第二节 熟料的率值

第二节熟料的率值

一 ? 水硬率 (Hydraulic Modulus

水硬率是 1868 年德国人米夏埃利斯 (W. Michaelis) 提出的作为控制熟料适宜石灰含量的一个系数。它是熟料中氧化钙与酸性氧化物之和的质量百分数的比值，常用 HM 表示，其计算式为：

CaO HM= ――――――――――（ 1-3-1 ） Si02 ＋ A120, -I-Fe203 其中 CaO, Si02 , A1203, Fe2O3 分别代表熟料中各氧化物的质量百分数。水硬率通常在 1.8-2.4 之间。水硬率假定各酸性氧化物所结合的氧化钙是相同的，实际上并非如此。当各酸性氧化物的总和不变而它们之间的比例发生变化时，所需的氧化钙并不相同。因此只控制同样的水硬率，并不能保证熟料有相同的矿物组成。只有同时也控制各酸性氧化物之间的比例，才能保证熟料矿物组成的稳定。因此后来库尔 (H. HAD 提出了控制熟料酸性氧化物之间的关系的率值：硅率和铝率。

二? 硅率或硅酸率（ Silica Modulus ）

硅率又称硅酸率，它表示熟料中 Si02 的百分含量与 AIA 和 Fe20, 百分含量之比，用 SM

表示：（ 1-3-2 ）

通常硅酸盐水泥的硅率在 1.7-2.7 之间。但白色硅酸盐水泥的硅率可达 4.

0 甚至更高。

硅率除了表示熟料的 Si02 与 A1203 和 Fe2O3 的质量百分比外，还表示了熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系，相应地反映了熟料的质量和易烧性。当 A120,/Fe2O3 大于 0.64 时，硅率与矿物组成的关系为：

（ 1-3-3 ）

式中 C3S,C2S,C 3A ,C,AF 分别代表熟料中各矿物的质量百分数。从 1-3-3 式可见，硅率随硅酸盐矿物与熔剂矿物之比而增减。若熟料硅率过高，则由于高温液相量显著减少，熟料缎烧困难，硅酸三钙不易形成，如果氧化钙含量低，那么硅酸二钙含量过多而熟料易粉化。硅率过低，则熟料因硅酸盐矿物少而强度低，且由于液相量过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。

三 ? 铝率或铁率（ Iron Modulus ）

铝率又称铁率，以 IM 表示。其计算式为：

（ 1-3-4 ）

铝率通常在 0. 9^-1. 7 之间。抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝率可低至 0.

7 。

铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量百分比，也表示熟料中铝酸三钙与铁

铝酸四钙的比例关系，因而也关系到熟料的凝结快慢。同时还关系到熟料液相粘度，从而影响熟料的锻烧的难易，熟料铝率与矿物组成的关系如下：

（ 1-3-5 ）

从 1-3-5 式可见，铝率高，熟料中铝酸三钙多，液相粘度大，物料难烧，水泥凝结快。但铝率过低，虽然液相粘度小，液相中质点易扩散对硅酸三钙形成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。

有些国家，如日本采用 HM, SM 和 IM 三个率值来控制熟料成分，结果还比较满意。我国从日本引进的冀东水泥厂也用此三个率值来控制生产。但不少学者认为水硬率的意义不明确，因此，又提出了不同的与石灰最大含量有关的计算公式，常见的有 KH 和 LSF 。

四、石灰饱和系数 KH

古特曼与杰耳认为，酸性氧化物形成的碱性最高的矿物为

C35,C,S,C,A,C,AF ，从而提出了他们的石灰理论极限含量。为便于计算，将 C,AF 改写成“ C 3 A " 和“ CF" ，令 "CA" 与 C 3 A 相加，那么每 1 ％酸性氧化物所斋石灰含量分别为：

1 ％ A1

2 0

3 所需：CaO= 3 × 56.08/101.96=1.65

1 %Fez03 所需 CaO=56.08/159.7=0.35

1 ％ Sioz 形成 C 3 S 所需CaO= 3 × 56.08/60.09=2.8

由每 1 ％酸性氧化物所需石灰量乘以相应的酸性氧化物含量，就可得石灰理论极限含量计算式：

CaO ＝ 2. 8SiOz ＋ 1. 651103-f-0. 35Fez03 ( 1-3-6 )

金德和容克认为，在实际生产中，氧化铝和氧化铁始终为氧化钙所饱和，而Si0 ：可能不完全饱和成 C35 而存在一部分 C's, 否则熟料就会出现游离氧化钙。因此就在 Sioz 之前加一石灰饱和系数 KH 。故

Ca0=KH X 2. 8SiOz ＋ 1. 65A 1203-1-0. 35Fez03 ( 1-3-7 )将 1-3-7 改写成

（ 1-3-8 ）

因此，石灰饱和系数 KH 是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙 (C3S-I-CzS) 所需的氧化钙含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。

式 1-3-8 适用于 IM>0. 64 的熟料。若 IM<0. 64 ，则熟料组成为

C3S,CZS,C,AF 和 CZF e同理将 C,AF 改写成 }C 2 A ?" }C 2F " ，令 uk, 2F " 与 CZF 相加，根据矿物组成 C3S,C2S,C 2F 和 C 2 F ＋“ C 2 A ”可得：

（ 1-3-9 ）

考虑到熟料中还有游离 Ca0 、游离 Si0 ：和石膏，故式 1-3-8 ， 1-3-9 将写成：

（A/F ≥ 0.6 ）（ 1-3-10 ）

（ A/F ＜ 0.64 ）（ 1-3-11 ）硅酸盐水泥熟料 KH 值在 0. 82-0. 94 之间，我国湿法回转窑 KH 值一般控制在 0. 89 士0. 0l 左右。

石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下面数学式表示：

（ 1-3-12 ）

从上可见，当 C3 S = 0 时 KH= 0. 667, 即当 KH = 0. 667 时，熟料中只有 AC201%-3 和C,AF 而无 30 . 当 C20=V 时 ,KH=1 ，即当 KH=1 时，熟料中无 C20 而只有 C301% -13A 和C,AF, 故实际上 KH 值介于 o. ss7}-1. o 之间。

KH 实际上表示了熟料中 C3S 与 Cps 百分含量的比例。 KH 越大，则硅酸盐矿物中的 C3S 的比例越高，熟料质量（主要为强度）越好，故提高 KH 有利于提高水泥质量。但 KH 过高，熟料锻烧困难，保温时间长，否则会出现游离CaO ，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化。

我国目前采用的是石灰饱和系数 KH, 硅率 SM 和铝率 IM 三个率值。‘为使熟料既顺利烧成，又保证质量，保持矿物组成稳定，应根据各厂的原料、燃料和设备等。具体条件来选择三个率值，使之互相配合适当，不能单独强调其某一率值。一般说来，不能三个率值都同时高，或同时都低。

一? 石灰饱和系数法

为了计算方便，先列出有关相对分之质量的比值。

C 3 S=3.80 （ 3KH － 2 ） SiO 2

C 2 S=8.60(1-KH) SiO 2

C 3 A =2.65(Al 2 O 3 -0.64Fe 2 O 3 )

C 4 AF=3.04Fe 2 O 3

CaSO, ＝ 1 ． 7S03

二? 鲍格 (R. H. Bogue) 法

鲍格法也称代数法。根据四种主要矿物以及 CasO ；的化学组成可计算出各氧化物的百分含量，见表 1-3-1 ．

表 1-3-1 主要矿物中各主要级化物的百分含量 ( ％）

氧化物

矿物

C 2 S

C 2 S

C 3 A

C 4 AF

CaSO 4

CaO

73.69