第五章-熟料率值与配料计算

第二节熟料的率值及熟料矿物组成的计算n目前中国水泥生产中普遍采用的率值为石灰饱和系数KH，硅率SM，和铝率IMn一、石灰饱和系数KHn（一）石灰饱和系数KH的含义n水泥熟料中所有氧化硅反应生成硅酸盐矿物（C3S+C2S）所需的氧化钙的量与所有氧化硅反应后全部形成C3S所需的氧化钙的量的比值。

n也就是说，石灰饱和系数是水泥熟料中氧化硅被氧化钙饱和成C3S的程度。

n所以，石灰饱和系数是一个具有明确物理意义的参数。

n从理论上讲，石灰饱和系数KH值越大，熟料中C3S矿物越多；反之，石灰饱和系数越小，熟料中C3S矿物就越少。

（二）石灰饱和系数KH的公式推导n假设：熟料体系中酸性氧化物形成最高碱性矿物应该是：C3S、C3A、C4AF （计算时C4AF分解为C3A+CF）n则每1%的酸性氧化物反应生成上述最高碱性矿物熟料矿物所需的CaO分别可以计算如下：n C C3S=3 ´ M CaO/M SiO2=3´56.08/60.09=2.8n C C3A=3 ´ M CaO/M Al2O3=3´56.08/101.96=1.65n C CF=M CaO/M Fe2O3=56.08/159.70=0.35n CaO max=2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3n实际情况：并不是所有的酸性氧化物都会按预期目标全部与氧化钙反应生成最高碱度的熟料矿物。

尤其是不可能全部形成C3S，而是会形成一部分C2S，同时残留一部分游离氧化钙。

n于是，定义石灰饱和系数0＜KH＜1，乘于2.8SiO2项之上，便可得实际氧化钙的量应为：CaO=2.8KHSiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3n变换后可得石灰饱和系数的计算公式如下：KH=(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8/SiO2（IM≥0.64）（三）石灰饱和系数KH与熟料矿物组成之间的关系n当KH=1.0时，熟料矿物组成为：C3S、C3A、C4AF，没有C2S。

简捷通用的率值公式配料计算法《水泥》1997年12期刊登熊辅臣同志“率值公式法计算配料有通用性”的文章(以下简称“通文”)，虽然说明了由刘笃新同志推得的水泥生料配料计算公式在配料计算中具有通用、准确的特点，但公式系数计算较繁琐。

本文结合“通文”，以对比的形式介绍一种方程系数值小，计算过程简捷，结果准确，同样具有通用性的率值公式法。

1 计算公式1.1 原燃料化学成分及配比代表符号在原燃料化学成分代表符号相同的情况下，两种计算方法的配比设定对比见表1。

表1 原燃料化学成分及配比代表符号1.2 组合料中各物料配比及其化学成分黑生料中除石灰石、粘土、铁粉、校正原料以外的其它组分之和称为组合料。

(1)组合料中各物料配比的计算组合料中煤、萤石、石膏在黑生料中的配比G、E、D按“通文”方法计算(其中煤的配比G在配料计算时，许多工厂是直接给出的)，晶种(或某些添加剂)在黑生料中的配比J，一般由工厂依据生产实际直接给出。

(2)组合料在黑生料中的配比组合料在黑生料中的配比设为TT＝G＋E＋D＋J(3)组合料的化学成分式中：S、A T、F T、C T──分别为组合料中SiO2、Al2O3、Fe203和CaO的百分T含量，%。

1.3 干燥基白生料化学成分及其率值的计算(1)要求(100－T)%白生料的化学成分S′＝S O－S TOA′＝A O－A TOF′=F O－F TOC′＝C O－C TO式中：S、A O、F O、C O──分别为配料设计生料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO的O百分含量，%。

S′、A O′、F O′、C O′──分别为(100－T)%白生料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、OCaO的百分含量，%。

(2)(100－T)%白生料率值分别为KH O′、n O′、P O′1.4 率值公式(1)满足设计要求S O、A O、F O、C O(或三率值KH O、n O、P O)的四组分配料计算方程组为：当T＝0时，S O′＝S O、A O′＝A O、F O′=F O、C O′＝C O，那么，KH O′＝KH O、n O′＝n O、P O′=P O。

简明、精确的水泥生料配料计算方法—率值关系法赵东镐(吉林市建材总厂　132021)(上接第2期)5　配料计算实例以某立窑水泥厂复合矿化剂、半黑生料煅烧工艺为配料计算实例。

5.1　列出给定条件,求三组分石灰饱和系数,将原料化学成分折算为灼烧基 (1)、原燃材料化学成分、煤工业分析结果,见表5.1-1表5.1-1 原燃材料化学成分(%)和煤工业分析结果名称Loss SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO SO 3Ca F 2石灰石粘土铁粉萤石石膏入磨煤灰入窑煤灰40.877.342.393.4821.874.0163.0021.7325.271.3162.3452.04 1.2515.687.081.300.6919.2931.010.765.9360.000.840.195.646.2951.003.513.990.6032.197.763.5938.4458.44煤工业分析结果M 'ar= 4.00%,M 'ad=0.80%,A 'ad=64.66%,Q 'net,ad =8.86K J /Kg ;M"ar=5.00%,M"ad=1.00%,A"ad =23.34%,Q"net,ad =25.50K J/Kg .表中:M 'ar 、M"ar —入磨煤、入窑煤收到基水分,%; M 'ad 、M"ad —入磨煤、入窑煤空气干燥基水分,%; A 'ad 、A "ad—入磨煤、入窑煤空气干燥基灰分,%; Q 'net ,ad 、Q "net ,ad—入磨煤、入窑煤空气干燥基低位发热量,KJ /kg (2)、熟料三率值期望值及其计算指示域、热耗、烧失量、SO 3、Ca F 2和游离CaO 的百分含量,见表5.1-2。

表5.1-2 KHq ±ΔK Hq SMq ±ΔSMq IMq ±ΔIMq Q 'Q"L S -'F -'fc0.94±0.012.0±0.11.3±0.11.003.000.502.00 1.002.00表中:Q ',Q"—入磨煤、入窑煤的熟料热耗K J/Kg;　L 、S -'、F -'、fc —熟料的Loss 、SO 3、Ca F 2和游离CaO 百分含量,% (3)、三组分的石灰饱和系数、原料化学成分折算为灼烧基,见表5.1-3。

物料平衡计算一、配料计算率值的确定在一定的工艺条件下，熟料中各氧化物的含量和彼此之间的比例关系的系数即率值是水泥生产质量控制的基本要素，国内外水泥厂都把率值作为控制生产的主要指标。

目前，我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（n）、铝率（p）三个率值。

对于新型干法水泥生产工艺，水泥熟料率值大致范围为：KH= 0.86～0.91,n = 2.2～2.6 ,p =1.3 ～1.8,根据设计工艺条件设定三个率值为：KH= 0.89±0.01,n =2.60±0.10, p =1.60±0.10 原始数据表2－1 原燃料化学成分（%）熟料热耗确定本次设计熟料热耗取3100 KJ/Kg。

干原料的配合比计算(1)煤灰掺入量计算G a=qA y sQ dw y×R =3100×25.92×10023001×100=3.4934%式中：S——煤灰掺入量，以熟料百分数表示（100%）Q dw y——煤的应用基低热值（kJ/kg煤）G a——煤的应用基灰分含量（%）q ——熟料烧成热耗（kJ/kg 熟料）R ——煤灰沉落度（%），当窑后有电收尘且窑灰入窑时取100%，(2)配比以尝试误差法计算各原料配合比，作EXCEL 表格计算，如下：煤灰的参入量A G =3.4934%，则灼烧生料的配合比为100-3.4934%=96.5066%，以此计算熟料的化学成分：则熟料的率值计算如下：KH =232328.235.065.1SiO O Fe O Al CaO -- = 65.5319?1.65?5.1634?0.35?3.41642.8?22.4288 =0.8888n =32322O Fe O Al SiO +=22.42885.1634+3.4164= 2.6141p =3232O Fe O Al = 5.16343.4164 =1.5114 由上表得知熟料三率值均在要求范围内，即可认为配料计算结果符合要求。

一、物料平衡式：（不考虑生产损失） 1、干石灰石+干粘土+干铁粉=干生料2、灼烧石灰石+灼烧粘土+灼烧铁粉=灼烧生料=熟料3、灼烧生料+煤灰（掺入熟料中的）=熟料4、熟料的率值 KH=(C-1.65*A-0.35F)/2.8S SM=S/(A+F) IM=A/F 2.5 熟料的率值 一、石灰饱和系数： 公式：KH=232328.235.0065.1SiO O Fe Al CaO --意义：水泥熟料中的总CaO 含量扣除饱和酸性氧化物所需要的氧化钙后，所剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。

简言之。

KH 表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。

取值：0.87~0.96二、硅 率:公式: n(SM)= 含义: 反映了熟料中硅酸盐矿物、熔剂、矿物的相对含量。

取值： 三、铝 率:公式: p(IM)=3232O Fe O Al含义：说明熟料中C3A 、C4AF 的相对含量。

反映液相的性质。

(C3A 产生的液相粘度大；C4AF 产生的液相粘度小.) 取值：0.9~1.9 配料计算 配料方法1、尝试误差法先按假定的原料配合比计算熟料的组成。

若计算结果不符合要求，则调整原料的配合比再进行重复计算直至符合要求为止。

2、递减试凑法从假定的熟料化学成分中依次递减假定配分比的原料组分，试凑至符合要求为止。

3、酸碱滴定法根据已确定的生料碳酸盐滴定值和实际测得石灰石、粘土的滴定值按规定的公式作简单的计算，较快地得出各种原料的配合比 4、烧失量法水泥生料的烧失量一般为34～36%。

预先确定的生料烧失量数，按实测石灰石烧失量及实测粘土烧失量，计算原料的配合比。

配料计算实例已知原料、燃料的有关分析数据如表4－10、4－11，假设用窑外分解窑以三种原料配合进行生产，要求熟料的三个率值为：KH ＝0.89±0.02、SM ＝2.1±0.1、IM ＝1.3±0.1，单位熟料热耗为q=3350kj/kg 熟料，试计算原料的配合比。

一、物料平衡式：（不考虑生产损失） 1、干石灰石+干粘土+干铁粉=干生料2、灼烧石灰石+灼烧粘土+灼烧铁粉=灼烧生料=熟料3、灼烧生料+煤灰（掺入熟料中的）=熟料4、熟料的率值 KH=(C-1.65*A-0.35F)/2.8S SM=S/(A+F) IM=A/F 2.5 熟料的率值 一、石灰饱和系数： 公式：KH=232328.235.0065.1SiO O Fe Al CaO --意义：水泥熟料中的总CaO 含量扣除饱和酸性氧化物所需要的氧化钙后，所剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。

简言之。

KH 表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。

取值：0.87~0.96二、硅 率:公式: n(SM)= 含义: 反映了熟料中硅酸盐矿物、熔剂、矿物的相对含量。

取值： 三、铝 率:公式: p(IM)=3232O Fe O Al含义：说明熟料中C3A 、C4AF 的相对含量。

反映液相的性质。

(C3A 产生的液相粘度大；C4AF 产生的液相粘度小.) 取值：0.9~1.9 配料计算 配料方法1、尝试误差法先按假定的原料配合比计算熟料的组成。

若计算结果不符合要求，则调整原料的配合比再进行重复计算直至符合要求为止。

2、递减试凑法从假定的熟料化学成分中依次递减假定配分比的原料组分，试凑至符合要求为止。

3、酸碱滴定法根据已确定的生料碳酸盐滴定值和实际测得石灰石、粘土的滴定值按规定的公式作简单的计算，较快地得出各种原料的配合比 4、烧失量法水泥生料的烧失量一般为34～36%。

预先确定的生料烧失量数，按实测石灰石烧失量及实测粘土烧失量，计算原料的配合比。

配料计算实例已知原料、燃料的有关分析数据如表4－10、4－11，假设用窑外分解窑以三种原料配合进行生产，要求熟料的三个率值为：KH ＝0.89±0.02、SM ＝2.1±0.1、IM ＝1.3±0.1，单位熟料热耗为q=3350kj/kg 熟料，试计算原料的配合比。

一、配料计算1、设定孰料的三个率值为：KH=0.90 SM=1.6 IM=1.5 新型干法窑，由于生料均匀性较好，生料预烧性好，烧成带物料反应较一致，分解率高，窑内热工制度稳定，窑内气流温度高，可以选着较高的石灰饱和系数、高硅率、高铝率的配料方案。

2、设单位孰料的热耗为：3000kj/kg-c （国内新型干法窑热耗一般在3000 kj/kg-c~3300 kj/kg-c 之间）。

3、计算煤灰掺入量G A=qA y S/(Q y*100)=（3000×3.93%1×100）/（2358×100）=1257600/2858000=0.5%4、用由孰料率值计算化学成分的公式计算所要求熟料的化学成分。

设：Σ=97.5则：ω（Fe2O3）=Σω/[（2.8KH+1）(IM+1)SM+2.65IM+1.35]=3.32%ω（Al2O3）=IM•ω（Fe2O3）=5.31%ω（SiO2）=SM[ω（Al2O3）+ω（Fe2O3）]=22.44%ω（CaO）=Σω- [ω（Al2O3）+ω（Fe2O3）+ω（SiO2）]=66.43% 5、以100kg孰料为基准,列表递减如下:计算结果表明，偏差不大，因此不再递减计算，说明Σω设定值合适。

按上表干原料质量比换算为百分配合比：干石灰石=123.43/（123.43+15+10+4.7）*100%=80.6%干砂岩=15/（123.43+10+4.7+15）*100%=9.80%干煤渣=10/（123.43+10+4.7+15）*100%=6.53%干硫酸渣=4.7/（123.43+10+4.7+15）*100%=3.07%6、计算湿原料配合比湿石灰石=80.6%/（100%-2%）*100%=82.24%湿砂岩=9.80%/（100%-2%）*100%=10%湿煤渣=6.53%/（100%-2%）*100%=6.66%湿硫酸渣=3.07%/（100%-2%）*100%=3.13%7、计算孰料矿物组成ω（C3S）=3.08（3KH-2)ω（SiO2）=3.80*(3*0.9-2)*22.05%=58.65%ω（C2S）=8.60(1-KH)ω（SiO2）=8.60（1-0.9）*22.05%=18.96%ω（C3A）=2.65[ω（Al2O3）-0.64ω（Fe2O3）]=2.65(5.217-0.64*3.193)=8.41%ω（C4AF）=3.04ω（Fe2O3）=3.04*3.193=9.71% 8、验算KH=(65.65-1.65*5.217-0.35*3.193-0.7*0.298)/2.8*22.05=55.73/61.74=0.902 (0.902-0.9=0.002 误差在允许范围内)SM=22.05/(5.217+3.193)=2.62（2.62-2.6=0.02误差在允许范围内）IM=5.217/3.193=1.63（1.63-1.6=0.03误差在允许范围内）二、物料平衡计算1、熟料的产量的计算（1）石膏掺入量 S水泥SO3的含量=0.2 C3A+0.05 C4AF=0.2*8.41+0.05*9.71=2.17外掺SO3的含量=水泥SO3的含量-熟料中SO3的含量=2.17-0.298=1.872石膏中SO3的含量为36.87%石膏掺入量S=外掺SO3的含量/石膏中SO3的含量*100%=1.872/36.87*100%=5.08%（2）混合材掺入量设P.O 425普通硅酸盐水泥粉煤灰掺入量为水泥的11%。

配料机计算公式1. 由化学组成计算各率值石灰饱和系数KH=2332328.27.035.065.1SO SO O Fe O Al CaO ---(p>0.64) =2332328.27.07.01.1SiO SO O Fe O Al CaO ---(p<0.64) 硅酸率n=3232O Fe O Al SiO + 铝氧率p=3232O Fe O Al 2. 由化学组成计算矿物组成硅酸三钙(C 3S)=3.8SiO 2(3KH-2)=4.07CaO-7.6SiO 2-6.72Al 2O 3-1.43Fe 2O 3 硅酸二钙(C 2S)=8.6SiO 2(1-KH)=8.6SiO 2+5.07Al 2O 3+1.07Fe 2O 3-3.07CaO 铝酸三钙(C 3A)=2.65(Al 2O 3-0.64Fe 2O 3)铁铝酸四钙(C 4AF)=3.04Fe 2O 3(p>0.64)=4.77Al 2O 3铁酸二钙(C 2F)=1.7(Fe 2O 3-1.57Al 2O 3)硫酸钙(CaSO 4)=1.7SO 33. 由矿物组成计算各率值 KH=SC S C S C S C 23233256.18838.0++ n=AFC A C S C S C 43230464.24341.13254.1++p=AFC A C 431501.1+0.6383 4. 由矿物组成计算化学组成SiO 2=0.2631C 3S+0.3488C 3SAl 2O 3=0.3773C 3A+0.2098C 4AFFe 2O 3=0.3286C 4AFCaO=0.7369C 3S+0.6512C 2S+0.6227C 3A+0.4616C 4AF+0.4119CaSO 4 SO 3=0.5881CaSO 45. 由各率值计算化学组成Fe 2O 3=35.165.2)1)(18.2(++++∑p n p KHAl 2O 3=pFe 2O 3SiO2=n(Al 2O 3+Fe 2O 3)CaO=∑-(SiO 2+Al 2O 3+Fe 2O 3)式中∑=Fe 2O 3+Al 2O 3+SiO 2+CaO6.配料计算步骤(1)列出个原料、煤灰份的化学组成和煤工业分析资料。

新型干法水泥生产的配料计算制造水泥熟料的要紧原料是石灰石(要紧提供氧化钙)、粘土或砂岩(要紧提供氧化硅、氧化铝)、铁矿石或硫酸渣(要紧提供氧化铁)。

为了准确地操纵熟料的矿物组成，这些原料必需按必然的配比进行混合、粉磨。

配料计算的任务确实是:(1)依照水泥品种、原燃料条件、生料制备与熟料煅烧工艺确信水泥熟料的率值;(2)求出合乎熟料率值要求的原料配合比。

关于新型干法水泥生产工艺，水泥熟料率值大致为：KH=～ SM=～ IM=～依照确信的率值、窑系统的热耗、原煤的热值和灰分，利用配料计算方式能够求出各原料的比例。

配料计算方式有尝试误差法、递减试凑法、图解法、矿物组成法等。

各类方式各有优缺点，但同时存在计算进程繁复、计算工作量大、结果精度不高等问题。

随着运算机技术的普及和应用，此刻能够通过运算机程序方便地进行配料计算。

各个水泥厂一样都有各类不同来源和版本的运算机配料程序。

其实应用微软的EXCEL软件能够没必要编写一行程序就能够够方便地进行配料计算。

实例:结合铜陵海螺5000t/d熟料生产线的原燃料情形，用微软的EXCEL 为工具介绍这种配料计算方式。

预备工作(1)检查微软的EXCEL是不是安装了"计划求解"宏。

在安装微软各类版本的Office时，默许安装情形下，可不能在ExCeel中安装"计划求解"宏。

因此应加装该选项。

方式是:运行EXCEL，点击菜单"工具"，选择"加载宏"，在弹出的窗口当选择"计划求解"，按"确信"(见图3-2-1)。

加载“计划求解”宏3．2 在EXCEL表中输入数据在EXCEL表中输人上述数据(见图3-2-2)，铜陵海螺50OOt/d熟料生产线为三组分派料，因此只能操纵两个率值，一样选择KH和SM。

关于四组分派料，那么能够操纵三个率值: KH、SM、IM。

输入原、燃料成份等有关参数3．3 假设原料配比，计算生料成份在EXCEL表中填人假设的各原料配比，能够将初始比例假设为石灰石20，粉砂岩20，最后硫酸渣一项应填上"=]00一(鼠标点)石灰石此例(的单元格)一(鼠标点)粉砂岩比例(的单元格)"再输入回车键(见图3-2-3)，如此才能保证配比之和为100。

关于熟料的率值关于熟料的率值一、石灰饱和系数：KH符号：KHKH表示水泥熟料中的总CaO含量扣除饱和酸性氧化物（如Al2O3、Fe2O3）所需要的氧化钙后，剩下的与二氧化钙化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。

简言之，石灰饱和系数表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度KH值与熟料矿物间的关系：1、从理论上讲：KH值高，则C3S较多，C2S较少。

（1）、KH=1，熟料中只有C3S，而无C2S；（2）、KH＞1，无论生产条件多好，熟料中都有游离氧化钙存在；2、实际生产中，为使熟料顺利形成，又不产生过多的游离氧化钙，通常KH值控制在0.87~0.96。

KH值越大，C3S含量越高，水泥具有快硬高强的特性；但要求煅烧温度较高，煅烧不充分时，熟料中将含有较多的游离氧化钙，影响熟料的安定性。

KH过低时，水泥熟料强度发展缓慢，早期强度低。

3、其他石灰饱和系数：较常用的是LSFLSF的含义：熟料中CaO含量与全部酸性组分需要结合的CaO含量之比。

一般LSF值高水泥强度也高。

LSF的取值：一般硅酸盐水泥熟料LSF=90~95(sonocc水泥厂目前是0.88-0.89左右)早强型的水泥熟料LSF=95~98二、硅率（又称硅氧率，我国俗称硅酸率）符号：n或SM含义：熟料中SiO2含量与Al2O3、Fe2O3之和的比例。

反映了熟料中硅酸盐矿物（C3S+C2S）、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对含量。

（一）、SM值与熟料矿物及煅烧之间的关系：一般取值：1.5~3.5。

SM值越高，表示硅酸盐矿物多，熔剂矿物少，对熟料强度有利。

但SM值过高时，熟料较难烧成，煅烧时液相量较少，不易挂窑皮；随SM值的降低，液相量增加，对熟料的易烧性和操作有利，但SM值过低，熟料强度低，窑内易结圈，结大块，操作困难。

预分解窑一般为SM=2.4~2.7(sonocc 水泥厂目前是2.0-2.4左右)三、铝率（又称铝氧率或铁率）符号：p或IM含义：表示熟料中Al2O3含量Fe2O3含量之比，反映了熟料中C3A和C4AF的相对含量。