常溫度燒成的熟料中，貝利特有交叉雙晶條紋，而燒成溫度低冷卻 慢者，則呈現(xiàn)平行雙晶條紋。純硅酸二鈣色潔白，當(dāng)含有 Fe20,時(shí)呈棕黃色。貝利特水化反應(yīng)較慢 ，28d僅 水化 2000A -: 右，凝結(jié)硬化緩慢，早期強(qiáng)度較低但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率較高，在一年后可 趕上阿利特。貝利特的水化熱較小，抗水性較好。在中低熱水泥和抗硫酸鹽水泥中，適 當(dāng)提高貝利特含量

9、而降低阿利特含量是有利的。中間相 填充在阿利特、貝利特之間的物質(zhì)通稱中間相，它可包括鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不 定的玻璃體和含堿化合物以及游離氧化鈣和方鎂石。 但以包裹體形式存在于阿利特和貝 利特中的游離氧化鈣和方鎂石除外。中間相在熟料緞燒過(guò)程中，熔融成為液相，冷卻時(shí)， 部分液相結(jié)晶，部分液相來(lái)不及結(jié)晶而凝固成玻璃體。（一）鋁酸鈣 熟料中鋁酸鈣主要是鋁酸三鈣，有時(shí)還可能有七鋁酸十二鈣。在摻氟化鈣作礦化劑的熟料中可能存在 C 11 A 7 CaF2，而在同時(shí)摻氟化鈣和硫酸鈣作礦化劑低溫?zé)傻?熟料中可以是 C 11 A 7 CaF2和C 4 A 2 S而無(wú)C 3 A。純C 3 A為等軸晶系，無(wú)多 晶

10、轉(zhuǎn)化。 C 3 A 也可固溶部分氧化物，如 K2O，Na20 ， Si02 ，F(xiàn)e203 等，隨固溶的堿含量的增加，立方晶體的 C，A向斜方晶體NCB A，轉(zhuǎn)變。結(jié)晶完善的 C 3 A 常呈立方、八面體或十二面體。但在水泥熟料中其形狀隨冷卻速 率而異。氧化鋁含量高而慢冷的熟料，才可能結(jié)晶出完整的大晶體，一般則溶入玻璃相 或呈不規(guī)則微晶析出。C 3A 在熟料中的潛在含量為 7-15 。純 C 3A 為無(wú)色晶體，密度為 3. 04g /cm 3 ，熔融溫度為 15330C ， 反光鏡下，快冷呈點(diǎn)滴狀，慢冷呈矩形或柱形。因反光能力差， 呈暗灰色，故稱黑色中間相。C 3A 水化迅速，放熱多，凝結(jié)很快，

11、若不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝；硬化 快，強(qiáng)度 3d 內(nèi)就發(fā)揮出來(lái)， 但絕對(duì)值不高， 以后幾乎不增長(zhǎng)， 甚至倒縮。 干縮變形大， 抗硫酸鹽性能差。（二）鐵相固溶體鐵相固溶體在熟料中的潛在含量為 10-18 。熟料中含鐵相較復(fù)雜， 有人認(rèn)為是 C 2F - C 8A 3F 連續(xù)固溶體中的一個(gè)成分，也有人認(rèn)為是C 6A 2F -C6AF2 連續(xù)固溶體的一部分。在一般硅酸鹽水泥熟料中，其成分接近C，AF ，故多用 C， AF 代表熟料中鐵相的組成。 也有人認(rèn)為， 當(dāng)熟料中 Mg0 含量較高或含有 CaF2 等降低液相粘度的 組分時(shí)，鐵相固溶體的組成為 C 6A 2F 。若熟料中 A1203/Fe2

12、0356.08/101.96=1.651 %FezO3 所需 CaO=56.08/159.7=0.351 % Sioz 形成 C 3 S 所需 CaO= 3 56.08/60.09=2.8由每1 %酸性氧化物所需石灰量乘以相應(yīng)的酸性氧化物含量，就可得石灰理論極限含量計(jì)算式：CaO = 2. 8SiOz + 1.651103-f-0. 35Fez03 ( 1-3-6 )金德和容克認(rèn)為，在實(shí)際生產(chǎn)中，氧化鋁和氧化鐵始終為氧化鈣所飽和，而Si0 :可能不完全飽和成C35而存在一部分Cs，否則熟料就會(huì)出現(xiàn)游離氧化鈣。因此就在 Sioz之前加一石灰飽和系數(shù) KH。故Ca0=KH X 2. 8SiOz +

13、 1.65A 1203-1-0. 35Fez03 ( 1-3-7 將 1-3-7 改寫成(1-3-8 )因此，石灰飽和系數(shù) KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣 (C3S-I-CZS)所需的氧 化鈣含量與全部二氧化硅理論上全部生成硅酸三鈣所需的氧化鈣含量的比值，也即表 示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。式1-3-8適用于IM0. 64的熟料。若IM 0.6)(1-3-10 )CaO-CaO#-l 1A1,O -0 7(,0, -0 7502(SiOj -SiO(A/F v 0.64 )( 1-3-11 )硅酸鹽水泥熟料 KH值在0. 82-0. 94之間，我國(guó)濕法回轉(zhuǎn)窯 KH值一般控制在

14、0.89 士 0. 0l 左右。石灰飽和系數(shù)與礦物組成的關(guān)系可用下面數(shù)學(xué)式表示:3( 1-3-12 )從上可見(jiàn)，當(dāng) C3 S = 0時(shí)KH= 0. 667， 即當(dāng)KH = 0. 667時(shí)，熟料中只有 AC201%-3和C,AF而無(wú)30 .當(dāng)C20=V時(shí)，KH=1，即當(dāng)KH=1時(shí)，熟料中無(wú) C20 而只有C301% -13A和C，AF，故實(shí)際上 KH值介于o. ss7-1. o之間。KH實(shí)際上表示了熟料中 C3S與Cps百分含量的比例。 KH越大，則硅酸鹽礦 物中的C3S的比例越高，熟料質(zhì)量(主要為強(qiáng)度)越好，故提高 KH有利于提高水泥 質(zhì)量。但KH過(guò)高，熟料鍛燒困難，保溫時(shí)間長(zhǎng)，否則會(huì)出現(xiàn)游離

15、 CaO，同時(shí)窯的產(chǎn) 量低，熱耗高，窯襯工作條件惡化。我國(guó)目前采用的是石灰飽和系數(shù)KH，硅率SM和鋁率IM三個(gè)率值。，為使熟料既順利燒成，又保證質(zhì)量，保持礦物組成穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)各廠的原料、燃料和設(shè)備等。 具體條件來(lái)選擇三個(gè)率值，使之互相配合適當(dāng)，不能單獨(dú)強(qiáng)調(diào)其某一率值。一般說(shuō)來(lái)， 不能三個(gè)率值都同時(shí)高，或同時(shí)都低。、石灰飽和系數(shù)法為了計(jì)算方便，先列出有關(guān)相對(duì)分之質(zhì)量的比值。C 3 S=3.80 ( 3KH - 2 ) SiO 2C 2 S=8.60(1-KH) SiO 2C 3 A =2.65(AI 2 O 3 -0.64Fe 2 O 3 )C 4 AF=3.04Fe 2 O 3CaSO,= 1

16、 .7S03、鮑格(R. H. Bogue)法鮑格法也稱代數(shù)法。根據(jù)四種主要礦物以及CasO ;的化學(xué)組成可計(jì)算出各氧化物的百分含量，見(jiàn)表1-3-1 .表1-3-1主要礦物中各主要級(jí)化物的百分含量()氧化物礦物C 2 SC 2 SC 3 AC 4 AFCaSO 4CaO73.6965.1265.1246.1641.19SiO 226.3126.31一一一AL 2 O 3一一37.7320.98一Fe 2 O 3一一一32.86一SO 2一一一一58.81根據(jù)上表數(shù)值可列出下列方程式：C=0. 7369C 3S + 0. 6512C 23 + 0. 0229C 3 A + 0. 4016C ,

17、AF +0.4119CaSQS=0: 2631C 3S-t-0. 3488CZSA=0. 3773C 3 A - 0. 2098C 4 AFF= 0.3286 C 4 AFSO 3 =0. 5881CaSO 4 .解上述聯(lián)立方程，可得各礦物百分含量計(jì)算式0. 64 ):C3S=4. 07 C 7. 60 S 6. 72A 一 2. 86S03C2S=8. 60S + 5. 07A + 1 .07F + 2.15S0 3 一 3. 07C=2. 87 S 0. 754C 3SC 3A =2.6 5 1.09FC 4 AF=3. 04F ( 1-3-20 )同理，當(dāng)I M V 0.64時(shí)，熟料礦物

18、組成計(jì)算式如下：C3 S=4. 07 C 7. 60 S 4. 47 a 2. 80 F 2. 86S03CZS = 8. 60S+3. 38A + 2. 15S03 3. 07C=2. 87S-0. 754C 3SC， AF=4. 77AC 2F =1. 70(F-1. 57A )CaSO ;= 1. 70S0 :三、熟料真實(shí)礦物組成與計(jì)算礦物組成的差異硅酸鹽水泥洲料礦物組成的計(jì)算是假設(shè)熟料是平衡冷卻并生成C3S， C2S， C， A 和四種純礦物，其計(jì)算結(jié)果與熟 料真實(shí)礦物組成并不完全一致，有時(shí)甚至相差很大。 其原因是：1. 固溶體的影響計(jì)算礦物為純 C3S， C2S， C 3A 和 C，

19、 F， 但實(shí)際礦物為固溶有少量其他氧化物 的固溶體，即阿利特、貝利特、鐵相固溶體等。例如，若阿利特組成按 CsaS16MA 考 慮，則計(jì)算 C3S 的公式中 Si02 前面的系數(shù)就不是 3.80 而是 4.30， 這樣實(shí)際含量就 要提高 11 ，而 C 3A 則因有一部分 A1203 固溶進(jìn)阿利特而使它的含量減少。 又如， 鐵相固溶體并非固定組成的 C， AF， 而在高溫或有 MgO， CaF2 等條件下有可能是 C6 2F ， 其結(jié)果使實(shí)際礦物中鐵相固溶液含量增加使 C 3A 含量減少。2. 冷卻條件的影響硅酸鹽水泥熟料冷卻過(guò)程， 若緩慢冷卻而平衡結(jié)晶， 則液相幾乎全部結(jié)晶出 C 3A ，

20、C， AF 等礦物。但在工業(yè)生產(chǎn)條件下，冷卻速度較快，因而液相可部分或幾乎全部變成 玻璃體， 此時(shí)，實(shí)際 C 3A ， C， AF 含量均比計(jì)算值低， 而 C3S 含量可能增加使 C2S 減少。3. 堿和其他微組分的影響堿的存在可能與硅酸鹽礦物形成 KC23S12 ，與鋁酸三鈣形成 NC 8A 3 ，而析出 CaO ，從而使 C 3A 減少而出現(xiàn) NC 3A 3， 堿也可能影響 C3S 含量。其他次要氧化 物如 Ti02 ， MgO， P， 05 也會(huì)影響熟料的礦物組成。盡管計(jì)算的礦物組成與實(shí)測(cè)值有一定差異， 但它能基本說(shuō)明對(duì)熟料鍛燒和性能的影 響，也是設(shè)計(jì)某一礦物組成的水泥熟料時(shí)，計(jì)算生料組

21、成的唯一可能的方法，因此在水 泥工業(yè)中仍得到廣泛應(yīng)用。第三節(jié)熟料礦物組成的計(jì)算熟料的礦物組成可用巖相分析，X射線定量分析等方法測(cè)定，也可根據(jù)化學(xué)成分進(jìn)行計(jì)算。巖相分析基于顯微鏡下測(cè)量出單位面積各礦物所占的面積的百分率再乘以相應(yīng)的礦物的相對(duì)密度而得各礦物含量。這種方法較符合實(shí)際情況，但要求操作者要有熟練的 技巧，且勞動(dòng)，強(qiáng)度大。此外，晶體較小，也可重迭而產(chǎn)生誤差.X射線定量分析基于熟料礦物特征峰強(qiáng)度與基準(zhǔn)單礦物特征峰強(qiáng)度之比求其含量。這種方法方便且準(zhǔn)確，國(guó) 外現(xiàn)代化水泥廠都普遍采用。但限于設(shè)備條件，我國(guó)水泥廠使用的還不多，另外，此方 法對(duì)含量太低的礦物不適用。我國(guó)常用化學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算。此方法計(jì)算

22、出來(lái)的僅是理論 上可能生成的礦物，稱之為 潛在礦物”組成。在生產(chǎn)條件穩(wěn)定的情況下，熟料真實(shí)礦物 組成與計(jì)算礦物組成有一定的相關(guān)性，已能說(shuō)明礦物組成對(duì)熟料及水泥性能的影響，因 此在我國(guó)仍普遍使用。常用的從化學(xué)成分計(jì)算熟料礦物組成的方法有兩種，即石灰飽和系數(shù)法和鮑格法。?石灰飽和系數(shù)法為了計(jì)算方便，先列出有關(guān)相對(duì)分之質(zhì)量的比值。C 3 S=3.80 ( 3KH - 2 ) SiO 2C 2 S=8.60(1-KH) SiO 2C 3 A =2.65(AI 2 O 3 -0.64Fe 2 O 3 )C 4 AF=3.04Fe 2 O 3CaSO,= 1 .7S03?鮑格(R. H. Bogue)法鮑

23、格法也稱代數(shù)法。根據(jù)四種主要礦物以及CasO ;的化學(xué)組成可計(jì)算出各氧化物的百分含量，見(jiàn)表1-3-1 .表1-3-1主要礦物中各主要級(jí)化物的百分含量()氧化物礦物C 2 SC 2 SC 3 AC 4 AFCaSO 4CaO73.6965.1265.1246.1641.19SiO 226.3126.31一一一氧化物礦物C 2 SC 2 SC 3 AC 4 AFCaSO 4AL 2 O 3一一37.7320.98一Fe 2 O 3一一一32.86一SO 2一一一一58.81根據(jù)上表數(shù)值可列出下列方程式：C=0. 7369C 3S + 0. 6512C 23 + 0. 0229C 3 A + 0.

24、4016C , AF +0.4119CaSQS=0: 2631C 3S-t-0. 3488CZSA=0. 3773C 3 A - 0. 2098C 4 AFF= 0.3286 C 4 AFSO 3 =0. 5881CaSO 4 .解上述聯(lián)立方程，可得各礦物百分含量計(jì)算式0. 64 ):C3S=4. 07 C 7. 60 S 6. 72A 一 2. 86S03C2S=8. 60S + 5. 07A + 1 .07F + 2.15S0 3 一 3. 07C = 2. 87 S 0. 754C3SC 3A =2.6 5 1.09FC 4 AF=3. 04F ( 1-3-20 )同理，當(dāng)I M V 0

25、.64時(shí)，熟料礦物組成計(jì)算式如下：C3 S=4. 07 C 7. 60 S 4. 47 a 2. 80 F 2. 86S03CZS = 8. 60S+3. 38A + 2. 15S03 一 3. 07C = 2. 87S-0. 754C 3SC, AF=4. 77AC 2F =1. 70(F-1. 57A )CaSO ;= 1. 70S0 :?熟料真實(shí)礦物組成與計(jì)算礦物組成的差異硅酸鹽水泥洲料礦物組成的計(jì)算是假設(shè)熟料是平衡冷卻并生成C3S, C2S, C, A和，AF四種純礦物，其計(jì)算結(jié)果與熟料真實(shí)礦物組成并不完全一致，有時(shí)甚至相差 很大。其原因是：1. 固溶體的影響計(jì)算礦物為純 C3S，C2

26、S，C 3A 和 C， F， 但實(shí)際礦物為固溶有少量其他氧化物 的固溶體，即阿利特、貝利特、鐵相固溶體等。例如，若阿利特組成按 CsaS16MA 考 慮，則計(jì)算 C3S 的公式中 Si02 前面的系數(shù)就不是 3.80 而是 4.30， 這樣實(shí)際含量就 要提高 11 ，而 C 3A 則因有一部分 A1203 固溶進(jìn)阿利特而使它的含量減少。 又如， 鐵相固溶體并非固定組成的 C， AF， 而在高溫或有 MgO ，CaF2 等條件下有可能是 C6 2F ， 其結(jié)果使實(shí)際礦物中鐵相固溶液含量增加使 C 3A 含量減少。2. 冷卻條件的影響硅酸鹽水泥熟料冷卻過(guò)程， 若緩慢冷卻而平衡結(jié)晶， 則液相幾乎全部

27、結(jié)晶出 C 3A ， C，AF等礦物。但在工業(yè)生產(chǎn)條件下，冷卻速度較快，因而液相可部分或幾乎全部變成玻 璃體，此時(shí)，實(shí)際 C 3A ，C，AF 含量均比計(jì)算值低， 而 C3S 含量可能增加使 C2S 減 少。3. 堿和其他微組分的影響堿的存在可能與硅酸鹽礦物形成 KC23S12 ，與鋁酸三鈣形成 NC 8A 3 ，而析出 CaO ，從而使 C 3A 減少而出現(xiàn) NC 3A 3， 堿也可能影響 C3S 含量。其他次要氧化 物如 Ti02 ， MgO ， P， 05 也會(huì)影響熟料的礦物組成。盡管計(jì)算的礦物組成與實(shí)測(cè)值有一定差異， 但它能基本說(shuō)明對(duì)熟料鍛燒和性能的影 響，也是設(shè)計(jì)某一礦物組成的水泥熟

28、料時(shí)，計(jì)算生料組成的唯一可能的方法，因此在水 泥工業(yè)中仍得到廣泛應(yīng)用。第四節(jié) 熟 料礦物組 成的選擇 熟料礦物組成的選擇，一般應(yīng)根據(jù)水泥的品種和標(biāo)號(hào)、原料和燃料的品質(zhì)、生料制 備和熟料鍛燒工藝綜合考慮，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗和設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。? 水泥品種和標(biāo)號(hào)若要求生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥， 則在保證水泥標(biāo)號(hào)以及凝結(jié)時(shí)間正常和安定性良好的 條件下，其化學(xué)成分可在一定范圍內(nèi)變動(dòng)?？梢圆捎酶哞F、低鐵、低硅、高硅、高飽和 系數(shù)等多種配料方案。但要注意三個(gè)率值配合適當(dāng)，不能過(guò)份強(qiáng)調(diào)某一率值。例如，同 樣生產(chǎn) 525 號(hào)硅酸鹽水泥，華新水泥廠采取的配料方案為 X2 -v- 89-0. 93，SM=2.

29、0-V2. 2JM=1. 2-1. 4 ，而峨眉水泥廠限于原料、燃料的條件則采取高鐵高飽和系數(shù)配料方案， KH 0. 90A-0. 93 , SM= 2. 00 士 0. 10J 材=0. 8t0. 1，也可生產(chǎn)出 525 號(hào)硅酸鹽 水泥。生產(chǎn)專用水泥或特性水泥應(yīng)根據(jù)其特殊要求，選擇合適的礦物組成。若生產(chǎn)快硬硅 酸鹽水泥，則要求硅酸三鈣和鋁酸三鈣含量高，因此應(yīng)提高KH和IM。而生產(chǎn)中熱硅酸鹽水泥和抗硫酸鹽水泥則應(yīng)減少鋁酸蘭鈣和硅酸三鈣含量，即降低KH和IM率?原料品質(zhì)原料的化學(xué)成分和工藝性能對(duì)熟料礦物組成的選擇有很大影響，在一般情況下，應(yīng) 盡量采用兩種或三種原料的配料方案。除非其配料方案不能保

30、證正常生產(chǎn)，才考慮更換 原料或摻加另一種校正原料。若石灰石品位低而粘土氧化硅含量又不高，則無(wú)法提高石灰飽和系數(shù)和硅率，熟料 強(qiáng)度難以提高，只有采用品位高的石灰石和氧化硅含量高的粘土才能提高飽和系數(shù)和硅 率，燒出標(biāo)號(hào)較高的水泥。若石灰石的隧石含量較高而粘土的粗砂含量高，則因?yàn)樵?難磨，熟料難燒，其熟料的飽和系數(shù)也不能高。原料含堿量太高，KH宜降低。?燃料品質(zhì)燃料品質(zhì)既影響緞燒過(guò)程又影響熟料質(zhì)量。一般說(shuō)來(lái)，發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)燃料，其火 焰溫度高，熟料的KH值可高些。若燃料質(zhì)量差，除了火焰溫度低外，還會(huì)因煤灰的 沉落不均勻，降低熟料質(zhì)量。水泥窯用煤的質(zhì)量要求見(jiàn)泥，則要求硅酸三鈣和鋁酸三鈣 含量高，因此

31、應(yīng)提高 KH和IM。而生產(chǎn)中熱硅酸鹽水泥和抗硫酸鹽水泥則應(yīng)減少鋁 酸蘭鈣和硅酸三鈣含量，即降低 KH和IM率。燃料品質(zhì)既影響緞燒過(guò)程又影響熟料質(zhì)量。一般說(shuō)來(lái)，發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)燃料，其火 焰溫度高，熟料的KH值可高些。若燃料質(zhì)量差，除了火焰溫度低外，還會(huì)因煤灰的 沉落不均勻，降低熟料質(zhì)量。水泥窯用煤的質(zhì)量要求見(jiàn)表 1-3-2。表1-3-2水泥燒成用煤的質(zhì)要求窯型灰分（）揮發(fā)分（）干燥基低熱值kJ/kg）濕法窯、預(yù)熱窯、分解窯20900立波爾窯22900立窯20900煤灰摻入熟料中，除全黑生料的立窯外，往往分布不均勻，對(duì)熟料質(zhì)量影響極大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于煤灰不均勻摻入，將使熟料KH值降低0. V4-v.

32、 16 ;硅率下降0. 05 A- 0.20;鋁率提高。.05八-0. 30。當(dāng)煤灰摻入量增加時(shí)，熟料強(qiáng)度下降此時(shí)除了采用提高 煤粉細(xì)度和用礦化劑等措施外，還應(yīng)適當(dāng)降低熟料KH值，以利生產(chǎn)正常進(jìn)行。當(dāng)煤質(zhì)變化時(shí)，熟料組成也應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。對(duì)回轉(zhuǎn)窯來(lái)說(shuō)，采用的煤的發(fā)熱量高，揮 發(fā)分低，則因揮發(fā)分低，火焰黑火頭長(zhǎng)，燃燒部分短，熱力集中，熟料易結(jié)大塊，游離 氧化鈣增加，耐火磚壽命縮短，除設(shè)法使火焰的燃燒部分延長(zhǎng)外，還應(yīng)降低 KH 值并 提高 IM 值。若用液體或氣體燃料， 火焰強(qiáng)度很高， 形狀易控制，幾乎無(wú)灰分，因此 KH 值可適當(dāng)提高。? 生料細(xì)度和均勻性 生料化學(xué)成分的均勻性，不但對(duì)窯的熱工制度的穩(wěn)

33、定和運(yùn)轉(zhuǎn)率的提高有影響，而且 對(duì)熟料質(zhì)量也有影響，因而也就對(duì)配料方案的確定有影響。一般說(shuō)來(lái)，生料均勻性好， KH 值可高些。據(jù)認(rèn)為，生料碳酸鈣滴定值的均勻性 達(dá)士 0. 25 時(shí)，可生產(chǎn) 525 號(hào)以上的熟料。若生料均勻性差，其熟料 KH 值應(yīng)比生 料均勻性好的要低一些，否則游離氧化鈣增加，強(qiáng)度下降。若生料粒度粗，由于化學(xué)反 應(yīng)難以進(jìn)行完全， KH 值也應(yīng)適當(dāng)?shù)托? 窯型與規(guī)格物料在不同類型的窯內(nèi)受熱和鍛燒的情況不同，因此熟料的組成也應(yīng)有所不同。 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料不斷翻滾， 與立窯、立波爾窯相比， 物料受熱和煤灰摻人都比較均勻， 物料反應(yīng)進(jìn)程較一致，因此 KH 可適當(dāng)高些。立波爾窯的熱氣流自上而

34、下通過(guò)加熱機(jī)的料層，煤灰大部分沉降在上層料面，上部 物料溫度比下部的高， 因此形成上層物料 KH 值低，分解率高， 而下層物料 KH 值高、 分解率低，因此，其 KH 值應(yīng)配得低一些。立窯通風(fēng)、鍛燒都不均勻，因此不摻礦化劑的熟料 KH 值要適當(dāng)?shù)托?duì)于摻復(fù) 合礦化劑的熟料，由于液相出現(xiàn)溫度低且液相粘度低，燒成溫度范圍變寬，一般采用高 KH、低SM和高IM配料方案，例如，廣西北流水泥廠的熟料各率值為：KH = 0.945 98, SM=1.60580， IM=1 .40A-1 .60。預(yù)分解窯生料預(yù)熱好，分解率高，另外由于單位產(chǎn)量窯桐體散熱損失少以及耗熱最 大的碳酸鹽分解帶已移到窯外，因此窯內(nèi)

35、氣流溫度高，為了有利于掛窯皮和防止結(jié)皮、 堵塞、結(jié)大塊，目前趨于低液相量的配料方案。我國(guó)大型預(yù)分解窯大多采用高硅率、高 鋁率、中飽和比的配料方案，即所謂 “二高一中 ”配料方案，例如，安徽寧國(guó)水泥廠的配 料方案為 IM =0. 89 ， SM=2.20-2. 30， IM=1. 45， 窯的規(guī)格對(duì)熟料組成的設(shè)計(jì)也有影 響。例如日產(chǎn) 700t 熟料的上海川沙水泥廠，由于窯的規(guī)格小，窯內(nèi)的氣流溫度比寧國(guó)水泥廠的稍低，因此各率值也稍低，其KH0.89 , SM=2. 10, 1M =1 . 10影響熟料組成的選擇的因素很多，一個(gè)合理的配料方案既要考慮熟料質(zhì)量，又要考 慮物料的易燒性；既要考慮各率值或

36、礦物組成的絕對(duì)值，又要考慮它們之間的相互關(guān)系 原則上，三個(gè)率值不能同時(shí)偏高或偏低。不同窯型硅酸鹽水泥熟料各率值的參考范圍見(jiàn)表 1-3-3，表1-3-3不同窯型硅酸鹽水泥熟料率值的參考范圍窯型KHS MIM預(yù)分解窯0. 86-0. 892. 2A-2.61. 1-.L. 8濕法長(zhǎng)窯0. 88-0. 911. 5A-2. 51. V-1. 8干法窯0. 86A-0. 892. 0-2. 351. 0A-1. 6立波爾窯0. 85A-0. 881. 9A-2. 31. 0A-1. 8立窯（無(wú)礦化劑）0. 85 士 0. 022. 0 士 0. 11.3 士 0. 1立窯（摻加復(fù)合礦化劑）0. 92A

37、-0. 961.6-2. 21. 1 1.5配料計(jì)算熟料組成確定后，即可根據(jù)所用原料，進(jìn)行配料計(jì)算，求出符合要求熟料組成的原 料配合比.配料計(jì)算的依據(jù)是物料平衡.任何化學(xué)反應(yīng)的物料平衡是：反應(yīng)物的量應(yīng)等于生成 物的量。隨著溫度的升高，生料緞燒成熟料經(jīng)歷著：生料干燥蒸發(fā)物理水；粘土礦物分 解放出結(jié)晶水；有機(jī)物質(zhì)的分解、揮發(fā)；碳酸鹽分解放出二氧化碳，液相出現(xiàn)使熟料燒 成。因?yàn)橛兴?、二氧化碳以及某些物質(zhì)逸出，所以，計(jì)算時(shí)必須采用統(tǒng)一基準(zhǔn)。蒸發(fā)物理水以后，生料處于干燥狀態(tài)，以干燥狀態(tài)質(zhì)量所表示的計(jì)算單位，稱為干 燥基準(zhǔn)。干燥基準(zhǔn)用于計(jì)算干燥原料的配合比和干燥原料的化學(xué)成分。如果不考慮生產(chǎn)損失，則干燥

38、原料的質(zhì)量等于生料的質(zhì)量，即：干石灰石+干粘土 +干鐵粉干生料去掉燒失量（結(jié)晶水、二氧化碳與揮發(fā)物質(zhì)等）以后，生料處于灼燒狀態(tài)。以灼燒 狀質(zhì)量所表示的計(jì)算單位，稱為灼燒基準(zhǔn)。灼燒基準(zhǔn)用于計(jì)算灼燒原料的配合比和熟料 的化學(xué)成分。如果不考慮生產(chǎn)損失，在采用基本上無(wú)灰分摻入的氣體或液體燃料時(shí)， 則灼燒原料、 灼燒生料與熟料三者的質(zhì)量相等，即：灼燒石灰石+灼燒粘土 +灼燒鐵粉=灼燒生料=熟料如果不考慮生產(chǎn)損失，在采用有灰分摻入的燃煤時(shí)，則灼燒生料與摻入熟料的煤灰 之和應(yīng)等于熟料的質(zhì)量，即：灼燒生料+煤灰（摻入熟料的）二熟料在實(shí)際生產(chǎn)中，由于總有生產(chǎn)損失，且飛灰的化學(xué)成分不可能等于生料成分，煤灰 的摻入

39、量也并不相同。因此，在生產(chǎn)中應(yīng)以生熟料成分的差別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)配料方 案進(jìn)行校正。熟料中的煤灰摻入量可按下式近似計(jì)算：I- PA 丫 S/100,式中G A,熟 料中煤灰摻入量，; q 單位熟料熱耗，kJ/kg熟料；Q 丫品一煤的應(yīng)用基低熱值， kJ/kg煤；A 丫，煤應(yīng)用基灰分含量，; S 煤灰沉落率，; P 煤耗，kg/kg。 煤灰沉落率因窯型而異，如表 1-3-4所示表1-3-4不同窯型的煤灰沉落率（% ）窯型無(wú)電收塵有電收塵濕法長(zhǎng)窯（L/D=3050 ）有鏈條100100濕法短窯（L/D V 30 ）有鏈條80100濕法短窯帶料漿蒸發(fā)機(jī)70100干法短窯帶立筒、旋風(fēng)預(yù)熱器90100預(yù)

40、分立窯90100立波爾窯80100立窯100100注：電收塵窯灰不入窯者按無(wú)電收塵器者計(jì)算。生料配料計(jì)算方法繁多，有代數(shù)法、圖解法、嘗試誤差法（包括遞減試湊法）、礦物組成法、最小二乘法等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已逐漸普及到各個(gè) 領(lǐng)域。有的計(jì)算方法由于計(jì)算復(fù)雜，不夠精確而被淘汰?，F(xiàn)主要介紹應(yīng)用比較廣泛的嘗 試誤差法。嘗試誤差法計(jì)算方法很多，但原理都相同，其中一種方法是：先按假定的原料配合 比計(jì)算熟料組成，若計(jì)算結(jié)果不符合要求，則要求調(diào)整原料配合比，再行計(jì)算，重復(fù)至 符合為止。另一種方法是從熟料化學(xué)成分中依次遞減假定配合比的原料成分，試湊至符 合要求為止（又稱遞減試湊法）。現(xiàn)舉例說(shuō)明

41、如下。已知原料、燃料的有關(guān)分析數(shù)據(jù)如表1-3-5、 1-3-6所示，假設(shè)用預(yù)分解窯以三種原料配合進(jìn)行生產(chǎn)，要求熟料的三個(gè)率值為：KH=。89, SM=2.1, IM=1.3，單位熟料熱耗為3350kJ/k9熟料，計(jì)算其配合比。表1-3-5中分析數(shù)據(jù)總和不等于100 %。這是由于某些物質(zhì)沒(méi)有分析側(cè)定，或者某些元素或低價(jià)氧化物經(jīng)灼燒氧化后增加重量所致。為此，小于100 %時(shí)，要以加上其他一項(xiàng)補(bǔ)足100 %;大于100 %時(shí)，可以不必?fù)Q算。表1-3-5原料與煤灰的化學(xué)成分（）名稱LossSiO 2Al 2 O 3Fe 2 O 3CaOMgO總和石灰石42.662.420.310.1953.130.5

42、799.28粘土5.2770.2514.725.481.410.9298.05鐵粉-34.4211.5348.273.530.0997.84煤灰-53.5235.344.464.791.1999 .30表1-3-6煤的工業(yè)分析水分揮發(fā)物灰分固定碳熱值(KJ/Kg)0.622.4228.5649.0220930例試以第一種方法計(jì)算原料配合比。1. 確定熟料組成根據(jù)題意，已知熟料率值為：KH=0. 89，SM=2. 1J材1.32. 計(jì)算煤灰摻入量據(jù)式(1-3-32 ):3350x28.56x10020930x100= 4.57(%)3. 計(jì)算干操原料配合比設(shè)干操原料配合比為：石灰石 81 %、粘土 15 %、鐵粉4 %,以此計(jì)算生料的化學(xué)成分名稱配合比燒失量SiO 2AL 2 O 3Fe 2 O 3CaO石灰石81.034. 5