熟料煅烧液相量与温度

熟料煅烧液相量与温度熟料的烧结在很大程度上取决于液相含量及其物理化学性质。因此，控制液相出现的温度、液相量、液相粘度、液相表面张力和氧化钙、硅酸二钙溶于液相的速率，并努力改善它们的性质至关重要。1．最低共熔温度

系统最低共熔温

度(℃)

系统

最低共熔温

度(℃)

C3S-C2S-C3A 1455 C3S-C2S-C3A –C4AF 1338

C3S-C2S-C3A -Na2O 1430 C3S-C2S-C3A -Na2O -Fe2O31315

C3S-C2S-C3A -MgO 1375 C3S-C2S-C3A -Fe2O3 -MgO 1300

C3S-C2S-C3A-Na2O-MgO 1365 C3S-C2S-C3A-Na2O-MgO -Fe2O31280

表1 一些系统的量低共熔温度

液相出现的温度决定于物料在加热过程中的最低共熔温度。而最低共熔温度决定于系统组分的性质与数目。表1列出了一些系统的最低共熔温度。

由表1可知，系统组分数目越多，其最低共熔温度越低，即液相初始出现的温度越低。硅酸盐水泥熟料由于含有氧化镁、氧化钠、氧化钾、硫矸、氧化钛、氧化磷等次要氧化物，因此，其最低共熔温度约为1280℃左右，适量的矿化剂与其他微量元素等降低最低共熔温度，使熟料烧结时的液相提前出现。如参加矿化剂后最低共熔温度约1250℃，即1250℃开始出现液相。

2．液相量

如前所述，熟料的烧结必须要有一定数量的液相。液相是硅酸三钙形成的必要条件，适宜的液相量有利于C3S形成，并保证熟料的质量。液相量太少，不利于C3S形成，反之，过多的液相易使熟料结大块，给煅烧操作带来困难。

液相量与组分的性质、含量及熟料烧结温度等有关。因此，不同的生料成分与煅烧温度等对液相量有很大影响。一般水泥熟料烧成阶段的液相量大约为20%～30%。

(1)液相量与煅烧温度、组分含量有关，根据硅酸盐物理化学原理，不同温度下形成的液相量可按下式计算：

①煅烧温度为1338℃时：

IM（P）> L=

IM（P）< L=

②煅烧温度为1400℃和1450℃时:

1400℃ L=++M+R

1500℃ L=++M+R

式中L——液相量(％)；

F——熟料中Fe2O3的含量(％)；

A——熟料中Al2O3的含量(％)；

M、R——MgO及(Na2O+K2O)的含量(％)。

(2)液相量随熟料中铝率而变化，一般硅酸盐水泥在煅烧阶段的液相量随铝率和温度的变化情况见表2所示。

生产中，应合理设计熟料化学成分与率值，控制煅烧温度在一个适当的范围内。这个范围大体上是出现烧结所必需的最少的液相量时的温度到出现结大块时的温度之间，即通常所说的烧结范围。就硅酸盐水泥而言，烧结范围约150℃左右。当系统液相量随温度升高而缓慢增加，其烧结范围就较宽；反之，其烧结范围就窄。例如，硅酸盐水泥中含铁量较低，该系统的烧结范围就较宽；若含铁量较高，其烧结范围就较窄。过窄的烧结范围对煅烧操作的控制是不利的。

表2 熟料中液相量随铝率和温度的变化情况

IM（P）=Al2O3/Fe2O3

温度(℃)

1338 0

1400

1450

3．液相粘度

液相粘度对硅酸三钙的形成影响较大。粘度小，液相中质点的扩散速度增加，有利于硅酸三钙的形成。而液相的粘度又随温度与组成(包括少量氧化物)而变化。提高温度，液相内部质点动能增加，削弱了相互间作用力，因而降低了液相粘度。

改变液相组成时，随着液相中离子状态和相互作用的变化液相粘度相应发生改变。由于Al3+离子半径为μm，Fe3+离子半径为μm，因而Al3+趋向于构成紧密堆积的四面体并与4个O2+离子配位，价键较强，粘滞流动中不易断裂，从而粘度高。Fe3+趋向于构成疏松的八面体以

六配位存在，其价键较弱，粘滞流动中易于断裂，因而粘度较低。故提高铝率时，液相粘度增大，而降低铝率则液相粘度减少。MgO、SO3的存在可使液相粘度降低。而碱的作用与其形态、性质有关，Na2O、K2O使液相粘度增大,而Na2SO4或K2SO4则使液相粘度降低。此外，引入适量的微量组分如氟化物，特别是石膏、萤石这类复合组分可降低液相粘度，但微量组分间的含量配合不当或加入量过多反而使液相变稠，不利于熟料烧结。

4．液相的表面张力

液相的表面张力愈小，愈易润湿固相物质或熟料颗粒，有利于固液反应，促进C3S的形成。液相的表面张力与液相温度、组成和结构有关。液相表面张力随温度的升高而降低。液相中有镁、碱、硫等物质存在时，可降低液相的表面张力，从而促进熟料烧结。

5．氧化钙和硅酸二钙溶于液相的速率

C3S的形成过程也可以视为CaO和C2S在液相中的溶解过程。CaO 和C2S的溶解速率大，C3S的成核与发育越快。因此，要加速C3S的形成实际上就是提高CaO与C2S的溶解速率，而这个速率大小受CaO颗粒大小和液相粘度所控制。表3为实验室条件下，不同粒径CaO在不同温度下完全溶于液相所需的时间。

表3 CaO溶于液相所需的时间(min )

粒径(mm)

温度(℃)

1340 59 25 12

1375 28 14 6 4

1400 15 3 1450 5 1 1500