防水之家讯:1 控制熟料游离钙的重要性
熟料游离钙是关系到水泥质量的重要质量指标,它表示生料煅烧中氧化钙与氧化硅、氧化铝、氧化铁结合后剩余的程度,它的高低直接影响到水泥的安定性及熟料强度。当配料不当,生料过粗或煅烧不良时,熟料中就会出现没有被吸收的游离钙。在水泥熟料的煅烧过程中,绝大部分CaO均能与酸性氧化物化合形成硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等矿物。但由于原料成分、生料细度及煅烧温度等因素的影响,仍有少量的CaO呈游离状态存在。 “死烧”形成的游离氧化钙结构比较致密,水化很慢,通常要在加水后三天反应才比较明显。游离钙水化生成氢氧化钙体积膨胀97.9%,在硬化水泥石内部会造成局部膨胀应力,因此,随着游离钙含量的增加,首先是水泥制品抗拉、抗压强度降低,进而强度倒缩,严重时引起体积安定性不良,水泥制品变形或开裂,导致浆体结构破坏,为此,应严格控制熟料中的游离钙含量。
2 游离钙的分类
根据形成条件,游离钙可分为一次游离钙和二次游离钙。
2.1 一次游离钙
一次游离钙又称残存游离钙,是熟料形成过程中残存下来的氧化钙,残存的原因很多,大致可以归纳为以下几种:
(1)生料细度没有达到要求,石灰石颗粒太粗。或细度已经达到要求,但生料中又混入了粗粒方解石晶体;因此,在煅烧过程中反应不完全,这种残留下来的氧化钙在镜下观察呈圆形或卵形,粒径较大,而且成堆聚集形成矿巢型分布。
(2)生料饱和比过高,硅酸率低,有过剩的游离钙未能化合,这种熟料中虽已生成较多较好的硅酸三钙,但镜下仍能见到未化合的游离氧化钙以圆形颗粒分布于A矿和B矿之间,或包裹于B矿中间。
(3)由于煅烧温度低,液相量少, CaO没有被充分吸收生成C3S,而呈游离氧化钙残存下来,这种熟料在镜下往往呈现A矿晶体发育不好且数量少,以圆形无晶纹的B矿为主,中间体含量少。
2.2 二次游离钙
二次游离钙又称次生游离钙,它是A矿分解出来的CaO。A矿分解大体情况分两种:
(1)熟料在高温下慢冷,A矿在1250℃左右的停留时间过长,分解为B矿和游离钙。此时A矿边缘往往出现许多小颗粒B矿,形成花环结构A矿,A矿边缘受到明显破坏。同时出现了一些细小的游离钙融入液相或聚集成蠕虫状结构。
(2)发生阳离子置换,使A矿分解同时置换出游离钙。反光显微镜下,用蒸馏水浸蚀光片3~5秒钟,游离氧化钙呈现彩虹色,极易辨认。
游离钙对水泥安定性的影响主要决定于游离钙的类型、颗粒大小及分布情况。一次游离钙经过高温煅烧,活性差,对水泥安定性的影响比二次游离钙大的多;颗粒大的游离钙(>10um)对水泥安定性及强度影响大;矿巢型游离钙比分布均匀的游离钙对水泥安定性影响大。因此在岩相分析中要特别注意游离钙的颗粒大小及分布的均匀性。
3 控制合理的游离钙生成
3.1 出现较高游离钙的处理措施
当生产中出现较高的游离钙时,所采取的措施一般有:
(1)降低饱和比,并要考虑硅率与铝率的配合。在操作上要稳定来料,避免塌料和掉窑皮。由于预分解窑有原燃料的预均化及生料的均化设施,相对可靠地保证了原燃料的“均质稳定”,使控制游离钙的能力远远高于其它窑型,煅烧出低游离钙的熟料正是它的优势。
(2)提高熟料煅烧温度,严格执行“薄料快烧”的煅烧原则。由于分解后的CaO具有很高的活性,但这种活性不会长时间保持。因窑速的减慢而带来的活性降低,延迟了900~1300°C之间的传热,会导致水泥化合物的形成热增高。
(3)降低产量。产量降低多少需根据窑内状况异常的程度而定。如塌料较大、时间较长,或窑尾温度降低较多,此时幅度要略大些,如果掉窑皮、或塌料量不大,完全可以不降低产量,适当采取窑速调整即可;操作中需尽快找出窑内温度不正常的原因,据情采取纠正措施。
另外,采取急冷措施,可以减少二次f-CaO的含量。在1250℃时,C3S分解为C2S和二次f-CaO,但这时的分解只在靠近1250℃温度范围内才以较快的速度进行,在较低温度时C3S的分解几乎可以忽略不计。所以在常温下C3S能以介稳状态长时间存在。为此,在实际生产中需采取急冷措施,将烧成的水泥熟料急冷,使之更快地通过1250℃的温度范围,保证C3S来不及分解而以介稳状态保存下来。
3.2 游离钙过低的负面影响
在人们都十分重视游离钙高的害处时,也有必要了解游离钙过低的不利之处:
(1)在游离钙低于0.5%以下时,熟料往往呈过烧甚至死烧状态。此时熟料质量缺乏活性,强度并不高。
(2)在过烧甚至死烧状态下,由于回转窑耐火砖承受了高热负荷,缩短了它的使用寿命。
同时,还要充分认识到,游离钙不仅是水泥半成品的质量指标,更是关系水泥生产的重要经济指标;熟料每低0.1%游离钙,每斤熟料就要增加热耗58.5千焦(大卡);而用此种熟料磨制水泥时,水泥磨的系统电耗就要增加0.5%。
推荐对熟料游离钙含量的控制指标:合理的游离钙控制范围应当为0.5~2.0%之间,高于2.0%及低于0.5%者均为不合格品。
4 游离钙的检验方法
对熟料中游离钙的检验方法有如下几种:
(1)化学分析法:甘油乙醇法和乙二醇快速法,都很准确,后者以快速而最为常用。
(2)专用的游离钙测定仪,只需花费几千元购置该仪器,测定速度较快。但在游离钙含量较高时,测定误差较大。
(3)显微岩相定量分析法,它的准确度不高,但有利于进行游离钙结晶大小、形状、分布以及与其它矿物组成之间关系的观察及研究。
(4)X—射线粉末衍射法(XRD),它提供的精度相对较低,常常用于快速判断熟料中的游离氧化钙含量,对小于0.5%的游离钙均具有足够的灵敏度,其稳定性也令人非常满意。
5 熟料的取样位置
测定游离钙,熟料的取样位置大多定在从蓖冷机到熟料库的链板机上。
对取样代表性应有严格地规定。这将取决于不同的检验方法。在采用显微岩相定量分析方法时,由于是对某个熟料颗粒进行,该颗粒应在外观上与大多数颗粒一致。其它几种检验方法,如果是做瞬时结果,只取瞬时样品即可;如果是做小时平均样,窑在稳定状态时,也可任意取一瞬时样;在非稳定状态时,则应取该小时波动的高、中、低三种状态的混合样品作为本小时平均样。
熟料游离钙含量是影响水泥安定性的主要原因,但水泥中混合材种类和掺量、水泥粉磨细度、水泥中的水分含量及水泥的储存时间对水泥安定性均有很大的影响。当熟料游离钙高影响到水泥安定性时,除降低熟料游离钙含量外,可以通过提高混合材掺量、提高水泥粉磨细度等工艺措施适当补救。如果只是一味地要求降低熟料游离钙,造成过烧或死烧,反而有可能会降低熟料强度,提高窑的热负荷,缩短耐火砖的使用寿命,从而提高了水泥生产成本。
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