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1、 无机非金属材料生产过程的共性与个性无机非金属材料生产过程的共性与个性无机非金属材料生产过程的共性与个性无机非金属材料生产过程的共性与个性 典型生产工艺流程2.1 2.1 水泥水泥水泥水泥 2 无机非金属材料主要品种个论无机非金属材料主要品种个论 不同类别的水泥主要是根据熟料矿物的性质来确定。不同类别的水泥主要是根据熟料矿物的性质来确定。不同类别的水泥主要是根据熟料矿物的性质来确定。不同类别的水泥主要是根据熟料矿物的性质来确定。硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料:C C3 3SS、C C2 2S S、C C3 3AA、C C4 4AFAF 适量石膏适量石膏适量石膏适量石膏
2、调节水泥凝结时间调节水泥凝结时间调节水泥凝结时间调节水泥凝结时间混合材混合材混合材混合材提高水泥耐腐蚀性及后期强度提高水泥耐腐蚀性及后期强度提高水泥耐腐蚀性及后期强度提高水泥耐腐蚀性及后期强度 硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料的矿物组成（1）主要矿物：硅酸三钙：3CaO SiO2，简写为C3S5060%硅酸二钙：2CaO SiO2，简写为C2S20%铝酸三钙：3CaO Al2O3，简写为C3A 铁铝酸四钙：4CaO Al2O3 Fe2O3，简写为C4AF 称C3S和C2S为硅酸盐矿物，称C3A和C4AF为熔剂性矿物（在水泥熟料煅烧过程中该两矿物于12501280开始熔融转
3、变为液相）。（2）次要矿物：游离氧化钙（f-CaO）、方镁石（结晶态氧化镁）、含碱矿物、硫酸盐以及玻璃体等。1.1.硅酸三钙硅酸三钙硅酸三钙硅酸三钙C C3 3S S v纯纯C3S只只在在20651250温度范围内稳定。温度范围内稳定。v随着温度的降低，随着温度的降低，C3S在不同温度下存在多晶转变。在不同温度下存在多晶转变。v硅酸三钙可以固溶少量的其它氧化物，硅酸三钙可以固溶少量的其它氧化物，将影响它的反应能力将影响它的反应能力 和晶型。和晶型。v硅酸三钙硅酸三钙加水调和后，初凝加水调和后，初凝45min，终凝，终凝12h。v水化较快。水化较快。v硅酸三钙可产生较高的强度，且强度发展比较快，
4、早期强度硅酸三钙可产生较高的强度，且强度发展比较快，早期强度较高，且强度增进率较大，较高，且强度增进率较大，28d强度可以达到一年强度的强度可以达到一年强度的7080%。v硅酸三钙水化热较高，抗水性较差硅酸三钙水化热较高，抗水性较差。v硅酸三钙固溶体晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力。硅酸三钙固溶体晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力。2.1.12.1.1水泥熟料矿物性质水泥熟料矿物性质硅酸三钙的合成：硅酸三钙的合成：硅酸三钙的合成：硅酸三钙的合成：在在在在CaOCaOSiOSiO2 2二元系统中：二元系统中：二元系统中：二元系统中：vv 18001800，几分钟；，几分钟；，几分钟；，几分钟；
5、vv 16501650，1h1h，C C3 3S S基本形成，游离基本形成，游离基本形成，游离基本形成，游离CaOCaO1 1左右；左右；左右；左右；vv 14501450，1h1h，只有少量，只有少量，只有少量，只有少量C C3 3S S生成。生成。生成。生成。硅酸三钙单矿物在硅酸三钙单矿物在1450合成时，需要多次重复合成时，需要多次重复粉磨再燃烧。如有粉磨再燃烧。如有足够的熔剂足够的熔剂(液相液相)存在存在，就可使，就可使C2S在在液相中吸收液相中吸收CaO，比较迅速地形成硅酸三钙。，比较迅速地形成硅酸三钙。A A矿矿矿矿在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的在硅酸盐水泥熟料中固溶了其
6、它少量氧化物的在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的C C3 3S S称为称为称为称为阿利特（阿利特（阿利特（阿利特（AliteAlite），又称为），又称为），又称为），又称为A A矿矿矿矿；在反光显微镜下为黑色多角形颗粒在反光显微镜下为黑色多角形颗粒2.2.硅酸二钙硅酸二钙硅酸二钙硅酸二钙C C2 2S S 纯纯纯纯C C2 2S S在在在在14501450下，进行下列多晶转变：下，进行下列多晶转变：下，进行下列多晶转变：下，进行下列多晶转变：C C2 2S S由由由由 型转变为型转变为型转变为型转变为 型，体积膨胀型，体积膨胀型，体积膨胀型，体积
7、膨胀10%10%而导致物料粉化。而导致物料粉化。而导致物料粉化。而导致物料粉化。型型C2S水硬性微弱水硬性微弱vv 硅酸二钙可固溶其它少量氧化物。固溶的氧化物不同，同一硅酸二钙可固溶其它少量氧化物。固溶的氧化物不同，同一晶型的硅酸二钙与水反应后所得的强度不同。晶型的硅酸二钙与水反应后所得的强度不同。v纯硅酸二钙色洁白当有氧化铁时呈棕黄色。纯硅酸二钙色洁白当有氧化铁时呈棕黄色。v硅酸二钙固溶体硅酸二钙固溶体与水反应速度较慢，与水反应速度较慢，28天仅有天仅有20%左右反应左右反应。v凝结硬化较慢，早期强度低，但后期强度增进率较高，一年凝结硬化较慢，早期强度低，但后期强度增进率较高，一年后可赶上或
8、超过硅酸三钙固溶体后可赶上或超过硅酸三钙固溶体。v硅酸二钙固溶体的硅酸二钙固溶体的水化热较小，耐水性好水化热较小，耐水性好。B B矿矿矿矿CC2 2S S固溶体称为固溶体称为固溶体称为固溶体称为贝利特（贝利特（贝利特（贝利特（BeliteBelite），又称为），又称为），又称为），又称为B B矿矿矿矿；在反光显微镜下呈圆粒状，快冷常具有黑白交叉双晶条纹；在反光显微镜下呈圆粒状，快冷常具有黑白交叉双晶条纹；慢冷常具有黑白平行双晶条纹。慢冷常具有黑白平行双晶条纹。vv 等轴晶系，可固溶部分其他氧化物，呈多晶形态。等轴晶系，可固溶部分其他氧化物，呈多晶形态。v在偏光镜下，无色透明。在偏光镜下，无色
9、透明。在反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱状。在反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱状。反光能力弱，呈暗灰色。反光能力弱，呈暗灰色。v水化迅速，放热多，凝结很快，如不加缓凝剂，就会急凝水化迅速，放热多，凝结很快，如不加缓凝剂，就会急凝。v硬化很快硬化很快，它的强度，它的强度3天内就大部分发挥出来，故天内就大部分发挥出来，故早期强度早期强度较高，但绝对值不高较高，但绝对值不高，以后几乎不再增长，甚至倒缩。，以后几乎不再增长，甚至倒缩。v干缩变形大，干缩变形大，抗硫酸盐性能差。抗硫酸盐性能差。3.3.铝酸三钙铝酸三钙铝酸三钙铝酸三钙C C3 3A A 4.4.铁铝酸四钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙铁
10、铝酸四钙C C4 4AFAF vv 斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体。斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体。斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体。斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体。密度为密度为密度为密度为3770Kg3770Kgmm3 3。在偏光镜下，具有从浅褐到深褐的多色性，二轴晶，在偏光镜下，具有从浅褐到深褐的多色性，二轴晶，在偏光镜下，具有从浅褐到深褐的多色性，二轴晶，在偏光镜下，具有从浅褐到深褐的多色性，二轴晶，负光性，光轴角中等。在反光镜下，由于反射能力强，负光性，光轴角中等。在反光镜下，由于反射能力强，负光性，光轴角中等。在反光镜下，由于反射能力强，负光性，光轴角中等。在反光镜下，由于反射
11、能力强，虽亮白色，故在硅酸盐水泥熟料中又称白色中间相。虽亮白色，故在硅酸盐水泥熟料中又称白色中间相。虽亮白色，故在硅酸盐水泥熟料中又称白色中间相。虽亮白色，故在硅酸盐水泥熟料中又称白色中间相。vv 铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙。之间，但随后的发展不如硅酸三钙。之间，但随后的发展不如硅酸三钙。之间，但随后的发展不如硅酸三钙。vv 早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似早期强度类似于铝酸三钙，而后
12、期还能不断增长，类似早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙。于硅酸二钙。于硅酸二钙。于硅酸二钙。vv 铁铝酸四钙的抗冲击性能和铁铝酸四钙的抗冲击性能和铁铝酸四钙的抗冲击性能和铁铝酸四钙的抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好抗硫酸盐性能较好抗硫酸盐性能较好抗硫酸盐性能较好，水化热，水化热，水化热，水化热较铝酸三钙低。较铝酸三钙低。较铝酸三钙低。较铝酸三钙低。C C3 3A A和和和和C C4 4AFAF在在在在煅烧中的作用煅烧中的作用煅烧中的作用煅烧中的作用 铁铝酸四钙和铝酸三钙在煅烧过程中熔融成铁铝酸四钙和铝酸三钙在煅烧过程中熔融成液
13、相液相，又称，又称熔剂矿物熔剂矿物，可以，可以促进硅酸三钙的顺利形成促进硅酸三钙的顺利形成。vv 如果物料中熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收如果物料中熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收 完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降 低窑的产量，增加燃料消耗。低窑的产量，增加燃料消耗。v 如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回 转窑内易结大块，甚至结圈等。转窑内易结大块，甚至结圈等。液相的粘度，随液相的粘度，随液相的粘度，随液相的粘度，随C C3 3A AC C4 4AFAF比
14、而增减。比而增减。比而增减。比而增减。粘度的影响？粘度的影响？C C矿矿矿矿固溶了其它少量氧化物的固溶了其它少量氧化物的固溶了其它少量氧化物的固溶了其它少量氧化物的C C4 4AFAF称为称为称为称为才利特才利特才利特才利特 （CeliteCelite），又称为），又称为），又称为），又称为C C矿；矿；矿；矿；在偏光显微镜下反光能力强，在偏光显微镜下反光能力强，在偏光显微镜下反光能力强，在偏光显微镜下反光能力强，一般称为白一般称为白一般称为白一般称为白 色中间相。色中间相。色中间相。色中间相。黑色中间相黑色中间相黑色中间相黑色中间相CC3 3A A固溶体。固溶体。固溶体。固溶体。在偏光显微镜
15、下反光能力弱，在偏光显微镜下反光能力弱，在偏光显微镜下反光能力弱，在偏光显微镜下反光能力弱，一般称为黑一般称为黑一般称为黑一般称为黑色中间相。色中间相。色中间相。色中间相。水泥熟料矿物性质水泥熟料矿物性质不同类别的水泥主要是根据熟料矿物的性质来确定。不同类别的水泥主要是根据熟料矿物的性质来确定。不同类别的水泥主要是根据熟料矿物的性质来确定。不同类别的水泥主要是根据熟料矿物的性质来确定。C3SC2SC3AC4AF含量含量5060%20%715%1018%存在形式存在形式固溶体固溶体固溶体固溶体部分部分结结晶晶,部分部分玻璃体玻璃体固溶体固溶体水化速度水化速度快快慢慢(28d,20%,1y后赶上后
16、赶上C3S)最快最快C3SC2S水化水化热热高高低低高高低低强强度度最高最高(28d,7080%)早期低早期低,后期高后期高低低(3d发挥发挥大部大部分分强强度度)早期低早期低,后期后期PP较较小小凝凝结时间结时间正常正常长长快快(需石膏需石膏缓缓凝凝)抗水性抗水性差差好好抗硫酸抗硫酸盐盐差差好好干干缩变缩变形形大大易磨性易磨性难难密度密度3.133.283.03.77 四种矿物性能比较四种矿物性能比较 28d内绝对强度内绝对强度：C3SC4AFC3AC2S水水化化速速度度：C3AC4AFC3SC2S水水化化热热：C3AC3SC4AFC2S5.5.5.5.熟料中其他物质及其作用熟料中其他物质及
17、其作用熟料中其他物质及其作用熟料中其他物质及其作用 玻璃体玻璃体玻璃体玻璃体 工厂中，通常熟料冷却较快，工厂中，通常熟料冷却较快，工厂中，通常熟料冷却较快，工厂中，通常熟料冷却较快，有部分液相来不及结晶就成为玻璃有部分液相来不及结晶就成为玻璃有部分液相来不及结晶就成为玻璃有部分液相来不及结晶就成为玻璃体。玻璃体的主要成分为体。玻璃体的主要成分为体。玻璃体的主要成分为体。玻璃体的主要成分为FeFe2 2OO3 3、AlAl2 2OO3 3、CaOCaO，也有少量的，也有少量的，也有少量的，也有少量的MgOMgO和和和和碱碱碱碱(K(K2 2OO和和和和NaNa2 2O)O)等。等。等。等。冷却方
18、式？冷却方式？冷却方式？冷却方式？游离氧化钙游离氧化钙游离氧化钙游离氧化钙 性质：性质：水化很慢；水化很慢；水化生成氢氧化钙时，水化生成氢氧化钙时，体积膨胀体积膨胀97.9，在硬在硬 化水泥石内部造成局部膨胀应力。化水泥石内部造成局部膨胀应力。作用：作用：游离氧化钙含量增加：游离氧化钙含量增加：强度降低，甚至倒缩；强度降低，甚至倒缩；严重时甚至引起严重时甚至引起安定性不良安定性不良，使水泥制品变形或，使水泥制品变形或开裂，导致水泥浆体的破坏。开裂，导致水泥浆体的破坏。应严格控制游离氧化钙的含量。应严格控制游离氧化钙的含量。种种 类类产产 生生 原原 因因特特 点点对水泥安对水泥安定性的影定性的
19、影响响欠烧游离氧化钙（欠烧f-CaO）熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在11001200低温下形成结构疏松多孔、不大一次游离氧化钙（一次f-CaO）因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未与S、A、F反应而残留的CaO呈“死烧状态”，结构致密，大二次游离氧化钙（二次f-CaO）熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形成的经过高温，水化较慢较大游离氧化钙（游离氧化钙（f-CaO)方镁石方镁石方镁石方镁石 方镁石方镁石方镁石方镁石系游离状态的氧化镁晶体。系游离状态的氧化镁晶体。系游离状态的氧化镁晶体。系游离状态的氧化镁晶体。氧化镁的作用氧化镁的作用：熟料含有少量氧化镁时，能降低熟料液相熟料含有少量氧化镁时，能
20、降低熟料液相生成温度，增加液相数量，降低液相粘，有利于熟生成温度，增加液相数量，降低液相粘，有利于熟料形成，还能改善熟料色泽。料形成，还能改善熟料色泽。方镁石性质：方镁石的水化比游离氧化钙更为缓慢；方镁石性质：方镁石的水化比游离氧化钙更为缓慢；水化生成氢氧化镁时，体积膨胀水化生成氢氧化镁时，体积膨胀148，也会，也会 导致安定性不良。水化时会导致导致安定性不良。水化时会导致安定性不良安定性不良。方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸等都有关系。方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸等都有关系。方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸等都有关系。方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸等都有关系。2
21、.1.22.1.21.1.1.1.硅酸盐水泥对矿物组成的要求硅酸盐水泥对矿物组成的要求硅酸盐水泥对矿物组成的要求硅酸盐水泥对矿物组成的要求 硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料，因此水泥熟料矿物硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料，因此水泥熟料矿物必须具备：必须具备：vv 良好的与水反应的能力良好的与水反应的能力良好的与水反应的能力良好的与水反应的能力vv 相当的强度与良好的耐久性相当的强度与良好的耐久性相当的强度与良好的耐久性相当的强度与良好的耐久性vv 反应速度可以满足生产的要求反应速度可以满足生产的要求反应速度可以满足生产的要求反应速度可以满足生产的要求硅酸盐水泥的组成设计硅酸盐水泥的组成设计硅酸盐
22、水泥的组成设计硅酸盐水泥的组成设计2.2.2.2.硅酸盐水泥的组成设计硅酸盐水泥的组成设计硅酸盐水泥的组成设计硅酸盐水泥的组成设计 硅酸盐水泥中含有硅酸盐水泥中含有C C3 3S S、C C2 2S S、C C3 3A A、C C4 4AFAF四种矿物四种矿物四种矿物四种矿物，相应的组成相应的组成氧化物为氧化物为氧化物为氧化物为CaOCaO、SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3、FeFe2 2OO3 3。因。因为为Fe2O3含量含量较较低，可以合并入低，可以合并入Al2O3一并考一并考虑虑，C4AF则则相相应应计计入入C3A，这样这样可以用可以用CaO-Al2O3-Fe2O3三元系三元
23、系统来表示统来表示硅酸盐水泥的配料组成。硅酸盐水泥的配料组成。C4AFC3A+CFCaOCaO62%67%62%67%SiOSiO2 220%24%20%24%AlAl2 2OO3 3+Fe+Fe2 2OO3 36.5%13%6.5%13%C C3 3S50%60%S50%60%C C2 2S20%S20%C C3 3A+CA+C4 4AF22%AF22%2.1.3 2.1.3 配料计算配料计算配料计算配料计算 1.1.熟料的率值熟料的率值熟料的率值熟料的率值 水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种主要氧化物化合而成。因此，在生产控制中
24、，不仅要控制熟料主要氧化物化合而成。因此，在生产控制中，不仅要控制熟料中各氧化物的含量，中各氧化物的含量，还应还应还应还应控制各氧化物之间的比例，即率值控制各氧化物之间的比例，即率值控制各氧化物之间的比例，即率值控制各氧化物之间的比例，即率值。这样，可以这样，可以比较方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系比较方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系比较方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系比较方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系，明确地明确地表示对水泥熟料的性能和煅烧的影响表示对水泥熟料的性能和煅烧的影响表示对水泥熟料的性能和煅烧的影响表示对水泥熟料的性能和煅烧的影响。因此，在生产中，。因此，
25、在生产中，用率值作为用率值作为生产控制的一种指标生产控制的一种指标生产控制的一种指标生产控制的一种指标。我国目前采用的是石灰我国目前采用的是石灰饱饱和系数和系数KH、硅率硅率SM和和铝铝率率IM三个率三个率值值。石灰饱和系数（石灰饱和系数（石灰饱和系数（石灰饱和系数（KHKH）当当Al2O3/Fe2O30.64时，时，熟料熟料CaO与另外三种酸性氧与另外三种酸性氧化物化物SiO2、Al2O3、Fe2O3化合形成化合形成C3S、C2S、C3A、C4AF四个四个主要熟料矿物。主要熟料矿物。理论上在熟料四个主要氧化物中，酸性氧化物理论上在熟料四个主要氧化物中，酸性氧化物应形成碱性最高的熟料矿物应形成
26、碱性最高的熟料矿物C3S、C3A、C4AF。CaOCaO存在一个极限石灰含量。存在一个极限石灰含量。存在一个极限石灰含量。存在一个极限石灰含量。古特曼与杰耳：石灰理论极限含量的观点。古特曼与杰耳：石灰理论极限含量的观点。古特曼与杰耳：石灰理论极限含量的观点。古特曼与杰耳：石灰理论极限含量的观点。将将C4AF看作为看作为“C3A”和和“CF”，并把，并把“C3A”与与C3A视为同一相。视为同一相。每每每每1 1酸性氧化物所需石灰含量分别为：酸性氧化物所需石灰含量分别为：酸性氧化物所需石灰含量分别为：酸性氧化物所需石灰含量分别为：1 1AlAl2 2OO3 3形成形成形成形成C C3 3A A所需
27、所需所需所需CaO=3CaOCaO=3CaO分子量分子量分子量分子量/Al/Al2 2OO3 3 分子量分子量分子量分子量=1.65=1.651 1FeFe2 2OO3 3形成形成形成形成 CFCF所需所需所需所需CaO=CaOCaO=CaO分子量分子量分子量分子量/Fe/Fe2 2OO3 3 分子量分子量分子量分子量=0.35=0.351 1SiOSiO2 2形成形成形成形成C C3 3S S所需所需所需所需CaO=3CaOCaO=3CaO分子量分子量分子量分子量/SiO/SiO2 2分子量分子量分子量分子量=2.8=2.81酸性氧化物所需石灰量，既石灰理论极限含量计算公式：酸性氧化物所需石
28、灰量，既石灰理论极限含量计算公式：CaO2.8SiO2十十1.65Al2O3+0.35Fe2O3金德和容克金德和容克金德和容克金德和容克AlAl2 2OO3 3和和和和FeFe2 2OO3 3始终为始终为始终为始终为CaOCaO所饱和，唯有所饱和，唯有所饱和，唯有所饱和，唯有SiOSiO2 2可能不完全被饱和和可能不完全被饱和和可能不完全被饱和和可能不完全被饱和和CaOCaO生成生成生成生成C C3 3S S，而存在一部分，而存在一部分，而存在一部分，而存在一部分C C2 2S S。否则，熟料就会出现游离氧化钙。因此应在公式中的否则，熟料就会出现游离氧化钙。因此应在公式中的否则，熟料就会出现游
29、离氧化钙。因此应在公式中的否则，熟料就会出现游离氧化钙。因此应在公式中的SiOSiO2 2之之之之前加一系数前加一系数前加一系数前加一系数石灰饱和系数石灰饱和系数石灰饱和系数石灰饱和系数KHKH。CaOCaO KH2.8SiOKH2.8SiO2 2 十十十十 1.65Al1.65Al2 2OO3 3 十十十十 0.35Fe0.35Fe2 2OO3 3KH=（CaO1.65Al2O30.35Fe2O3）/2.8SiO2石石灰灰饱饱和和系系数数KH是是熟熟料料中中全全部部氧氧化化硅硅生生成成硅硅酸酸钙钙(C3S十十C2S)所所需需的的氧氧化化钙钙量量与与全全部部二二氧氧化化硅硅理理论论上上全全部部
30、生生成成硅硅酸酸三三钙钙所所需需的的氧氧化化钙钙含含量量的的比比值值。即即KH表表熟熟料料中中二二氧氧化化硅硅被被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。考虑到熟料中有游离考虑到熟料中有游离考虑到熟料中有游离考虑到熟料中有游离CaOCaO、游离、游离、游离、游离SiOSiO2 2和石膏，和石膏，和石膏，和石膏，KHKH式可写为式可写为式可写为式可写为:KH=KH=（CaO-f-CaOCaO-f-CaO）-（1.65Al1.65Al2 2OO3 3十十十十0.35Fe0.35Fe2 2OO3 3+0.7SO+0.7SO3 3)/2.8(SiO)/2.8(SiO2 2-f-Si
31、O-f-SiO2 2)石灰饱和系数石灰饱和系数KH与熟料矿物组成的关系式：与熟料矿物组成的关系式：KH=(KH=(C C3 3S+0.8838CS+0.8838C2 2S)/(CS)/(C3 3SS+1.3256+1.3256C C2 2S)S)当当当当C C3 3S=0S=0时，时，时，时，KH=KH=0.6670.667，即此时的熟料矿物只，即此时的熟料矿物只，即此时的熟料矿物只，即此时的熟料矿物只有有有有C C2 2S S、C C3 3A A、C C4 4AFAF而无而无而无而无C C3 3S S；当当当当C C2 2S=0S=0时，时，时，时，KH=1KH=1，即此时的熟料矿物只有即此
32、时的熟料矿物只有即此时的熟料矿物只有即此时的熟料矿物只有C C3 3S S、C C3 3A A、C C4 4AFAF而无而无而无而无C C2 2S S。因因此此，在在正正常常硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料中中，石石灰灰饱饱和和系系数数KHKH应应控控制制在在0.6670.6671.01.0之之间间。为为了了使使水水泥泥具具有有较较好好的的力力学学性性能能，应应适适当当提提高高C3S在在熟熟料料中中的的含含量量，KH一一般控制在般控制在0.880.94。硅率硅率硅率硅率SMSM硅率又称为硅酸率，其数学表达式是：硅率又称为硅酸率，其数学表达式是：硅率又称为硅酸率，其数学表达式是：硅率又称为硅酸率，其
33、数学表达式是：SiOSiO2 2/(Al/(Al2 2OO3 3+Fe+Fe2 2OO3 3)式中：式中：式中：式中：SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3、FeFe2 2OO3 3分别代表熟料中各该氧分别代表熟料中各该氧分别代表熟料中各该氧分别代表熟料中各该氧化物的质量百分数。化物的质量百分数。化物的质量百分数。化物的质量百分数。物理意义：硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、物理意义：硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、物理意义：硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、物理意义：硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。也表示了熟料中氧化铁之和的质量比。也表示了熟料中氧化铁之
34、和的质量比。也表示了熟料中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。硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。当当当当AlAl2 2OO3 3/Fe/Fe2 2OO3 3大于大于大于大于0.640.64时：时：时：时：SM=(CSM=(C3 3S+1.3256CS+1.3256C2 2S)/(1.434CS)/(1.434C3 3S+2.046CS+2.046C2 2S)S)式中：式中：式中：式中：C C3 3S S、C C2 2S S、C C3 3A A、C C4 4AFAF分别代表熟料中各该矿物分别代表熟料中各该矿物分别代表熟料
35、中各该矿物分别代表熟料中各该矿物的质量百分数。的质量百分数。的质量百分数。的质量百分数。硅率随硅酸盐矿物与熔剂矿物之比而增减。硅率随硅酸盐矿物与熔剂矿物之比而增减。硅率随硅酸盐矿物与熔剂矿物之比而增减。硅率随硅酸盐矿物与熔剂矿物之比而增减。熟料中硅率过高，液相量显著减少，热料煅烧困难。熟料中硅率过高，液相量显著减少，热料煅烧困难。熟料中硅率过高，液相量显著减少，热料煅烧困难。熟料中硅率过高，液相量显著减少，热料煅烧困难。特别当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易特别当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易特别当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易特别当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易
36、于粉化。于粉化。于粉化。于粉化。硅率过低，硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由硅率过低，硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由硅率过低，硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由硅率过低，硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。响窑的操作。响窑的操作。响窑的操作。通常，硅酸盐水泥熟料的硅率在通常，硅酸盐水泥熟料的硅率在1.72.7之间，之间，有的白色硅酸盐水泥熟料的硅率可高达有的白色硅酸盐水泥熟料的硅率可高达4.0左右。左右。铝
37、率铝率铝率铝率IMIM率铝又称为铁率，其数学表达式为：率铝又称为铁率，其数学表达式为：率铝又称为铁率，其数学表达式为：率铝又称为铁率，其数学表达式为：IM=AlIM=Al2 2OO33/Fe/Fe2 2OO3 3 物理意义：铝率是表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的物理意义：铝率是表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的物理意义：铝率是表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的物理意义：铝率是表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。与铁铝酸四钙的比例。与铁铝酸四钙的比例
38、。与铁铝酸四钙的比例。当当当当IMIM铝大于铝大于铝大于铝大于0.640.64时，铝率和矿物组成关系的数学式是：时，铝率和矿物组成关系的数学式是：时，铝率和矿物组成关系的数学式是：时，铝率和矿物组成关系的数学式是：IM=IM=+0.64+0.64C C4 4AFAF1.151.15C C3 3A A式中：式中：式中：式中：C C3 3A A、C C4 4AFAF为熟料中各该矿物的质量百分数。为熟料中各该矿物的质量百分数。为熟料中各该矿物的质量百分数。为熟料中各该矿物的质量百分数。铝率高低，反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。铝率高低，反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。铝率高低，反映了水泥煅烧
39、过程中高温液相的粘度。铝率高低，反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。vv 铝率高，熟料中铝率高，熟料中铝率高，熟料中铝率高，熟料中C C3 3A A多、相应多、相应多、相应多、相应C C4 4AFAF较少，则液相粘度大，较少，则液相粘度大，较少，则液相粘度大，较少，则液相粘度大，物料难烧。物料难烧。物料难烧。物料难烧。vv 铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对硅酸三形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利硅酸三形成有利，但烧结范
40、围变窄，窑内易结大块，不利硅酸三形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利硅酸三形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。于窑的操作。于窑的操作。于窑的操作。我国目前采用我国目前采用我国目前采用我国目前采用KHKH、SMSM、IMIM三个率值相互配合来控制三个率值相互配合来控制三个率值相互配合来控制三个率值相互配合来控制水泥生产，三个率值要同时控制，配合要适当。不能水泥生产，三个率值要同时控制，配合要适当。不能水泥生产，三个率值要同时控制，配合要适当。不能水泥生产，三个率值要同时控制，配合要适当。不能三个率值同时都高，或同时都低。三个率值同时都高，或同时都低。三个率值同时都高，
41、或同时都低。三个率值同时都高，或同时都低。三个率值应根据各厂的原料、燃料和设备等具体条件而定。三个率值应根据各厂的原料、燃料和设备等具体条件而定。三个率值应根据各厂的原料、燃料和设备等具体条件而定。三个率值应根据各厂的原料、燃料和设备等具体条件而定。2.2.熟料矿物组成的计算熟料矿物组成的计算熟料矿物组成的计算熟料矿物组成的计算 熟料矿物组成可用熟料矿物组成可用岩相分析岩相分析、X射线定量分析射线定量分析等方法等方法测定，也可以测定，也可以根据化学成分进行计算根据化学成分进行计算。vv 岩相分析岩相分析v X射线定量分析射线定量分析v 红外光谱分析红外光谱分析v X射线光谱分析仪射线光谱分析仪
42、v 化学成分计算化学成分计算中国常用中国常用 常用的从化学成分计算熟料矿物组成的方法有两种，即常用的从化学成分计算熟料矿物组成的方法有两种，即石灰饱和系数法石灰饱和系数法和和鲍格法鲍格法。石灰饱和系数法石灰饱和系数法石灰饱和系数法石灰饱和系数法 先列出有关摩尔质量的比值：先列出有关摩尔质量的比值：C3S中的中的MC3S/MCaO=4.07;C2S中的中的2MCaO/MSiO2=1.87;C4AF中的中的MC4AF/MFe2O3=3.04;C3A中的中的MC3A/MAl2O3=2.65CaSO4中的中的MCaSO4/MSO3=1.7MAl2O3/MFe2O3=0.64设与设与设与设与SiOSiO
43、2 2反应的反应的反应的反应的CaOCaO为为为为C Cs s；与；与；与；与CaOCaO反应的反应的反应的反应的SiOSiO2 2为为为为S Sc c，则，则，则，则C Cs s=CaOCaO-（1.65Al1.65Al2 2OO3 3+0.35Fe+0.35Fe2 2OO3 3+0.7SO+0.7SO3 3）=2.8KHSc（1 1 1 1）S Sc c=SiO=SiO2 2（2 2）正常煅烧情况下，正常煅烧情况下，正常煅烧情况下，正常煅烧情况下，CaOCaO与与与与SiOSiO2 2反应先生成反应先生成反应先生成反应先生成C C2 2S S，剩余的，剩余的，剩余的，剩余的CaOCaO再与
44、部分再与部分再与部分再与部分C C2 2S S反应生成反应生成反应生成反应生成C C3 3S S。则由该剩余的。则由该剩余的。则由该剩余的。则由该剩余的CaOCaO量（量（量（量（C Cs s-1.87S-1.87Sc c），可以），可以），可以），可以算出算出算出算出C C3 3S S含量：含量：含量：含量：C3S=4.07（Cs-1.87Sc）=4.07Cs-7.6Sc（3）KH=（CaO1.65Al2O30.35Fe2O3）/2.8SiO2CaO1.65Al2O30.35Fe2O3=2.8KHSiO2C2S中的中的2MCaO/MSiO2=1.87C3S中的中的MC3S/MCaO=4.07
45、将（将（将（将（1 1）、）、）、）、（2 2）代入（）代入（）代入（）代入（3 3）式中，整理后得：）式中，整理后得：）式中，整理后得：）式中，整理后得：C C3 3S=4.07S=4.07（2.8KHS2.8KHSc c）-7.6S-7.6Sc c=3.8=3.8（3KH-23KH-2）SiOSiO2 2（4 4）由由由由C Cs s+S+Sc c=C=C2 2S+CS+C3 3S S，可计算出，可计算出，可计算出，可计算出C C2 2S S含量：含量：含量：含量：C C2 2S=S=C Cs s+S+Sc c-C-C3 3S=8.6SS=8.6Sc c-3.07C-3.07Cs s（5
46、5）将式（将式（将式（将式（1 1）、（）、（）、（）、（2 2）代入（）代入（）代入（）代入（5 5），整理后得：），整理后得：），整理后得：），整理后得：C2S=8.6（1-KH）SiO2（6）C C4 4AFAF含量可直接由含量可直接由含量可直接由含量可直接由FeFe2 2OO3 3含量算出：含量算出：含量算出：含量算出：C C4 4AF=3.04FeAF=3.04Fe2 2OO3 3（7 7）C C3 3A A含量的计算，应先从总含量的计算，应先从总含量的计算，应先从总含量的计算，应先从总AlAl2 2OO3 3量中将去形成量中将去形成量中将去形成量中将去形成C C4 4AFAF所需的
47、所需的所需的所需的AlAl2 2OO3 3的量，则可知用于形成的量，则可知用于形成的量，则可知用于形成的量，则可知用于形成C C3 3A A的的的的AlAl2 2OO3 3的量：的量：的量：的量：C C3 3A=2.65A=2.65（AlAl2 2OO3 3-0.64Fe-0.64Fe2 2OO3 3）（8 8）CaSOCaSO4 4=1.7SO=1.7SO33（9 9）C3S=3.8（3KH-2）SiO2C2S=8.6（1-KH）SiO2C4AF=3.04Fe2O3C3A=265（Al2O3-0.64Fe2O3）CaSO4=1.7SO3 鲍格法（代数法）鲍格法（代数法）鲍格法（代数法）鲍格法
48、（代数法）以以C3S、C2S、C3A、C4AF、CaSO4以及以及CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分别代表熟料中各矿物和氧化物的百分含分别代表熟料中各矿物和氧化物的百分含量，则四种矿物和硫酸钙的化学成分百分数可列成下表。量，则四种矿物和硫酸钙的化学成分百分数可列成下表。氧化物氧化物氧化物氧化物C C3 3SCSC2 2SCSC3 3ACAC4 4AFCaSOAFCaSO4 4CaOCaO73.6965.1262.2746.1641.1973.6965.1262.2746.1641.19SiOSiO2 226.3134.8826.3134.88AlAl2 2OO3 337.732
49、0.9837.7320.98FeFe2 2OO3 332.8632.86SOSO3 358.8158.81依据表中数值，可以列出以下方程式：依据表中数值，可以列出以下方程式：依据表中数值，可以列出以下方程式：依据表中数值，可以列出以下方程式：C C0.7369C0.7369C3 3S+0.651CS+0.651C2 2S+0.6227CS+0.6227C3 3A+0.4616CA+0.4616C4 4AF+0.4119CaSOAF+0.4119CaSO4 4S S0.2631C0.2631C3 3S+0.3488CS+0.3488C2 2S SA A0.3773C0.3773C3 3A+0.2
50、098CA+0.2098C4 4AFAFF F0.3286C0.3286C4 4AFAF解上述联立方程组，即可得由氧化物计算各矿物的解上述联立方程组，即可得由氧化物计算各矿物的解上述联立方程组，即可得由氧化物计算各矿物的解上述联立方程组，即可得由氧化物计算各矿物的百分含量公式：百分含量公式：百分含量公式：百分含量公式：C C3 3S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SOS=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3 3C C2 2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SOS=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3 3-3.07C