燒失量

燒失量

各種物料樣品在加熱過程中，蒸發或揮發而失去重量，所失去的部分，稱為燒失量（LOI）。熟料在煅燒過程中，生料所含的水分在100～105℃時蒸發，有機物約在550℃時煅燒，碳酸鈣在800～1 000℃的溫度范圍內分解，生成的CO2氣體排至大氣，上述過程均會失去重量。此外，熟料、水泥儲存時受潮，干燥時水分蒸發，不僅會失去重量，還會影響質量。由此可見，燒失量在水泥生產全過程中均會出現。

1 生料

入窯生料的主要成分為石灰石、粘土或砂頁巖及鋁、鐵等化合物。

石灰石中主要成分為碳酸鈣（CaCO3），當加熱至800℃以上時，CaCO3分解產生CaO和CO2，當溫度增至1 000℃時，CaCO3全部分解，所產生的CO2數量與CaCO3純度有關，最高達到總量的44%。

粘土和頁巖中的吸附水和夾層水，當加熱到某一溫度時，水分因蒸發或揮發而消失。

近年來，有些工業廢棄物作為水泥生產原料，在煅燒過程中會出現負的燒失量（增加重量）。如Fe2O3在還原氣氛下加熱還原成FeO，最終生成Fe，此過程失去重量。而在氧化氣氛下，Fe氧化生成FeO和Fe2O3，從而增加重量。

2 入窯生料和熟料

預分解窯生產過程中，生料從頂部預熱器加入，經各級預熱器加熱，進入回轉窯。在此過程中，碳酸鈣受熱分解，生成的CO2隨煙氣排出，CaO進入窯內成熟料成分。在進入回轉窯前，熱料中的碳酸鈣分解率是控制生產的一個關鍵數值。分解率過低，未分解的碳酸鈣在窯內繼續加熱分解，一定程度上降低了回轉窯的功能，增加了熟料煅燒熱耗。而入窯物料分解率過高，易在進料部位產生結皮堵塞，影響通風和燃料燃燒。

為控制入窯物料分解率，通常在窯尾進料口部位對入窯熱料的燒失量進行測試，通過公式計算其分解率。主要公式為：

式中：

LOIkf——生料樣品燒失量

LOIhm——入窯熱料燒失量

另一種計算入窯物料分解率的公式為：

從圖1可知，入窯物料分解率與生料樣品燒失量和入窯熱料燒失量有一定的關系。通常，生料燒失量是穩定的，熱料燒失量是唯一的變數，而在正常煅燒的工況下，熱料燒失量也較穩定，因而分解率與熱料燒失量呈線性關系。熟料煅燒過程中，大量的樣品檢測表明，通常有3%的燒失量保留在熱料樣品內。按生料燒失量35%計算，對生料燒失量實際的影響為3/(100-35)×100%=4.6%。當分解率為零時，兩種計算方法得出的結果是相同的，當熱料完全分解，兩種計算結果也是相等的。然而當分解率為0%～100%的中間數值時式（2）計算的分解率稍高，因而式（2）計算的分解率是曲線。由上述兩種計算方式計算的結果差別似乎很小，但對入窯熱料的分解率仍有一定的影響，在生產過程中應結合現場實際情況予以應用。

在實際生產過程中，有些窯會產生大量的粉塵熟料，這些粉塵熟料經窯返回，沉積在窯進料口。此外，還有大量的粉塵熟料經三次風管進入分解爐，再次加熱后進入窯進料口，與入窯熱料混合在一起。由于粉塵熟料已完全分解，此種情況下所測得的燒失量低于熱料燒失量。計算所得的分解率較高，而實際入窯熱料分解率卻較低。未完全分解的熱料入窯后，需增加熱量進行分解，此時窯尾部位熱料因繼續加熱易產生結皮堵塞，影響窯氣通風而產生還原氣氛。此種工況易在燒成帶內生成粉塵熟料，從而加重循環。

燒成帶產生的大量粉塵熟料經三次風管和窯返回至窯進料口部位，會對在該部位所測得的燒失量和熱料分解率產生較大影響，通常在生產實踐中，按燒失量的實際測得數據來判斷熱料分解率，然后提出合適的操作控制方式。

圖1 兩種方法計算的分解率和燒失量的比較

3 熟料

當熟料儲存在熟料庫時，燒失量通常較低。若熟料露天敞開儲存，部分熟料礦物水化，熟料中的游離鈣易與大氣中的濕氣作用，生成氫氧化鈣，熟料中C3A礦物水化也易生成鈣鋁水化物。熟料中的硫化物與水反應生成硫的水化物。若熟料與雨水接觸，則熟料中的鈣硅礦物水化，形成鈣硅水化物，部分熟料中的水化物在水泥粉磨時會脫水揮發，產生燒失量。

露天長時期儲存的熟料又稱為“儲存熟料”，通過測試可得熟料中所含的水量，此類熟料在一定程度上會影響粉磨后的水泥質量。圖2為含水的“儲存熟料”粉磨成水泥后制成的試樣所測得的28d抗壓強度與含水量之間的關系。

4 水泥

水泥的燒失量視環境而定。首先是上述的含水熟料水化對強度的影響；其次是水泥在粉磨時，熟料和含水的石灰石、礦渣、粉煤灰等混合材以及含水的石膏一起粉磨；第三是水泥在粉磨時，需在熟料內加水或噴水以降低磨內物料溫度。上述情況均會使水泥含有一些水分而產生燒失量。

圖2 “儲存熟料”含水量與混凝土強度的關系

熟料粉磨時，可加入石膏，以延緩C3A凝結和阻止水泥快凝。石膏的分子式為CaSO4·2H2O、CaSO4·H2O，當加溫至某一溫度時，石膏脫水，但石膏內可能含有粘土礦物，這些礦物均含有水。此外，混合材中的石灰石、礦渣、粉煤灰等含水物在水泥粉磨時，所含的水分未必完全揮發，這些均會使水泥產生燒失量。

水泥在粉磨時，若物料溫度過高，石膏將會脫水，影響水泥的凝結時間及和易性等。為降低溫度，一般采用噴水冷卻，但水不易蒸發。理想的方式是將水霧化，與水泥礦物盡量少接觸。水霧吸收熱量蒸發，使磨內溫度下降，有利于水泥質量。

入磨水量過多，磨內部分水泥水化，此類水泥加熱會產生燒失量，對水泥28d強度的影響見圖2。

4 燒失量測試

熟料的燒失量單項測試可通過加熱來完成，方法也較簡單。若熟料預水化，出現新礦物則會給測試帶來困難。為解決此問題，一些學術研究、生產等單位使用差熱分析，通過連續增加樣品溫度，測試記錄樣品在某一溫度下的放熱和吸熱過程及樣品的重量變化，從而找出熟料、水泥、混合材內礦物的品種和數量，有利于控制水泥生產所需原料、混合材、熟料、水泥的性能，也有利于穩定產品質量。

陳友德編譯自

No.9/2016 International Cement Review