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探讨水泥熟料游离氧化钙的生成与控制

前言●●

对于水泥熟料最快也最直观的判断，毫无疑问就是通过控制做出的熟料游离氧化钙。在煅烧没改变的情况下，游离氧化钙偏高就证明熟料的KH偏高；游离钙偏低，说明KH低了。如果发现回转窑主机电流降低了，很可能就是入窑KH变高，出窑熟料的游离钙有可能变高，否则反之。毫无疑问熟料的游离氧化钙是每个厂关注的重要质量指标，也是严格控制的质量指标。但是对于游离氧化钙的控制各企业的认识度参差不齐，有的企业游离钙控制在1.8%/平均以上，有的企业控制在1.0以下，那么游离钙我们应该控制多少？如何控制呢？这是我们想探讨的主要问题。

1何为游离氧化钙

游离氧化钙是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态存在的氧化钙，又称游离石灰（f-CaO）。也就是说理论上在熟料饱和比不大于1的情况下，熟料中的氧化钙减去与AL2O3和Fe2O3生成C3A和C4AF矿物需要的氧化钙后，剩余的应该全部与SiO2生成C3S或者是C2S。没有与SiO2共同生成矿物的CaO，就称为f-CaO。f-CaO对水泥的安定性有致命的危害，为确保水泥质量或者说是混凝土质量，应当对熟料中的f-CaO进行控制确保水泥质量合格。

2熟料游离氧化钙的形成

有多种因素影响到游离钙的形成，为了更好地弄清楚游离钙的形成，我们首先说明一下熟料的形成过程。

熟料在煅烧的过程中需要经过六个过程，其中包含了物理变化和化学变化。分别为：

1.自由水蒸发；

2.黏土质原料脱水和分解；

3.碳酸盐的分解；

4.固相反应；

5.熟料烧成；

6.熟料的冷却。

游离钙的产生与形成主要发生在第五个过程，受第六个过程的影响也会增加但是影响不大，特别是悬浮预热窑外分解窑的篦冷机对游离钙的影响更小。其他的1-3过程不受影响。

（一）、熟料形成过程——固相反应

黏土和石灰石等原燃材料，经过脱水、碳酸盐分解以后分别形成了CaO、MgO、SiO2、Al2O3等氧化物，这时物料中CaO性质活泼，它首先与生料中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝等氧化物进行固相反应，其反应速度随温度升高而加快。要知道水泥熟料中各种矿物并不是经过一级固相反应就形成的，而是经过多级固相反应的结果，反应过程比较复杂，其形成过程大致如下：

也就是说在800-1100°C时生成了C2S；在1300°C前，经固相反应生成了C3A和C4AF，此时唯独没有C3S的生成。这个反应过程就是固相反应过程。在这里可以发现生成硅酸二钙和硅酸三钙的热量消耗差距之大。

（二）熟料烧成

在固相反应阶段生成了C3A和C4AF，当物料温度升高至1300°C时，C3A和C4AF以及微量元素或有害成分（熔剂矿物）在高温下就会出现液相。此时的C2S和与剩余的氧化钙（与C3A和C4AF化合后的氧化钙）大部分仍然以固相形式存在于物料中。当物料温度继续升高，液相也越来越多，C2S和CaO就会被高温熔融的液相所溶解。溶解于液相的C2S和CaO容易起反应，这时的C2S吸收一个CaO就形成C3S，熟料就烧成。分子式2CaO·SiO2+CaO→3CaO·SiO2（C3S）

事实上受多种因素的影响，C2S不可能把CaO全部吸收，没有被C2S吸收的CaO包裹于熟料中冷却后排出窑外，这就是我们所说的游离氧化钙（f-CaO），也是f-CaO的形成过程。

（三）影响游离氧化钙生成因素

影响游离钙产生的原因很多。如原燃材料中结晶硅多能提高游离氧化钙的含量、有害成分能够降低游离氧化钙的含量，以及生料细度的影响，生料成分均匀性影响、生料配料的影响、烧成温度的影响，熟料冷却的影响等等，理论上这些因素都会或多或少地影响到熟料游离钙的高低。但是真正影响游离钙高低的因素，最关键的是烧成温度；其二是生料的易烧性；其三是生料的均匀性，其中包括三率值的均匀性、喂料量的均匀性。其他条件影响的并不是很大。

???1.烧成温度对熟料游离氧化钙的影响。

熟料的烧成温度是影响熟料游离氧化钙高低的关键因素之一。影响熟料游离钙的因素很多，但是其他的任何一个因素的影响，都不会是致命的。唯独熟料煅烧的烧成温度，达不到1300°C以上硅酸二钙就不能吸收一个氧化钙生成硅酸三钙，没有硅酸三钙的形成就不是熟料（是白灰），也就不是熟料。温度控制不好，就烧不出优质合格的生料，这就是真理。作为一个操作员或者是管理者，一定要明白：决定烧成温度的是窑电流而非用煤量，有时候多加煤窑电流也上不来就是这个道理。始终保持合理的窑电流是烧出优质低耗熟料的关键。所以说烧成温度很关键，很关键。在操作中的温度控制有很多人会出现误区，认为用煤量大烧成温度就会高，这是错误的。KH高的熟料煤耗肯定高，但是烧成温度不一定高，决定烧成温度的是窑电流而非所用煤量。正常窑况（如结圈、三率值变化等其他因素是