无机非金属材料的组成及配料计算.ppt

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1,左右；,1450,，,1h,，只有少量,C,3,S,生成。,硅酸三钙单矿物在,1450,合成时，需要多次重复,粉磨再燃烧。如有,足够的熔剂,(,液相,),存在,，就可使,C,2,S,在,液相中吸收,CaO,，比较迅速地形成硅酸三钙。,4,硅酸二钙,C,2,S,纯,C,2,S,在,1450,下，进行下列多晶转变：,C,2,S,由,型转变为,型，体积膨胀,10%,而导致物料粉化。,型,C,2,S,水硬性微弱,5,硅酸二钙可固溶其它少量氧化物。固溶的氧化物不同，同一,晶型的硅酸二钙及水反应后所得的强度不同。,纯硅酸二钙色洁白当有氧化铁时呈棕黄色。,硅酸二钙固溶体,及水反应速度较慢，,28,天仅有,20%,左右反应,。,凝结硬化较慢，早期强度低,，,但后期强度增进率较高，一年,后可赶上或超过硅酸三钙固溶体,。,硅酸二钙固溶体的,水化热较小，耐水性好,。,6,等轴晶系，可固溶部分其他氧化物，呈多晶形态。,在偏光镜下，无色透明。,在反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱状。,反光能力弱，呈暗灰色。,水化迅速，放热多，凝结很快，如不加缓凝剂，就会急凝,。,硬化很快,，它的强度,3,天内就大部分发挥出来，故,早期强度,较高,，但,绝对值不高,，以后几乎不再增长，甚至倒缩。,干缩变形大，抗硫酸盐性能差。,铝酸三钙,C,3,A,7,铝酸一钙,CA,二铝酸一钙,CA,2,七铝酸十二钙,C,12,A,7,钙铝黄长石,C,2,AS,六铝酸一钙,CA,6,Fe,2,O,3,？,8,铁铝酸四钙,C,4,AF,斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体。,密度为,3770Kg,m,3,。,在偏光镜下，具有从浅褐到深褐的多色性，二轴晶，,负光性，光轴角中等。在反光镜下，由于反射能力强，,虽亮白色，故在硅酸盐水泥熟料中又称白色中间相。,铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙及硅酸三钙,之间，但随后的发展不如硅酸三钙。,早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似,于硅酸二钙。,铁铝酸四钙的抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好，水化热,较铝酸三钙低。,9,四种矿物性能比较,28d,内绝对强度,：,C,3,S,C,4,AF,C,3,A,C,2,S,水 化 速 度,：,C,3,A,C,4,AF,C,3,S,C,2,S,水 化 热,：,C,3,A,C,3,S,C,4,AF,C,2,S,10,二、,K,2,OSiO,2,Al,2,O,3,系统,主要矿物有：,莫来石,二氧化硅,刚玉,长石,液相,11,三、,Na,2,OCaOSiO,2,系统,组成位于低共熔点或界线上的熔体中，每种晶体的析晶能力都低。同时，这些组成的配料熔化温度一般比较低，,这对玻璃的熔制是有利的。,12,1.2.2,无机非金属材料的组成设计及配料计算,一、硅酸盐水泥的组成设计,1.,硅酸盐水泥对矿物组成的要求,硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料，因此水泥熟料矿物,必须具备：,良好的及水反应的能力,相当的强度及良好的耐久性,反应速度可以满足生产的要求,13,对硅酸盐水泥而言，最符合硅酸盐水泥性质要求的矿物,组成是硅酸三钙和硅酸二钙。,3,C,2,S,y,k,C,2,S,C,3,S,C,3,A,C,3,S,C,3,A,2.,硅酸盐水泥组成矿物的选择,14,硅酸盐水泥熟料由,C,2,S,、,C,3,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,四种矿物组成。,均以固溶体的形式存在。,A,矿,在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的,C,3,S,称为,阿利特（,Alite,），又称为,A,矿,；,在反光显微镜下为黑色多角形颗粒,15,B,矿,C,2,S,固溶体称为,贝利特（,Belite,），又称为,B,矿,；,在反光显微镜下呈圆粒状，快冷常具有黑白交叉双晶条纹；,慢冷常具有黑白平行双晶条纹。,16,C,矿,固溶了其它少量氧化物的,C,4,AF,称为,才利特 （,Celite,），又称为,C,矿；,在偏光显微镜下反光能力强，一般称为白 色中间相。,黑色中间相,C,3,A,固溶体。,在偏光显微镜下反光能力弱，一般称为黑 色中间相。,17,C,3,A,和,C,4,AF,在,煅烧中的作用,铁铝酸四钙和铝酸三钙在煅烧过程中熔融成,液相,，又称,熔剂矿物,，可以,促进硅酸三钙的顺利形成,。,如果物料中熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收,完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降,低窑的产量，增加燃料消耗。,如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回,转窑内易结大块，甚至结圈等。,液相的粘度，随,C,3,A,C,4,AF,比而增减。,粘度的影响？,18,3.,硅酸盐水泥的组成设计,硅酸盐水泥中含有,C,3,S,、,C,2,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,四种矿物,，,相应的组成,氧化物为,CaO,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,。因为,Fe,2,O,3,含量较低，可以合并入,Al,2,O,3,一并考虑，,C,4,AF,则相应,计入,C,3,A,，这样可以用,CaO-Al,2,O,3,-SiO,2,三元系,统来表示,硅酸盐水泥的配料组成。,CaO 62%67%,SiO,2,20%24%,Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,6.5%13%,C,3,S 50%60%,C,2,S 20%,C,3,A+C,4,AF 22%,19,4.,熟料中其他物质及其作用,玻璃体,工厂中，通常熟料冷却较快，,有部分液相来不及结晶就成为玻璃,体。玻璃体的主要成分为,Fe,2,O,3,、,Al,2,O,3,、,CaO,，也有少量的,MgO,和,碱,(K,2,O,和,Na,2,O)等。,冷却方式？,20,游离氧化钙,性质：,水化很慢；,水化生成氢氧化钙时，,体积膨胀,97.9,，,在硬,化水泥石内部造成局部膨胀应力。,作用：游离氧化钙含量增加：,强度降低，甚至倒缩；,严重时甚至引起,安定性不良,，使水泥制品变形或,开裂，导致水泥浆体的破坏。,应严格控制游离氧化钙的含量。,21,种 类,产 生 原 因,特 点,对水泥安定性的影响,欠烧游离氧化钙（欠烧,f-CaO,）,熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在,11001200,低温下形成,结构疏松多孔、,不大,一次游离氧化钙（一次,f-CaO,）,因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未及,S,、,A,、,F,反应而残留的,CaO,呈“死烧状态”，结构致密，,大,二次游离氧化钙（二次,f-CaO,）,熟料慢冷或还原气氛下，,C3S,分解而形成的,经过高温，水化较慢,较大,游离氧化钙（,f-CaO),22,方镁石,方镁石,系游离状态的氧化镁晶体。,氧化镁的作用,：熟料含有少量氧化镁时，能降低熟料液相,生成温度，增加液相数量，降低液相粘，有利于熟,料形成，还能改善熟料色泽。,方镁石性质：方镁石的水化比游离氧化钙更为缓慢；,水化生成氢氧化镁时，体积膨胀,148,，也会,导致安定性不良。水化时会导致,安定性不良,。,方镁石膨胀的严重程度及其含量、晶体尺寸等都有关系。,23,二、配料计算,1.,熟料的率值,水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种,主要氧化物化合而成。因此，在生产控制中，不仅要控制熟料,中各氧化物的含量，,还应控制各氧化物之间的比例，即率值,。,这样，可以,比较方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系,，,明确地,表示对水泥熟料的性能和煅烧的影响,。因此，在生产中，,用率值作为,生产控制的一种指标,。,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。,24,石灰饱和系数（,KH,）,当,A,2,O,3,/Fe,2,O,3,0.64,时，,熟料,CaO,及另外三种酸性氧,化物化合形成,C,3,S,、,C,2,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,四个主要熟料矿物。,CaO,存在一个极限石灰含量。,古特曼及杰耳：石灰理论极限含量的观点。,将,C,4,AF,看作为“,C,3,A”,和“,CF”,，并把“,C,3,A”,及,C,3,A,视为同一相。,理论上在熟料四个主要氧化物中，酸性氧化物应形成碱性最高的熟料矿物,C,3,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,。,25,每,1,酸性氧化物所需石灰含量分别为：,1,Al,2,O,3,形成,C,3,A,所需,CaO=3CaO,分子量,/Al,2,O,3,分子量,=1.65,1,Fe,2,O,3,形成,CF,所需,CaO=CaO,分子量,/Fe,2,O,3,分子量,=0.35,1,SiO,2,形成,C,3,S,所需,CaO=3CaO,分子量,/SiO,2,分子量,=2.8,1,酸性氧化物所需石灰量，既石灰理论极限含量计算公式：,CaO,2.8SiO,2,十,1.65 Al,2,O,3,+0.35 Fe,2,O,3,26,金德和容克,Al,2,O,3,和,Fe,2,O,3,始终为,CaO,所饱和，唯有,SiO,2,可能不完全被饱和和,CaO,生成,C,3,S,，而存在一部分,C,2,S,。,否则，熟料就会出现游离氧化钙。因此应在公式中的,SiO,2,之,前加一系数石灰饱和系数KH。,CaO,KH 2.8SiO,2,十,1.65Al,2,O,3,十,0.35Fe,2,O,3,KH=,（,CaO,1.65 Al,2,O,3,0.35 Fe,2,O,3,）,/2.8SiO,2,石灰饱和系数,KH,是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙,(C,3,S,十,C,2,S),所需的氧化钙量及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。即,KH,表熟料中二氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。,27,考虑到熟料中有游离,CaO,、游离,SiO,2,和石膏，,KH,式可写为,:,KH=,（,CaO-f-CaO,）,-,（,1.65Al,2,O,3,十,0.35Fe,2,O,3,+0.7SO,3,)/2.8(SiO,2,-f-SiO,2,),石灰饱和系数,KH,及熟料矿物组成的关系式：,KH=(C,3,S+0.8838C,2,S)/(C,3,S+1.3256C,2,S),当,C,3,S=0,时，,KH=0.667，即此时的熟料矿物只,有C,2,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,而无,C,3,S,；,当,C,2,S=0,时，,KH=1,，即此时的熟料矿物只有,C,3,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,而无,C,2,S,。,因此，在正常硅酸盐水泥熟料中，石灰饱和系数,KH,应控制在,0.667,1.0,之间。为了使水泥具有较好的力学性能，,应适当提高,C,3,S,在熟料中的含量，,KH,一般控制在,0.880.94。,28,硅率,SM,硅率又称为硅酸率，其数学表达式是：,SiO,2,/(Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,),式中：,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,分别代表熟料中各该氧化物的质量百分数。,物理意义：硅率是表示熟料中氧化硅含量及氧化铝、,氧化铁之和的质量比。也表示了熟料中,硅酸盐矿物及熔剂矿物的比例。,29,当,Al,2,O,3,/Fe,2,O,3,大于,0.64,时：,SM=(C,3,S+1.3256C,2,S)/(1.434C,3,S+2.046C,2,S),式中：,C,3,S,、,C,2,S,、,C,3,A,、,C,4,AF分别代表熟料中各该矿物,的质量百分数。,硅率随硅酸盐矿物及熔剂矿物之比而增减。,熟料中硅率过高，液相量显著减少，热料煅烧困难。,特别当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易,于粉化。,硅率过低，硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由,于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影,响窑的操作。,通常，硅酸盐水泥熟料的硅率在,1.72.7,之间，,有的白色硅酸盐水泥熟料的硅率可高达,4.0,左右。,30,铝率,IM,率铝又称为铁率，其数学表达式为：,IM=Al,2,O,3,/Fe,2,O,3,物理意义：铝率是表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的,质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙,及铁铝酸四钙的比例。,31,当,IM,铝大于,0.64,时，铝率和矿物组成关系的数学式是：,IM=,+0.64,C,4,AF,1.15C,3,A,式中：,C,3,A,、,C,4,AF为熟料中各该矿物的质量百分数。,铝率高低，反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。,铝率高，熟料中,C,3,A多、相应C,4,AF较少，则液相粘度大，,物料难烧。,铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对,硅酸三形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利,于窑的操作。,32,1.2.2,无机非金属材料的组成设计及配料计算,二、配料计算,1.,熟料的率值,（,4,）熟料矿物组成的计算,熟料矿物组成可用,岩相分析,、,X,射线定量分析,等方法,测定，也可以,根据化学成分进行计算,。,岩相分析,X,射线定量分析,红外光谱分析,X,射线光谱分析仪,KH,SM,IM,二、配料计算,1.,熟料的率值,33,常用的从化学成分计算熟料矿物组成的方法有两种，即,石灰饱和系数法,和,鲍格法,。,石灰饱和系数法,先列出有关摩尔质量的比值：,C,3,S,中的,M,C,3,S,/M,CaO,=4.07;,C,2,S,中的,2M,CaO,/M,SiO,2,=1.87;,C,4,AF,中的,M,C,4,AF,/M,Fe,2,O,3,=3.04;,C,3,A,中的,M,C,3,A,/M,Al,2,O,3,=3.04,CaSO,4,中的,M,CaSO,4,/M,SO,3,=3.04,M,Al,2,O,3,/M,Fe,2,O,3,=0.64,34,设及,SiO,2,反应的,CaO,为,C,s,；及,CaO,反应的,SiO,2,为,S,c,，则,C,s,=CaO-,（,1.65Al,2,O,3,+0.35Fe,2,O,3,+0.7SO,3,）,=2.8KHSc,（,1,）,S,c,=SiO,2,（,2,）,正常煅烧情况下，,CaO,及,SiO,2,反应先生成,C,2,S,，剩余的,CaO,再及部分,C,2,S,反应生成,C,3,S,。则由该剩余的,CaO,量（,C,s,-1.87S,c,），可以算出,C,3,S,含量：,C,3,S=4.07,（,C,s,-1.87S,c,）,=4.07C,s,-7.6S,c,（,3,）,KH=,（,CaO,1.65 Al,2,O,3,0.35 Fe,2,O,3,）,/2.8SiO,2,CaO,1.65 Al,2,O,3,0.35 Fe,2,O,3,=2.8KH SiO,2,C,2,S,中的,2MCaO/MSiO,2,=1.87,C,3,S,中的,MC,3,S/MCaO=4.07,（,3,）,35,将（,1,）、（,2,）代入（,3,）式中，整理后得：,C,3,S=4.07,（,2.8KHS,c,）,-7.6S,c,=3.8,（,3KH-2,）,SiO,2,（,4,）,由,C,s,+S,c,=C,2,S+C,3,S,，可计算出,C,2,S,含量：,C,2,S=C,s,+S,c,-C,3,S=8.6S,c,-3.07C,s,（,5,）,将式（,1,）、（,2,）代入（,5,），整理后得：,C,2,S=8.6,（,1-KH,）,SiO,2,（,6,）,C,4,AF,含量可直接由,Fe,2,O,3,含量算出：,C,4,AF=3.04 Fe,2,O,3,（,7,）,C,3,A,含量的计算，应先从总,Al,2,O,3,量中将去形成,C,4,AF,所需的,Al,2,O,3,的量，则可知用于形成,C,3,A,的,Al,2,O,3,的量：,C,3,A=2.65,（,Al,2,O,3,-0.64 Fe,2,O,3,）（,8,）,CaSO,4,=1.7SO,3,（,9,）,C,3,S=3.8,（,3KH-2,）,SiO,2,C,2,S=8.6,（,1-KH,）,SiO,2,C,4,AF=3.04 Fe,2,O,3,C,3,A=265,（,Al,2,O,3,-0.64 Fe,2,O,3,）,CaSO,4,=1.7SO,3,36,鲍格法（代数法）,以,C,3,S,、,C,2,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,、,CaSO,4,以及,CaO,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,、,SO,3,分别代表熟料中各矿物和氧化物的百分含量，则四种矿物和硫酸钙的化学成分百分数可列成下表。,氧化物,C,3,S C,2,S C,3,A C,4,AF CaSO,4,CaO 73.69 65.12 62.27 46.16 41.19,SiO,2,26.31 34.88,Al,2,O,3,37.73 20.98,Fe,2,O,3,32.86,SO,3,58.81,37,依据表中数值，可以列出以下方程式：,C,0.7369C,3,S+0.651C,2,S+0.6227C,3,A+0.4616C,4,AF+0.4119CaSO,4,S,0.2631C,3,S+0.3488C,2,S,A,0.3773C,3,A+0.2098C,4,AF,F,0.3286C,4,AF,38,解上述联立方程组，即可得由氧化物计算各矿物的,百分含量公式：,C,3,S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO,3,C,2,S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO,3,-3.07C,=2.87S-0.754C,3,S,C,3,A=2.65A-1.69F,C,4,AF=3.04F,CaSO,4,=1.70SO,3,39,由率值计算化学组成的公式如下：,Fe,2,O,3,=/(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35),Al,2,O,3,=IMFe,2,O,3,SiO,2,=SM(AI,2,O,3,+Fe,2,O,3,),CaO=-(SiO,2,+Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,),式中：为熟料中,CaO,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,四种氧化物,的总量估计值，一般在,9597%,。,40,（,5,）熟料真实矿物组成及计算矿物组成的差异,硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算，是假设熟料平衡冷却，,并生成,C,3,S,、,C,2,S,、,C,3,A,和,C,4,AF,四种纯矿物，其计算结果及熟,料真实矿物组成并不完全一致，有时甚至相差很大。,固溶体的影响,冷却条件的影响,碱和其他微量组分的影响,尽管计算的矿物组成及实测值有一定差异，但它能基本,上说明对熟料燃烧和性能的影响。当设计某一矿物组成水泥,熟料时，利用理论计算生料组成是唯一可行的方法，因此，,在水泥工业中应用广泛。,幻灯片,10,41,2.,配料,（,1,）熟料组成的选择及影响因素,熟料组成的选择，一般应该根据水泥品种、原料、燃料,的品质、生料制备、生料的易烧性及熟料煅烧工艺等进行综合,考虑，以达到保证水泥质量、提高产量、降低消耗和设备长期,安全运转的目的。,水泥品种,原料品质,燃料品质,生料细度和均匀性,窑型及规格,水泥生料的易烧性,42,硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料，石灰石或粒化高炉矿渣,适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥（即国,外通称的,波特兰水泥,）,硅酸盐水泥,型硅酸盐水泥（,P,.,）,（混合材料掺量,5,）,（不掺加混合材料）,型硅酸盐水泥（,P,.,）,水泥品种,43,硅酸盐水泥强度等级,普通型：,42.5 52.5 62.5,早强型：,42.5R 52.5R 62.5R,注：“,R”,表示早强型,P,、,P,28,天强度,44,原料品质,硅酸盐水泥生产所采用的原料是：石灰石、粘土以及,校正原料。而原料的化学成分及工艺性能，往往对熟料组成,的选择有很大影响。在一般情况下，为了简化工艺流程，便,于生产控制，即使熟料组成略为偏离理想要求，也仍然应采,用两种或三种原料的配料方案，除非这种配料不能保证正常,生产时，才考虑更换某种原料或掺加另一种校正原料。为此，,必须进行全面的,技术经济分析,。,45,燃料品质,用煤作燃料时，,煤的灰分,将大部分或全部掺入熟料中。,据统计，由于煤灰的掺入，将使熟料饱和系数降低,0.040.16,；,硅率降低,0.050.20,；铝率提高,0.050.30,。,水泥回转窑,在配料计算中把煤灰作为一个原料组分考虑。,其他燃料,?,46,生料细度和均匀性,生料均匀性好，,KH,可高些,;,若生料成分波动大：,对回转窑而言，其熟料,KH,应适当降低；,对立窑而言，由于低,KH,易引起立窑结大块，,为了保证立窑正常燃烧，宜采用高,KH,低,SM,方案。,若生料粒度粗，由于化学反应难以进行完全，,KH,也应适当降低,。,47,窑型及规格,阿联酋,UCC10000t/d,水泥生产线,48,易烧性和反应活性,可基本反映固、液、气相环境下，在规定的,温度范围内，通过复杂的物理化学变化，,形成熟料的难易程度,。,水泥生料的易烧性可用如下两种表达方式：,第一种方式：在某一已知温度下测量经规定时间后的,f,-CaO,，,f,-CaO,的降低数值及易烧性的改善相对应；,测量规定温度下达到,f,-CaO2.0,的时间（,t,），,t,的减少,数值及易烧性的改善相对应。,所谓“,实用易烧性,”即是在,1350,恒温下，在回转窑内燃烧,生料达到,CaO,2,所需的时间。,水泥生料的易烧性,49,第二种方式：,用各种,易烧性指数或易烧性值,来表示：,BI,1,=C,3,S/,（,C,4,AF+C,3,A,）,BI,2,=C,3,S/,（,C,4,AF+C,3,A+M+K+Na,）,BF,1,=LSF+10SM-3,（,M+K+Na,）,BF,2,=LSF+6,（,SM-2,）,-,（,M+K+Na,）,B,th,=55.5+11.9R,+90m,+1.58(LSF-90),2,-0.43L,C,2,式中：,C,3,S,、,C,4,AF,、,C,3,A,分别代表计算生料的潜在矿物组成；,R,+90m,为生料在,90m,筛的筛余量；,L,C,为在,1350,时的液相量（按,L A Dabl,计算）。,50,生料易烧性愈好，生料煅烧的温度愈低；易烧性愈差，,煅烧温度愈高。,通常生料的煅烧温度为,14201480,。,生料的最高煅烧温度及生料成分也就是熟料潜在矿物,组成的关系，如下列回归方程式所示：,T,（）,=1300+4.15C,3,S-3.74C,3,A-12.64C,4,AF,51,影响生料易烧性的主要因素：,生料的潜在矿物组成,KH,、,SM,高，生料难烧；反之易烧，易结圈；,SM,、,IM,高难烧，烧成温度高。,原料的性质和颗粒组成,石英和方解石含量多、结晶质粗粒多难烧，易烧性差。,生料中的次要氧化物和微量元素,次要氧化物,MgO,、,Na,2,O,、,K,2,O,等有利于熟料形成，,但量过多，不利于熟料煅烧并影响质量。,52,生料的均匀性和细度,生料的均匀性好、细度细，易烧性好。,矿化剂,掺加各种矿化剂，均可改善生料的易烧性。,生料的热处理,生料易烧性差，烧成温度就高，煅烧时间越长。生料煅烧,过程中升温速度快，有利于提高新生态物质的活性。,53,液相,液相出现温度低，数量多，液相粘度小，表面张力小，,离子迁移速度大，易烧性好，有利于熟料的烧成。,燃煤的性质,燃煤热值高、煤灰分少、细度细，燃烧速度快，燃烧温度高，,有利于熟料的烧成。,窑内气氛,窑内氧化气氛煅烧，有利于熟料的形成。,54,目的：求出符合要求熟料组成的原料配合比。,干燥基：蒸发物理水以后，生料处于干燥状态。以干燥,状态质量所表示的计算单位，称为干燥基准。,干燥基应用：计算干燥原料的配合比和干燥原料的化学成分。,如果不考虑生产损失，则,干石灰石 十 干粘土 十 干铁粉 干生料,(2),配料计算,55,灼烧基：去掉烧失量,(,结晶水、二氧化碳及挥发物质等,),以后，,生料处于灼烧状态。以灼烧状态质量所表示的计算,单位，称为灼烧基准。,灼烧基应用：计算灼烧原料的配合比和熟料的化学成分。,如果不考虑生产损失，无灰分掺入时：,灼烧石灰石 十 灼烧粘土 十 灼烧铁粉 灼烧生料 熟料,如果不考虑生产损失，有灰分掺入的燃煤时：,灼烧生料 十 煤灰,(,掺入熟料的,),熟料,回转窑,56,熟料中的煤灰掺入量,式中,G,A,熟料中煤灰掺入量,，,q,单位熟料热耗,，,kJ,kg熟料,Q,Y,煤的应用基低热值，,kJ,kg,煤,A,Y,煤的应用基灰分含量，,S,煤灰沉落率，（煤灰沉落率因窑型而异）,P,煤耗，,kg,kg,熟料,57,生料配料计算方法繁多，现主要介绍,累加试凑法,。,原理：根据熟料化学成分要求，依次加入各种原料，同时计算所加入原料的化学成分。然后进行熟料成分累计验算，如发现成分不符要求，再进行试凑，直至符合要求为止。,例：已知原、燃料的有关数据如下表所示，假设用预分解窑,以三种原料配料进行生产，要求熟料的三个率值为：,KH=0.89,，,SM=2.1,，,IM=1.3,；单位熟料热耗为,3350kJ/kg,熟料，计算其配合比。,58,原料及煤灰的化学成分,名称 烧失量,SiO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,CaO MgO,其他 合 计,石灰石,42.66 2.42 0.31 0.19 53.13 0.57 0.72 100.00,粘 土,5.27 70.25 14.72 5.48 1.41 0.92 1.95 100.00,铁 粉,0.00 34.42 11.53 48.27 3.53 0.09 2.16 100.00,煤 灰,0.00 53.52 35.34 4.46 4.79 1.19 0.70 100.00,煤的工业分析,W,Y,(%),V,Y,(%),A,Y,(%),C,Y,(%),Q,Y,(kJ/kg),0.60 22.42 28.56 49.02 20930,59,解：,1,）确定熟料组成,据题已知熟料率值为：,KH=0.890.02,，,SM=2.1,0.1,，,IM=1.3,0.1,。,2,）计算煤灰沉落率,G,A,=,QA,Y,S/100Q,Y,=PA,Y,S/100,=4.57,（,%,）,3）计算要求熟料的化学成分,设：,=97.5%,Fe,2,O,3,=4.51%,Al,2,O,3,=IMFe,2,O,3,=5.86%,SiO,2,=SM(Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,)=21.78%,CaO=-(SiO,2,+Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,)=65.35%,Fe,2,O,3,=/(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35),60,计算步骤,SiO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,CaO MgO,其他 合计,要求熟料成分,21.78 5.86 4.51 65.35 97.50,煤灰（,+4.57,）,2.446 1.615 0.204 0.219 0.054 0.032,差,19.334 4.245 4.306 65.131,0.054,0.032,石灰石,(+122,)2.952 0.378 0.232 64.819 0.695 0.878,差,16.382 3.867 4.074 0.312,0.749,0.91,粘土（,+23,）,16.158 3.386 1.260 0.324 0.212 0.449,差,0.224 0.481 2.814,0.012,0.961,1.359,铁粉（,+5.8,）,1.996 0.669 2.800 0.205 0.005 0.125,差 ,1.772,0.188 0.014,0.217,0.966,1.484,粘土（,-2.6,）,1.827 0.383 0.143 0.037 0.024 0.051,差,0.055 0.195 0.157,0.18,0.942,1.433,铁粉（,+0.3,）,0.103 0.035 0.145 0.011 0.000 0.006,差 ,0.048 0.16 0.012,0.191,0.942,1.427,累计熟料成分,21.828 5.700 4.498 65.541 0.942 1.427 99.94,65.131/0.5313=122.6122,16.158/0.7025=23,2.814/0.4827=5.829 5.8,1.772/0.7025=2.522 2.6,0.157/0.4827=0.3250.3,4,）以,100kg,熟料为基准，列累加试凑表如下,61,5,）计算干原料料耗（熟料料耗）,由表可知，配制,100kg,熟料所需的干原料如下：,石灰石,=122/99.94100=122.06kg,粘 土,=,（,23-2.6,）,/99.94100=20.41kg,铁 粉,=,（,5.8+0.3,）,/99.94100=6.10kg,6,）计算生料的干原料配合比,石灰石,=122.06/,（,122.06+20.41+6.10,）,100%=82.16%,粘 土,=20.41/,（,122.06+20.41+6.10,）,100%=13.74%,铁 粉,=6.10/,（,122.06+20.41+6.10,）,100%=4.10%,62,三、玻璃的组成设计及配料计算,玻璃的化学组成是计算玻璃配合料的主要依据，及玻璃的,物理和化学性质有重要的关系。改变玻璃的组成即可以改变玻,璃的结构状态，从而使玻璃在性质上发生变化。,1.,玻璃的组成及结构,2.,原料的选择,3.,设计玻璃组成应注意的原则,4.,设计及确定玻璃组成的步骤,5.,玻璃组成设计举例,6.,配料计算,63,1.,玻璃的组成及结构,（,1,）玻璃的组成,许多氧化物或元素是玻璃的组成物质，根据各氧化物,在玻璃结构中所起的作用，一般可分为三类：,玻璃形成体（网络形成体）,玻璃调整体（网络外体）,玻璃中间体（网络中间体）,64,玻璃形成体（网络形成体）,能单独形成玻璃，在玻璃中,能形成各自特有的网络体系,的氧化物，称为玻璃的网络形成体。如,SiO,2,，,B,2,O,3,，,P,2,O,5,等。,F-O,键是共价键及离子键的混合键；,阳离子,(F),的配位数是,3,或,4,，阴离子,O,2-,的配位数为,2,；,构成的配位多面体,FO,4,或,FO,3,一般以,顶角相连,。,玻璃形成体的一般特点：,65,玻璃调整体（网络外体）,凡不能单独生成玻璃，一般不进入网络而是处于网络之外,的氧化物，称为玻璃的网络外体。其作用为,调整玻璃一些性质,。,常见的有,Li,2,O,、,Na,2,O,、,K,2,O,、,MgO,、,CaO,、,SrO,和,BaO,等。,玻璃调整体的特点：,M-O,键是离子键，电场强度较小，,氧离子易摆脱阳离子的,束缚，成为“游离氧”，,在玻璃结构中，往往起,断网,作用；,阳离子给出“游离氧”的能力及其电场强度的大小有关,。阳,离子场强越小、则给氧能力越大，反之，给氧能力越小；,阳离子,(,特别是高电价、小半径的阳离子,),的场强较大时，可,对非桥氧起积聚作用,，使结构变得较为紧密而在一定程度上,改善玻璃的性质，但对玻璃的析晶也有一定的促进作用，,66,玻璃中间体（网络中间体）,一般不能单独形成玻璃，,其作用介于网络形成体和网络,外体之间的氧化物,，称之为中间体。如,A1,2,O,3,，,BeO,，,ZnO,，,Ga,2,O,3,，,TiO,2,、,PbO,等。,中间体的一般特点：,阳离子配位数主要根据玻璃结构中“游离氧”的数目而定。,“游离氧”充足时，阳离子可以夺取“游离氧”以四配位参加,网络结构；,“游离氧”不足时，则以其他配位数,(,比如六配位等,),，处于网,络之外，及网络外体作用相似。,67,（,2,）玻璃结构,玻璃结构是指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度,以及它们彼此间的结合状态。,玻璃结构可以分为三种尺度来讨论：,0.21nm,的尺度或原于排布范围；,3,至几百纳米的尺度或亚微结构范围；,在微米到毫米或其以上的尺度，即在显微组织或宏观,结构的范围。,68,现代玻璃结构理论主要是,晶子学说,和,无规则网络学说,。,晶子学说,依据：微晶无序,，即一些玻璃的衍射花样及同成分的晶体,相似，认为玻璃由微晶及无定形物质两部分组成。,证实,：列别捷夫发现，硅酸盐光学玻璃的退火时玻璃折射率,随温度的变化曲线上在,520,附近的发生突变，他认为,这是石英微晶在,520,的同质异变。,玻璃中存在石英“晶子”。,1930,年兰德尔提出。,69,SiO,4,石英晶体结构以及所表达的石英玻璃、钠硅酸盐,玻璃晶子结构示意图,(,a),硅氧四面体结构,(b),石英晶体结构,(c),石英玻璃晶子结构,(d),钠硅酸盐玻璃晶子结构,1,一石英晶子,2,一硅酸钠晶子,3,一钠离子,4,一四面体,70,晶子学说的价值在于它第一次指出了,玻璃中存在,微不均匀物,，即玻璃中存在一定的有序区域，这对于,玻璃分相、晶化等本质的理解有重要价值。,71,无规则网络学说,查氏把离子结晶化学原则和晶体结构知识推演到玻璃态,物质，描述了离子,共价键的化合物，如熔融石英、硅酸盐,和硼酸盐玻璃。,核心观点：,查氏提出,SiO,4,为硅酸盐玻璃的最小结构单元,。玻璃中的,这种结构单元或者说键状态及晶体类似，构成连续的三度空间,网络，只是,SiO,4,四面体不像在结晶化合物中那样相互对称均,匀地排列，,缺乏对称性和周期性的重复,。,72,查氏提出氧化物形成玻璃的四个条件：,（假定物质的玻璃态和结晶态的能量相近）,（,1,）一个氧离子不能和两个以上的阳离子结合,氧的配位数不大于,2,；,（,2,）阳离子周围的氧离子数不应过多,(3,或,4),阳离子的配位数为,3,或,4,；,（,3,）网络中氧配位多面体之间只能共角顶，不能共棱、共面；,（,4,）如果网络是三维的，则网络中每一个氧配位多面体必须,至少有三个氧离子及相邻多面体相连，以形成向三度空,间发展的无规则网络结构。,73,图,2-10,无规则网络结构学说的玻璃结构 图,2-11,方石英石英玻璃和硅胶的,模型示意图,X,射线衍射图,（,a,）石英玻璃结构模型 （,b,）石英晶体结构模型,（,c,）硅钠玻璃结构模型,74,查氏学说宏观上强调了玻璃中多面体相互问排列的连续,性、均匀性和无序性；,晶子学说则强调了不连续性、有序性和微不均匀性。玻,璃是连续性、不连续性，均匀性、微不均匀性；,无序性、有序性几对矛盾的对立统一体，条件变化，矛盾,双方可能相互转化。,晶子学说和查氏无规则网络结构学说的异同,75,短程有序，长程无序。,76,硅