低热水泥熟料岩相观察及配料煅烧分析

梁 旗

(昆明冶金高等专科学校建筑工程学院，云南 昆明 650033)

0 引 言

在云南江河并流区域构建大坝，大体积混凝土使用了低热水泥。笔者从云南某水泥厂取来低热水泥熟料，制成光片，对其矿物组成和分布状况进行观察，依据岩相结构对其质量进行鉴定，并分析低热水泥熟料的配料和煅烧制度。

熟料外观：黑色圆粒状、细粒状占一定比例，粒径范围3～34 mm，5 mm 以下约占20%，5～10 mm 占65%，致密块状构造。

1 岩相结构

A矿多角状、短柱状，多呈小堆状集中，少量零星分布，A矿发育完整，尺寸22～79 μm，占比约34%；B矿圆粒、椭圆粒，成堆分布，尺寸20～59 μm，有大小不均齐现象，少量呈手指状，占比约48%。A矿、B矿分布不均匀，黑色中间体点滴状微晶，白色中间体不定形，填充在A矿B矿之间，中间体占比约17%，一次f-CaO极少，占比在0.5%以下，孔洞圆形、三角形，孔隙率低，占比约20%，其余矿物未见，如图1、2所示。

图1 A矿、B矿和中间相(200倍) 图2 零星的A矿和大量的B矿(400倍)Fig.1 Ore A,Ore B and interphase(200 times) Fig.2 Sporadic A ore and a large number of B ore(400 times)

2 岩相分析鉴定

熟料原料石灰石、粘土、砂岩、铜渣，质量优良，碱、硫、氯、碳酸镁等杂质质量分数低。根据岩相分析估算的配料率值中KH偏低，仅0.79;n值高，达2.8;p值低，约0.7。生料粉磨细度控制合格，筛余指标合适。生料均化效果不够理想。回转窑内煅烧温度高，烧成带较长，烧成反应时间充裕，烧成反应较完全。窑内过剩空气系数合适，窑内气氛主体是氧化气氛。冷却机工作正常，熟料冷却制度是快冷。

结论：熟料强度42.5号，熟料安定性合格，凝结时间正常。

3 对配料率值和煅烧的讨论分析

为了实现减小混凝土砌块水化热的目标，该配方大幅度降低了石灰饱和系数KH和铁率p的数值，以减少C3S和C3A的矿物成分。为了提高强度，相应地提高了硅率n值，即采用两低一高配料，KH值降低，为0.80左右，p值降低，为0.7左右。这种配方C3S和C3A的成分减少，降低了熟料水化热，但也大幅损失了熟料早期强度，硅率n值提高，达到2.7，用以增加硅酸盐矿物的占比，相应提高熟料强度，熟料中A矿、B矿、中间体的占比分别是34%、48%、17%。实际熟料强度等级42.5号。

下面讨论窑系统在煅烧这种两低一高配料时的参数调整，阐明其煅烧特点。先以率值为导向进行分析，从配料率值上看KH较低，分解石灰石的任务减轻，分解炉用煤量可以减小，即尾煤比率下调，分解炉出口的温度值可以适当降低。另一方面由于生料n值高，液相量偏小，需提高回转窑内的温度，增加液相量才能保证烧成，即头煤比率上调。从该厂熟料外观看，头煤比率虽然增加，熟料结粒仍然困难，尺寸细小的熟料仍占一定比率，这种情况只有减少喂料量、降低产量，才能维持正常煅烧。经核实，该厂实际喂料量与煅烧普通水泥熟料相比降低约15%，即从 200 t/h 下降到 170 t/h，窑速下降约20%，这也使得篦冷机熟料料层减薄，篦下风压降低，但二次风温仍维持在 1 200 ℃。

低热水泥熟料中C3S和C3A的矿物成分减少，使得熟料早期强度降低。为了弥补强度损失，生产高活性的C2S可以提高其早期强度。研究表明，使C2S晶格中固溶更多的SO3、Fe2O3、Al2O3等固溶物能提高其早期强度，而固溶物的数量随着煅烧温度的增加而增加。针对这种情况，增加回转窑内的用煤比率，使回转窑内保持高温煅烧，同时起到C2S活性得以增强的效果，并相应降低窑速以延长加热时间，能增强这一效果。岩相观测佐证，该厂生产的熟料A矿尺寸大，一次f-CaO占比极小，熟料孔隙率低，说明窑操不仅提高了头煤比率，使烧成带拉长，还相对减慢了窑速，延长了煅烧时间，产生一种略过烧的熟料。当然高温煅烧会使C3A、C4AF活性下降，使一次f-CaO占比过低，削弱了这些矿物对早期强度的贡献，但舍小取大，高温煅烧效果更好，生产实践证明了这一点。

至于低热水泥的热耗，由于KH较低，碳酸盐分解所需热耗降低，铁率p低，液相黏度降低，对降低热耗确有帮助；但n高，液相量少，回转窑内为了提高液相量、达到烧成反应温度并且为了生产高活性C2S，都需较高的温度支持。经核实，该厂低热水泥生料入窑分解率为90%～95%，分解用煤降幅很小，而回转窑内煅烧用煤增加更多，实际热耗比煅烧普通水泥熟料略高。

生产实践还证明，生产高活性C2S的风险比煅烧其他熟料大，因为C2S属于对窑内气氛敏感的矿物，增加回转窑内用煤时操作不当会造成还原气氛，从而破坏C2S和中间相的成分，生成钙铁橄榄石(CFS)或铁橄榄石(F2S)。该厂熟料中发现少量手指状的B矿，严重影响低热水泥的早期强度，在煅烧中尤其要加以注意。

4 结 语

通过该厂低热水泥熟料岩相观察和配方分析，说明低热水泥熟料是两低一高配料，KH和p值低，n值高。在窑系统操作中，应当减少喂料量，降低尾煤比率，增加头煤比率，分解炉出口温度降低，回转窑内保持高温煅烧，并减慢窑速、延长化学反应时间，严格防止还原气氛产生，调整好篦冷却机，保证二次风温。煅烧低热水泥熟料的热耗比生产普通水泥略高。