引言

水泥生產的根本目的就是生產高質量的水泥熟料，進入新世紀中國新型干法水泥迅速發展，目前擁有新型干法水泥生產線數量位居世界第一，在從水泥生產大國向水泥生產強國進軍的過程中，積累了豐富的實踐經驗。然而熟料生產的過程受到很大的主客觀因素影響，如原料品質的差異、設備的先進性、穩定性以及技術人員的操作水平等，在眾多熟料控制指標中，對f-CaO(游離氧化鈣free Calcium oxide)的控制始終是熟料質量控制的關鍵指標，同時f-CaO指標也能間接判斷回轉窯的燒成狀況，從而方便指導生產。本文從f-CaO的產生，危害以及對熟料煅燒的指導等方面說明熟料中控制f-CaO 的意義，以期對生產有一定的指導。

1.1 一次游離氧化鈣

游離氧化鈣(f-CaO)是指熟料中沒有以化合狀態存在而是以游離狀態存在的氧化鈣，又稱游離石灰(f-CaO)。理論上，原料中的堿性氧化物CaO在高溫下可以和酸性氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O;完全化合形成C3S、C3A和C4AF三種礦物，但實際生產受到燒成條件的限制很難達到，也沒有必要這么做，實際上熟料主要是由C3S、C2S、C3A和C4AF四種礦物組成的。實際的生產過程非常復雜，往往因配料不當(高KH)、生料過粗、混合不均、煅燒不良，尚有未與酸性氧化物反應而殘留少量CaO,這種CaO由于沒有和任何酸性氧化物化合而成游離狀態存在我們稱之為一次游離氧化鈣(f-CaO)。

一次游離氧化鈣對水泥的安定性影響很大。這種f-CaO經過1400~1450℃高溫煅燒而呈“死燒狀態”,晶體尺寸較大[10(f-Ca(O)20μm]往往聚集成堆分布，形成礦巢，且包裹于早期形成的礦物之中，遇水生產氫氧化鈣[Ca(OH)2]的反應很慢，至混凝土硬化后較長一段時間才完全水化。一次f-CaO與水作用生成Ca(OH)2時固體體積膨脹98%。在已硬化的混凝土內部造成局部膨脹力，嚴重時引起安定性不良，導致水泥制品變形開裂。

1.2 二次游離氧化鈣

有一次游離氧化鈣，那么是不是還有二次游離氧化鈣呢?是的。熟料慢冷或還原氣氛下，結構不穩定的C3S分解而形成的氧化鈣，以及由熟料中堿取代C2S、C3S、C3A中的氧化鈣而形成。由于這種氧化鈣化合后又游離出來，故稱為二次游離氧化鈣。

1.3 輕燒游離氧化鈣

由于來料不穩或塌料，掉窯皮，或燃料成分變化，或火焰形狀不好，使部分乃至局部生料的煅燒溫度不足，在1100~1200℃的低溫下形成f-CaO。主要存在于黃粉以及包裹著生料粉的夾心熟料中，也有稱之為黃心料、包心料等，其結構疏松多孔，遇水反應快，它們對水泥安定性危害不大，但會使熟料強度降低。

2.1 f-CaO過高對水泥安定性的影響

在國家標準中要求水泥熟料中f-CaO含量≤1.5%f-CaO過高影響水泥的安定性，影響安定性的主要是一次游離氧化鈣和二次游離氧化鈣，由于這兩種f-CaO都經過了高溫煅燒，水化速度很慢。水化產物形成于水泥漿體硬化之后，且結晶粗大，沒有較致密的C-S-H凝膠充填，引起局部應力集中，同時不斷長大的Ca(OH)2晶體對其周圍產生擠壓作用，引發微裂紋，最后導致水泥石變形，開裂。

2.2 f-CaO含量過低同樣不可取

熟料中的f-CaO是客觀存在的，片面追求過低的f-CaO含量有以下危害。

首先是熟料質量下降，在f-CaO低于0.5%時，由于高溫時間停留過長，熟料往往呈過燒狀態，甚至是死燒。此時的熟料缺乏活性，其強度不但不高，反而會有所下降。如果為了降低f-CaO含量而刻意提高燒成溫度的話，還會影響燒成帶窯襯壽命。其次消耗更多的燃料，為使少量殘存的f-CaO 被C2S吸收，隨著燒成溫度的提高，就要付出更多的熱量，對節能減排不利。最后還會影響熟料的易磨性，據測算f-CaO 每降低0.1%,水泥磨的系統電耗要增加0.5%。

2.3 f-CaO在一定的范圍內對熟料煅燒來講是合理的

熟料f-CaO含量是考核熟料質量的重要指標，它表示生料煅燒中氧化鈣與氧化硅、氧化鐵，氧化鋁的結合后剩余的程度，所以，它的高低表示配料的合理性及熟料煅燒的完全程度，更表示熟料的安定性質量。f-CaO含量在0.5%~2%之間應該算是合理范圍，對預分解窯來講，回轉窯內良好的熱工制度，先進的多通道燃燒器，使得對f-CaO的控制變得相對容易，各企業的窯操作員不應把降低f-CaO指標作為自己首要目標，而應把探索適合本廠的操作制度作為首要任務，煅燒出優質熟料。

3.1 對噴煤管的調整

f-CaO含量偏高，窯內出現大量的生燒料，在風煤料基本穩定的情況下，觀察發現，噴煤管會偏離物料，此時應將噴煤管向物料側調整，要掌握好調整幅度，以不出現火焰扎料為度，否則非但解決不了問題，還會適得其反，熟料會極容易結成大塊，f-CaO含量反而更高。

3.2 對二次風溫的調整

熟料f-CaO含量偏高，往往三次風閥門開度過大，造成二次風不足，窯內通風量減少，窯頭煤加不上去，窯尾廢氣中的CO濃度高，窯內出現還原氣氛，煙室容易發生結皮現象，窯內容易發生結圈、結球現象，出現黃心料包心料。這就要求操作員要及時調整篦床速度，調整三次風閥門開度調整改善，逐步改善二次風溫狀況。

3.3 對窯速的調整

f-CaO偏高也可能是因為窯的轉速不合適(過快或過慢)。如果窯速過快，造成物料在燒成帶停留時間過短，燒成吸收反應不完全，造成熟料中的f-CaO偏高；如果窯速過慢，造成物料在窯內的填充率過大，熱交換不均勻，煤粉的燃燒空間變小，燒成帶勢力強度降低，燒成吸收反應不完全，也會造成熟料中f-CaO偏高。

一般來說，對NSP窯采用“薄料快燒”的煅燒方法，操作中要穩定窯速，不能過于頻繁調整，如遇特殊情況必須大幅度調整，要使窯速與喂料量保持同步，否則會造成熟料中f-CaO偏高，影響熟料質量。

f-CaO不僅是一個過程控制指標，還是指導實際生產過程的重要數據。f-CaO是客觀存在的，企業不能僅拿來作為考核操作員的一個冰冷的數據，更應該把它拿來指導我們的生產過程。

作者：趙淑彩

來源：《中國水泥》

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