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1、n n(一)化学成分n n四种主要氧化物:CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3,其总量大于95%，一般硅酸水泥熟料各氧化物含量波动范围为:CaO 6267%，SiO2 2024%，Al2O3 47%，Fe2O3 2.56.0%;n n白色硅酸盐水泥熟料中Fe2O3必须小于0.5%，SiO2高于24%，甚至可达27%。第三章 熟料化学成分及矿物组成系统中的水泥区n n( (二二) )矿物组成矿物组成n n四种矿物主要是四种矿物主要是: :硅酸三钙硅酸三钙,3CaO.SiO,3CaO.SiO2 2, ,简写简写C C3 3S;S;n n 硅酸二钙硅酸二钙,2CaO.SiO,2CaO.SiO2
2、2, ,简写简写C C2 2S;S;n n 铝酸三钙铝酸三钙, ,3CaO.Al3CaO.Al2 2O O3 3, ,简写简写C C3 3A;A;n n 铁铝酸四钙铁铝酸四钙, ,4CaO.Al4CaO.Al2 2O O3 3.Fe.Fe2 2O O3 3, ,简写简写C C4 4AF;AF; 此外此外, ,熟料中还有熟料中还有: :f fCaOCaO，和和MgOMgO, ,含碱矿物及玻璃体含碱矿物及玻璃体。n n注意注意: :在反光显微镜下在反光显微镜下, ,C C3 3S S呈黑色多角形呈黑色多角形; ;C C2 2S S呈黑白双呈黑白双晶条纹的圆形晶条纹的圆形; ;反射能力强的白色中间相
3、是铁相固溶体反射能力强的白色中间相是铁相固溶体, ,反射能力弱的黑色中间相是反射能力弱的黑色中间相是C C3 3A;A;n n硅酸盐矿物硅酸盐矿物:C:C3 3S+CS+C2 2S S约约75%75%n n熔剂矿物熔剂矿物:C:C3 3A A和和C C4 4AF,AF,以及氧化镁以及氧化镁, ,碱等碱等. .1.硅酸三钙硅酸三钙(C3S)n nC C3 3S S是硅酸盐水泥熟料的主要矿物是硅酸盐水泥熟料的主要矿物, ,其含量通常在其含量通常在50%50%以上以上. .纯纯C C3 3S S只有在只有在20651250C20651250C温度内才稳定温度内才稳定, ,所以所以在室温下在室温下C
4、C3 3S S呈介稳状态呈介稳状态; ;它有三种晶系七种变形它有三种晶系七种变形. .n nR R型为三方晶系型为三方晶系,M,M型为单斜晶系型为单斜晶系,T,T型为三斜晶系型为三斜晶系; ;这些变这些变型的晶体结构相近型的晶体结构相近. .n n由于在硅酸盐水泥熟料中由于在硅酸盐水泥熟料中,C,C3 3S S常含有少量常含有少量MgOMgO, Al, Al2 2OO3 3, , FeFe2 2OO3 3等形成固溶体等形成固溶体, ,称为称为Alite(AAlite(A矿矿),),通常为通常为MM型或型或R R型型 . .n n在在AliteAlite 中常以中常以C C2 2S S和和CaO
5、CaO的包裹体存的包裹体存在。在。n nC C3 3S S凝结时间正常凝结时间正常凝结时间正常凝结时间正常, ,水化较快水化较快水化较快水化较快, ,放热较多放热较多放热较多放热较多, ,早期强度高且早期强度高且早期强度高且早期强度高且后期强度增进率较大后期强度增进率较大后期强度增进率较大后期强度增进率较大,28d,28d强度可达一年强度的强度可达一年强度的强度可达一年强度的强度可达一年强度的7080%,7080%,其其其其28d28d强度和一年强度在四种矿物中均最强度和一年强度在四种矿物中均最强度和一年强度在四种矿物中均最强度和一年强度在四种矿物中均最高高高高. .但但但但C C3 3S S
6、的水化热较高的水化热较高的水化热较高的水化热较高, ,抗水性较差抗水性较差抗水性较差抗水性较差. .n n颗粒层的填充结构颗粒层的填充结构n n1、等径球形颗粒群的规则排列结构n n等径球形颗粒的平面排列形式：n n立方排列和六方排列n n规则填充规则填充n n规则填充：(a)和 (d)是在下层球的正上面排列上层球； (b)和(e)是在下层球和球的切点上排列上层球； (c)和(f)是在下层球间隙的中心上排列上层球。布拉伐格子是布拉伐格子是晶格晶格的的一种数学抽象，其中一种数学抽象，其中布拉伐格子的所有格布拉伐格子的所有格点都是几何位置上等点都是几何位置上等价、周围环境相同的价、周围环境相同的点
7、；若把点；若把原子原子或原子或原子团安置在布拉伐格子团安置在布拉伐格子的每一个格点上，就的每一个格点上，就可得到相应的晶格。可得到相应的晶格。虽然虽然晶格晶格的类型很多，的类型很多，但自然界中的布拉伐格子却只有但自然界中的布拉伐格子却只有1414种。这种。这1414种布拉种布拉伐格子又可划分为七大晶系。伐格子又可划分为七大晶系。n n七大七大晶系晶系分别是：分别是：单斜晶系单斜晶系、三斜晶系三斜晶系、三方晶系、三方晶系、四方晶系四方晶系、斜方晶系斜方晶系、六方晶系、六方晶系、立方晶系立方晶系面心立方堆积2.2.硅酸二钙（硅酸二钙（硅酸二钙（硅酸二钙（C C2 2S)S)n n在熟料中含量约为在
8、熟料中含量约为20%20%左右，是硅酸盐水泥熟料的主要左右，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一。在熟料中并不是以纯的形式存在，常含少量矿物之一。在熟料中并不是以纯的形式存在，常含少量MgOMgO, Al, Al2 2O O3 3, Fe, Fe2 2O O3 3, R, R2 2O O等氧化物形成固溶体，通常称等氧化物形成固溶体，通常称之为之为 BliteBlite或或B B矿，纯矿，纯C C2 2S S在在14501450以下有下列晶型转变。以下有下列晶型转变。n nC C2 2S S存在存在, ,等变形等变形, ,在室温下在室温下, , , , ,变形是不变形是不稳定的稳定的, ,有转变成有转
9、变成 型的趋势型的趋势. .一般在熟料中一般在熟料中 和和 较少存较少存在；在烧成温度较高，冷却较快时在；在烧成温度较高，冷却较快时, ,由于固溶了少量的由于固溶了少量的MgOMgO、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、R R2 2O O等氧化物形成固溶体而以等氧化物形成固溶体而以 型型存在存在, ,通常所指的硅酸二钙或通常所指的硅酸二钙或B B矿即为矿即为 型硅酸二钙型硅酸二钙. .由于由于有固溶体的存在有固溶体的存在, , 型的型的C C2 2S S可以稳定可以稳定. .n n, 型型C C2 2S S强度较高强度较高, ,而而 型型C C2 2S S几乎无水硬性几乎无
10、水硬性. .在立窑厂在立窑厂有时熟料常出现粉化现象有时熟料常出现粉化现象, ,就是由于出现了就是由于出现了 型向型向 转变转变, ,体积膨胀的结果体积膨胀的结果. .n nBliteBlite水化反应较慢水化反应较慢,28d,28d仅水化仅水化20%20%左右左右, ,凝结硬化缓慢凝结硬化缓慢, ,早期强度较低早期强度较低, ,但后期强度增长率较高但后期强度增长率较高, ,在一年后可赶上在一年后可赶上Alite,BliteAlite,Blite的水化热较小的水化热较小, ,抗水性较好抗水性较好. .3.中间相中间相n n填充在填充在AliteAlite和和BliteBlite 之间物质通称为中
11、间相之间物质通称为中间相, ,部分结晶部分结晶, ,部分成为玻璃体部分成为玻璃体. .n n(1)铝酸三钙铝酸三钙(C3A)n n在熟料中含量约在在熟料中含量约在715%715%的范围内的范围内, ,结晶完善的结晶完善的C C3 3A A呈立方呈立方, ,八面体或十二面体八面体或十二面体. .一般成玻璃相或不规则微一般成玻璃相或不规则微晶体晶体. .在反光镜下在反光镜下, ,快冷呈点滴状快冷呈点滴状, ,慢冷呈矩形或柱形慢冷呈矩形或柱形, ,常因反光能力差常因反光能力差, ,呈暗灰色呈暗灰色, ,故称黑色中间相故称黑色中间相. .n nC C3 3A A水化迅速水化迅速, ,放热多放热多, ,
12、凝结很快凝结很快, ,硬化快硬化快, ,强度强度3d3d内就内就发挥出来发挥出来, ,但绝对值不高但绝对值不高, ,以后几乎不增长以后几乎不增长, ,甚至倒缩甚至倒缩. .干缩变形大干缩变形大, ,抗硫酸盐性能差抗硫酸盐性能差. .n n(2)铁相固溶体铁相固溶体n n在熟料中一般在熟料中一般1018%1018%。熟料中含铁相较复杂，是。熟料中含铁相较复杂，是一系列的连续固溶体，一般用一系列的连续固溶体，一般用C C4 4AFAF表示，称为铁铝表示，称为铁铝酸四钙，又称为酸四钙，又称为Clite,CClite,C矿，属斜方晶系，常呈棱柱矿，属斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体状和圆粒状晶体, ,
13、在反光镜下由于反射能力强，呈亮在反光镜下由于反射能力强，呈亮白色，故通常称为白色中间相。白色，故通常称为白色中间相。n nC C4 4AFAF的水化速度在早期介于的水化速度在早期介于C C3 3A A与与C C3 3S S之间，但随后之间，但随后的发展不如的发展不如C C3 3S S。早期强度类似。早期强度类似C C3 3A A，后期还能不断，后期还能不断地增长，类似于地增长，类似于C C2 2S.S.抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较水化热较C C3 3A A低，含低，含C C4 4AFAF高的熟料难磨，所以在道高的熟料难磨，所以在道路水泥中和抗硫酸盐水泥中，路
14、水泥中和抗硫酸盐水泥中，C C4 4AFAF含量应高些。含量应高些。n n(3)玻璃体玻璃体n n在实际的生产中在实际的生产中, ,由于冷却速度较快由于冷却速度较快, ,部分液相来不部分液相来不及结晶而成为过冷液体，即玻璃体。及结晶而成为过冷液体，即玻璃体。n n熔剂矿物太多或太少，都会影响熟料质量。熔剂矿物太多或太少，都会影响熟料质量。n n(4)游离氧化钙游离氧化钙和方镁石和方镁石n n游离氧化钙又称为游离石灰，是指经高温煅烧而仍游离氧化钙又称为游离石灰，是指经高温煅烧而仍未化合的氧化钙。未化合的氧化钙。n nf-CaOf-CaO增加增加，首先是抗折强度下降首先是抗折强度下降，进而引起进而
15、引起3 3d d以以后强度倒缩后强度倒缩，严重影响安定性严重影响安定性。n n我国回转窑我国回转窑f-CaOf-CaO一般控制在一般控制在1.5%1.5%以下，立窑控制以下，立窑控制在在2.5%2.5%以下。以下。n n方镁石是指游离的方镁石是指游离的MgOMgO晶体，它在熟料中有三种存晶体，它在熟料中有三种存在形式在形式:1.:1.溶解于溶解于C C3 3A A、C C3 3S S中形成固溶体；中形成固溶体；2.2.溶于溶于玻璃体中；玻璃体中；3.3.以游离状态形式存在。以游离状态形式存在。n n以前两者形式存在熟料中，对硬化水泥浆体无破坏以前两者形式存在熟料中，对硬化水泥浆体无破坏作用，但
16、以游离状态形式存在会造成体积安定性不作用，但以游离状态形式存在会造成体积安定性不良。因此，在水泥生产中应严格限制良。因此，在水泥生产中应严格限制MgOMgO的含量。的含量。n n关于水泥四种矿物性质的比较关于水泥四种矿物性质的比较:n n1.水化速度: C3AC3SC4AFC2Sn n2.水化热: C3AC3SC4AFC2Sn n3.强度: C3SC2SC4AFC3An n4.耐化学侵蚀: C4AFC2SC3SC3An n5.干缩性: C3AC3SC2SC4AF三三.熟料的率值熟料的率值n n率值率值: :各氧化物之间的比例。各氧化物之间的比例。n n(一一)石灰饱和系数石灰饱和系数n n在熟
17、料四个主要氧化物中在熟料四个主要氧化物中, ,CaOCaO为碱性氧化物为碱性氧化物, ,SiOSiO2 2, , AlAl2 2O O3 3和和FeFe2 2O O3 3为酸性氧化物为酸性氧化物，两者相互化合生成四种两者相互化合生成四种熟料矿物熟料矿物C C3 3S S、C C2 2S S、C C3 3A A和和C C4 4AFAF。n n古特曼古特曼( (A.GuttmannA.Guttmann) )和杰耳和杰耳( (F.GilleF.Gille) )认为酸性氧化认为酸性氧化物形成碱性最高的矿物为物形成碱性最高的矿物为C C3 3S S、C C3 3A A和和C C4 4AFAF，从而提从而
18、提出了他们的石灰理论极限含量出了他们的石灰理论极限含量。为便于计算为便于计算，可将可将C C4 4AFAF改写为改写为C C3 3A A与与CFCF，所以石灰理论极限含量计算所以石灰理论极限含量计算式为式为：n n CaOCaO=2.8SiO=2.8SiO2 2+1.65Al+1.65Al2 2OO3 3+0.35Fe+0.35Fe2 2OO3 3n n 苏联学者金德和容克根据上式，认为在实际生苏联学者金德和容克根据上式，认为在实际生产中，产中，AlAl2 2OO3 3和和FeFe2 2OO3 3始终为始终为CaOCaO所饱和，唯独所饱和，唯独SiOSiO2 2可能不完全饱和生成可能不完全饱和
19、生成C C3 3S S，而存在一部分，而存在一部分C C2 2S S，因此，因此，应在应在SiOSiO2 2之前加一石灰饱和系数之前加一石灰饱和系数KHKH。n nCaOCaO=KHKH2.8SiO2.8SiO2 2+1.65Al+1.65Al2 2OO3 3+0.35Fe+0.35Fe2 2OO3 3n n即：即：n naO-1.65AlaO-1.65Al2 2OO3 3-0.35Fe-0.35Fe2 2OO3 3/2.8SiO/2.8SiO2 2n n上上式适应的条件是：铝率式适应的条件是：铝率AlAl2 2O O3 3/Fe/Fe2 2O O3 30.640.64的的熟料熟料。n n因此
20、，因此，石灰饱和系数石灰饱和系数KHKH是是熟料中全部二氧化硅生成熟料中全部二氧化硅生成硅酸钙（硅酸钙（）所需的氧化钙含量与全部）所需的氧化钙含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形量的比值也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。成硅酸三钙的程度。n n若小于.64，则熟料矿物组成为C3S、C2S、C4AF和，同理可将C4AF改写成C2A和C2F ，可得：n naO-1.1Al2O3-0.7Fe2O3/2.8SiO2 n n如果考虑熟料中还有游离CaO，游离SiO2和石膏，则上面两式
21、分别为：（上式适用条件为IM0.64，下式适用条件为IM0.64)石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下式表示：石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下式表示：从上式中可知： 当C3S=0时，KH=0.667，这时，熟料中只有C2S，C3A，C4AF而无C3S； 当C2S=0时,KH=1，此时，熟料中无C2S，只有C3S,C3A,C4AF。 所以KH值介于0.6671.0之间。n nKH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的比例。KH越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例越高，熟料强度越好，故提高KH有利于提高水泥熟料质量。但KH过高，熟料煅烧困难，必须提高煅烧温度，延长煅烧时间，否则会出现f-CaO，
22、同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化。n n为使熟料顺利形成，不致因过多的游离石灰而影响熟料的质量，通常，在工厂条件下，石灰饱和系数一般控制在0.820.96之间。n n值得一提的是，各国用于控制石灰含量的率值公式有所不同，常见的有：n n水硬率HM，石灰标准值KSt，李和派克石灰饱和系数LSF。(二）硅率二）硅率n n硅率又称硅酸率，它表示熟料中SiO2的百分含量与Al2O3和Fe2O3百分含量之比，还表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系，用SM表示：n nSM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)n nSM一般在1.72.7之间。n n若熟料硅率SM过高，则由于高温液相量显著减少，
23、熟料煅烧困难，C3S不易形成，如果CaO含量低，那么C2S含量过多而熟料易粉化。n nSM过低，则熟料因硅酸盐矿物少而强度降低，且由于液相量过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。（三）铝率（三）铝率n n铝率又称铁率，表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量比，也表示熟料中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例关系，以IM表示，计算式为：n nIM=Al2O3/Fe2O3n nIM一般在0.91.7之间。n n熟料铝率IM高，熟料中铝酸三钙多，液相黏度大，物料难烧，水泥凝结快。但铝率IM过低，虽然液相黏度小，液相中质点易扩散对硅酸三钙形成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。n n课堂测验题
24、：课堂测验题：n n1.请推导IM0.64时的KH公式。 n n2.某熟料中SiO2含量为20%，已知与SiO2化合的CaO含量为50.4%，试计算该熟料的KH。(已知分 子 量 分 别 是 ： Si:28， O:16， Ca:40, Fe:56, Al:27)n n3.请说明熟料粉化的原因。n n4.水泥粉磨时，为什么要加入石膏？但又为什么要限制其掺量？n n5.造成水泥安定性不良的原因有那些？各应采取什么方法检验？为什么？四四.熟料矿物组成的计算熟料矿物组成的计算n n（一）石灰饱和系数法n n（二）鲍格法（代数法）n n（三）熟料真实矿物组成与计算矿物组成的差异n n1.固溶体的影响n
25、n2.冷却条件的影响n n3.碱和其他微组分的影响n n思考题思考题n n1.1.推导石灰饱和系数推导石灰饱和系数KHKH公公式？式？n n2.2.KHKH过低和过高将会对熟过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样料质量、窑的操作产生怎样的影响？的影响？n n3. 3. SMSM过低和过高将会对熟过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样料质量、窑的操作产生怎样的影响？的影响？n n4 .4 .下列水泥是什么品种的水泥？下列水泥是什么品种的水泥？n nA. 91.5%A. 91.5%熟料，熟料，5%5%石灰石，石灰石，3 3.5%.5%石膏石膏; ;n nB. 91%B. 91%熟料，熟料，
26、5%5%矿渣，矿渣，4 4%石膏石膏; ;n nC. 96%C. 96%熟料，熟料，4%4%石膏石膏; ;n nD. 82%D. 82%熟料，熟料，15%15%矿渣，矿渣，3 3%石膏石膏; ;n nE. 81.5%E. 81.5%熟料，熟料，5%5%窑灰，窑灰，10%10%火山灰，火山灰，3.53.5%石石膏膏; ;3.3 熟料组成设计 熟料矿物组成的选择，一般应根据水泥的品种和强度等级、原料和燃料的品质、生料制备和熟料煅烧工艺综合考虑，以达到优质高产低消耗和设备长期安全运转的目的。（一）水泥品种和强度等级 若要求生产普通硅酸盐水泥，则在保证水泥强度等级以及正若要求生产普通硅酸盐水泥，则在保
27、证水泥强度等级以及正常凝结时间和良好安定性的条件下，其化学成分可在一定范围常凝结时间和良好安定性的条件下，其化学成分可在一定范围内变动。可以采用高铁、低铁、低硅、高硅、高饱和系数低饱内变动。可以采用高铁、低铁、低硅、高硅、高饱和系数低饱和系数等多种配料方案。但要注意三个率值配合适当，不能过和系数等多种配料方案。但要注意三个率值配合适当，不能过份强调某一率值。强度等级要求高的熟料，其份强调某一率值。强度等级要求高的熟料，其KHKH或或SMSM要求应要求应高些；反之，可要求低些。一般情况下，采用高高些；反之，可要求低些。一般情况下，采用高KHKH时，应适当时，应适当降低降低SMSM；采用高；采用高
28、SMSM时，应适当降低时，应适当降低KHKH；同时采用高；同时采用高KHKH和高和高SMSM，由于需要较高的煅烧温度，实际生产中，由于需要较高的煅烧温度，实际生产中C3SC3S往往难以反应往往难以反应完成，会有较多完成，会有较多f-CaOf-CaO产生，影响水泥的安定性。产生，影响水泥的安定性。 生产专用水泥或特性水泥应根据其特殊要求，选择合适的矿生产专用水泥或特性水泥应根据其特殊要求，选择合适的矿物组成。若生产快硬硅酸盐水泥，则要求硅酸三钙和铝酸三钙物组成。若生产快硬硅酸盐水泥，则要求硅酸三钙和铝酸三钙含量高，因此应提高含量高，因此应提高KHKH和和IMIM。而生产中热硅酸盐水泥和抗硫酸。而
29、生产中热硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥，则应减少铝酸三钙和硅酸三钙含量，即降低盐水泥，则应减少铝酸三钙和硅酸三钙含量，即降低KHKH和和IMIM。（二）原料品质 原料的化学成分、易烧性和工艺性能对熟料矿物组成的选原料的化学成分、易烧性和工艺性能对熟料矿物组成的选择有很大影响。原料易烧性好，可适当提高择有很大影响。原料易烧性好，可适当提高KHKH或或SMSM，有利于，有利于提高熟料强度；易烧性差，提高熟料强度；易烧性差，KHKH或或SMSM就不可太高，否则熟料就不可太高，否则熟料f- f-CaOCaO含量可能会太高，影响水泥的安定性。在一般情况下，应含量可能会太高，影响水泥的安定性。在一般情况下，应尽
30、量采用两种或三种原料的配料方案。除非其配料方案不能保尽量采用两种或三种原料的配料方案。除非其配料方案不能保证正常生产，才考虑更换原料或掺加另一种校正原料。例如，证正常生产，才考虑更换原料或掺加另一种校正原料。例如，粘土含硅量较低时，熟料的硅率就难以提高。此时如果采用硅粘土含硅量较低时，熟料的硅率就难以提高。此时如果采用硅质校正原料就可以提高熟料的硅率，但由于增加一种原料，会质校正原料就可以提高熟料的硅率，但由于增加一种原料，会给生产工艺带来困难，因此，往往采用低硅高饱和系数配料方给生产工艺带来困难，因此，往往采用低硅高饱和系数配料方案，而不加硅质校正原料。案，而不加硅质校正原料。 此外，石灰石
31、的燧石含量和粘土的粗砂含量较高时，因原此外，石灰石的燧石含量和粘土的粗砂含量较高时，因原料难磨，熟料难烧，其熟料的饱和系数也不能高。原料含碱量料难磨，熟料难烧，其熟料的饱和系数也不能高。原料含碱量太高，也宜降低太高，也宜降低KHKH。原料。原料MgOMgO含量太高，由于液相量增大、液含量太高，由于液相量增大、液相粘度降低，对于预分解窑而言，应适当提高相粘度降低，对于预分解窑而言，应适当提高SMSM和和IMIM。（三）燃料品质n n燃料品质既影响煅烧过程，又影响熟料质量。一般说来，发热量高的优质燃料，其火焰温度高，熟料的KH值可高些。若燃料质量差，除了火焰温度低外，还会因煤灰的沉落不均匀，降低熟
32、料质量。水泥窑用煤的质量要求见表3.7。窑窑 型型灰灰 分分( (%) )挥发挥发分分( (%) )干燥基低干燥基低热热值值(kJ/kg)(kJ/kg)湿法回湿法回转转窑、窑、悬悬浮浮预预热热窑、窑、预预分解窑分解窑立波立波尔尔窑窑立立 窑窑28282525303018183030181830301010209002090022900229002090020900n n表表3.7 3.7 水泥烧成用煤的质量要求水泥烧成用煤的质量要求 （四）生料细度和均匀性 生料化学成分的均匀性，不但影响窑的热工生料化学成分的均匀性，不但影响窑的热工制度的稳定和运转率的提高，而且还影响熟料的制度的稳定和运转率的
33、提高，而且还影响熟料的质量以及配料方案的确定。质量以及配料方案的确定。n n 一般说来，生料均匀性好，一般说来，生料均匀性好，KHKH可高些。通常要可高些。通常要求入窑生料求入窑生料KHKH的标准偏差应小于的标准偏差应小于0.020.02，SMSM的标准的标准偏差应小于偏差应小于0.10.1。若生料成分波动大，对回转窑而。若生料成分波动大，对回转窑而言，其熟料言，其熟料KHKH应适当降低；但对立窑而言，由于应适当降低；但对立窑而言，由于低低KHKH易引起立窑结大块，为了保证立窑正常煅烧，易引起立窑结大块，为了保证立窑正常煅烧，宜采用高宜采用高KHKH低低SMSM方案。若生料粒度粗，由于化方案。
34、若生料粒度粗，由于化学反应难以进行完全，学反应难以进行完全，KHKH也应适当降低。也应适当降低。（五）窑型与规格 物料在不同类型的窑内受热和煅烧的情况不同，因此物料在不同类型的窑内受热和煅烧的情况不同，因此熟料的组成也应有所不同。回转窑内物料不断翻滚，与立窑、熟料的组成也应有所不同。回转窑内物料不断翻滚，与立窑、立波尔窑相比，物料受热和煤灰掺入都比较均匀，物料反应立波尔窑相比，物料受热和煤灰掺入都比较均匀，物料反应进程较一致，因此进程较一致，因此KHKH可适当高些。可适当高些。 立波尔窑的热气流自上而下通过加热机的料层，煤灰大立波尔窑的热气流自上而下通过加热机的料层，煤灰大部分沉降在上层料面，
35、上部物料温度比下部的高，因此形成部分沉降在上层料面，上部物料温度比下部的高，因此形成上层物料上层物料KHKH值低，分解率高，而下层物料值低，分解率高，而下层物料KHKH值高、分解率值高、分解率低，因此，应适当降低低，因此，应适当降低KHKH。 立窑通风、煅烧都不均匀，因此不掺矿化剂的熟料立窑通风、煅烧都不均匀，因此不掺矿化剂的熟料KHKH值值要适当低些。对于掺复合矿化剂的熟料，由于液相出现较早要适当低些。对于掺复合矿化剂的熟料，由于液相出现较早且粘度较低，烧成温度范围变宽，一般采用高且粘度较低，烧成温度范围变宽，一般采用高KHKH、低、低SMSM和和高高IMIM配料方案。配料方案。 预分解窑生
36、料预热好，分解率高，另外，由预分解窑生料预热好，分解率高，另外，由于单位产量窑筒体散热损失少，以及耗热量最大于单位产量窑筒体散热损失少，以及耗热量最大的碳酸盐分解带已移到窑外，因此窑内气流温度的碳酸盐分解带已移到窑外，因此窑内气流温度高，为了有利于挂窑皮和防止结皮、堵塞、结大高，为了有利于挂窑皮和防止结皮、堵塞、结大块，目前趋于低液相量的配料方案。我国大型预块，目前趋于低液相量的配料方案。我国大型预分解窑大多采用高硅率、高铝率、中饱和比的配分解窑大多采用高硅率、高铝率、中饱和比的配料方案。料方案。 影响选择熟料组成的因素很多，一个合理的影响选择熟料组成的因素很多，一个合理的配料方案既要考虑熟料
37、质量，又要考虑物料的易配料方案既要考虑熟料质量，又要考虑物料的易烧性；既要考虑各率值或矿物组成的绝对值，又烧性；既要考虑各率值或矿物组成的绝对值，又要考虑它们之间的相互关系。原则上，三个率值要考虑它们之间的相互关系。原则上，三个率值不能同时偏高或偏低。不同窑型硅酸盐水泥熟料不能同时偏高或偏低。不同窑型硅酸盐水泥熟料各率值参考范围见表各率值参考范围见表3.83.8。表表3.8 3.8 不同窑型硅酸盐水泥熟料率值的参考范围不同窑型硅酸盐水泥熟料率值的参考范围3.4 生料配比计算 熟料组成确定后，即可根据所用原料，进行配料计算，求出符合熟料组成要求的原料配合比。配料计算的依据是物料平衡，即反应物的量
38、应等于生成物的量。 在介绍配料计算前先了解以下几个基本概念：在介绍配料计算前先了解以下几个基本概念：1. 1. 全黑生料、半黑生料、白生料全黑生料、半黑生料、白生料 在制备生料时，把全部煤与原料一起粉磨而得在制备生料时，把全部煤与原料一起粉磨而得到的生料，称为全黑生料；只把一部分煤与原料一到的生料，称为全黑生料；只把一部分煤与原料一起粉磨（其余的煤在煅烧时再加到生料中）而得到起粉磨（其余的煤在煅烧时再加到生料中）而得到的生料称为半黑生料；不含煤的生料称为白生料的生料称为半黑生料；不含煤的生料称为白生料（煤从窑头加入）。（煤从窑头加入）。新型干法水泥生产全部采用白新型干法水泥生产全部采用白生料。
39、生料。2. 2. 干燥基干燥基 物料烘干后，处于干燥状态，以物料干燥状态物料烘干后，处于干燥状态，以物料干燥状态的质量为计算单位时，称为干燥基。生料干配比及的质量为计算单位时，称为干燥基。生料干配比及原料的化学成分通常以干燥基表示。原料的化学成分通常以干燥基表示。3. 3. 灼烧基灼烧基 去掉烧失量（结晶水、二氧化碳与挥发物质等）去掉烧失量（结晶水、二氧化碳与挥发物质等）以后，生料处于灼烧状态。以灼烧状态的质量为计以后，生料处于灼烧状态。以灼烧状态的质量为计算单位时，称为灼烧基。如果不考虑生产损失，则算单位时，称为灼烧基。如果不考虑生产损失，则有以下关系：有以下关系：灼烧全黑生料灼烧全黑生料
40、熟料熟料灼烧半黑生料（或白生料）灼烧半黑生料（或白生料）+ + 掺入熟料的煤灰掺入熟料的煤灰=熟料熟料n n生料配料计算方法繁多，有代数法、图解法、尝生料配料计算方法繁多，有代数法、图解法、尝试误差法（包括递减试凑法、累加试凑法）、矿试误差法（包括递减试凑法、累加试凑法）、矿物组成法、最小二乘法等。物组成法、最小二乘法等。 现主要介绍累加试凑法，其原理是：根据熟现主要介绍累加试凑法，其原理是：根据熟料化学成分要求，依次加入各种原料，同时计算料化学成分要求，依次加入各种原料，同时计算所加入原料的化学成分。然后进行熟料成分累计所加入原料的化学成分。然后进行熟料成分累计验算，如发现成分不符要求，再进
41、行试凑，直至验算，如发现成分不符要求，再进行试凑，直至符合要求为止。现举例说明如下：符合要求为止。现举例说明如下：累加试凑法配料计算n n已知原料、燃料的有关分析数据如已知原料、燃料的有关分析数据如表表3.93.9、3.103.10所所示，假设用预分解窑以三种原料配合进行生产，示，假设用预分解窑以三种原料配合进行生产，要求熟料的三个率值为：要求熟料的三个率值为： KHKH0.890.89、SMSM2.12.1、IMIM1.31.3， 单位熟料热耗为单位熟料热耗为3350kJ/kg3350kJ/kg熟料，熟料，计算其配合比。计算其配合比。表表3.10 3.10 煤煤的工业分析的工业分析 表表3.
42、9 3.9 原料与煤灰的化学成分（原料与煤灰的化学成分（%）【解解】 1. 1.计算煤灰掺入量计算煤灰掺入量100kg100kg熟料中的煤灰掺入量可按下式近似计算：熟料中的煤灰掺入量可按下式近似计算： G Ga a= = = = 4.57= = = = 4.57（%）式中：式中：G Ga a熟料中煤灰掺入量，；熟料中煤灰掺入量，； q q单位熟料热耗，单位熟料热耗，kJ/kgkJ/kg熟料；熟料； Q Qnet,adnet,ad煤的热值，煤的热值，kJ/kgkJ/kg； A Aadad煤的空气干燥基灰分含量，；煤的空气干燥基灰分含量，； S S煤灰沉落率，；煤灰沉落率，； P P煤耗，煤耗，k
43、g/kgkg/kg熟料。熟料。2. 2.根据熟料率值，估算熟料化学成分根据熟料率值，估算熟料化学成分已知已知KH=0.89KH=0.89，SM=2.1SM=2.1，IM=1.3IM=1.3，根据式，根据式2.592.622.592.62，假设假设=97.5%=97.5%，熟料化学成分计算如下：，熟料化学成分计算如下：3.累加试凑计算 值得注意的是，累计熟料的合计值不一定非要等于值得注意的是，累计熟料的合计值不一定非要等于100100，只要验算的熟料率值和热耗符合要求即可，只要验算的熟料率值和热耗符合要求即可，但此时熟料成分必须换算成百分数。但此时熟料成分必须换算成百分数。 表表3.11 3.1
44、1 累加试凑过程（以累加试凑过程（以100kg100kg熟料为基准）熟料为基准）4.4.计算熟料料耗计算熟料料耗由表由表3.113.11可得，配制可得，配制100kg100kg熟料所需的干原料（即熟料所需的干原料（即熟料料耗）如下：熟料料耗）如下：石灰石石灰石 = 100 = 122.06 (kg) = 100 = 122.06 (kg) 粘土粘土 = 100 = 20.41 (kg)= 100 = 20.41 (kg) 铁粉铁粉 = 100 = 6.10 (kg)= 100 = 6.10 (kg)5.计算生料配比石灰石石灰石 = 100% = 82.16% = 100% = 82.16% 粘土粘土 = 100% = 13.74%= 100% = 13.74% 铁粉铁粉 = 100% = 4.10%= 100% = 4.10% 注意，以上配比为干原料配比，如原料含有注意，以上配比为干原料配比，如原料含有水分，可根据原料水分含量进行换算。水分，可根据原料水分含量进行换算。 本章节复习题1.熟料组成（配料方案）设计时，应考虑哪些因素？2.水泥生料配料计算的基本原理是什么？3.累加试凑法的原理是什么？
