理工大学水泥工艺学第2章.ppt

第二章硅酸盐水泥熟料 定义 是一种由主要含CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3的原料按适当配比 磨成细粉 烧至部分熔融 所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质 中华人民共和国建材行业标准 硅酸盐水泥熟料 JC T853 1999 熟料质量 化学成分 熟料率值 水泥质量 矿物组成 岩相结构 水泥生产中心环节 硅酸盐水泥熟料的化学成分 含约5 的少量其它氧化物 MgO SO3 TiO2 P2O5 K2O和Na2O 水泥品种不同 原料成分不同 工艺过程不同 熟料化学成分有所不同 熟料化学成分必须合适 在相图中硅酸盐水泥熟料的范围内 否则生成其它矿物组成 如无水硬性的C2AS 闪凝的C12A7 第一节熟料的矿物组成 不是以单独的氧化物存在 而是经高温煅烧后 以两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体 水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小 30 60 m 的人造岩石 四种主要矿物 还有少量的游离氧化钙 fCaO 方镁石 结晶氧化镁 含碱矿物以及玻璃体等 一 熟料的矿物组成 硅酸盐矿物 C3S C4AF C2S C3A 含碱化合物 玻璃体 方镁石 fCaO 熔剂矿物 中间相 在硅酸盐水泥熟料中 矿物不是以纯的形式存在 总含有少量的其它氧化物形成固溶体 C3S 阿利特 Alite A矿C2S 贝利特 Belite B矿C4AF 才利特 Celite C矿 填充在阿利特 贝利特之间的铝酸盐 铁酸盐 组成不定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相 中间相在熟料煅烧过程中 开始熔融成液相 冷却时 部分液相结晶 部分液相来不及结晶而凝结成玻璃体 玻璃体的主要成分为Al2O3 Fe2O3 CaO 也有少量的MgO和碱 1 熟料矿物的晶体结构和岩相结构 二 四种主要的熟料矿物 型圆粒状不规则状 黑白双晶条纹圆形颗粒 反射强黑 深 色中间相 正常煅烧熟料 反光 六方板状的A矿 反光 熟料煅烧过程中 先固相反应生成贝利特 其边棱再熔进液相 尚未溶进液相的贝利特以它形产生 多为圆粒状 慢冷时 液相中过多的贝利特在降温过程中会析晶出来 以自形产生 故有时也出现其它不规则形状 工艺条件正常的熟料中贝利特有交叉双晶条纹 在烧成温度低且冷却缓慢的熟料中 有平行双晶条纹 C3A快冷呈点滴状 慢冷呈矩形或柱状 2 煅烧对熟料矿物岩相结构的影响 类圆形具有交叉晶纹B矿 反光 慢冷排列整齐细粒状二次析晶B矿 反光 低温慢冷类圆形具有平行晶纹B矿 反光 类圆形具有交叉晶纹B矿 反光 快冷点滴状C3A 反光 慢冷带棱角片状C3A 反光 慢冷棱柱状C4AF 反光 3 熟料矿物的生成 水化和特性 三 游离氧化钙和方镁石 水化 立窑熟料 2 5 回转窑熟料 1 5 类圆形fCaO 反光 成堆方镁石 反光 MgO存在形式对其水化的影响玻璃体 活性高 水化快固溶体 几个月 1年水化方镁石晶体 几年才水化 fCaO形态对其水化的影响立窑fCaO含量允许高些 因为一部分fCaO是没有经过高温死烧的 生烧 水化速度较快 对安定性影响不严重 回转窑fCaO含量控制更严 因为是死烧的fCaO 结构比较致密 通常要在3天后才水化 化学成分 矿物组成 熟料煅烧 熟料性能 第二节熟料的率值 在水泥生产控制中 不仅要控制熟料中各氧化物的含量 还要控制各氧化物之间的比例 率值 率值既可方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系 又可明确地表示对水泥熟料煅烧和性能的影响 一 三率值的物理意义与计算式 1 水硬率 1868年德国人W Michaelis提出 物理意义 熟料适宜石灰含量的一个系数 是熟料中氧化钙与酸性氧化物之和的质量百分数的比值 计算式 因为 当酸性氧化物总和不变 而比例变动时 所需CaO的量改变 所以 控制相同的水硬率 不能保证同样的矿物组成 对熟料质量和煅烧不利 要同时控制各酸性氧化物之间的比例 库尔提出熟料中酸性氧化物之间关系的率值 2 硅率 硅酸率 物理意义 熟料中氧化硅含量与氧化铝 氧化铁之和的质量比 也表示了熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例 计算式 3 铝率 铁率 铝氧率 物理意义 熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比 也表示了熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例 计算式 铝率高低 在一定程度上反映了熟料煅烧过程中高温液相的粘度 二 石灰饱和系数 水硬率 熟料中氧化钙与酸性氧化物之和的质量百分数的比值 斯波恩 石灰最大限量 熟料中主要酸性氧化物理论上反应生成熟料矿物所需要的石灰最高含量 古特曼与杰耳 石灰理论极限含量 酸性氧化物形成碱性最高的矿物为C3S C3A和C4AF 意义不明确 首先理论计算 CaO 2 8SiO2 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 生成C3S C2A C2F 石灰标准值 李和派克认为 虽然生成C3S C3A C4AF 但要按相图研究非平衡冷却条件 石灰饱和系数 斯波恩 修正石灰标准值 金德和容克认为 Al2O3 Fe2O3最终被CaO饱和 SiO2不完全被CaO饱和生成C3S 有部分C2S 否则出现fCaO CaO KH 2 8SiO2 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 修正 石灰饱和系数 计算式 物理意义 熟料中全部SiO2生成硅酸钙 C2S和C3S 所需的CaO含量与全部SiO2生成C3S所需CaO最大含量的比值 也表示熟料中SiO2被CaO饱和形成C3S的程度 考虑到熟料中还有fCaO fSiO2和石膏 三 率值 化学成分和矿物组成之间的关系式 1 化学成分与率值 Al2O3 IM Fe2O3SiO2 SM Al2O3 Fe2O3 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 设计熟料中四种氧化物含量的总和 一般为97 左右 2 率值与矿物组成 当IM 0 64时 3 矿物组成与化学成分 C3S 4 07CaO 7 60SiO2 6 72Al2O3 1 43Fe2O3 2 86SO3C2S 2 87SiO2 0 754C3SC3A 2 65Al2O3 1 69Fe2O3C4AF 3 04Fe2O3 四 率值 化学成分和矿物组成之间的关系率值对熟料煅烧与性能的影响 烧结范围 指水泥生料加热至出现烧结所必需的 最少的液相量时的温度 开始烧结的温度 与开始出现结大块 超过正常液相量 时温度的差值 液相量随温度升高而缓慢增加 其烧结范围就较宽 液相量随温度升高而增加很快 其烧结范围就较窄 含铁量较高 烧结范围就较窄 降低铁的含量 增加铝的含量 烧结范围就变宽 硅酸盐水泥熟料的烧结范围约为150 预分解窑一般采用 二高一中 配方 高SM 2 4 2 7高IM 1 4 1 7中KH 0 90左右 立窑较多采用配方 较低SM 1 8 2 0中IM 1 3 1 5较高KH 0 92 0 95 思考题