技术 | 水泥熟料煅烧的液相量、液相黏度和烧结范围

水泥熟料的主要矿物硅酸三钙是通过液相烧结进行的。在高温液相作用下，硅酸二钙和游离氧化钙都逐步溶解于液相中，以离子的形式发生反应，形成硅酸三钙，水泥熟料逐渐烧结，物料由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的熟料。

在硅酸盐水泥熟料中，由于含有氧化镁、氧化钠、氧化钾、硫酐、氧化钛等易熔物，其最低共熔温度约为1250℃。随着温度的升高和时间的延长，液相量会增加，液相黏度会减小，使参与反应的离子更易扩散和结合，也就是说液相在熟料的形成过程中起着非常重要的作用，而且受到水泥熟料化学成分和烧成温度的影响。

既然液相量与化学成分有关，那么在配料上将如何控制呢？根据以往的经验，选定义为1450℃下（比较接近于生产实际）的液相量，液相量按下式计算：

L=3.0A+2.25F+M+R

式中，L、A、F、M、R分别表示水泥熟料的液相量、氧化铝、氧化铁、氧化镁、氧化钠和氧化钾的合量。

水泥熟料的烧成在现阶段的工艺条件下（预分解窑），液相量一般控制在20%-30%的范围内。这个范围是对所有水泥厂而言的，就某个厂来讲显然是太宽了，各厂应根据自己的实际情况摸索出适合自己厂情的最佳控制范围。

液相量不仅和组分的性质有关，也与组分的含量、熟料烧结温度有关。一般铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）在1300℃左右时，都能熔成液相，所以称C3A与C4AF为熔剂性矿物，而C3A与C4AF的增加必须是Al2O3和Fe2O3的增加，所以熟料中Al2O3和Fe2O3的增加使液相量增加。

熟料中MgO、R2O等成分也能增加液相量，但MgO和R2O在含量较多时为有害成分，只有通过增加Al2O3和Fe2O3的含量增加液相量，才有利于C3S的生成。但液相量也不是越多越好，过多的液相量易导致结大块、结圈。

液相黏度对硅酸三钙的形成影响较大。黏度小，液相中质点的扩散速度增加，有利于硅酸三钙的形成。液相黏度与液相组成有关，R2O含量的增加，液相黏度会增加，但MgO、K2SO4、Na2SO4、SO3含量增加，液相黏度会有所下降。

虽然C3A和C4AF都溶剂矿物，但它们生成液相的黏度是不同的，C3A形成的液相黏度大，C4AF形成的液相黏度小。因此当熟料中C3A或Al2O3含量增加，C4AF或Fe2O3含量减少时，即熟料的铝率增加时，生成的液相黏度增加，反之则液相黏度减小。即液相黏度随铝率增加而增加，几乎是成直线的增加。

从烧成的角度看，铝率高对烧成不利，使C3S不易生成；但从水泥熟料性能角度看，C3A含量高的熟料强度发挥快，早期强度高，而且C3A的存在对C3S强度的发挥也有利，同时有适当含量的C3A，使水泥熟料的凝结时间也能正常。所以铝率要适当，一般波动在0.9-1.4之间。

提高温度，离子动能增加，减弱了相互间的作用力，因而降低了液相的黏度，有利于硅酸三钙的形成，但煅烧温度过高，物料易在窑内结大块、结圈等，同时会引起热耗增加，并影响窑的安全运转。

既然液相黏度对硅酸三钙的形成影响很大，那么又该如何控制液相黏度对熟料烧成的影响呢？

我们知道，影响液相黏度的因素有温度和化学成分，我们同样先把温度定义为1450℃（比较接近于生产实际），液相黏度就只与化学成分有关了。

再通过一定条件下的实验，测得每种组分在该温度下的液相黏度与其含量的关系，然后把他们加起来，就可以得到该熟料的一个有关“液相黏度”的值了，这个值与配料有关，可以人为控制。

值得说明的是，这个加起来所得的液相黏度值，并非熟料真正的液相黏度，因此需加一“准”字区别。但对于大工业生产来讲，重在控制其变化趋势，控制其稳定性远比控制其绝对值来得重要，因此有这么个加起来所得的“准液相黏度”概念，也能在一定程度上指导生产。

根据在一定条件下的有关实验，建立起来的有关因素与液相黏度的一些关系如下。虽然这些关系是有条件的，但我们可以先甩开条件，仅看看某因素对液相黏度的影响方向和影响力度，也已经是很有意义了。

液相黏度与铝率（Al2O3/Fe2O3）的关系：

n1=0.77P+0.92

液相黏度与碱（K2O和Na2O）的关系：n2=0.35R+1.65

液相黏度与三氧化硫（SO3）的关系：n3=1.65-0.38S

液相黏度与硫酸碱（K2SO4和Na2SO4）的关系：n4=1.75-0.25Q

液相黏度与氧化镁（MgO）的关系：n5=1.42-0.06M（MgO=1%-3%）或n5=1.30(MgO＞3%)

该水泥熟料的“准液相黏度”：n=n1+n2+n3+n4+n5。

在前面提到，液相量与烧成温度有关，温度越高液相量越多。

就大工业生产来讲，在熟料烧成中并非液相量越多越好，而是要照顾到各方面的因素，有一个比较适中的范围。

在工业生产中，由于影响烧成的因素很多，因此烧成温度的波动是不可避免的，这就要造成烧成液相量的波动。反过来讲，液相量的波动必须受到一定的控制，那么允许波动的温度也就受到了制约，这个制约的温度范围就是烧成范围，与原料的成分有关。

所谓烧成范围，指生料加热到出现烧结所必需的最少液相量时的温度（开始烧结的温度），与开始出现大块（超过正常液相量）时温度的差值。

生料中的液相量随温度升高而缓慢增加，其烧结范围就较宽；如果生料中的液相量随温度升高而增加很快，其烧结范围就窄。我们希望烧成范围越宽越好，这样窑的抗干扰能力强，热工制度稳定，当窑内温度波动时，不易发生跑黄料或结大块等现象。

一般硅酸盐水泥熟料的烧结范围在150℃左右。

在其他条件允许情况下，降低铁的含量，增加铝的含量，烧成范围变宽。

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