水泥生产工艺计算手册.docx
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水泥生产工艺计算手册
水泥生产工艺计算手册
水泥质量主要取决于水泥熟料质量。
优质熟料应具有合适的化学成分和矿物组成且岩相结构优良。
表1-1列出各氧化物和水泥熟料矿物组成的缩写符号,人们通过各氧化物成分计算其潜在的矿物组成、率值和其他质量系数。
表1-1水泥熟料化学成分、矿物组成缩写
名称
化学组成
缩写
名称
矿物
化学组成
缩写
氧化钙
CaO
C
硅酸三钙
阿利特(A矿)
3CaO.SiO2
C3S
二氧化硅
SiO2
S
硅酸二钙
贝利特(B矿)
2CaO.SiO2
C2S
三氧化二铝
Al2O3
A
铝酸三钙
中间相
3CaO.Al2O3
C3A
三氧化二铁
Fe2O3
F
铁铝酸四钙
铁相固溶体
4CaO.Al2O3.Fe2O3
C4AF
氧化镁
MgO
M
铁酸二钙
2CaO.Fe2O3
C2F
三氧化硫
SO3
S-
游离石灰
f-CaO
f.C
氧化钠
Na2O
N
游离二氧化硅
燧石、石英
f-SiO2
f.S
氧化钾
K2O
K
游离氧化镁
方镁石
f-MgO
f.M
碱合量
Na2O+K2O
R2O
氧化钛
TiO2
T
氧化锰
MnO
Mn
氟化钙
CaF2
五氧化二磷
P2O5
为提高技术管理水平,技术人员往往用数理统计方法,对生产和试验测试数据进行科学整理,找出个参数之间的内在规律,反过来再为生产服务。
数理统计方法在本章第六节介绍。
第一节熟料矿物组成
水泥熟料是一种有多矿物组成的结晶细小的人造岩石。
不同系列的水泥熟料其主要矿物组成不同。
见表1-2
表1-2不同水泥熟料系列主要矿物组成
水泥熟料系列
硅酸盐水泥
铝酸盐
铁铝酸盐
硫铝酸盐
氟铝酸盐
主要矿物组成
C3S、C2S
C3A、C4AF
CA、CA2
C4A3SO3、
C4A3SO3
C4A7、CaF2、
C4AF、C2S
C2S
C3S、C2S、C4AF
熟料的矿物组成可用岩相分析、X射线和红外光谱等分析法测定,也可根据各氧化物成分计算。
目前工矿企业广泛采用化学成分来计算熟料矿物组成。
一、由已知化学成分及率值计算矿物组成(表1-30)
表1-3硅酸盐水泥熟料矿物组成计算式
矿物组成(%)
P>0.64
P≤0.65
C3S
3.8S(3KH-2)或
=4.07(C-f.c)-7.6S-6.72A-1.43F-2.85SO3
3.8S(3KH-2)或=4.07C-7.6S-4.47A-2.86F-2.85SO3
C2S
8.61S(1-KH)或=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C或=2.87S-0.754C3S
8.61S(1-KH)
或=8.60S+3.38A+2.15F+2.15SO3-3.07C
C3A
2.65A-1.69F=2.65F(P-0.64)
C2F
1.70(F-1.57A)=1.70F(1-1.57P)
C4AF
3.04F
4.77A
CaSO4%
1.70SO3
1.70SO3
二、特种水泥熟料的矿物组成
传统的硅酸盐水泥在建筑工程中占主要地位,为满足特殊工程需要,发展特种水泥,其矿物组成也有所不同,下面着重介绍一下几种:
1、高铝水泥
高铝水泥熟料以铝酸盐为主,主要矿物为铝酸一钙、二铝酸一钙、钙铝黄长石C2AS、钙钛石CT和镁尖晶石等。
其矿物组成计算见表1-5
表1-5高铝水泥熟料矿物组成计算表
矿物组成(%)
算式
说明
CA
1.55(2Am-1)(A-1.70S-2.53M)
铝酸盐碱度系数Am
Am=
C-1.87S-0.70(F+T)
0.55(A-1.70S-2.53M)
CA2
2.55(1-Am)(A-1.70S-2.53M)
C2AS
4.57S
CT
1.70T
C2F
1.70F
MA
3.53M
2、硫铝酸盐快硬水泥熟料
硫铝酸盐快硬水泥熟料,以无水硫铝酸钙C4A3SO3和β型C2S为主要矿物,还有少量的钙钛矿和铁相等。
其矿物组成计算公式见表1-6
表1-6硫铝酸盐快硬水泥熟料组成计算式
矿物组成%
算式
C4A3SO3
1.99A
C2S
2.87S
C2F
1.70F
CT
1.70T
3、氟铝酸钙型水泥熟料
氟铝酸钙型快硬水泥熟料,以氟酸钙C11A7.CaF2为主要矿物,还有少量的硅酸钙和铁相等。
有两种类型,矿物组成计算式见表1-7:
表1-7氟铝酸钙型水泥熟料的矿物组成计算是
矿物组成%
C3S-C2S-C11A7.CaF2-C4AF型
C2S-C11A7.CaF2-C2F型
C4AF
3.04F
C11A7.CaF2
1.97(A-0.64F)a
1.97(A-2.53F)a
C3S
4.07C-3.47F-3.52A-7.60S-2.85SO3+3.68N+2.42K
C2S
2.87(S-0.261C3S)
2.87S
C2F
1.70F
MA
3.53M
CT
1.70T
CaF2理论需要量
0.11(A-0.64F)+0.83K+1.26N
0.11(A-2.53F)+0.83K+1.26N
4、膨胀水泥熟料
膨胀水泥熟料主要含C4A3SO3(3CaO.3Al2O3.CaSO4),另外还含有C3S、C2S、C4AF及无水石膏等。
其矿物组成计算式见表1-8。
表1-8膨胀水泥熟料矿物组成计算式
矿物组成%
算式
C3S
4.070C-7.600S-2.239A-4.287F-2.851SO3
C2S
8.600S+1.689A+3.235F+2.150SO3-3.070C
C3A3SO3
1.995A-1.273F
CSO3
1.700SO3+0.284F-0.445A
C4AF
3.043F
5、道路水泥熟料
道路水泥熟料以硅酸盐矿物为主,严格控制铝酸盐相和铁相含量适当提高C3S含量,求得较好的耐磨性和较好的干缩性。
《水泥》1997第五期介绍,在道路水泥中铁相不是C4AF,而是C4AF-C6A2F固溶体。
其矿物组成计算式见表1-9
表1-9道路水泥熟料中铁相和铝酸盐矿物组成计算式
矿物组成%
算式
说明
C5A1.5F
3.72F
C3A、C4AF计算按GB13643-92
C3A(≤5)
2.65(A-0.64F)
C4AF(≤16)
3.04F
C3S
3.8S(3KH-2)或=4.07(C-f.c)-7.6S-6.72A-1.43F-2.85SO3
3.8S(3KH-2)或=4.07C-7.6S-4.47A-2.86F-2.85SO3
C2S
8.61S(1-KH)或=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C或=2.87S-0.754C3S
8.61S(1-KH)
或=8.60S+3.38A+2.15F+2.15SO3-3.07C
6、油井水泥熟料
油井水泥主要用来胶结油井、气井能够的井壁和套管。
随着井深的增大,井底温度和压力相应升高。
水泥厂生产不同级别和类型的油井水泥时,选择合适的熟料矿物组成,以适应不同井深要求。
其矿物组成计算式见表1-10。
表1-10油井水泥熟料矿物组成计算式
矿物组成%
P>0.64
P≤0.64
C3S
4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.85SO3
4.07C-7.60S-4.48A-2.86F-2.85SO3
C2S
8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C
8.60S+3.83A+2.15F+2.15SO3-3.07C
C3A
2.65A-1.69F
C3A=0
C4AF
3.04F
C4AF+C2F=2.10A+1.7F
7、中热水泥、低热矿渣水泥熟料
中热水泥、低热矿渣水泥适用于要求水化热较低的大坝和答题及混凝土工程所用的水泥。
抗硫酸盐硅酸盐水泥适用于一般受硫酸盐寝室的海港、水利、地下、隧涵、引水、道路和桥梁基础等工程。
其孰料矿物组成见表1-11公式计算:
表1-11中低热水泥、抗硫酸盐水泥熟料矿物组成计算式
矿物组成%
中热水泥、低热矿渣水泥
抗硫酸盐水泥
C3S
4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.85SO3
4.07(C-f.C)-(7.6S+6.7A+1.42F)
C3A
2.65(A-0.64F)
2.65(A-0.64F)
C4AF
3.04F
资料来源
GB200-89
GB748-83
水化热kj/kg
新世纪水泥导报99.5
三天Q3d=243C3S+50C2S+888C3A+289C4AF
七天Q7d=222C3S+42C2S+1139C3A+494C4AF
第二节熟料率值
孰料率值是熟料中各种氧化物含量的相互比例,也是质量控制和配料计算的主要指标。
我国用饱和比KH、硅酸率n(SM)和铝氧率P(AM)表示率值,国际上常用率值还有石灰饱和率LSF等。
对其他系列水泥熟料,如铝酸盐水泥熟料的碱度系数Am、高铝水泥熟料的铝硅比As、硫铝酸盐系列熟料的碱度系数Cm和铝硫比Pso3等等。
各率值合理选择范围间第二章表2-4、表2-5。
一、石灰饱和系数
石灰饱和系数KH简称饱和比。
它表示熟料中SiO2被CaO饱和形成C3S的程度。
生产中用KH和KHˉ分别表示不扣和扣除游离石灰石时熟料饱和比。
生料饱和比按表1-12中不扣f.C的算式计算。
表1-12计算KH
有已知化学成分计算
P>0.64
不扣f-CaO
C-(1.65A+0.35F+0.7SO3)KH=
2.80S
扣f-CaO
(C-f.C)-1.65A+0.35F+0.7SO3)
KHˉ=
2.80(S-f.S)
P≤0.64
C-(1.10A+0.70F+0.7SO3)
KH=
2.80S
(C-f.C)-(1.10A+0.35F+0.7SO3)
KHˉ=
2.80(S-f.S)
掺复合矿化剂用矿物组成换算
(C-f.C)-(0.55A+1.05F+0.7SO3+2.87CaF2)C3S+0.8838C2S
KHˉ=KH=
2.80SC3S+1.3256C2S
二、硅酸率
硅酸率n(SM)表示水泥熟料中SiO2与Al2O3、Fe2O3之和的比值,还表示水泥熟料中硅酸盐矿物和熔剂矿物之间的比例。
表1-13计算n(SM)
用化学成分计
用矿物组成计
S
n=
A+F
P>0.64
C3S+1.3256C2S
n=
1.4341C3A+2.0464C4AF
P≤0.64
C3S+C2S
n=
C3A+C4AF+C2F
三、铝氧率
铝氧率P(AM)表示水泥熟料中Al2O3和Fe2O3含量比值,也表示C3A和C4AF矿物含量比例。
计算铝氧率见表1-14。
表1-14计算P(AM)
用化学成分计
用矿物组成计
A
P=
F
P>0.64
1.1501C3A
P=+0.6383
C4AF
四、石灰饱和率
石灰饱和率LSF为熟料中石灰实际含量与全部酸性组分需要结合的CaO含量之比。
英国标准中LSF指成品水泥。
计算石灰饱和率见表1-15
表1-15石灰饱和率LSF
水泥
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