燒失量

燒失量

各種物料樣品在加熱過(guò)程中，蒸發(fā)或揮發(fā)而失去重量，所失去的部分，稱(chēng)為燒失量（LOI）。熟料在煅燒過(guò)程中，生料所含的水分在100～105℃時(shí)蒸發(fā)，有機(jī)物約在550℃時(shí)煅燒，碳酸鈣在800～1 000℃的溫度范圍內(nèi)分解，生成的CO2氣體排至大氣，上述過(guò)程均會(huì)失去重量。此外，熟料、水泥儲(chǔ)存時(shí)受潮，干燥時(shí)水分蒸發(fā)，不僅會(huì)失去重量，還會(huì)影響質(zhì)量。由此可見(jiàn)，燒失量在水泥生產(chǎn)全過(guò)程中均會(huì)出現(xiàn)。

1 生料

入窯生料的主要成分為石灰石、粘土或砂頁(yè)巖及鋁、鐵等化合物。

石灰石中主要成分為碳酸鈣（CaCO3），當(dāng)加熱至800℃以上時(shí)，CaCO3分解產(chǎn)生CaO和CO2，當(dāng)溫度增至1 000℃時(shí)，CaCO3全部分解，所產(chǎn)生的CO2數(shù)量與CaCO3純度有關(guān)，最高達(dá)到總量的44%。

粘土和頁(yè)巖中的吸附水和夾層水，當(dāng)加熱到某一溫度時(shí)，水分因蒸發(fā)或揮發(fā)而消失。

近年來(lái)，有些工業(yè)廢棄物作為水泥生產(chǎn)原料，在煅燒過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)負(fù)的燒失量（增加重量）。如Fe2O3在還原氣氛下加熱還原成FeO，最終生成Fe，此過(guò)程失去重量。而在氧化氣氛下，F(xiàn)e氧化生成FeO和Fe2O3，從而增加重量。

2 入窯生料和熟料

預(yù)分解窯生產(chǎn)過(guò)程中，生料從頂部預(yù)熱器加入，經(jīng)各級(jí)預(yù)熱器加熱，進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。在此過(guò)程中，碳酸鈣受熱分解，生成的CO2隨煙氣排出，CaO進(jìn)入窯內(nèi)成熟料成分。在進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯前，熱料中的碳酸鈣分解率是控制生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵數(shù)值。分解率過(guò)低，未分解的碳酸鈣在窯內(nèi)繼續(xù)加熱分解，一定程度上降低了回轉(zhuǎn)窯的功能，增加了熟料煅燒熱耗。而入窯物料分解率過(guò)高，易在進(jìn)料部位產(chǎn)生結(jié)皮堵塞，影響通風(fēng)和燃料燃燒。

為控制入窯物料分解率，通常在窯尾進(jìn)料口部位對(duì)入窯熱料的燒失量進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)公式計(jì)算其分解率。主要公式為：

式中：

LOIkf——生料樣品燒失量

LOIhm——入窯熱料燒失量

另一種計(jì)算入窯物料分解率的公式為：

從圖1可知，入窯物料分解率與生料樣品燒失量和入窯熱料燒失量有一定的關(guān)系。通常，生料燒失量是穩(wěn)定的，熱料燒失量是唯一的變數(shù)，而在正常煅燒的工況下，熱料燒失量也較穩(wěn)定，因而分解率與熱料燒失量呈線性關(guān)系。熟料煅燒過(guò)程中，大量的樣品檢測(cè)表明，通常有3%的燒失量保留在熱料樣品內(nèi)。按生料燒失量35%計(jì)算，對(duì)生料燒失量實(shí)際的影響為3/(100-35)×100%=4.6%。當(dāng)分解率為零時(shí)，兩種計(jì)算方法得出的結(jié)果是相同的，當(dāng)熱料完全分解，兩種計(jì)算結(jié)果也是相等的。然而當(dāng)分解率為0%～100%的中間數(shù)值時(shí)式（2）計(jì)算的分解率稍高，因而式（2）計(jì)算的分解率是曲線。由上述兩種計(jì)算方式計(jì)算的結(jié)果差別似乎很小，但對(duì)入窯熱料的分解率仍有一定的影響，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況予以應(yīng)用。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有些窯會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵熟料，這些粉塵熟料經(jīng)窯返回，沉積在窯進(jìn)料口。此外，還有大量的粉塵熟料經(jīng)三次風(fēng)管進(jìn)入分解爐，再次加熱后進(jìn)入窯進(jìn)料口，與入窯熱料混合在一起。由于粉塵熟料已完全分解，此種情況下所測(cè)得的燒失量低于熱料燒失量。計(jì)算所得的分解率較高，而實(shí)際入窯熱料分解率卻較低。未完全分解的熱料入窯后，需增加熱量進(jìn)行分解，此時(shí)窯尾部位熱料因繼續(xù)加熱易產(chǎn)生結(jié)皮堵塞，影響窯氣通風(fēng)而產(chǎn)生還原氣氛。此種工況易在燒成帶內(nèi)生成粉塵熟料，從而加重循環(huán)。

燒成帶產(chǎn)生的大量粉塵熟料經(jīng)三次風(fēng)管和窯返回至窯進(jìn)料口部位，會(huì)對(duì)在該部位所測(cè)得的燒失量和熱料分解率產(chǎn)生較大影響，通常在生產(chǎn)實(shí)踐中，按燒失量的實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)來(lái)判斷熱料分解率，然后提出合適的操作控制方式。

圖1 兩種方法計(jì)算的分解率和燒失量的比較

3 熟料

當(dāng)熟料儲(chǔ)存在熟料庫(kù)時(shí)，燒失量通常較低。若熟料露天敞開(kāi)儲(chǔ)存，部分熟料礦物水化，熟料中的游離鈣易與大氣中的濕氣作用，生成氫氧化鈣，熟料中C3A礦物水化也易生成鈣鋁水化物。熟料中的硫化物與水反應(yīng)生成硫的水化物。若熟料與雨水接觸，則熟料中的鈣硅礦物水化，形成鈣硅水化物，部分熟料中的水化物在水泥粉磨時(shí)會(huì)脫水揮發(fā)，產(chǎn)生燒失量。

露天長(zhǎng)時(shí)期儲(chǔ)存的熟料又稱(chēng)為“儲(chǔ)存熟料”，通過(guò)測(cè)試可得熟料中所含的水量，此類(lèi)熟料在一定程度上會(huì)影響粉磨后的水泥質(zhì)量。圖2為含水的“儲(chǔ)存熟料”粉磨成水泥后制成的試樣所測(cè)得的28d抗壓強(qiáng)度與含水量之間的關(guān)系。

4 水泥

水泥的燒失量視環(huán)境而定。首先是上述的含水熟料水化對(duì)強(qiáng)度的影響；其次是水泥在粉磨時(shí)，熟料和含水的石灰石、礦渣、粉煤灰等混合材以及含水的石膏一起粉磨；第三是水泥在粉磨時(shí)，需在熟料內(nèi)加水或噴水以降低磨內(nèi)物料溫度。上述情況均會(huì)使水泥含有一些水分而產(chǎn)生燒失量。

圖2 “儲(chǔ)存熟料”含水量與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系

熟料粉磨時(shí)，可加入石膏，以延緩C3A凝結(jié)和阻止水泥快凝。石膏的分子式為CaSO4·2H2O、CaSO4·H2O，當(dāng)加溫至某一溫度時(shí)，石膏脫水，但石膏內(nèi)可能含有粘土礦物，這些礦物均含有水。此外，混合材中的石灰石、礦渣、粉煤灰等含水物在水泥粉磨時(shí)，所含的水分未必完全揮發(fā)，這些均會(huì)使水泥產(chǎn)生燒失量。

水泥在粉磨時(shí)，若物料溫度過(guò)高，石膏將會(huì)脫水，影響水泥的凝結(jié)時(shí)間及和易性等。為降低溫度，一般采用噴水冷卻，但水不易蒸發(fā)。理想的方式是將水霧化，與水泥礦物盡量少接觸。水霧吸收熱量蒸發(fā)，使磨內(nèi)溫度下降，有利于水泥質(zhì)量。

入磨水量過(guò)多，磨內(nèi)部分水泥水化，此類(lèi)水泥加熱會(huì)產(chǎn)生燒失量，對(duì)水泥28d強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖2。

4 燒失量測(cè)試

熟料的燒失量單項(xiàng)測(cè)試可通過(guò)加熱來(lái)完成，方法也較簡(jiǎn)單。若熟料預(yù)水化，出現(xiàn)新礦物則會(huì)給測(cè)試帶來(lái)困難。為解決此問(wèn)題，一些學(xué)術(shù)研究、生產(chǎn)等單位使用差熱分析，通過(guò)連續(xù)增加樣品溫度，測(cè)試記錄樣品在某一溫度下的放熱和吸熱過(guò)程及樣品的重量變化，從而找出熟料、水泥、混合材內(nèi)礦物的品種和數(shù)量，有利于控制水泥生產(chǎn)所需原料、混合材、熟料、水泥的性能，也有利于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

陳友德編譯自

No.9/2016 International Cement Review