低熱水泥熟料巖相觀察及配料煅燒分析

梁 旗

(昆明冶金高等專科學校建筑工程學院，云南 昆明 650033)

0 引 言

在云南江河并流區域構建大壩，大體積混凝土使用了低熱水泥。筆者從云南某水泥廠取來低熱水泥熟料，制成光片，對其礦物組成和分布狀況進行觀察，依據巖相結構對其質量進行鑒定，并分析低熱水泥熟料的配料和煅燒制度。

熟料外觀：黑色圓粒狀、細粒狀占一定比例，粒徑范圍3～34 mm，5 mm 以下約占20%，5～10 mm 占65%，致密塊狀構造。

1 巖相結構

A礦多角狀、短柱狀，多呈小堆狀集中，少量零星分布，A礦發育完整，尺寸22～79 μm，占比約34%；B礦圓粒、橢圓粒，成堆分布，尺寸20～59 μm，有大小不均齊現象，少量呈手指狀，占比約48%。A礦、B礦分布不均勻，黑色中間體點滴狀微晶，白色中間體不定形，填充在A礦B礦之間，中間體占比約17%，一次f-CaO極少，占比在0.5%以下，孔洞圓形、三角形，孔隙率低，占比約20%，其余礦物未見，如圖1、2所示。

圖1 A礦、B礦和中間相(200倍) 圖2 零星的A礦和大量的B礦(400倍)Fig.1 Ore A,Ore B and interphase(200 times) Fig.2 Sporadic A ore and a large number of B ore(400 times)

2 巖相分析鑒定

熟料原料石灰石、粘土、砂巖、銅渣，質量優良，堿、硫、氯、碳酸鎂等雜質質量分數低。根據巖相分析估算的配料率值中KH偏低，僅0.79;n值高，達2.8;p值低，約0.7。生料粉磨細度控制合格，篩余指標合適。生料均化效果不夠理想。回轉窯內煅燒溫度高，燒成帶較長，燒成反應時間充裕，燒成反應較完全。窯內過剩空氣系數合適，窯內氣氛主體是氧化氣氛。冷卻機工作正常，熟料冷卻制度是快冷。

結論：熟料強度42.5號，熟料安定性合格，凝結時間正常。

3 對配料率值和煅燒的討論分析

為了實現減小混凝土砌塊水化熱的目標，該配方大幅度降低了石灰飽和系數KH和鐵率p的數值，以減少C3S和C3A的礦物成分。為了提高強度，相應地提高了硅率n值，即采用兩低一高配料，KH值降低，為0.80左右，p值降低，為0.7左右。這種配方C3S和C3A的成分減少，降低了熟料水化熱，但也大幅損失了熟料早期強度，硅率n值提高，達到2.7，用以增加硅酸鹽礦物的占比，相應提高熟料強度，熟料中A礦、B礦、中間體的占比分別是34%、48%、17%。實際熟料強度等級42.5號。

下面討論窯系統在煅燒這種兩低一高配料時的參數調整，闡明其煅燒特點。先以率值為導向進行分析，從配料率值上看KH較低，分解石灰石的任務減輕，分解爐用煤量可以減小，即尾煤比率下調，分解爐出口的溫度值可以適當降低。另一方面由于生料n值高，液相量偏小，需提高回轉窯內的溫度，增加液相量才能保證燒成，即頭煤比率上調。從該廠熟料外觀看，頭煤比率雖然增加，熟料結粒仍然困難，尺寸細小的熟料仍占一定比率，這種情況只有減少喂料量、降低產量，才能維持正常煅燒。經核實，該廠實際喂料量與煅燒普通水泥熟料相比降低約15%，即從 200 t/h 下降到 170 t/h，窯速下降約20%，這也使得篦冷機熟料料層減薄，篦下風壓降低，但二次風溫仍維持在 1 200 ℃。

低熱水泥熟料中C3S和C3A的礦物成分減少，使得熟料早期強度降低。為了彌補強度損失，生產高活性的C2S可以提高其早期強度。研究表明，使C2S晶格中固溶更多的SO3、Fe2O3、Al2O3等固溶物能提高其早期強度，而固溶物的數量隨著煅燒溫度的增加而增加。針對這種情況，增加回轉窯內的用煤比率，使回轉窯內保持高溫煅燒，同時起到C2S活性得以增強的效果，并相應降低窯速以延長加熱時間，能增強這一效果。巖相觀測佐證，該廠生產的熟料A礦尺寸大，一次f-CaO占比極小，熟料孔隙率低，說明窯操不僅提高了頭煤比率，使燒成帶拉長，還相對減慢了窯速，延長了煅燒時間，產生一種略過燒的熟料。當然高溫煅燒會使C3A、C4AF活性下降，使一次f-CaO占比過低，削弱了這些礦物對早期強度的貢獻，但舍小取大，高溫煅燒效果更好，生產實踐證明了這一點。

至于低熱水泥的熱耗，由于KH較低，碳酸鹽分解所需熱耗降低，鐵率p低，液相黏度降低，對降低熱耗確有幫助；但n高，液相量少，回轉窯內為了提高液相量、達到燒成反應溫度并且為了生產高活性C2S，都需較高的溫度支持。經核實，該廠低熱水泥生料入窯分解率為90%～95%，分解用煤降幅很小，而回轉窯內煅燒用煤增加更多，實際熱耗比煅燒普通水泥熟料略高。

生產實踐還證明，生產高活性C2S的風險比煅燒其他熟料大，因為C2S屬于對窯內氣氛敏感的礦物，增加回轉窯內用煤時操作不當會造成還原氣氛，從而破壞C2S和中間相的成分，生成鈣鐵橄欖石(CFS)或鐵橄欖石(F2S)。該廠熟料中發現少量手指狀的B礦，嚴重影響低熱水泥的早期強度，在煅燒中尤其要加以注意。

4 結 語

通過該廠低熱水泥熟料巖相觀察和配方分析，說明低熱水泥熟料是兩低一高配料，KH和p值低，n值高。在窯系統操作中，應當減少喂料量，降低尾煤比率，增加頭煤比率，分解爐出口溫度降低，回轉窯內保持高溫煅燒，并減慢窯速、延長化學反應時間，嚴格防止還原氣氛產生，調整好篦冷卻機，保證二次風溫。煅燒低熱水泥熟料的熱耗比生產普通水泥略高。