水泥熟料若干參數的方程式推導

黃寧康

（廣西理工職業技術學校， 廣西 南寧 530031）

水泥生產中的熟料煅燒是整個生產工藝過程中最重要的環節，其中用于生產控制的計算參數很重要。在以往的有關文獻資料中，對這些參數的推導桀驁難懂，要讓人透徹地理解，實在是勉為其難。為此，筆者根據人們普遍都掌握的求解化學方程式的方法，推導出各個參數，使讀者看得懂、記得住。

1 石灰飽和系數（KH）的推導

1.1 石灰極限含量

按古特門與杰耳的觀點，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）極限含量可據此計算。

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

然后計算生成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，設需要的氧化鈣為y、z，分別列化學方程式：

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KH 的導出

前蘇聯學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）這個率值。他們認為水泥熟料各礦物形成的過程中，CaO 始終飽和Fe2O3和Al2O3，即反應完全，但SiO2就不同，為避免出現?_cao，熟料中應該有C2S 存在，也就是說，水泥熟料中應該有四個礦物成分。因此SiO2應該稍為過量，使之呈“吃不飽”狀態，所以在上式中的2.8SiO2前應有一個小于1 的系數，以KH 表示，即CaO＝KH·2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3，所以

2 熟料礦物組成計算式的推導

2.1 堿度N 的引入

1 摩爾SiO2所能結合的CaO 的摩爾數叫堿度。水泥工業熟料的主要礦物為C3S、C2S、C3A、C4AF，生成這些礦物成分所需氧化鈣為CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3，相應的摩爾數表示為Mc＝（CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3）／56.08，相應的二氧化硅的含量以SiO2表示，其摩爾數為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（設為N1、N2），對應的生成C3S、C2S 所需CaO的摩爾數分別為C1、C2，列化學方程式：

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 含量計算

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

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，也都可由化學方程式解出當IM＞1.38 及IM＜1.38 時的高溫液相量，在此不再贅述。