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水泥质量控制的新率值及配料计算的实践

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    在《水泥》期刊(1988No. 10)发表《水泥熟料质量控制的新率值及矿物组成的计算》至今,还未能实际应用于工厂的配料计算,以至目前仍用传统方法计算配料。为早日推向实用,这里再补充两个定量公式及其他配料公式,供定量配料使用。

1水泥质量控制的新率值

    上文提出两个定量公式是:
   水泥配料计算

其中:A=Al2O3F=Fe2O3S=SiO2C=CaO,以下同。

水泥配料中,共有AFSC等四个未知数,只用上述两个定量公式计算,难于定量求出结果。为解决这个问题,特补充如下两个定量公式:

    在配料计算时,令水泥中的硅酸盐矿物C3SC2S、及铝酸盐矿物C3AC4AF等四种矿物的总和为100,则有:

    C3S+ C2S+ CsA+ C4AF=100

    即:C+S+A+F=100    (3)

    把上文的液相比公式改成液相率KQ公式,液相率KQ就是溶剂矿物C3AC4AF的总量占全部水泥矿物C3SC2SC3AC4AF总量之比。
水泥配料计算
水泥配料计算

由工厂生产的工艺特性,确定铝饱和率KA.硅饱和率Ks及液相率KQ,应用公式(1)(4)可定量地算出AFSC的含量如下:
水泥配料计算

水泥矿物各氧化物的总量已经算出,若工厂采用石灰石、粘土、铁质材料、补充材料及煤进行配料。

    令:石灰石=G1公斤

           粘土=G2公斤

    铁质材料=G3公斤

    补充材料=G4公斤

    混合煤=G5公斤

    从原材料的化学成份及水泥矿物各氧化物总量的关系,可列出它们的关系式如下:

    A=A1Gl+A2G2+A3G3+A4G4+A5G5    (9)

    F=F1Gl+F2G2+F3G3+F4G4+F5G5    (10)

    S=S1G1+S2G2+S3G3+S4G4+S5G5    (11)

    C=C1G1+C2G2+C3G3+C4G4+C5G5    (12)

    煤的用量,由工厂的热工特性决定,为已知数,只剩下G1G2G3G4为未知数,解公式(9)(12)联立方程组,便可求出各种原材料的用量。

水泥矿物组成,用上文提出的公式计算:

C3S=3. 8Ks·S

C2S=2. 87(l-Ks)·S

C3A=2. 65KA·A

C4F=4. 76 (1-KA)· A=3. 04F

由水泥矿物组成计算三率值公式如下:
   水泥配料计算

    在计算熟料中的矿物组成时,应在总氧化钙中扣除fc和总二氧化硅中扣除fs,则上述公式(2)变为:
   水泥配料计算

    应用上述(1)(20)个公式,可以定量地计算水泥生产过程的有关问题,同时也克服过去用定性、定量混合公式计算带来的困难与不定因素。

2用新率值进行配料计算的实践

    兴隆水泥厂所用原材料较为多样化、成份复杂、石灰石质量中等,利用烧岩煤和页岩代替粘土,用烧硫铁矿渣代替铁质材料,并掺入熟料粉做为补充材料,煤则用热值为4080千卡/公斤煤和3460千卡/公斤煤的两种混合煤配料。原材料的化学全分析列于下表。
水泥配料计算

    按兴隆水泥厂生产的热工特性,确定水泥矿物热耗为1137千卡/公斤水泥矿物(4755千焦/公斤水泥矿物),则每100公斤水泥矿物消耗混合煤为:

    100÷(3817÷1137) =29.8公斤煤。

    由煤灰带入的各氧化物为:

    A5G5=10. 33%×29. 8=3. 098kg

    F5G5=4. 33%×29. 8=1. 290kg

    S5G5=24. 69%×29. 8=7. 358kg

    C5G5=3. 47%×29. 8=1. 034kg

    按兴隆水泥厂的生产工艺特性,确定铝饱和KA=0.598,硅饱和率Ks=0. 606,液相率KQ=0. 253,将三率值代入公式(5)(8)得:
水泥配料计算

    AFSC代入公式(9)(12)得:

7.229=1.95%Gl+10.95%G2+8.37%G3+5.40%G4+3.078     21

4. 554=0. 41%Gl+6. 20%G2+34. 55%G3+4. 78%G4+1. 290  22

21.752=3. 96% G1+68. 60% G2+40.95%G3+20.77%G4+7.358  23

    66. 468=49. 81% G1+2. 48% G2+7. 34% G3+62. 86% G4+1. 034    (24)

    (21)(24)联立方程组得:

    (21)得:

    G1=212. 282-5. 615G2-4. 292G3-2. 769G4    (25)

    (22)得:

    G1=796. 097-15. 122G2-84. 268G3-11. 659G4    (26)

    (23)得:

    G1=363. 485-17. 323G2-10. 341G3-5. 245G4    (27)

    (24)得:

    G1=131. 367-0. 0498G2-0. 1474G3-1. 262G4    (28)

    (25)(26)得:

G2=61. 352-4. 412-0. 935-0. 1474G3-1.262G4         29

(27)(28)得:

G2=13. 438-0. 590G3-0. 231G4

(25)(28)得:

G2=14. 540-0. 745G3-0. 271G4

(29)(30)得:G3=6.  126-0. 090G4

(29)(31)得:G3=6.  106-0. 0866G4

(32)(33)得:G4=5. 9kg

    G4分别代入(25)(33)式,解方程得:

    G3=5. 6kg    G2=8. 8kg    Gl=122. 7kg

    检查验算:

    (1)A=1. 95%×122. 7+10. 95%×8.8+8. 37%×5. 6+4. 50%×5.9+10. 33%×29. 8=7. 16

    与公式(5)算出A=7.229相差0. 068,可用于生产。

    (2)F=0. 41% ×122. 7+6. 20%×8. 8+34. 55%×5. 6+4. 28%×5.9+4. 33%×29. 8=4. 53

与公式(6)算出F=4. 554相差0.024,可用于生产。

(3) S =3.96%  ×122.7+68.60% ×8.8+ 40.95% ×5.6+20.77% ×5.9+24.69% ×29.8=21.77

    与公式(7)算出S=21. 75相差0.02,可用于生产。

    (4)C=49. 81%×122. 7+2. 48%×8.8+7. 34%×5. 6+62. 86%×5.9+3. 47%×29. 8=66. 49

    与公式(8)算出C=66.47相差0. 02,可用于生产。

    (5) C+S+A+F=66. 49+21. 77+7. 16+4. 53=99. 95100可用于生产。

    (6)应用公式(13)(20)的计算矿物组成及其他项目,本文(略)。

    通过兴隆水泥厂生产的配料实践,本文提出的新率值和定量配料计算公式是可行的。

3讨论

    (1)由于生产称量原料的误差≤0.5kg,则定量计算必有误差,但均在误差范围内。

    (2)三率值KAKsKQ应取≤0.1%的准确度,否则计算误差过大,不适用于生产。如取KS=0. 60,所得S=21. 79,若取KS=0. 606,所得S=21. 75,相差0. 04

    (3)解联立方程组时,应取小数点后三位或四位有效数字计算。

    (4)水泥矿物C3SC2SC3AC4AF等四种矿物约占熟料含量的95%以上。余下不足5%的其他成份的热耗,全部拼入水泥矿物的热耗中进行计算。

    (5)各个工厂的工艺特性不同,原材料化学成分不同,水泥矿物含量不同,热耗也不同,各厂应在实践中寻找适合本厂的热耗数值与三率值数据,方能生产优质水泥。

    (6)目前世界各国均使用定性、定量混合公式进行配料计算。若采用本文提出的全部定量公式进行配料计算,则可达到计算快速、省时、准确的效果。

作者:刘献民 方俊凯

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