硅酸二钙固相反应的热分析过程模拟

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1、第37卷第1期非金属矿V01．37NO．12014年1月Non．MetallicMines硅酸二钙固相反应的热分析过程模拟钟强华简淼夫(南京工业大学材料科学与工程学院，江苏南京210009)摘要为探究硅酸二钙(c2s)生成反应的影响因素，采用simulink建立与实验相应的GS固相反应动力学热力学综合模型。通过调整模型中的相关参数如升温速率、颗粒等效粒径，研究影响CS固相反应热效应的N-I-。结果表明，该模型计算快速结果可靠。关键词硅酸二钙(C：S)固相反应动力学模拟中图分类号：TQ172．6+21文献标识码：A文章编号：1000-8098(2014)01-0031-03TheSimu

2、lationoftheThermalAnalysisProcessofDicalciumSilicateSolid．stateReactionZhongQianghuaJianMiaofu"(CollegeofMaterialScienceandEngineering，NanjingUniversityofTechnology,Nanjing，Jiangsu210009)AbstractInordertoexploretheimpactfactorsoftheformationofdicalciumsilicate，constructathermodynamicscomprehensi

3、vemodelcorrespondingtotheC2Ssolid—statereactionbysimulink．TostudytheinfluencingfactorsoftheC2Ssolid—statereactionbychangingtherelevantparametersinthemodel，suchasheatingrate，theequivalentdiameterofparticles．Resultsshowthatthecalculationofthismodelisrapidandreliable．Keywordsdicalciumsilicatesolid—

4、statereactiondynamicssimulation在水泥的生产过程中，大部分生料首先要转化影响因素和最佳测试条件。为硅酸二钙(cs)，在熟料中含量一般为20％左右，1实验模拟是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一[1J。水泥生料1．1模型的建立对主反应和主传热传质过程建立的加热过程在热分析中是一系列物理化学变化的集模型，并在模型各个模块中导入相应的非线性微分方合。随着温度的不断升高，在500-600oC下生料中程，改变其中的物理参数可得到相应的反应过程曲黏土质矿物脱水，并分解为无定形氧化硅和氧化铝，线。当温度超过590℃，生料中占主要部分的碳酸盐开分别建立各级模块，组合成综合模型，

5、改变其中始吸热分解，温度达到1100-1200℃时，碳酸盐分解的物理参数，得到不同的热效应曲线，通过模拟得到速度最大；在碳酸盐分解的同时石灰质与黏土质组的热效应曲线及峰值、峰形的变化来推断对整个反应分间通过质点的相互扩散，进行放热的固相反应，生影响较高的因子，可显著减少实验量。在模型中分成以c，s为主的硅酸盐矿物，再经过更高温度的煅别建立CaCO分解以及C：s生成两个子模块，以得烧生成水泥熟料的各种矿物。虽然生成C：S放热量到吸热和放热模拟曲线，模拟图中的曲线均为CaCO占吸热量的25％，由于分解吸热和固相反应放热合分解、cs生成曲线的拟合。CS固相反应动力学热成叠加，在普通的热分析测

6、试曲线中几乎看不到放力学综合模型见图1。热峰，给水泥熟料C：S等固相反应的热分析测试带在图1CaCO分解反应以及C：S生成反应的子来困难嘲。模块中，主要涉及到以下公式[3】：本研究通过碳酸钙分解、cs固相反应模型和热一级固相反应动力学公式：分析模型来模拟热分析过程，用Matlab／simulink建立dG／dt=KF(1一G)(1)与实验相应的cs固相反应动力学热力学综合模型，本研究建立的模型中颗粒一般视为球形，所以对热效应进行表征；通过调整模型中的相关参数如升F=4XRo2(1一G)(2)温速率、颗粒等效粒径，研究cs固相反应热效应的CaCO分解压仇O2与分解温度的关系为：ln一22

7、．38x10T-l_1．291nT-0．50x10。T收稿日期：2013-12．11+0．63x10T+29．47(3)基金项目：江苏高校优势学科建设工程项目(2on471)。通讯作者。E-mail：m0@njut．edu．cn。其转化率公式为：．31—第37卷第1期非金属矿2014年1月v_rm因图1C：s~fn&应动力学热力学综合模型1-2模型的运行模型建立后，设定颗粒的等效粒径为60gtm，运行模型可以分别得到CaCO分解子模G：．10S