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硅酸盐水泥熟料是什么(熟料KH和强度的关系)

时间:2024-10-10 08:31:24


熟料高饱和比不等于高强度的叙述不是很正确,更确切地应该说:熟料高饱和比不一定等于高强度更恰当一些。有不少人为了追求熟料强度,片面地追求高KH,由此往往导致游离钙过高,适得其反强度反而有些下降。特别是有些固执的老板,听到他人推销高KH时,更是坚守高KH的理念,强制下属提高KH以此达到提高强度的目的,大部分适得其反。其实最关键的问题就是忽视了一个游离钙的存在感。

何为硅酸盐水泥熟料

名词解释

硅酸盐熟料是由主要含CaO、SiO2、AI2O3、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产物就叫水泥熟料。

名词解释中主要说明了以下问题:

  1. 烧至部分熔融,也就是说没有部分熔融就不可能烧成熟料;
  2. 所得以硅酸钙为主的矿物成分。所得以硅酸钙为主的矿物成分具体是多少没有硬性规定,也就是说范围比较大,50以上就是为主。也就是说最起码60%以上就是合理的。当然我说的硅酸盐钙为主的矿物是指硅酸三钙和硅酸二钙。也就是说硅酸二钙+硅酸三钙>60%就是硅酸盐水泥熟料。

一般人的理解

一般人的理解既然是硅酸盐熟料当然是硅酸钙越多越好,硅酸钙越多越好当然就是硅酸二钙和硅酸三钙越多越好。所以特别是似懂非懂的部分老板就会要求生产操作上KH要高,N值要高,才能确保强度高。

实际上没有认识到的问题

事实上也没错,理论上KH越高,N值越高确实强度越高,但是他却忽略了一个问题——游离钙的高与低。

KH有个合适值,超过这一值,游离钙会快速上升,低于这一值游离钙下降也慢,游离钙高煤耗高,游离钙低煤耗低,我们应该掌握好这个关键值才是配料成功的关键点。

矿物对熟料的影响

矿物性能

  1. 硅酸三钙性能

硅酸三钙早期强度高,水化快,28天的增进率大,是获得高质量熟料的基础,但是硅酸三钙水化热较高,抗硫酸盐性能差。所以如要求水泥的水化热低、抗硫酸盐性能好时,则需要降低硅酸三钙的含量。

  1. 硅酸二钙性能

硅酸二钙早期强度低,水化慢,凝结硬化慢;但是后期强度好,28天以后仍能较快增长,增长率甚至在一年以后超过硅酸三钙。且水化热低、抗硫酸盐性能好,水泥的耐久性好。特别是在一些海防工程需要抗硫酸盐性能好的水泥,需要提高硅酸二钙的含量。

  1. 铝酸三钙性能

铝酸三钙水化反应迅速,放热量大,凝结很快,硬化也快,不加石膏容易使水泥急凝。铝酸三钙的强度水化3天大部分就会发挥出来,故早期较高,但是绝对值不高,并且干缩变形大,抗硫酸盐性能差。在考虑水泥耐久性上要适当降低铝酸三钙的含量。

  1. 铁铝酸四钙性能

铁铝酸四钙的水化速度介于铝酸三钙与硅酸二钙之间,但随后的发展不如硅酸三钙;它的强度早期类似于铝酸三钙,而后期还能不断增长,类似于硅酸二钙。铁铝酸四钙抗冲击性能(适用道路水泥)较好,水化热较铝酸三钙低。铁铝酸四钙能够有效降低液相粘度,提高液相量,对煅烧有利。

四种矿物的性能排序

  1. 四种矿物的水化热排序

铝酸三钙>硅酸三钙>铁铝酸四钙>硅酸二钙

  1. 四种矿物的抗硫酸盐性能排序

硅酸二钙>铁铝酸四钙>硅酸三钙>铝酸三钙

  1. 四种矿物的28强度排序

硅酸三钙>铁铝酸四钙>硅酸二钙>铝酸三钙

毫无疑问,要想得到早期和后期的高强熟料必须是硅酸三钙高;要想是高抗水泥必须是高含量的硅酸二钙。要想提高三天强度必须是提高铝酸三钙。当然了要想保持稳定的增长率,还是要做到低铝酸三钙高硅酸三钙。事实上特种水泥就是针对熟料矿物的性能配料而煅烧生产的熟料结果达到的目的。

熟料氧化钙和强度的关系

硅酸盐矿物的计算公式

硅酸三钙的计算公式为C3S=3.8SiO2(3KH-2),

或者是
4.07CaO-7.6SiO2-6.72Al2O3-1.43Fe2O3

硅酸二钙的计算公式为C2S=8.6SiO2(1-KH)

或者是8.6SiO2+5.07Al2O3+1.07Fe2O3-3.07CaO

从以上公式中看绝对是KH越高硅酸三钙越高,这不存在异议。大多数人的意识错误往往发生在对公式的理解上。在实际的煅烧中,熟料强度并不是与这个公式同步进行的,往往是由于三率值的不同、操作的不同会造成游离钙不同,当然由于游离钙的不同同样的KH烧成后的熟料强度结果也会不同。

氧化钙对强度的影响

毫无疑问,生产的三率值如何确定,取决于我们对水泥性能的要求,即便是特种水泥也是遵循水泥对性能的要求,按照矿物性能确定率值来配比,最终目的达到水泥性能的要求。

从以上的分析中可以发现:熟料的氧化钙是影响熟料强度的关键因素。理论上来讲熟料的氧化钙越高,熟料的强度也越高,熟料中硅酸盐矿物越多,强度就会越高是对的,大部分的熟料也都存在这个规律,大部分人也都是这么认为的。事实上,氧化钙是与硅、铝、铁分别形成硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。熟料的氧化钙高确实说明了熟料中的硅酸盐矿物越多,不管形成哪种矿物,只要是形成矿物,就比形成游离氧化钙好得多,但是前提是二次KH计算的矿物。但是我们所说的熟料中的氧化钙往往是包含游离氧化钙的,包含游离氧化钙的表述氧化钙就不完全正确了。

这就像有些人评价石灰石好与坏看的是氧化钙的品位,实际上确切地说石灰石的好与坏首先判断的是氧化镁的含量和碱的含量,只要氧化镁和碱含量低,即便出现品位低一些的石灰石,只要是能够配出合理的生料,并不会影响熟料强度和煅烧。这是因为他并没有影响熟料氧化钙的含量。然而熟料的氧化镁、碱和硫一旦高,占据的是熟料中硅酸盐矿物的含量。所以对强度的影响就很大。

很多人认为KH越高熟料强度越高,所以在配料上就会片面地追求高KH,造成熟料很难烧,烧出的熟料游离钙也就很高。而游离钙高实际上就是降低了熟料中真实的氧化钙。所以说高饱和比不一定等于高强度。

熟料易烧性的重要性

抛开镁、碱、硫不谈,只谈氧化钙,大家往往忽视一个问题,就是生料的易烧性。当熟料中氧化钙高,但是易烧性不好的时候,就像前边所说,往往会出现很高很高的游离氧化钙,由于游离氧化钙高占据的是氧化钙的成分,实际上等于降低了熟料的氧化钙,所以熟料强度也不会很高。

任何一台回转窑由于原材料的不同、燃料的不同、工艺的不同,即便是同一个公司在一起两台窑,由于工艺参数和操作参数的不同,对三率值的适应也会不同。由此产生的游离钙也各不相同。对强度的影响也各不相同。

唐山地区,由于本地原燃材料的原因,熟料强度普遍偏低48Mpa上下,氧化镁普遍偏高在5-6左右,氧化钙偏低在63%左右。但是某公司熟料的氧化钙含量在62甚至还要低,熟料强度还保持在了49以上。这么低的熟料氧化钙,人人看到都不顺眼,都会喊强度很低。为此开始提氧化钙,结果发现提到63%以上时熟料强度不升反降。原因是62%的氧化钙,游离钙是0.4以下,氧化钙提到63%以后熟料的游离钙增加至1.5以上,熟料氧化钙去掉增加的游离钙后,生成硅酸盐矿物的氧化钙反而更少了。这才是强度下降的关键因素。

游离钙越高硅酸三钙越低,硅酸二钙越高;硅酸三钙低表明熟料的28天强度低,硅酸二钙高表明熟料的三天强度低。事实上,很多厂家的游离钙高于1.5,有的游离钙控制在2.0,动辄就会超过3.0,试想游离钙的高实际上就是降低的硅酸盐矿物,如果是3.0%的游离钙实际上就是降低了至少1.5%硅酸盐矿物,并且降低的主要是硅酸三钙,降低的强度至少应该是大于1.5%,所以煅烧过程一定要注意游离钙不要高。

在熟料生产中,对于KH来说高饱和比≠高熟料强度。KH不是越高越好,当然也不是越低越好,而是适中为佳。

结束语

有不少的人会问同一个问题:“易烧性有那么重要吗?”回答是肯定的“是的”。一台窑的产量高低,一般取决于三个原因:一是工艺设计;二是操作管理;三就是配料。工艺设计没有改变的情况下,配料的关键性优于操作管理。很多时候的产质量下降都是易烧性改变导致的。但是往往由于质量管理或者是做样的准确性,不能很好地发现物料的变化,就会把责任推到操作上去。

没有易烧性的生料,煅烧就不会是高效的,就不会产生优质低耗高产稳产的熟料。当熟料的产量低,质量差,工艺设备解决不了的时候,那就是易烧性不好,需要做的就是研究熟料的易烧性,才能提高产品质量降低生产成本。

其实很多时候在工艺不变、原材料不变的时候,要想通过煅烧或者是改变配方来提高熟料强度是很难的,哪怕是提高2-3Mpa也很困难。除非管理很差,煅烧不正常,配料存在极大问题。

有些人极力推销KH,高N值,以此来提高熟料强度。但是别忘了,熟料煅烧是一个综合体,他既要考虑质量也要考虑产量、同时还要兼顾成本,否则企业生产下来的机会都没有何谈高质量。