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优质熟料设计 1 目录 优质水泥的基本特征优质熟料的基本特征岩相分析熟料质量控制要点 2 优质水泥的基本特征 稳定性好 单方混凝土熟料用量少 C30用量120kg m3 管桩C80用220kg m3 标准稠度用水量低 与减水剂具有良好的相容性饱和掺量时具有较大的流动性 经时损失小 在较高流动性时不泌水 抗冲击 耐磨性好 合理的早期强度 较高的长期 后期强度 粒度分布合理 颗粒球形指数高 堆积密度高 较低的水化热 低体积收缩性 收缩导致混凝土内部产生拉应变 进而在约束条件下产生拉应力 达到一定程度产生开裂 适宜的碱含量 0 4 0 6 夏季较低的出厂水泥温度 熟料矿物组成和水泥颗粒组成是关键因素 3 优质熟料的基本特征 普通水泥 稳定性 各龄期强度 f CaO 三率值偏差小 高KH SM f CaO75 C3S 58 28天强度 60MPa 易磨性好 冷却效果好 矿物晶格缺陷多 微量成分固溶程度高 活性大 有害成分低 游离MgO含量低 碱含量 0 6 硫含量 0 6 适应性好 C3A 6 色泽亮黑 有金属光泽 结粒均齐 结构致密 特种水泥对矿物组成有特殊要求 不在讨论范围 4 岩相分析 优质熟料矿物具有良好的岩相结构 晶型完整 边棱均齐光洁 包裹体少 晶体尺寸适中 几何轴比大 矿物分布均匀 界面清晰 C3S有3种晶系7种变型 1070 1060 990 920 520 对应R M M M T T T R型为三方晶系 M型为单斜晶系 T型为三斜晶系 这些晶体结构相近 纯C3S在常温下为三斜晶系 T型 如含有少量MgO Al2O3 Fe2O3 R2O等形成固溶体则为M型或R型 通常阿利特为M型或R型 高温煅烧或煅烧时间延长有利于形成M型或R型 这两种晶型强度比T型高 纯C2S有5种晶型转变 1425 1160 680 630 500 对应 h l 在烧成温度较高 冷却较快的熟料中因为固溶氧化物以 型存在 C2S在500 下易有密度3 29g m3的 型转变为密度2 97g m3的 型 体积膨胀10 导致熟料粉化 型C2S几乎没有水硬性 贝利特为单斜晶系 正常情况下有交叉双晶条纹 烧成温度低或冷却慢的 则呈现平行双晶条纹 5 岩相分析 中间相 纯C3A为等轴晶系 无多晶转化 也可固溶部分氧化物且随着固溶的碱含量增加 从立方晶体向斜方晶体转变 在反光显微镜下 快冷呈点滴状 慢冷呈矩形或柱形 因反光能力差呈暗黑色 为黑色中间相 铁相固溶体 熟料中含铁相复杂 是C6A2F C6AF2连续固溶体的一部分 成分接近C4AF 为白色中间相 含C4AF高的熟料难磨 但抗冲击性能和抗硫酸盐性能好 在道路水泥和抗硫酸盐水泥中含量较高 玻璃体 熔融液相的部分在较快的冷却速度下来不及结晶成为过冷液体 主要成分有Al2O3 Fe2O3 R2O MgO等 快冷则玻璃体含量多 8 22 而C3A C4AF少 慢冷则少 0 2 游离氧化钙和方镁石 游离氧化钙在偏光显微镜下为无色圆粒颗粒 有明显解理 水化慢体积膨胀7 9 造成水泥浆体局部膨胀应力 方镁石或溶解于C4AF C3S形成固溶体 或溶于玻璃体 或以游离状态存在 前两种形式无害 约为2 后者水化慢 体积膨胀148 导致安定性不良 6 7 8 贝利特的显微结构 反光显微镜下呈圆粒状 也可见其他不规则形状 正常熟料中具有黑白交叉双晶条纹 低温煅烧且慢冷熟料中常发现有平行双晶 9 10 11 配料方案 笔者不完全同意该实验的结论 以该厂的原燃材料条件完全可以做得更好 而且实验安排过于简单 但给我们提供了解决问题的分析思路 实验结果的因素相关性定量地给出了相关程度 是工艺管理精细化水平的标志 结论在水泥行业大量的事例标本中有代表性 但是熟料率值的选择范围不是可以设定的 而是由本地原料情况决定的 如江西万年青水泥 铜陵海螺水泥 广东梅州水泥 SM IM都不在范围内 华新案例 05年阳新熟料强度低 50左右 在石灰石品位得不到改善的情况下通过提高熟料SM情况有所提高 12 岩相分析 岩相图片根据典型矿物岩相特征和含量 来判断熟料煅烧存在的缺陷 有代表性的有 均匀性 视域内矿物分布均匀 生料细度粗 贝利特周边有游离钙簇 欠烧 A矿少晶面不清晰 B矿不具有双晶 过烧 阿利特界面侵蚀 还原气氛或含硫高 有二价铁矿物 手指状 树叶状B矿多 冷却效果差 B矿呈花蕾状 脑状 观察到 型 C3A呈四方片状或叶片状 冷却好时则是点滴状 点线状 骨骼状 13 存在的共性问题 岩相试验揭示的问题 14 熟料质量控制要点 安全 安定性合格 f CaO 1 5 游离MgO 5 全S 0 6 R2O 0 6 烧失量 0 2 不含未燃烬碳粒 重金属 放射性物质达到安全标准 中热水泥 高抗水泥对C3A有特殊要求 道路水泥对C4AF有特殊要求 15 3 熟料质量控制要点 稳定 原燃材料来源稳定 石灰石 煤炭均化 案例 宜昌公司6月铝值校正原料出现变化 引起窑长期波动 出磨生料 入窑生料偏差在质量KPI范围内 减少堵仓事故 计量准确 生料库均化效果好 热工制度稳定 提高操作水平 减少停窑次数 系统漏风 结皮情况较好 熟料强度 f CaO偏差在质量KPI范围内 16 合理的率值选择 推荐高KH 0 90 0 92 高SM 2 5 2 8 中IM 1 5 1 7 但从水泥工作性能的角度 国外水泥界流行中KH 0 89 0 91 高SM 2 5 2 8 低IM 0 9 1 2 的理论实践 良好的热工制度 涉及到烧成温度 高温可以固溶更多的微量氧化物 提高硅酸盐矿物活性减少溶剂矿物含量 对熟料强度及外加剂相容性都有利 冷却速度 快冷使中间体析晶减少 对水泥和外加剂的相容性有利 烧成气氛 还原气氛使Fe2O3还原成更低熔点的FeO 物料结粒大 黄心料多 A矿发育不良 B矿晶型不好 C3A多 暗色中间体析晶严重 水泥强度下降 需水量增大 外加剂相容性变差 薄料快烧 活泼有力的火焰 合理的中间产品质量控制 生料细度200 m筛余1300g l f CaO 1 0 全S 0 6 R2O 0 6 熟料质量控制要点 强度 17 矿物组成特点 晶格缺陷多 高C3S 低C3A 中间相少玻璃体多 率值特点 高KH 高SM 颗粒特征 结粒均齐细小 大块少 黄心料少 工艺特点 入窑分解率适中不提前出现液相 氧化气氛烧成 快速冷却 熟料质量控制要点 易磨性 18 在氧化气氛中煅烧 中间相足够 23 27 合适 足够的煅烧温度 f CaO f MgO含量在控制范围内 外观 致密黑亮 结粒均匀 熟料质量控制要点 色泽 19 高碱熟料的特征 碱含量 0 7 强度春冬好 夏秋差 下降3 5兆帕 夏秋两季 冷却媒质温度高 熟料冷却效果差 碱进入玻璃态的比例少 这部分不影响强度 固溶到C3S C3A矿物的比例大 硅酸盐矿物少量固溶氧化物 碱能提高活性 碱含量达到0 7 0 9区间 将引起熟料强度显著下降 行动方案寻找低碱硅质原料 京兰永兴熟料碱高 热天用硅石代替50 页岩 熟料强度提高2 3兆帕 强化熟料冷却效果 建立硫碱平衡 硫碱比0 8 1 2 减少原料硫碱摄入 窑减