三大平衡计算

第1讲配料计算

1.1配料方案的选择

因为硅酸盐水泥熟料是由两种或两种以上的氧化物化合而成，因此，在水泥生产中控制各氧化物之间的比值（即率值），比单独控制各氧化物的含量，更能反映出对熟料矿物组成和性能的影响。故常用表示各氧化物之间相对含量的率值来作为生产控制的指标。为了获得较高的熟料强度，良好的生料易烧性以及易于控制生产，选择适当的熟料三率值是非常必要的。

1.1.1熟料率值的确定

众所周知，C3S是熟料的主要矿物，在水泥水化过程中水化速度最快，对熟料的

3d、28d强度起着关键性的作用，而实际生产中熟料的C3S含量由熟料的KH来决定的。当熟料中的KH值在0.86~0.92之间时，R3、R28值均较高；当KH> 0.91时，虽然R3较高，但R28已呈下降趋势，此时，熟料烧成已经较困难，f-CaO不易控制，对强度有较大影响。因此，KH取0.86~0.90为熟料最佳控制范围，可以保证熟料的3天和28天强度⑵。

若熟料SM过高，则由于高温液相量显著减少，熟料煅烧困难，C3S不易形成；SM过低，则熟料因硅酸盐矿物少而熟料强度低，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。SM 一般控制在2.3~2.7范围内。

若IM过高，熟料中C3A含量多，液相粘度大，物料难烧，水泥凝结快。IM 过低，虽然液相粘度小，液相中质点易于扩散对C3S形成有利，但烧结范围窄，

窑内易结大块，不利窑的操作。IM 一般控制在1.5~1.7范围内。

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两高一中方案即高SM、高IM、中KH、低液相量配料方案，其值控制

为:KH=0.88 ± 0.02、SM=2.5± 0.1、IM=1.6 ± 0.1、L=20%~25%。从我国冀东等公司的预分解窑生产实践看，两高一中方案是适当的。

本次设计为一台预分解窑，根据生产实践和设计要求选择两高一中方案即高

SM、高IM、中KH、低液相量配料方案，其值控制为：KH=0.88 ± 0.02、SM=2.5

± 0.1、IM=1.6 ± 0.1、L=20%~25%。

1.1.2熟料热耗的确定

表2-2国内和国外部分预分解窑的单位熟料热耗（J/kg）⑷

在近年新建的水泥厂中，一般都是预分解窑，使原来在窑内以堆积态进行的物料预热及生料中碳酸盐分解过程移到回转窑外进行，使窑的热负荷大为减轻，窑的寿命延长，而窑产量却成倍增长，熟料的单位热耗大大降低。影响熟料热耗的因素很多，即使是同一种生产方法，不同的企业，甚至同一企业同一设备的不同时期，熟料的热耗都可能不一样。预分解窑熟料热耗通常在2920~3750kJ/kg,国外先进水平可达2721~2930 kJ/kgo单位熟料热耗依国内外预分解窑生产现状，热耗取3330 kJ/kg熟料。

1.2配料计算

配料计算的基本原则：（1）烧出的熟料应具有较高的强度和良好的物理化学性能；（2）配制的生料易于粉磨和烧成；（3）生产过程中易于控制、管理，便于生产操作，能结合工厂生产条件、经济，合理地使用矿山资源。

生料配料计算方法很多，有烧矢量法、碳酸钙滴定法、尝试误差法、递减试凑法、代数法、图解法等。本次毕业设计选用递减试凑法。

已知原、燃料的有关分析数据如上表所示，假设用预分解窑以五种原料配合

进行生产，要求熟料的三个率值为：KH=0.88、SM=2.5、IM=1.6、L=20%~25%，单位熟料热耗为3330 kJ/kg熟料。

1.2.1计算煤灰掺入量

G A

qAadS

= (3330 >20.57 沐00) / (100 >25500) =2.69% 10

°Q net.ad

式中:GA —熟料中煤灰掺入量(％);

q —单位熟料热耗(kJ/kg熟料);

Q net.ac—煤的空气干燥基热值(J/kg煤)；

A ad—煤的空气干燥基灰分含量(％)；

S —煤灰沉落率(％)，—般S=100%。

1.2.2根据熟料设计率值，计算要求的熟料化学成分

根据原料成分总和计算，一般工"97左右，计算要求熟料的化学成分：

设：艺=97.5 %则:

I

Fe2O3=3.45%

(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35

AI2O3 =IMLFe2O3=5.52%

AI2O3 二SM(AI2O3 Fe2O3)=22.42%

CaO 二匸-(SiO2 AI2O3 Fe2O3)=66.11%

1.2.3递减试凑法计算干生料的配合比

熟料有两部分组成即灼烧生料和煤灰，以100kg熟料为基准，递减试凑法计算过程如下表：

表2-3熟料化学成分计算

)

据上表可求得煅烧100kg 熟料所需各种原料用量为: 干石灰石=129kg 粘土 =21-0.9=20.1kg 干铁粉=2.7kg 各干原料配合比为：

干石灰石=129心29+20.1+2.7) 1%0%=84.98% 干粘土 =20.1/(129+20.1+2.7) 100%=13.24% 铁粉=2.7/(129+20.1+2.7) 100%=1.78%

1.2.4核算熟料化学成分与率值

表2-4生料化学成分(％)

煤灰掺入量G A =2.69%,则灼烧生料配合比为100%-2.69%=97.31%。按此计 算熟料的化学成分，如下表所示

表2-5熟料化学成分(％)

则熟料率值计算如下: CaO T.65Al 2O 3 ~'0.35Fe 2O 3 2.8SiO 2

KH

=0.89

IM 二绝鱼二倔

Fe ?O 3

所得结果与要求值十分接近，可按此配料进行生产。考虑到生产波动，熟料 率值可定为：KH=0.88、SM=2.5、IM=1.6。按上述计算结果，干燥原料配合比为： 石灰石85%，铁粉1.8%，粘土 13.2%。

计算熟料矿物组成：

C 3S=3.8 pKH — 2)SiO 2=3.8 ^3 >0.88— 2) ^22.24=54.09(%) C 2S=8.6 >1 — KH)SiO 2=8.6 >1 — 0.88) 22.24=22.95(%)

C 3A=2.65 >Al 2O 3—0.64Fe ?O 3)=2.65 (5.45— 0.64 g .36)=8.74(%) CAF=3.04 洱^03=3.04 >3.36=10.21(%) C 3S+C 2S=54.09+22.95=77.04(%) C 3A+ C 4AF=8.74+10.21=18.95(%)

液相量：1338 E L=6 .仆 e 2O 3=6.1 乌.36=20.50(%)

1450E L=3 AI 2O 3+2.25 Fe s O 3+MgO+R 2O

=3>5.45+2.25 336=23.91(%)

上述计算基本符合熟料中 C 3S 和C 2S 的理论含量约占77%，C 3A 和C 4AF 的 理论含量约占19% ;预分解窑液相量20%~25%范围。

1.2.5计算湿原料的配合比

原料水分：石灰石0.8%、粘土 10%、铁粉4%。 则湿原料的质量配合比： 湿石灰石=85/(100-0.8)=84.32% 湿粘土 =13.2/(100-10)=11.88% 湿铁粉=1.8/(100-4)=1.73% 将质量比换算为百分比： 湿石灰石=84.32/97.93=86.10% 湿粘土 =11.88/97.93=12.13% 湿铁粉=1.73/97.93=1.77%

SM=

SiO 2 AI 2O 3 Fe 2O 3

=2.52