水泥熟料若干参数的方程式推导

黄宁康

（广西理工职业技术学校， 广西 南宁 530031）

水泥生产中的熟料煅烧是整个生产工艺过程中最重要的环节，其中用于生产控制的计算参数很重要。在以往的有关文献资料中，对这些参数的推导桀骜难懂，要让人透彻地理解，实在是勉为其难。为此，笔者根据人们普遍都掌握的求解化学方程式的方法，推导出各个参数，使读者看得懂、记得住。

1 石灰饱和系数（KH）的推导

1.1 石灰极限含量

按古特门与杰耳的观点，水泥熟料中酸性氧化物（即Fe2O3、Al2O3、SiO2）形成碱性最高的矿物为铁铝酸四钙（C4AF）、铝酸三钙（C3A）、硅酸三钙（C3S）。为方便计算，我们将C4AF 表示为“CF”和“C3A”，熟料中石灰（即氧化钙CaO）极限含量可据此计算。

首先计算生成C3S 所需氧化钙（CaO）。如熟料中二氧化硅含量已知，以SiO2（%）表示，设需要的氧化钙为x，列化学方程式：

然后计算生成C3A、“CF”矿物所需氧化钙。如熟料中三氧化二铝、三氧化二铁含量已知，分别以Al2O3（%）、Fe2O3（%）表示，设需要的氧化钙为y、z，分别列化学方程式：

所以熟料中石灰极限含量为：CaO＝2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3。

1.2 石灰饱和系数KH 的导出

前苏联学者金得和龙克由上式即石灰极限含量提出KH（石灰饱和系数）这个率值。他们认为水泥熟料各矿物形成的过程中，CaO 始终饱和Fe2O3和Al2O3，即反应完全，但SiO2就不同，为避免出现ƒ_cao，熟料中应该有C2S 存在，也就是说，水泥熟料中应该有四个矿物成分。因此SiO2应该稍为过量，使之呈“吃不饱”状态，所以在上式中的2.8SiO2前应有一个小于1 的系数，以KH 表示，即CaO＝KH·2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3，所以

2 熟料矿物组成计算式的推导

2.1 碱度N 的引入

1 摩尔SiO2所能结合的CaO 的摩尔数叫碱度。水泥工业熟料的主要矿物为C3S、C2S、C3A、C4AF，生成这些矿物成分所需氧化钙为CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3，相应的摩尔数表示为Mc＝（CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3）／56.08，相应的二氧化硅的含量以SiO2表示，其摩尔数为Ms＝SiO2／60.09，所以熟料的碱度为

2.2 熟料中分别用于生成C3S、C2S 的SiO2 的百分比

用来形成C3S、C2S 的碱度（设为N1、N2），对应的生成C3S、C2S 所需CaO的摩尔数分别为C1、C2，列化学方程式：

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）。

说明：N1、N2其实就是熟料中分别用于生成C3S、C2S 的SiO2的百分比。

2.3 熟料中C3S、C2S 含量计算

以SiO2（%）表示已知的熟料中二氧化硅含量，按照上述说明，则其中（3KH-2）SiO2用于生成硅酸三钙，3（1-KH）SiO2用于生成硅酸二钙，生成的量分别以C3S、C2S 表示，列化学方程式：

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 含量计算

当熟料中三氧化二铝、三氧化二铁含量已知，分别以Al2O3（%）、Fe2O3（%）表示，同理可用解化学方程式的方法分别得出熟料中C3A、C4AF 含量的计算式：

C3A＝3.04 Al2O3

C4AF＝2.65（Al2O3-0.64 Fe2O3）

3 熟料烧成中高温液相量的计算

在熟料中三氧化二铝、三氧化二铁含量已知的情况下，也都可由化学方程式解出当IM＞1.38 及IM＜1.38 时的高温液相量，在此不再赘述。