水泥熟料的组成参考幻灯片

1、一,化学成分,四种主要氧化物,CaO,SiO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,其总量,大于,95,一般硅酸水泥熟料各氧化物含量波,动范围为,CaO 6267,SiO,2,2024,Al,2,O,3,47,Fe,2,O,3,2.56.0,白色硅酸盐水泥熟料中,Fe,2,O,3,必须小于,0.5,SiO,2,高于,24,甚至可达,27,第三章,熟料化学成分及矿物组成,系统中的水泥区,二,矿物组成,四种矿物主要是,硅酸三钙,3CaO.SiO,2,简写,C,3,S,硅酸二钙,2CaO.SiO,2,简写,C,2,S,铝酸三钙,3CaO.Al,2,O,3,简写,C,3,A,铁铝酸四钙,4CaO.A

2、l,2,O,3,Fe,2,O,3,简写,C,4,AF,此外,熟料中还有,f,CaO,和,MgO,含碱矿物及玻璃体,注意,在反光显微镜下,C,3,S,呈黑色多角形,C,2,S,呈黑白双晶,条纹的圆形,反射能力强的白色中间相是铁相固溶体,反,射能力弱的黑色中间相是,C,3,A,硅酸盐矿物,C,3,S+C,2,S,约,75,熔剂矿物,C,3,A,和,C,4,AF,以及氧化镁,碱等,1,硅酸三钙,C,3,S,C,3,S,是硅酸盐水泥熟料的主要矿物,其含量通常在,50,以上,纯,C,3,S,只有在,20651250,o,C,温度内才稳定,所以,在室温下,C,3,S,呈介稳状态,它有三种晶系七种变形,R,

3、型为三方晶系,M,型为单斜晶系,T,型为三斜晶系,这些,变型的晶体结构相近,由于在硅酸盐水泥熟料中,C,3,S,常含有少量,MgO, Al,2,O,3,Fe,2,O,3,等形成固溶体,称为,Alite(A,矿,通常为,M,型或,R,型,在,Alite,中常以,C,2,S,和,CaO,的包裹体存在,C,3,S,凝结时间正常,水化较快,放热较多,早期强度高且后,期强度增进率较大,28d,强度可达一年强度的,7080,其,28d,强度和一年强度在四种矿物中均最,高,但,C,3,S,的水化热较高,抗水性较差,颗粒层的填充结构,1,等径球形颗粒群的规则排列结构,等径球形颗粒的平面排列形式,立方排列和六方

4、排列,规则填充,规则填充,a,和,d,是在下层球的正上面排,列上层球,b,和,e,是在下层球和球的切点,上排列上层球,c,和,f,是在下层球间隙的,中心上排列上层球,布拉伐格子是,晶格,的,一种数学抽象，其中,布拉伐格子的所有格,点都是几何位置上等,价、周围环境相同的,点；若把,原子,或原子,团安置在布拉伐格子,的每一个格点上，就,可得到相应的晶格,虽然,晶格,的类型很多,但自然界中的布拉伐格子却只有,14,种。这,14,种布拉,伐格子又可划分为七大晶系,七大,晶系,分别是,单斜晶系,三斜晶系,三方晶系,四方晶系,斜方晶系,六方晶系,立方晶系,面心立方堆积,2,硅酸二钙,C,2,S,在熟料中含

5、量约为,20,左右，是硅酸盐水泥熟料的主要,矿物之一。在熟料中并不是以纯的形式存在，常含少量,MgO, Al,2,O,3,Fe,2,O,3,R,2,O,等氧化物形成固溶体，通常称之,为,Blite,或,B,矿，纯,C,2,S,在,1450,以下有下列晶型转变,C,2,S,存在,等变形,在室温下,变形是不稳定的,有转变成,型的趋势,一般在熟料中,和,较少存在；在烧,成温度较高，冷却较快时,由于固溶了少量的,MgO,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,R,2,O,等氧化物形成固溶体而以,型存在,通常所指的硅酸二钙或,B,矿即为,型硅酸二钙,由于有固,溶体的存在,型的,C,2,S,可以稳定,型,C,

6、2,S,强度较高,而,型,C,2,S,几乎无水硬性,在立窑厂有,时熟料常出现粉化现象,就是由于出现了,型向,转变,体,积膨胀的结果,Blite,水化反应较慢,28d,仅水化,20,左右,凝结硬化缓慢,早,期强度较低,但后期强度增长率较高,在一年后可赶上,3,中间相,填充在,Alite,和,Blite,之间物质通称为中间相,部分结晶,部分成为玻璃体,1,铝酸三钙,C,3,A,在熟料中含量约在,715,的范围内,结晶完善的,C,3,A,呈立方,八面体或十二面体,一般成玻璃相或不规则微,晶体,在反光镜下,快冷呈点滴状,慢冷呈矩形或柱形,常,因反光能力差,呈暗灰色,故称黑色中间相,C,3,A,水化迅速

7、,放热多,凝结很快,硬化快,强度,3d,内就发,挥出来,但绝对值不高,以后几乎不增长,甚至倒缩,干缩,变形大,抗硫酸盐性能差,2,铁相固溶体,在熟料中一般,1018,熟料中含铁相较复杂，是,一系列的连续固溶体，一般用,C,4,AF,表示，称为铁铝,酸四钙，又称为,Clite,C,矿，属斜方晶系，常呈棱柱,状和圆粒状晶体,在反光镜下由于反射能力强，呈亮,白色，故通常称为白色中间相,C,4,AF,的水化速度在早期介于,C,3,A,与,C,3,S,之间，但随,后的发展不如,C,3,S,早期强度类似,C,3,A,后期还能不,断地增长，类似于,C,2,S,抗冲击性能和抗硫酸盐性能,好，水化热较,C,3,

8、A,低，含,C,4,AF,高的熟料难磨，所以,在道路水泥中和抗硫酸盐水泥中,C,4,AF,含量应高些,3,玻璃体,在实际的生产中,由于冷却速度较快,部分液相来不及,结晶而成为过冷液体，即玻璃体,熔剂矿物太多或太少，都会影响熟料质量,4,游离氧化钙,和方镁石,游离氧化钙又称为游离石灰，是指经高温煅烧而仍,未化合的氧化钙,f-CaO,增加，首先是抗折强度下降，进而引起,3d,以,后强度倒缩，严重影响安定性,我国回转窑,f-CaO,一般控制在,1.5,以下，立窑控制,在,2.5,以下,方镁石是指游离的,MgO,晶体，它在熟料中有三种存,在形式,1,溶解于,C,3,A,C,3,S,中形成固溶体,2,溶

9、于,玻璃体中,3,以游离状态形式存在,以前两者形式存在熟料中，对硬化水泥浆体无破坏,作用，但以游离状态形式存在会造成体积安定性不,良。因此，在水泥生产中应严格限制,MgO,的含量,关于水泥四种矿物性质的比较,1,水化速度,C,3,AC,3,SC,4,AFC,2,S,2,水化热,C,3,AC,3,SC,4,AFC,2,S,3,强度,C,3,SC,2,SC,4,AFC,3,A,4,耐化学侵蚀,C,4,AFC,2,SC,3,SC,3,A,5,干缩性,C,3,AC,3,SC,2,SC,4,AF,三,熟料的率值,率值,各氧化物之间的比例,一,石灰饱和系数,在熟料四个主要氧化物中,CaO,为碱性氧化物,S

10、iO,2,Al,2,O,3,和,Fe,2,O,3,为酸性氧化物，两者相互化合生成四种,熟料矿物,C,3,S,C,2,S,C,3,A,和,C,4,AF,古特曼,A.Guttmann,和杰耳,F.Gille,认为酸性氧化物,形成碱性最高的矿物为,C,3,S,C,3,A,和,C,4,AF,从而提出,了他们的石灰理论极限含量。为便于计算，可将,C,4,AF,改写为,C,3,A,与,CF,所以石灰理论极限含量计算,式为,CaO=2.8SiO,2,1.65Al,2,O,3,0.35Fe,2,O,3,苏联学者金德和容克根据上式，认为在实际生,产中,Al,2,O,3,和,Fe,2,O,3,始终为,CaO,所饱

11、和，唯独,SiO,2,可能不完全饱和生成,C,3,S,而存在一部分,C,2,S,因此,应在,SiO,2,之前加一石灰饱和系数,KH,CaO,KH,2.8SiO,2,1.65Al,2,O,3,0.35Fe,2,O,3,即,aO-1.65Al,2,O,3,0.35Fe,2,O,3,2.8SiO,2,上式适应的条件是：铝率,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,0.64,的,熟料,因此，石灰饱和系数,KH,是熟料中全部二氧化硅生成,硅酸钙,所需的氧化钙含量与全部,二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含,量的比值也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形,成硅酸三钙的程度,若,小于,64,则熟料矿物组成为

12、,C,3,S,C,2,S,C,4,AF,和,同理可将,C,4,AF,改写成,C,2,A,和,C,2,F,可得,aO-1.1Al,2,O,3,0.7Fe,2,O,3,2.8SiO,2,如果考虑熟料中还有游离,CaO,游离,SiO,2,和石,膏，则上面两式分别为：（上式适用条件为,IM,0.64,下式适用条件为,IM,0.64,8,2,7,0,35,0,65,1,2,2,3,3,2,3,2,游,游,SiO,SiO,SO,O,Fe,O,Al,CaO,CaO,KH,8,2,7,0,7,0,1,1,2,2,3,3,2,3,2,游,游,SiO,SiO,SO,O,Fe,O,Al,CaO,CaO,KH,石灰饱

13、和系数与矿物组成的关系可用下式表示,从上式中可知,当,C,3,S=0,时,KH,0.667,这时，熟料中只有,C,2,S,C,3,A,C,4,AF,而无,C,3,S,当,C,2,S=0,时,KH=1,此时，熟料中无,C,2,S,只,有,C,3,S,C3A,C,4,AF,所以,KH,值介于,0.6671.0,之间,S,C,S,C,S,C,S,C,KH,2,3,2,3,3256,1,8837,0,KH,实际上表示了熟料中,C,3,S,与,C,2,S,百分含量的,比例,KH,越大，则硅酸盐矿物中的,C,3,S,的比例,越高，熟料强度越好，故提高,KH,有利于提高,水泥熟料质量。但,KH,过高，熟料煅

14、烧困难,必须提高煅烧温度，延长煅烧时间，否则会出,现,f-CaO,同时窑的产量低，热耗高，窑衬工,作条件恶化,为使熟料顺利形成，不致因过多的游离石灰而,影响熟料的质量，通常，在工厂条件下，石灰,饱和系数一般控制在,0.820.96,之间,值得一提的是，各国用于控制石灰含量的率值,公式有所不同，常见的有,水硬率,HM,石灰标准值,KSt,李和派克石灰,饱和系数,LSF,二）硅率,硅率又称硅酸率，它表示熟料中,SiO,2,的百分含,量与,Al,2,O,3,和,Fe,2,O,3,百分含量之比，还表示熟料,中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系，用,SM,表示,SM,SiO,2,(Al,2,O,3,Fe,2

15、,O,3,SM,一般在,1.72.7,之间,若熟料硅率,SM,过高，则由于高温液相量显著,减少，熟料煅烧困难,C,3,S,不易形成，如果,CaO,含量低，那么,C,2,S,含量过多而熟料易粉化,SM,过低，则熟料因硅酸盐矿物少而强度降低,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,三）铝率,铝率又称铁率，表示熟料中氧化铝与氧化铁,的质量比，也表示熟料中铝酸三钙与铁铝酸,四钙的比例关系，以,IM,表示，计算式为,IM,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,IM,一般在,0.91.7,之间,熟料铝率,IM,高，熟料中铝酸三钙多，液相黏,度大，物料难烧，水泥凝结快。但铝率,IM,过,

16、低，虽然液相黏度小，液相中质点易扩散对,硅酸三钙形成有利，但烧结范围窄，窑内易,结大块，不利于窑的操作,课堂测验题,1,请推导,IM0.64,时的,KH,公式,2,某熟料中,SiO,2,含量为,20,已知与,SiO,2,化合的,CaO,含量为,50.4,试计算该熟料的,KH,已知分,子量分别是,Si:28,O:16,Ca:40,Fe:56,Al:27,3,请说明熟料粉化的原因,4,水泥粉磨时，为什么要加入石膏？但又为什么,要限制其掺量,5,造成水泥安定性不良的原因有那些？各应采取,什么方法检验？为什么,四,熟料矿物组成的计算,一）石灰饱和系数法,二）鲍格法（代数法,三）熟料真实矿物组成与计算矿

17、物组,成的差异,1,固溶体的影响,2,冷却条件的影响,3,碱和其他微组分的影响,思考题,1,推导石灰饱和系数,KH,公式,2,KH,过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样,的影响,3,SM,过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样,的影响,4,下列水泥是什么品种的水泥,A. 91.5,熟料,5,石灰石,3.5,石膏,B. 91,熟料,5,矿渣,4,石膏,C. 96,熟料,4,石膏,D. 82,熟料,15,矿渣,3,石膏,E. 81.5,熟料,5,窑灰,10,火山灰,3.5,石,膏,3.3,熟料组成设计,熟料矿物组成的选择，一般应根据水泥的,品种和强度等级、原料和燃料的品质、生料,制备和熟

18、料煅烧工艺综合考虑，以达到优质,高产低消耗和设备长期安全运转的目的,一）水泥品种和强度等级,若要求生产普通硅酸盐水泥，则在保证水泥强度等级以及正,常凝结时间和良好安定性的条件下，其化学成分可在一定范围,内变动。可以采用高铁、低铁、低硅、高硅、高饱和系数低饱,和系数等多种配料方案。但要注意三个率值配合适当，不能过,份强调某一率值。强度等级要求高的熟料，其,KH,或,SM,要求应,高些；反之，可要求低些。一般情况下，采用高,KH,时，应适当,降低,SM,采用高,SM,时，应适当降低,KH,同时采用高,KH,和高,SM,由于需要较高的煅烧温度，实际生产中,C3S,往往难以反应,完成，会有较多,f-C

19、aO,产生，影响水泥的安定性,生产专用水泥或特性水泥应根据其特殊要求，选择合适的矿,物组成。若生产快硬硅酸盐水泥，则要求硅酸三钙和铝酸三钙,含量高，因此应提高,KH,和,IM,而生产中热硅酸盐水泥和抗硫酸,盐水泥，则应减少铝酸三钙和硅酸三钙含量，即降低,KH,和,IM,二）原料品质,原料的化学成分、易烧性和工艺性能对熟料矿物组成的选,择有很大影响。原料易烧性好，可适当提高,KH,或,SM,有利于,提高熟料强度；易烧性差,KH,或,SM,就不可太高，否则熟料,f,CaO,含量可能会太高，影响水泥的安定性。在一般情况下，应,尽量采用两种或三种原料的配料方案。除非其配料方案不能保,证正常生产，才考虑

20、更换原料或掺加另一种校正原料。例如,粘土含硅量较低时，熟料的硅率就难以提高。此时如果采用硅,质校正原料就可以提高熟料的硅率，但由于增加一种原料，会,给生产工艺带来困难，因此，往往采用低硅高饱和系数配料方,案，而不加硅质校正原料,此外，石灰石的燧石含量和粘土的粗砂含量较高时，因原,料难磨，熟料难烧，其熟料的饱和系数也不能高。原料含碱量,太高，也宜降低,KH,原料,MgO,含量太高，由于液相量增大、液,相粘度降低，对于预分解窑而言，应适当提高,SM,和,IM,三）燃料品质,燃料品质既影响煅烧过程，又影响熟料质,量。一般说来，发热量高的优质燃料，其,火焰温度高，熟料的,KH,值可高些。若燃料,质量差

21、，除了火焰温度低外，还会因煤灰,的沉落不均匀，降低熟料质量。水泥窑用,煤的质量要求见表,3.7,窑,型,灰,分,挥发分,干燥基低热,值,kJ/kg,湿法回转窑、悬浮预,热窑、预分解窑,立波尔窑,立,窑,28,25,30,18,30,18,30,10,20900,22900,20900,表,3.7,水泥烧成用煤的质量要求,四）生料细度和均匀性,生料化学成分的均匀性，不但影响窑的热工,制度的稳定和运转率的提高，而且还影响熟料的,质量以及配料方案的确定,一般说来，生料均匀性好,KH,可高些。通常要,求入窑生料,KH,的标准偏差应小于,0.02,SM,的标准,偏差应小于,0.1,若生料成分波动大，对回

22、转窑而,言，其熟料,KH,应适当降低；但对立窑而言，由于,低,KH,易引起立窑结大块，为了保证立窑正常煅烧,宜采用高,KH,低,SM,方案。若生料粒度粗，由于化,学反应难以进行完全,KH,也应适当降低,五）窑型与规格,物料在不同类型的窑内受热和煅烧的情况不同，因此,熟料的组成也应有所不同。回转窑内物料不断翻滚，与立窑,立波尔窑相比，物料受热和煤灰掺入都比较均匀，物料反应,进程较一致，因此,KH,可适当高些,立波尔窑的热气流自上而下通过加热机的料层，煤灰大,部分沉降在上层料面，上部物料温度比下部的高，因此形成,上层物料,KH,值低，分解率高，而下层物料,KH,值高、分解率,低，因此，应适当降低,

23、KH,立窑通风、煅烧都不均匀，因此不掺矿化剂的熟料,KH,值,要适当低些。对于掺复合矿化剂的熟料，由于液相出现较早,且粘度较低，烧成温度范围变宽，一般采用高,KH,低,SM,和,高,IM,配料方案,预分解窑生料预热好，分解率高，另外，由,于单位产量窑筒体散热损失少，以及耗热量最大,的碳酸盐分解带已移到窑外，因此窑内气流温度,高，为了有利于挂窑皮和防止结皮、堵塞、结大,块，目前趋于低液相量的配料方案。我国大型预,分解窑大多采用高硅率、高铝率、中饱和比的配,料方案,影响选择熟料组成的因素很多，一个合理的,配料方案既要考虑熟料质量，又要考虑物料的易,烧性；既要考虑各率值或矿物组成的绝对值，又,要考虑

24、它们之间的相互关系。原则上，三个率值,不能同时偏高或偏低。不同窑型硅酸盐水泥熟料,各率值参考范围见表,3.8,表,3.8,不同窑型硅酸盐水泥熟料率值的参考范围,3.4,生料配比计算,熟料组成确定后，即可根据所用原料,进行配料计算，求出符合熟料组成要求的原,料配合比。配料计算的依据是物料平衡，即,反应物的量应等于生成物的量,在介绍配料计算前先了解以下几个基本概念,1,全黑生料、半黑生料、白生料,在制备生料时，把全部煤与原料一起粉磨而得,到的生料，称为全黑生料；只把一部分煤与原料一,起粉磨（其余的煤在煅烧时再加到生料中）而得到,的生料称为半黑生料；不含煤的生料称为白生料,煤从窑头加入）。新型干法水

25、泥生产全部采用白,生料,2,干燥基,物料烘干后，处于干燥状态，以物料干燥状态,的质量为计算单位时，称为干燥基。生料干配比及,原料的化学成分通常以干燥基表示,3,灼烧基,去掉烧失量（结晶水、二氧化碳与挥发物质等,以后，生料处于灼烧状态。以灼烧状态的质量为计,算单位时，称为灼烧基。如果不考虑生产损失，则,有以下关系,灼烧全黑生料,熟料,灼烧半黑生料（或白生料,掺入熟料的煤灰,熟料,生料配料计算方法繁多，有代数法、图解法、尝,试误差法（包括递减试凑法、累加试凑法）、矿,物组成法、最小二乘法等,现主要介绍累加试凑法，其原理是：根据熟,料化学成分要求，依次加入各种原料，同时计算,所加入原料的化学成分。然后进行熟料成分累计,验算，如发现成分不符要求，再进行试凑，直至,符合要求为止。现举例说明如下,累加试凑法配料计算,已知原料、燃料的有关分析数据如表,3.9,3.10,所,示，假设用预分解窑以三种原料配合