第五章 熟料率值及配料计算

液相量（粘度、表面张力、离子迁移）
燃煤的性质（热值、灰分、细度） 窑内气氛（氧化气氛有利）
LSF(KH)高、SM(MS)高，生料难烧；反之易烧，但是可能易结圈。
MS 硅率 SM 高、IM(MA)高，生料难烧,要求较高的烧成温度。 MA 铝率
率值对烧成温度和易烧性的影响
三、化学成分与矿物组成间的关系
CC4AF=MCaO/MFe2O3=56.08/159.70=0.35
CaOmax=2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3
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四、水泥熟料的率值
石灰饱和系数КН （续）
苏联学者金德(Б.А.Кйнд)和容克(Б.Н.Юнг) 石灰石饱和系数КН
• 实际情况：并不是所有的酸性氧化物都会按预期目标全部与氧 化钙反应生成最高碱度的熟料矿物。尤其是不可能全部形成 C3S，而是会形成一部分C2S，同时残留一部分游离氧化钙。 • 于是，定义石灰饱和系数0＜ КН ＜1，乘于2.8SiO2项之上，便 可得实际氧化钙的量应为：
无机非金属材料工学
第五章 熟料率值与生料的配料计算
一、硅酸盐水泥的原料
主要化学成分： CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，约95%
我国粘土氧化铝 高，氧化铁不足 校正原料
石灰石
粘土
铁粉
一、硅酸盐水泥的原料
钙质原料 石灰石 硅质原料 硅酸盐水泥熟料 主要矿物组成 C3S、C2S、 C3A、C4AF
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三、水泥熟料的率值
石灰饱和系数КН与熟料矿物组成之间的关系
当КН =1.0时，熟料矿物组成为：C3S、C3A、C4AF ，没有C2S。 当КН =2/3时，熟料矿物组成为：C2S、C3A、C4AF ，没有C3S。
当 КН =2/3 ～ 1.0 之间时，熟料矿物组成为： C3S 、 C2S、C3A、C4AF。
一、硅酸盐水泥的原料 A、石灰石
◇ 常用天然石灰石原料：石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等 ◇ 我国大部分水泥厂使用：石灰岩、泥灰岩 ◇ 石灰岩中主要矿物为方解石，少量白云石、硅质、含铁矿
物和粘土质原料。其中氧化钙含量不低于45~48% ◇ 泥灰岩是由碳酸钙和粘土物质同时沉积形成的均匀混合的 沉积岩，是一种由石灰岩向粘土过渡的岩石。
三、化学成分与矿物组成间的关系
（2） SiO2 S 形成 C3S + C2S • S↑ C3S↓，C2S↑，早期强度↓ • 相应 A、F↓，溶剂矿物↓，熟料难烧 • S↓ C3S + C2S↓ ，熟料质量↓ • 相应 A、F↑，溶剂矿物↑，易烧， • 液相量↑，影响窑操作 （3） Al2O3 • A 形成 C3A + C4AF • 当溶剂矿物一定时， • A↑ C3A↑，极早期强度↑，易快凝 • 液相粘度大，熟料难烧 • A↓ C3A↓
粘土
铝质原料
铁粉 铁质原料
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一、硅酸盐水泥的原料 校正原料
粘土中氧化硅含量不足时，可用高硅原料校正；如砂岩、 沙子等 粘土中氧化铝含量偏低时，可用高铝原料校正；如煤矸石、 粉煤灰、煤渣等 粘土中氧化铁含量偏低时，可用高铁原料校正；如铁粉
矿化剂
为了改善易烧性，需要加入少量矿化剂；如萤石、石膏、重 晶石尾矿、铅锌尾矿或铜矿渣等
一、硅酸盐水泥的原料 C、校正原料
常用铁质校正原料：低品位铁矿石、炼铁厂尾矿、硫酸厂 工业废渣硫酸渣（硫铁矿渣）、铜矿渣、铅矿渣
一、硅酸盐水泥的原料
常用硅质校正原料：砂岩、河砂、粉砂岩
一般要求硅质原料的SiO2含量为70~90% 扩大原料资源，充分合理利用低品位原料和工业废渣
二、水泥生料的易烧性
• 熟料中的主要矿物均由各主要氧化物经高温煅烧化合而成， 熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获 得优质水泥水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可以推 测出熟料中各矿物的相对含量高低。
（1） CaO • C 形成 C3S、C2S、C3A、C4AF • C↑ C3S↑，熟料质量↑ • C ↑↑ f-CaO↑,影响安定性,熟料难烧 • C↓ C3S↓，C2S↑，早期强度↓，熟料好烧 • 故在实际生产中， CaO 的含量必须适当，就硅酸盐水泥熟料 而言，一般为 62% ～ 67% 。
三、化学成分与矿物组成间的关系
①、从硅酸盐水泥熟料的化学组成看，CaO的低限大约为60%。 过低会降低胶凝性，易粉化;CaO高限可达67%，此时要求几乎全 部酸性氧化物与CaO反应生成C3A、C4AF和C3S而甚少C2S。实际 生产中一般倾向于CaO含量稍高一些，使熟料中含有较多的C3S 。 ②、Al2O3和Fe2O3的含量过少时，由于要求较高的煅烧温度，因 而增加煅烧费用，不经济。 ③． Al2O3含量过高时，液相粘度过大，不利于熟料形成；同时 ，此种熟料水化时，凝结时间往往太短而难控制；当C3A含量大 约高于15%时，有时加石膏也难以控制规定的凝结时间。 ④．C4AF不像C3A那样，故有时Fe2O3多一些是允许的；但Fe2O3 过多，易使窑内结大块，甚至结圈，操作不易控制。
三、化学成分与矿物组成间的关系
（4） Fe2O3 • F 形成 C4AF • F↑ C4AF↑，液相粘度↓，液相量↑， • 易结大块，烧结范围窄，影响窑操作
（5） 其他少量氧化物和微量元素 • 少量有利增加液相量，降低液相粘度，降低熟料烧成温度 ，有利熟料烧成。 •氧化物和微量元素多，易结大块，烧结范围窄，预热器易堵， 影响窑操作
四、水泥熟料的率值
1、目前中国水泥生产中普遍采用的率值为石灰饱和系数KH ，硅率SM (silica Modulus)，和铝率IM (Iron Modules) 2、硅率：水泥熟料中SiO2与Al2O3、Fe2O3含量之和的比值， 用SM表示，有时也用n表示，计算式如下： SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3) 3、铝率：熟料中Al2O3与Fe2O3含量之比，用IM表示，有时也 用p来表示，计算式如下： IM=Al2O3/Fe2O3 硅酸盐水泥熟料硅率和铝率的一般控制范围为： SM：1.7～2.7，IM：0.8～1.7之间。 特种硅酸盐水泥，硅率和铝率的取值会超出上述范围。 如，白色水泥：SM 4.0，IM 10；抗硫酸盐水泥：IM 0.7 19
定义：所谓生料易烧性是指在水泥窑实际操作中，熟料煅烧 的难易程度。一般是以生料在某一设定温度下，经过一定时 间煅烧后，熟料中所含游离钙f-CaO的多少来表示，游离氧化 钙越多，易烧性越差；游离氧化钙越少，则易烧性越好。 在选定矿山及确定配料方案时，都要做此工作，可按相关 标准进行 参考标准：JC/T 735-2005 《水泥生料易烧性试验方法》
◇ 石灰石中的白云石（CaCO3.MgCO3）是熟料中氧化镁的主
要来源！！
◇ 燧石：结晶二氧化硅，呈结核状或透镜状；色黑、质地坚硬，
难以磨细；影响窑磨产量及熟料质量；石灰石中控制含量<4% 其它非天然石石灰石原料：电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥
一、硅酸盐水泥的原料
为使熟料中氧化镁含量小于5%，应控制石灰石中氧化镁含 量小于3% 石灰石中碱性氧化物含量应低于1%，以免影响煅烧！！
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四、水泥熟料的率值
硅率SM与熟料煅烧之间的关系
水泥熟料的烧成过程是一个固液相反应过程，液相量在很大程 度上起着促进熟料烧成过程过程的作用。 在一定范围内，SM 低，体系液相多，熟料易于烧成。但是， 过多的液相可能造成窑的操作控制困难，如易出现结大块、结 炉瘤、结圈等不正常现象；同时，熟料中硅酸盐矿物减少，强 度低。 相反， SM 高，体系液相量少，熟料就难以烧成；特别是当氧 化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易于粉化。
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四、水泥熟料的率值
铝率IM与熟料矿物组成之间的关系
• 利用简单的质量守恒关系，可以推得熟料的铝率IM与矿物组成 之间存在以下关系： IM=1.15C3A/C4AF+0.64 （IM>0.64） （3-5） • 显然，铝率间接地反映了水泥熟料中C3A与C4AF含量之比,一定 程度上反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。 • 铝率高，熟料中C3A含量就高，C4AF含量就少。高温下液相的 粘度大，不利于质点在液相中的移动，从而对熟料的烧成并不 十分有利。但是铝率高的生料烧结范围宽，有利于窑的操作控 制。 • 铝率低 , 生料高温下液相粘度低，有利于质点的移动；有利于 硅酸三钙的烧成过程，但是铝率低的生料烧成温度下烧结温度 范围变窄，不利于窑的操作控制，易结大块。
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四、水泥熟料的率值
石灰饱和系数КН
古特曼（A.Guttmann） 杰耳（F.Gille） 石灰理论极限含量
• 假设：熟料体系中酸性氧化物形成最高碱性矿物应该是： C3S、C3A、C4AF（计算时C4AF分解为C3A+CF）
• 则每 1% 的酸性氧化物反应生成上述最高碱性矿物熟料矿物 所需的CaO分别可以计算如下： CC3S=3 MCaO/MSiO2=356.08/60.09=2.8 CC3A=3 MCaO/MAl2O3=356.08/101.96=1.65
石英和方解石含 生料的潜在矿物组成 量高，难烧，易 MgO/K2O/Na2O 烧性差；结晶质 等有利于熟料形 原料的性质和颗粒组成 均匀性好、粉磨 粗颗粒多，易烧 成，含量过多， 细度细，易烧性 原料中次要元素和微量元素的含量 性差！ 不利于煅烧 好 生料的均匀性和生料粉磨细度 矿化剂的含量（种类及掺入量） 生料的热处理（升温速度）
二、水泥生料的易烧性
实用公式
精确公式，考虑化学性质、 颗粒大小、液相量等
水泥熟料的煅烧温度以满足阿利特相形成为目的。生料易烧性越 好，煅烧温度越低；易烧性不好，煅烧温度高。通常 1420~1480℃ T（℃）=1300+4.51C3S-3.74C3A-12.64C4AF
二、水泥生料的易烧性
生料易烧性的影响因素：
一、硅酸盐水泥的原料 其它非天然粘土质原料
• 赤泥：制铝工业中用烧结法从矾土中提取氧化铝时排出的 赤色工业渣。每生产1吨氧化铝产生1.5~1.8吨赤泥。中国作 为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨 • 煤矸石：采煤时排出的含煤量较少的黑色废石，煅烧后呈 粉红色 • 粉煤灰：火力电厂排出的煤粉燃烧灰渣
一、硅酸盐水泥的原料
B、Baidu Nhomakorabea土
天然粘土质原料有：黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥 等；黄土、粘土应用最广 粘土原料质量的衡量：化学成分（硅率、铝率）、含砂量、含 碱量、可塑性、热稳定性、正常流动时的需水量等
一、硅酸盐水泥的原料
粘土中碱含量控制（低热水泥 K2O+Na2O<1.0%） 粘土中MgO的控制（<3.0%）
四、水泥熟料的率值
硅率SM与熟料矿物组成之间的关系
假定熟料矿物中只有 C3S 、 C2S 、 C3A 、 C4AF ，利用简单的 质量守恒关系，可以推得硅率与熟料矿物组成之间存在以下 关系： SM=(C3S+1.32C2S)/(1.434C3A+2.046C4AF) （3-4） 硅率间接地反映了熟料中硅酸盐矿物与熔剂性矿物之比。 这就反过来说明，提出硅率的概念同时利用硅率来控制水泥 熟料的成分和生产在理论上是合理的。 硅率越大水泥熟料中硅酸盐矿物越多，熔剂性矿物越少，如 果熟料中有足够的CaO就有可能形成较多的阿利特，水泥将 具有良好的早强特性，但这样的熟料比较难以烧成； 如果熟料中CaO并不多，则熟料中可能形成较多的贝利特， 水泥虽然早期强度较低，但放热量较小，耐蚀性较好。
• CaO=2.8 КН SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3 变换后可得石灰饱和系数的计算公式如下： • КН =(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8/ SiO2 （IM≥0.64） 24
三、水泥熟料的率值
石灰饱和系数КН的意义
• 定义：水泥熟料中所有氧化硅SiO2反应生成硅酸盐矿 物（ C3S+C2S ）所需的氧化钙 CaO的量与所有氧化硅 反应后全部形成C3S所需的氧化钙的量的比值。 • 也就是说，石灰饱和系数 КН 是水泥熟料中氧化硅被 氧化钙饱和成C3S的程度。 • 所以，石灰饱和系数 КН 是一个具有明确物理意义的 参数。 • 从理论上讲，石灰饱和系数КН值越大，熟料中C3S矿 物越多；反之，石灰饱和系数越小，熟料中C3S矿物 就越少。