1、硅酸鹽水泥熟料礦物組成及其配料計算第一節(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,Fe2O3 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。成的結(jié)晶細(xì)硅酸三硅酸二鋁酸三鐵相固其結(jié)晶 細(xì) 小， 一 小的人工巖石。 鈣 鈣 鈣 溶體通常以鐵鋁酸 四鈣 4Ca0 . A1203 . Fe2033Ca0.Si022Ca0.Si023Ca0.A1203-般為30-60卩m。因此可見，水泥熟料是一種多礦物組它主要有以下

2、四種礦物：， 可簡 寫為 C3S ；， 可簡 寫為 C2S ；， 可簡寫為 C 3 A ；作為代表式，可簡寫成C4AF,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。 C3A 和 C4AF的理論含量約占22 %左右。在水泥熟料鍛燒過程中,C3A 和C4AF以及氧化 鎂、堿等在1250 C - 1280 C會逐漸熔融形成液相，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， 有時甚至高達(dá) 60以上。 純 C3S 只有在

3、 2065-1250 C 溫 度圍才穩(wěn) 定。 在 2065 C 以上不一致熔融 為 Ca0 和 液 相 ； 在 1250 室溫可呈介穩(wěn)狀態(tài)存在。1070 C 1060 CC 以下 分解 為 C2S 和 Ca0 ， 但反 應(yīng) 很慢， 故純 C3S 在 C3S 有三種晶系七種變型：990 C 960 C920 C520 CR <> Mm <> MnR 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， 鋁、氧化鐵 等形成固溶液， 稱

4、為阿利特 （Alite純 C3S 在常溫下， 通常只能為三斜晶系Fe2O3 , 503 ,ZnO,Cr203,R20 等氧化物形成固 溶體則為含 MgO,A12O3,Fe2O3 以及其他氧化物，故 阿利特通常為 高或鍛燒時 間的延長也有利于 形成 M 型或純 C3S 為 白 色 ， 密 度 為 3. 14g /cm3 ,MI)(T或A型），總含有少量氧化鎂、氧化礦。如含有少量 Mg0, A1203 ,型或 R 型 。由于熟料中 C3S 總M 型或 R 型。據(jù) 認(rèn)為鍛燒溫度的提 R 型 。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 C3S 和 C

5、aO 的包裹體存 在。 C3S凝結(jié)時間正常，水化較快，粒徑40-50卩m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 %-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)育程度會影響其反應(yīng)能力， 當(dāng)燒成溫度高時， 阿利特晶 形完整， 晶 體尺寸適 中， 幾何 軸比大（晶體長度 與寬度之比 L/B>2-3）， 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， 雖然適當(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，可以獲得優(yōu)質(zhì) 但硅酸三鈣的水化熱較高，抗水

6、性較差，如要求水泥的水化熱低、抗水性較 則熟料中的硅酸三鈣含量要適當(dāng)?shù)鸵恍９杷岫}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 熟料中硅酸二鈣并 不是以純的形式存在， 而是與少量 MgO,A1203,Fe2O3,R20 化物形成固溶體， 有下列多晶轉(zhuǎn)變。1425 C通 常 稱 為 貝 利 特 （Belite ）或 B礦。純 C2S在 1450 C等氧以下1160C 630 680 C < 500 C780 860 C一高 溫型， L 一 低 溫型）， 3 等變形都是不穩(wěn)定的，有轉(zhuǎn)變成 Y(Ha L型的 型一般較少存

7、在，在燒成溫度較高、冷卻較快的熟料中， A120, , Mg0 , Fe2O3等氧化物， 可以 3 型存 在。 通常所指的在室溫 下 , 趨勢。在熟料中 由于固溶有少量 硅 酸二鈣或 B 礦即為 3 型硅 酸二鈣 。，a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， 熟料。高時，a ， a H 型 C2S 強(qiáng)度較高 ， 而 Y 型 C2S 幾乎無 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 500 C 下易 由密度 為 3. 28g /cm' 的 R 型轉(zhuǎn) 變 為密度 2.

8、97g /cm3 的 Y 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，并采用迅速冷卻方法使之越過丫型轉(zhuǎn)變溫度而保留下來。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?已溶進(jìn)液相而其余部分未溶進(jìn)液相之故。 已全部溶進(jìn)液相而在冷卻過程中結(jié)晶出來 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 Fe203, 時呈棕黃色。貝利特水化反應(yīng)較慢 ,28d 僅水 化 20%左右， 凝結(jié)硬化

9、緩慢， 早期強(qiáng)度較低但后期強(qiáng)度增長率較高， 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程中， 熔融成 為液相， 冷卻時， 部分液相結(jié)晶， 部分液相來不及結(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 時還可 能有七鋁 酸十二鈣。 在摻氟化鈣作

10、礦 化劑的熟料中可能存在C 11 A 7 CaF2 ,而在同時摻氟化鈣和硫酸鈣作礦化劑低溫?zé)傻氖炝现锌梢允?C 11 A 7 CaF2 和 C 4 A 2 S 而無 C 3 A 。純 C 3A 為等軸晶系， 無多晶轉(zhuǎn)化。 C 3 A 也可固溶部分氧化物， 如 K2O,Na20 , Si02 ,Fe203 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

11、在 熟 料 中 的 潛 在 含 量 為 7-15 。純 C3A 為 無 色 晶 體 ，密 度 為 3.04g /cm3 ， 熔融溫度為1533 C ,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。化快， 形大， （二）C 3A 水化迅速，放 熱多，凝結(jié)很快，若不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝；硬 強(qiáng)度 3d 就 發(fā)揮出來， 但絕對 值不高， 以后幾乎 不增長， 甚至倒縮。 干縮變 抗硫酸鹽性能差。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)固溶體中的一個成分， 也有人認(rèn)為

12、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 C4AF ，故多用 C4AF 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，鐵相固溶體的組成為 C 6A 2F 。若熟料中 A1203/Fe203<0.64 ，則可生成鐵酸二鈣。鐵鋁酸四鈣的水化速度早期介于鋁 酸三鈣 和硅酸三 鈣之間， 但隨后的發(fā)展不如 硅酸三鈣。 早期強(qiáng)度類似于鋁 酸三鈣， 后期還 能不斷增長， 類似硅酸二鈣 。 抗沖擊 性能和抗硫酸鹽性能好， 水化熱較鋁酸三鈣低， 但含 C4AF 高的熟料難磨。 在道路 水

13、泥和抗硫酸鹽水泥中， 鐵鋁酸四鈣的含量高為好。含鐵相的水化速率和水化產(chǎn)物性質(zhì)決定于相的 A1203/Fe203 比，研 究發(fā)現(xiàn) :C 6A 2F 水 化 速 度 比 C4AF 快 ，這 是 因 為 其 含 有 較 多 的 A1203 之 故 C6AF2 水 化 較 慢 ， 凝 結(jié) 也 慢 C 2F 的 水 化 最 慢 ， 有 一 定 水 硬 性 。（三）玻璃體，即玻璃體在玻璃體中，質(zhì)點(diǎn)排列無序， Fe2O3 , Ca0 ， 還 有 少 量 MgO 和 堿 等 玻 快 冷 則 玻 璃 體 含 量 多 而 C,A,C,AF 等 晶 體 晶體多據(jù)認(rèn)為，普通冷卻熟料中，玻璃體 2硅酸鹽水泥熟料鍛燒過程

14、中， 熔融液相若在平衡狀態(tài)下冷卻， 則可全部結(jié)晶出 C3A ,C4AF 和含堿化合物等而不存在玻璃體。 但在工廠生產(chǎn)條件下冷卻速度較快， 有部分液相來不及結(jié)晶而成為過冷液體 組成也不定其主要 成分為 AL2O3 、 璃體在熟料中的含量隨冷卻條件而異， 少， 反之則 玻璃體含 量少而 C3A,C4AF含量約為2%-21% ;急冷熟料玻璃體約8%-22% ;慢冷熟料玻璃體只有02 %。鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣在鍛燒過程中熔融成液相， 可以促進(jìn)硅酸三鈣的順利形 成， 這是它們的一個重要作用。 如果物料中熔劑礦物過少， 則易生燒使氧化鈣不易 被吸收完全， 從而導(dǎo)致熟料中 游離氧化 鈣增加 ， 影響熟料的質(zhì)

15、量， 降低窯的產(chǎn)量并 增加燃料的消耗。 如果熔劑礦物過多， 物料在 窯易結(jié)大 塊， 甚至在回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈， 在 立窯結(jié)爐瘤 等， 嚴(yán)重影響回轉(zhuǎn) 窯和立窯 的正常生 產(chǎn)。游離氧化鈣和方鎂石 游離氧化鈣是指經(jīng)高溫鍛燒而仍未化合的氧化鈣，也稱游灰。經(jīng)高溫鍛燒的 游離氧化鈣 結(jié)構(gòu)比較致密，水 化很慢，通常要在 3d 后 才明顯，水化生成氫氧化鈣 體 積 增 加 97.9 ， 在 硬 化 的 水 泥 漿 中 造 成 局 部 膨 脹 應(yīng) 力 。 隨 著 游 離 氧 化 鈣 的 增 加 ， 首先是抗折強(qiáng)度下降，進(jìn)而引起 3d 以后強(qiáng)度倒縮，嚴(yán)重時引起安定性不良。因 此， 在熟料緞燒 中要嚴(yán)格 控制游離氧化鈣含量

16、。我國回轉(zhuǎn) 窯一般控 制在 1.5 以下，而立窯在2.5%以下。因?yàn)榱⒏G熟料的游離氧化物中有一部分是沒有經(jīng)過高溫死燒而岀窯的生料。這種生料中的游離氧化鈣水化快，對硬化水泥漿的破壞力不大。 游離氧化鈣在偏光鏡下為無色圓形顆粒，有明顯解理。在反光鏡下用蒸餾水浸蝕后 呈彩虹色。方鎂石是指游離狀態(tài)的 Mg0晶體。 Mg0由于與 SIO2,FeM 的化學(xué)親和力很 小，在熟料鍛燒過程中一般不參與化學(xué)反應(yīng)。它以下列三種形式存在于熟料中： 溶解于C4AF,C,S 中形成固溶體；溶于玻璃體中；以游離狀態(tài)的方鎂石形式存 在。據(jù)認(rèn)為，前兩種形式的Mg0含量約為熟料的2 %，它們對硬化水泥漿體無破壞 作用，而以方鎂石

17、形式存在時，由于水化速度比游離氧化鈣要慢，要在0. 5-1 年 后才明顯。水化生成氫氧化鎂時，體積膨脹148%，也會導(dǎo)致安定性不良。方鎂石膨脹的嚴(yán)重程度與晶體尺寸、含量均有關(guān)系。尺寸1卩m時，含量5 %才引起微 膨脹，尺寸5-7卩m時，含量3 %就引起嚴(yán)重膨脹。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硅酸鹽水泥中氧 化鎂含量不得超過5. 0%。在生產(chǎn)中應(yīng)盡量采取快冷措施減小方鎂石的晶體尺寸。第二節(jié)熟料的率值因?yàn)楣杷猁}水泥熟料是由兩種或兩種以上的氧化物化合而成，因此在水泥生產(chǎn)中控 制各氧化物之間的比例即率值，比單獨(dú)控制各氧化物的含量更能反映岀對熟料礦物 組成和性能的影響。故常用表示各氧化物之間相對含量的率值來作為生產(chǎn)的控制

18、指一 ? 水硬率 (Hydraulic Modulus提岀的作為控制熟料適水硬率是1868 年德國人米夏埃利斯(W. Michaelis)宜石灰含量的一個系數(shù)。它是熟料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值， 常用HM表示，其計算式為：(1-3-1)分別代表熟料中各氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。水CaO HM= SiO2 +A12O3, +Fe2O3其中 CaO, SiO2 , A1203, Fe2O3了控制熟料酸性氧化物之間的關(guān)系的率值：硅率和鋁率。硬率通常在1.8-2.4 之間。水硬率假定各酸性氧化物所結(jié)合的氧化鈣是相同的， 實(shí)際上并非如此。當(dāng)各酸性氧化物的總和不變而它們之間的比例發(fā)生變化時，所

19、需 的氧化鈣并不相同。因此只控制同樣的水硬率，并不能保證熟料有相同的礦物組成。 只有同時也控制各酸性氧化物之間的比例，才能保證熟料礦物組成的穩(wěn)定。因此后 來庫爾(H. HAD 提岀硅率或硅酸率硅率又稱硅酸率，含量之比，用SM(Silica Modulus它表示熟料中Si02)的百分含量與 AL2O3和 Fe2O3, 百分SiOj叫2 +電0工(1-3-2)通常硅酸鹽水泥的硅率在1.7-2.7之間。但白色硅酸鹽水泥的硅率可達(dá)4.0甚至更高。硅率除了表示熟料的Si02 與 A1203和Fe2O3的質(zhì)量百分比外，還表示了熟料中硅酸鹽礦物與溶劑礦物的A120,/Fe2O3 大于 0.64 時，比例關(guān)系

20、，相應(yīng)地反映了熟料的質(zhì)量和易燒性。當(dāng)硅率與礦物組成的關(guān)系為：SiOj(1-3-3式中 C3S,C2S,C3A ,C4AF分別代表熟料中各礦物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。從1-3-3 式鈣不易形成，如果氧化鈣含量低，那么硅酸二鈣含量過多而熟料易粉化。硅率過低液相量過多，易岀現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)爐瘤、 鋁率或鐵率(Iron Modulus，則熟料因硅酸鹽礦物少而強(qiáng)度低，且由于 結(jié)圈等，影響窯的操作。鋁率又稱鐵率，IM表示。其計算式為：可見，硅率隨硅酸鹽礦物與熔劑礦物之比而增減。若熟料硅率過高，則由于高溫液 相量顯著減少，熟料緞燒困難，硅酸三1-3-4)鋁率通常在0.9-1.7之間。抗硫酸鹽水泥或低熱水泥的鋁率可低至0.

21、 7 。鋁率表示熟料中氧化鋁與氧化鐵的質(zhì)量百分比，也表示熟料中鋁酸三鈣與鐵鋁 酸四鈣的比例關(guān)系，因而也關(guān)系到熟料的凝結(jié)快慢。同時還關(guān)系到熟料液相粘度， 從而影響熟料的鍛燒的難易，熟料鋁率與礦物組成的關(guān)系如下：鋁率高，熟料中鋁酸三鈣多，液相粘度大，物料難燒，水 雖然液相粘度小，液相中質(zhì)點(diǎn)易擴(kuò)散對硅酸三鈣形成有利，從1-3-5 式可見，1-3-5)泥凝結(jié)快。但鋁率過低，但燒結(jié)圍窄，窯易結(jié)大塊，不利于窯的操作。有些國家，如日本采用HM, SM和IM三個率值來控制熟料成分，結(jié)果還比較 滿意。我國從日本引進(jìn)的冀東水泥廠也用此三個率值來控制生產(chǎn)。但不少學(xué)者認(rèn)為 水硬率的意義不明確，因此，又提岀了不同的與石

22、灰最大含量有關(guān)的計算公式，常見的有 KH和 LSF。四、石灰飽和系數(shù) KH古特曼與杰耳認(rèn)為，酸性氧化物形成的堿性最高的礦物為，從而提岀了他們的石灰理論極限含量。為便于計算，將C4AF改，令"CA"與C 3 A 相加，那么每1%酸性氧化物所齋C3S,C2S,C3A,C4AF寫成“ C3 A " 和“ CF"石灰含量分別為：1 %A1203所需： CaO= 3X 56.08/101.96=1.651 %Fe203 所需 CaO=56.08/159.7=0.351 %SiO2 形成 C3S 所需 Ca0=3< 56.08/60.09=2.8由每1 %酸性

23、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算式：CaO = 2.80SiO2+ 1.65AL203+ 0.35Fe203 ( 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Si02 :可能不完全飽和成 C3S而存在一部分 C2S,否則熟料就會岀現(xiàn)游離氧化故 CaO=KH X 2.80SiO2鈣。因此就在SiO2之前加一石灰飽和系數(shù)KH。+1.65AL203+0.35Fe203 ( 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

24、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IM>0. 64 的熟料。若IM<0. 64，則熟料組成為改寫成(C2AF+C2F)，令 C2A與 C2F相加，根 “C2A ” 可得：C3S,C2S,C4AF 和 C2F 同理將C4AF據(jù)礦物組成 C3S,C2S,C2F 和C2F+S 60-1百了川2坍-0 3沁51-3-9考慮到熟料中還有游離Ca0、游離Si0:和石膏，故式1-3-81-3-9 將(CaO- CaO*)-(l 65AJjOj 7 SJFejOj +0 了SO JKH =:A/F(1-3-10)C

25、iO-CaO-1 lAiOj-0 7FejOj-0 7SOjK-H 否則會岀現(xiàn)游離CaO，同時窯的產(chǎn)量低，熱耗高，窯襯工作條件惡化。 我國目前采用的是石灰飽和系數(shù)KH,硅率SM和鋁率IM三個率A/F<0.64)(1-3-11硅酸鹽水泥熟料 KH值在0. 82-0. 94之間，我國濕法回轉(zhuǎn)窯KH一般控制在 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：第三節(jié)(1-3-12)從上可見，當(dāng) C3 S = 0 時 KH= 0. 667,料中只有C2S,C3A 和C4AF而無C3S . 當(dāng) KH=1時， 有 C3S,C3A 和C4AF, 故實(shí)際上 KH值介于0.6

26、67-1.0KH = 0. 667 熟料中無 之間。時，熟C2S而只KH實(shí)際上表示了熟料中C3S 與 C2S百分含量的比例。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過高，熟料鍛燒困難，保溫時間長，KH越大，'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。具體條件來選擇三個率值，使之互相配合適當(dāng)， 不能單獨(dú)強(qiáng)調(diào)其某一率值。一般說來，不能三個率值都同時高，或同時都 低。第三節(jié)熟料礦物組成的計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定，也可根據(jù)化學(xué)成分進(jìn) 行計算。巖相分析基于顯微

27、鏡下測量岀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，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，國外現(xiàn)代化水泥廠都普遍采用。但限于設(shè)備條件，我國水泥廠使用 的還不多，另外，此方法對含量太低的礦物不適用。我國常用化學(xué)方法進(jìn)行計算。 此方法計算岀來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)礦物組成與計算礦物組成有一定的相關(guān)性，已能說明 礦物組成對熟料及水泥性能的影響

28、，因此在我國仍普遍使用。常用的從化學(xué)成分計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)法為了計算方便，先列岀有關(guān)相對分之質(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 37S03CaSO, =1? 鮑格(R. H. Bogue)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)組成可計算岀各氧化 物的百分含量，見表1-3-1.表1-3-1 主要礦物中各主要級化物的百分含量()氧化物礦物C 2 S

29、C 2 SC 3 AC 4 AFCaSO 4CaO73.6965.1265.1246.1641.19SiO 226.3126.31Al 2 O 3一37.7320.98Fe 2 O 3一32.86SO 21158.81第四節(jié) 根據(jù)上表數(shù)值可列岀下列方程式：C=0. 7369C 3S 0. 6512C 23 0. 0229C 3 A 0. 4016C , AF0.4119CaS0,S=0: 2631C 3S-t-0. 3488CZSA=0. 3773C 3 A0. 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

30、含量 計算 式 <IM>0. 64)：C3S=4. 07 C 7. 60 S 6. 72A2. 86S03C2S=8. 60S 5. 07A 107F 2.15S0 33. 07C=2. 87S 0. 754C 3SC 3A =2.6 51. 09FC 4 AF=3. 04F同理 ，當(dāng) I MC3S=4. 07 C<0.641-3-20 )時，熟料礦物組成計算式如下： 4. 47 a 2. 80 F 7. 60 S2. 86S03C2S =8. 60S+3. 38A 2. 15S033. 07C=2. 87S-0. 754C 3SC4AF=4. 77AC 2F =1. 70(

31、F-1. 57A CaSO ;=1.70S0. 熟 料真 實(shí)礦 物組 成與計 算 礦物組 成 的差異硅 酸 鹽 水 泥 洲 料 礦 物 組 成 的 計 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 算 結(jié) 果 與 熟 料 真 實(shí) 礦 物 組 成 并 不 完 全 一 致 ， 有 時 甚 至 相 差很大。其原因是：1. 固 溶 體 的 影 響計算 礦 物為純 C3S,C2S,C3A 和 C4AF, 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

32、 如 ，若 阿 利 特 組 成 按 CsaS16MA 考 慮，則計算 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 C3A 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 C4AF, 而 在 高 溫 或 有 MgO,CaF2 等 條 件 下 有 可 能是 C6A2F , 其結(jié) 果 使實(shí)際 礦 物中鐵相 固溶液 含 量增加使 C3A 含量減 少 。 2. 冷 卻 條 件 的 影 響含量可能增加C2S 減 少 。 堿和

33、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CaO ，從 而 使 C3A 減 少 而 出 現(xiàn) NC3A3, 堿 也 可 能 影 響 C3S 含 量 。物 如 Ti0 2 , MgO, P 2O5 也 會影響熟 料 的礦物 組 成。 盡管計算的礦物組成與實(shí)測值有一定差異，但它能基本說明對熟料鍛燒和性 能 的 影 響 ，也 是 設(shè) 計 某 一 礦 物 組 成 的 水 泥 熟 料 時 ，計 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。3.NC8A3 ， 而 析 其他次要氧化硅酸鹽 水泥熟料 冷卻過程 ，若 緩慢冷卻

34、 而平衡結(jié)晶，則液相幾乎全部結(jié)晶出 C 3A ,C4AF 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，實(shí)際 C3A , C 4AF 含 量均比計 算值低 ，而 C3S 使第五節(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、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)備長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。? 水泥品種和標(biāo)號若要求生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，則在保證水泥標(biāo)號以及凝結(jié)時間正常和安定性良 好的條件下，其化學(xué)成分可在一定圍變動。可以采用高鐵、低鐵、低硅、高硅、高 飽和系數(shù)等多種配料方案。但要

35、注意三個率值配合適當(dāng)，不能過份強(qiáng)調(diào)某一率值。 例如，同樣生產(chǎn)525號硅酸鹽水泥，華新水泥廠采取的配料方案為KH0.89-0.93;SM=2.0-2.2; IM=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 =0.90-0.93; SM=2.00 士 0.10 ; IM =0.80 士 0.10，也可生產(chǎn)岀 525號硅酸鹽水泥。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)減少鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量，即降低 KH 和

36、IM率。? 原料品質(zhì)原料的化學(xué)成分和工藝性能對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，燒岀標(biāo)號較高的水泥。若石灰石的隧石含量較高而粘土的粗砂含量高， 則因?yàn)樵想y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)既影響緞燒過程又影響熟料質(zhì)量。一般說來，發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)燃料， 其火焰溫度高，熟料

37、的KH值可高些。若燃料質(zhì)量差，除了火焰溫度低外，還會因 煤灰的沉落不均勻，降低熟料質(zhì)量。水泥窯用煤的質(zhì)量要求見表1-3-2。表1-3-2 水泥燒成用煤的質(zhì)要求r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<288-30>20900立波爾窯<258-30>22900立窯<30< 10>20900煤灰摻入熟料中，除全黑生料的立窯外，往往分布不均勻，對熟料質(zhì)量影響極大。 據(jù)統(tǒng)計，由于煤灰不均勻摻入，將使熟料 KH值降低0.04-0.16;硅率下降0.05-0.20;鋁率提高0.05-0.30。當(dāng)煤灰摻入量增加時，熟料強(qiáng)度下降

38、.此時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，熟料組成也應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。對回轉(zhuǎn)窯來說，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，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，不但對窯的熱工制度的穩(wěn)定和運(yùn)轉(zhuǎn)率的提高有影響， 而且對熟料質(zhì)量也有影響，因而也就對配料方案的確定有影響。一般說來，生料均勻性好，KH值可高些。

39、據(jù)認(rèn)為，生料碳酸鈣滴定值的均 勻性達(dá)士 0. 25 %時，可生產(chǎn)525號以上的熟料。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下通過加熱機(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，

40、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τ?摻復(fù)合礦化劑的熟料，由于液相岀現(xiàn)溫度低且液相粘度低，燒成溫度圍變寬，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 = 0.94-0.98,SM=1.60-1.80， IM=1.40-1.60。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”

41、配料方案，例如，寧國水泥廠 的配料方案為IM =0. 89, SM=2.20-2. 30,IM=1.45,窯的規(guī)格對熟料組成的設(shè)計也有影響。例如日產(chǎn)700t 熟料的川沙水泥廠，由于窯的規(guī)格小，窯的氣流溫度比寧國水泥廠的稍低，因此各率值也稍低，其KH0.8910SM=2. 10, 1M =1影響熟料組成的選擇的因素很多，一個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；既要考慮各率值或礦物組成的絕對值，又要考慮它們之間 的相互關(guān)系。原則上，三個率值不能同時偏高或偏低。不同窯型硅酸鹽水泥熟料各 率值的參考圍見表1-3-3 ,表1-3-3 不同窯型硅酸鹽水泥熟料率值的參考圍窯型|KHS M

42、IM預(yù)分解窯0. 86-0. 892. 2-2. 61. 1-.L. 8濕法長窯0. 88-0. 911. 5八-2. 51.0-1.8干法窯0. 865 892. 0-2. 351. 0-1. 6立波爾窯立窯（無礦化劑）0. 85-0. 880. 85 士 0. 021. 9八-2. 32. 0 1 .11. 0-1. 81.3 士 0. 1立窯（摻加復(fù)合礦化0. 92A-0. 96劑）1.6-2. 21. 11.5第六節(jié)配料計算熟料組成確定后，即可根據(jù)所用原料，進(jìn)行配料計算，求岀符合要求熟料組成的原 料配合比.配料計算的依據(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。

43、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； 粘土礦物分解放岀結(jié)晶水；有機(jī)物質(zhì)的分解、揮發(fā)；碳酸鹽分解放岀二氧化碳，液 相岀現(xiàn)使熟料燒成。因?yàn)橛兴帧⒍趸家约澳承┪镔|(zhì)逸岀，所以，計算時必須 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)量所表示的計算單位， 稱為干燥基準(zhǔn)。干燥基準(zhǔn)用于計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+干鐵粉一干生料去掉燒失量（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)量所表示的計算單位，稱為灼燒基準(zhǔn)。灼燒基準(zhǔn)用于計算灼燒原料的配 合比和熟料

44、的化學(xué)成分。如果不考慮生產(chǎn)損失，在采用基本上無灰分摻入的氣體或液體燃料時，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，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）=熟料F X100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)計分析， 對配料方案進(jìn)行校正。熟料中的煤灰摻入量可按下式近似計算：6 =pa 丫 S/100,式中G A ,熟料中煤灰摻入量，; q 單位熟料熱耗，

45、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（% ）窯型無電收塵有電收塵濕法長窯（L/D=3050 ）100 100有鏈條濕法短窯（L/D < 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)分立窯90100立波爾窯80100立窯100 100注：電收塵窯灰不入窯者.按無電收塵器者計算。生料配料計算方法繁多，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

46、二乘法等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子計算機(jī)的應(yīng)用已逐漸普及 到各個領(lǐng)域。有的計算方法由于計算復(fù)雜，不夠精確而被淘汰。現(xiàn)主要介紹應(yīng)用比 較廣泛的嘗試誤差法。嘗試誤差法計算方法很多，但原理都相同，其中一種方法是：先按假定的原 料配合比計算熟料組成，若計算結(jié)果不符合要求，則要求調(diào)整原料配合比，再行計 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)舉例說明如下。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)，要求熟料的三個率值為：KH=0.89,SM=2.1,IM=1.單位熟料熱

47、耗為3350kJ/kg 熟料，計算其配合比。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)沒有分析側(cè)定，或者某些元素或低價氧化物經(jīng)灼燒氧化后增加重量所致。為此，小于100%時，要以加上其他一項(xiàng)補(bǔ)足100% ;大于100%時，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 3 Fe 2 O 3CaOMgO總和石灰石 -42.662.420.310.1953.130.5799.28粘土5.2770.2514.725.481.410.9298.05鐵粉34.4211.5348.273.530.0997.84煤灰-53.52 j35.344.464.791.1999 . 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=O. 89,SM=2.1,IM= 1.32. 計算煤灰摻入