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硅酸鹽水泥熟料的率值

2019/3/19 來源：作者：瀏覽次數：256

硅酸鹽水泥熟料中各主要氧化物含量之間比例關系的系數稱作率值。
通過率值可以簡明地表示化學成分與礦物組成之間的關系，明確地表水泥熟料的性能及其對煅燒的影響。
在一定的工藝條件下，各氧化物的含量和彼此之間的比例關系的系數即率值是水泥生產質量控制的基本要素。因此，在生產中，國內外水泥廠都把率值作為控制生產的主要指標。目前，國內外所采用的率值有多種，國內主要采用石灰飽和系數（KH）、硅率（n）、鋁率（p）三個率值。
一、石灰飽和系數
石灰飽和系數的符號用(KH)表示。其物理意義是：KH表示水泥熟料中的總CaO含量扣除飽和酸性氧化物（如Al2O3、Fe2O3）所需要的氧化鈣，剩下的與二氧化硅化合的氧化鈣的含量與理論上二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。
（一）KH的數字表達式
理論值：
KH=[w(CaO）-1.65 w(Al2O3）- 0.35w(Fe2O3）)/[2.8w(SiO2)] (2-1)
實際值：
KH=｛[w(CaO）- w(f-CaO）]-[(1.65 w(Al2O3）+0.35w(Fe2O3）+0.7w(SO3)]｝
/[2.8(w(SiO2）-w(f-SiO2）] (2－2)
式中，w(CaO)、w（SiO2）、w(Al2O3)、w(Fe2O3 )、w(SO3）分別為熟料中相應氧化物的質量百分數；w(f-CaO）、w(f-SiO2)分別為熟料中呈游離狀態的氧化鈣、二氧化硅的質量分數。
當w(f-CaO）、w(f-SiO2)及w(SO3）數值很小時�；蚺淞嫌嬎銜r無法預先確定w(f-CaO）、w(f-SiO2)及w(SO3）的含量時，通常采用式（2.1）用理論值進行KH的計算。
（二）KH值與熟料礦物間的關系
從理論上講，KH值高，則C3S較多，C2S較少。
1. KH=1時，熟料中只有C3S，而無 C2S。
2.KH>1時，無論生產條件多好，熟料中都有游離氧化鈣存在；熟料礦物組成為C3S、C3A、C4AF及f-CaO。
3.KH≤2/3≈0.667時，熟料中無C3S，熟料中只有C2S、C3A、C4AF。
因此，熟料的KH值應控制在0.667～1.00之間。這樣不僅可以生成四種主要礦物，理論上也無f-CaO存在。但在實際生產中，由于被煅燒物料的性質、煅燒溫度、液相量、液相黏度等因素的限制，理論計算和實際情況并不完全一致。當KH值較高，接近于1時，工藝條件難以滿足需要，往往f-CaO明顯增加，熟料質量反而下降；當KH值過低時，熟料中C3S過少，熟料質量必然也會很差。為使熟料順利形成，而且不至于出現過多的游離氧化鈣，在工廠生產條件下，通常KH值控制在0.87～0.96之間。
（三）其他石灰飽和系數
在國外，尤其是歐美國家大多采用石灰飽和系數LSF來控制生產，LSF是英國標準規范的一部分，用于限定水泥中的最大石灰量，其表達式為：
LSF=100 w(CaO）/[2.8 w(SiO2）+1.18 w(Al2O3）+0.65 w(Fe2O3）] (2－3)
LSF的含義是熟料中CaO的質量與全部酸性組分需要結合的CaO含量之比。一般LSF值高，水泥強度也高。一般硅酸鹽水泥熟料,LSF＝90～95;早強型的水泥熟料，LSF＝95～98。目前，國內部分預分解窯生產企業同時采用KH、LSF控制石灰飽和系數。
二、硅率
硅率又稱硅氧率，中國俗稱硅酸率。
（一）硅率符號
用n或SM來表示。
（二）硅率的數學表達式
n(或SM)=w(SiO2）/[ w(Al2O3）+ w(Fe2O3）] (2－4)
其含義是熟料中SiO2含量與Al2O3、Fe2O3 含量之和的比例。反映了熟料中硅酸鹽礦物（C3S+C2S）、熔劑性礦物（C3A＋C4AF）的相對含量。
（三）硅率與熟料礦物及煅燒之間的關系
SM值過高，表示硅酸鹽礦物多，熔劑性礦物少，對熟料強度有利，但將給煅燒造成困難；隨SM值的降低，液相量增加，對熟料的易燒性和操作有利；但SM值過低，熟料中熔劑性礦物過多，煅燒時易出現結大塊、結圈等現象，且熟料強度低，操作困難。
硅酸鹽水泥熟料的SM值一般控制在1.7～2.7之間。
三、鋁率
又稱鋁氧率或鐵率，用p或IM表示。它表示的是水泥熟料中Al2O3的含量與Fe203的含量之比。其計算式為：
p(或IM)=w(Al2O3）/w(Fe2O3） (2－5)
鋁率反映了熟料中C3A和C4AF的相對含量。熟料中鋁率一般控制在0.9～1.9之間。
當p增大時，意味著C3A增多，C4AF含量相對較少，液相黏度增加，不利于C3S的形成，且由于C3A的增多，易引起水泥的快凝；當p過低時，C3A相對含量少，C4AF量相對較多，雖液相黏度小，對C3S的形成有利，但易使窯內結大塊，對煅燒操作不利。
四、熟料率值的控制
在工廠生產中，為了使熟料順利燒成，保證熟料的質量，應同時控制KH、n、p這個三率值，并使三率值相應配合適當。
（一）KH值的確定
工藝、技術裝備條件較好，入窯生料成分均勻穩定，生料預燒性好，看火操作技術水平且穩定，或者在生料中摻加了礦化劑(或復合礦化劑、晶種)，這時應選擇較高的KH值。反之，KH值宜適當低一些。
在實際生產中，KH值過高時，一般都會使f-CaO劇增，從而導致熟料安定性不良，且當煅燒操作跟不上時，反而使熟料燒成率大幅度下降，生燒料多。在生產過程中，最佳KH值可根據生產經驗綜合熟料的煅燒難易程度和熟料質量等確定，并應控制KH值在一定圍內波動(一般波動值為±0.01～±0.02)。最佳KH值也可用統計方法找出并不斷修正確定，方法是：選擇生產正常時的優良熟料i組(i≥100)，分別求出三率值的平均值，用的KH、n、p平均值計算出熟料的化學成分，加以可能產生的f-CaO的最小值，折算出率，并試用于生產，不斷修正，獲得最佳率值。
（二）選擇n與KH相適應
n值在確定時既要保證熟料中有一定數量的硅酸鹽礦物，又必須與KH值相適應。一般應避免以下傾向。
1. KH值高，n值也偏高。這時熔劑性礦物含量必然少，生料易燒性變差，吸收f-CaO反應不完全，且f-CaO含量高。
2. KH值低，n值偏高。熟料的煅燒溫度不必太高，但硅酸鹽礦物中的C2S含量對增高，從而易造成熟料的“粉化”，熟料強度低。
3. KH值低，n值也偏低。熟料的煅燒溫度同樣不需很高，但熔劑性礦物的總量以致液相量較多，易產生結窯、結大塊現象。同時由于大塊料不易燒透，f-CaO含量還是較高，因而熟料質量差。
（三）合適的p值
選擇p值時也要考慮與KH值相適應。一般情況下，當提高KH值時便應降低以降低液相出現的溫度和黏度，有助于C2S的形成。至于究竟是采用高鋁還是高鐵配料方案，應根據原燃料特點及工藝設備、操作水平以及用戶對水泥性能的要求等方面情況綜合分析決定。
(四）三率值的一般范圍

不同水泥窯生產時，熟料率值的一般范圍可參見表2－9，國內部分水泥廠實際配料方案及熟料質量見表2－10。但應注意的是，正如前面所述，影響熟料率值選擇的因素很多，即使是同一臺窯在不同時期的熟料率值也可能有所區別，因此，實際中某些率值偏離表中范圍是正常的。隨著水泥生產、控制技術的發展，設計更優化的熟料率值即配料方案相信也會隨之誕生。

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