水泥熟料若干參數(shù)的方程式推導(dǎo)

黃寧康

（廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校， 廣西 南寧 530031）

水泥生產(chǎn)中的熟料煅燒是整個(gè)生產(chǎn)工藝過程中最重要的環(huán)節(jié)，其中用于生產(chǎn)控制的計(jì)算參數(shù)很重要。在以往的有關(guān)文獻(xiàn)資料中，對這些參數(shù)的推導(dǎo)桀驁難懂，要讓人透徹地理解，實(shí)在是勉為其難。為此，筆者根據(jù)人們普遍都掌握的求解化學(xué)方程式的方法，推導(dǎo)出各個(gè)參數(shù)，使讀者看得懂、記得住。

1 石灰飽和系數(shù)（KH）的推導(dǎo)

1.1 石灰極限含量

按古特門與杰耳的觀點(diǎn)，水泥熟料中酸性氧化物（即Fe2O3、Al2O3、SiO2）形成堿性最高的礦物為鐵鋁酸四鈣（C4AF）、鋁酸三鈣（C3A）、硅酸三鈣（C3S）。為方便計(jì)算，我們將C4AF 表示為“CF”和“C3A”，熟料中石灰（即氧化鈣CaO）極限含量可據(jù)此計(jì)算。

首先計(jì)算生成C3S 所需氧化鈣（CaO）。如熟料中二氧化硅含量已知，以SiO2（%）表示，設(shè)需要的氧化鈣為x，列化學(xué)方程式：

然后計(jì)算生成C3A、“CF”礦物所需氧化鈣。如熟料中三氧化二鋁、三氧化二鐵含量已知，分別以Al2O3（%）、Fe2O3（%）表示，設(shè)需要的氧化鈣為y、z，分別列化學(xué)方程式：

所以熟料中石灰極限含量為：CaO＝2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3。

1.2 石灰飽和系數(shù)KH 的導(dǎo)出

前蘇聯(lián)學(xué)者金得和龍克由上式即石灰極限含量提出KH（石灰飽和系數(shù)）這個(gè)率值。他們認(rèn)為水泥熟料各礦物形成的過程中，CaO 始終飽和Fe2O3和Al2O3，即反應(yīng)完全，但SiO2就不同，為避免出現(xiàn)?_cao，熟料中應(yīng)該有C2S 存在，也就是說，水泥熟料中應(yīng)該有四個(gè)礦物成分。因此SiO2應(yīng)該稍為過量，使之呈“吃不飽”狀態(tài)，所以在上式中的2.8SiO2前應(yīng)有一個(gè)小于1 的系數(shù)，以KH 表示，即CaO＝KH·2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3，所以

2 熟料礦物組成計(jì)算式的推導(dǎo)

2.1 堿度N 的引入

1 摩爾SiO2所能結(jié)合的CaO 的摩爾數(shù)叫堿度。水泥工業(yè)熟料的主要礦物為C3S、C2S、C3A、C4AF，生成這些礦物成分所需氧化鈣為CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3，相應(yīng)的摩爾數(shù)表示為Mc＝（CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3）／56.08，相應(yīng)的二氧化硅的含量以SiO2表示，其摩爾數(shù)為Ms＝SiO2／60.09，所以熟料的堿度為

2.2 熟料中分別用于生成C3S、C2S 的SiO2 的百分比

用來形成C3S、C2S 的堿度（設(shè)為N1、N2），對應(yīng)的生成C3S、C2S 所需CaO的摩爾數(shù)分別為C1、C2，列化學(xué)方程式：

3CaO + SiO2＝ 3CaO·SiO2

3 1

C1N1

3∶1=C1∶N1

C1=3N1

2CaO + SiO2＝ 2CaO·SiO2

2 1

C2N2

2∶1=C2∶N2

C2=2N2

解方程，得 N1＝3KH-2，

N2＝3（1-KH）。

說明：N1、N2其實(shí)就是熟料中分別用于生成C3S、C2S 的SiO2的百分比。

2.3 熟料中C3S、C2S 含量計(jì)算

以SiO2（%）表示已知的熟料中二氧化硅含量，按照上述說明，則其中（3KH-2）SiO2用于生成硅酸三鈣，3（1-KH）SiO2用于生成硅酸二鈣，生成的量分別以C3S、C2S 表示，列化學(xué)方程式：

3CaO + SiO2＝ 3CaO·SiO2

60.09 228.33

（3KH-2）SiO2C3S

60.09 ∶228.33＝（3KH-2）SiO2∶C3S

2CaO + SiO2＝ 2CaO·SiO2

60.09 172.25

3（1-KH）SiO2C2S

60.09 ∶172.25＝3（1-KH）SiO2∶C2S

解得C3S＝3.8（3KH-2）SiO2

C2S＝8.61（1-KH）SiO2

2.4 C3A、C4AF 含量計(jì)算

當(dāng)熟料中三氧化二鋁、三氧化二鐵含量已知，分別以Al2O3（%）、Fe2O3（%）表示，同理可用解化學(xué)方程式的方法分別得出熟料中C3A、C4AF 含量的計(jì)算式：

C3A＝3.04 Al2O3

C4AF＝2.65（Al2O3-0.64 Fe2O3）

3 熟料燒成中高溫液相量的計(jì)算

在熟料中三氧化二鋁、三氧化二鐵含量已知的情況下，也都可由化學(xué)方程式解出當(dāng)IM＞1.38 及IM＜1.38 時(shí)的高溫液相量，在此不再贅述。