嚴濟軍

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱市150001）

土耳其Tracim水泥廠5000t/d生產(chǎn)線的配料

嚴濟軍

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱市150001）

本文圍繞土耳其Tracim水泥廠5000t/d生產(chǎn)線的配料系統(tǒng)，分析了生料質(zhì)量控制系統(tǒng)以及中子活化在線分析儀在生料調(diào)配和預(yù)配料環(huán)節(jié)的應(yīng)用；并結(jié)合項目實例介紹了一種LSF配料計算方法。

1 生料質(zhì)量控制系統(tǒng)

1.1 以x熒光分析儀為中心

現(xiàn)代化水泥工廠都設(shè)有一套生料質(zhì)量控制系統(tǒng)，出預(yù)均化堆場的各種物料經(jīng)自動連續(xù)取樣，由X－熒光分析儀分析其化學(xué)成分。根據(jù)得到的X-熒光分析結(jié)果進行配料計算，將計算出生料中各種原料配合比，給定皮帶計量秤喂料量，從而實現(xiàn)生料的配料，這樣的控制過程實際上是一個開環(huán)控制系統(tǒng)（open-loop control system）。

更加常用的調(diào)整方法是，根據(jù)X熒光分析儀分析的出磨生料成分的結(jié)果，人工調(diào)整配比，或由安裝有質(zhì)量控制軟件的計算機自動調(diào)整配比，實現(xiàn)閉環(huán)控制（closed-loop control system）。調(diào)整周期依取樣分析的頻次而定，通常每小時調(diào)整一次。由此形成的弊端是調(diào)整不及時，波動大。尤其是人工調(diào)整時，操作人員的經(jīng)驗會在很大程度上影響調(diào)整的效果，從而影響出磨生料的質(zhì)量。即使是使用計算機控制軟件自動調(diào)整，由于調(diào)整周期的原因同樣不可避免產(chǎn)生較大波動。

1.2 以在線分析儀為中心的實時調(diào)節(jié)

在線分析儀按照設(shè)定的時間（可以低至1分鐘），持續(xù)不斷檢測入磨原料的化學(xué)成分，現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)用光纖傳遞到中心化驗室的控制計算機上，控制軟件將入磨混合料的LSF、SM、IM三個率值和設(shè)定的目標(biāo)值比較，通過運算不斷地調(diào)節(jié)各原料下料配比，使得出磨生料的三個率值不斷地逼近設(shè)定值。這樣一個閉環(huán)控制幾乎是實時進行的，因而出磨生料的率值控制非常穩(wěn)定。

土耳其Tracim水泥廠在生料調(diào)配系統(tǒng)的入磨膠帶輸送機上布置了一臺中子活化在線分析儀，用于生料質(zhì)量控制。除此以外，還在原料破碎系統(tǒng)配備了一臺同樣的在線分析儀，配合預(yù)均化堆場，實現(xiàn)預(yù)配料。該生料調(diào)配系統(tǒng)的主機配備情況見表1。

2 中子活化在線分析儀

2.1 在水泥廠的應(yīng)用

中子活化在線分析儀用于水泥行業(yè)的塊狀物料的實時成分分析，可以對礦山原料成分、進預(yù)均化堆場前的原料成分、進生料磨前混合料的配料成分，煤以及出窯熟料的成分、水泥成品的成分進行檢測和全過程控制。

在線中子活化分析儀能夠檢測水泥、半成品及原料的主要組成成分如Si、Al、Fe、Ca、Mg以及次要組成成分如K、Na、S、Cl等。并能通過計算得到水泥生產(chǎn)控制的率值以及礦物組成等參數(shù)，如LSF、KH、SM、IM、C3S、C2S、C3A、C4AF以及液相量等。

2.2 預(yù)配料

中子活化在線分析儀的廣泛使用，使預(yù)配料技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)實際成為可能。新建的水泥生產(chǎn)線有意識地將配料的環(huán)節(jié)前移，實現(xiàn)2組分或3組分預(yù)配料，進入均化堆場的混合料成分已經(jīng)受控，在調(diào)配站只需再加入1種或2種校正原料微調(diào)即可。

土耳其Tracim水泥廠使用泥灰?guī)r為主要原料，當(dāng)?shù)氐哪嗷規(guī)rCaO含量偏低（見表2），作為水泥生料，需配入適量的鈣質(zhì)原料調(diào)整。這個現(xiàn)場采用的鈣質(zhì)原料是石灰石，石灰石與泥灰?guī)r共用一臺雙轉(zhuǎn)子錘式破碎機，由兩臺板式喂料機同時喂入雙轉(zhuǎn)子錘式破碎機。破碎后經(jīng)膠帶輸送機、在線分析儀以及堆料機送入預(yù)均化堆場。經(jīng)過在線分析儀之前，可再由鐵粉喂料斗下的板式喂料機配入鐵粉或其它鐵質(zhì)校正原料，實現(xiàn)2組分或3組分預(yù)配料。

在線分析儀對預(yù)混料進行檢測，根據(jù)目標(biāo)混合料的成分要求，通過板式喂料機的調(diào)速裝置調(diào)整各種原料的配比，實現(xiàn)預(yù)混料的成分控制。有時預(yù)配料的成分甚至就能滿足生料的要求，生料調(diào)配站只有1組分或2組分下料，生料調(diào)配站和生料均化庫的功能被弱化。

土耳其Tracim水泥廠試生產(chǎn)過程中，未投入使用和投入使用的率值及標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)見表3和表5。投入使用時的標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯小于未投入使用時。表中數(shù)據(jù)是生料磨連續(xù)運轉(zhuǎn)時采集的數(shù)據(jù)，由于均化堆場尚未完工，破碎后的預(yù)混料直接進入調(diào)配庫內(nèi)，缺少了均化環(huán)節(jié)，再加上物料水分大，給生料調(diào)配帶來了一定困難。如果克服了上述困難，LSF標(biāo)準(zhǔn)偏差還將進一步縮小。

表1 主機設(shè)備表

表2 泥灰?guī)r分區(qū)堆放%

表3 在線分析儀未投入使用時的數(shù)據(jù)

3 LSF配料計算方法實例介紹

3.1 原理

本項目的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)采用的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，配料計算使用石灰飽和系數(shù)LSF（又稱李和派克系數(shù)），業(yè)主的工藝技術(shù)人員使用了一種配料計算的方法，簡單實用而且很方便在Excel表格中實現(xiàn)。下面以3組分配料為例，簡單介紹如下。

由于本項目在生料調(diào)配站采用三套定量喂料皮帶秤，當(dāng)生產(chǎn)工藝需要實現(xiàn)4組分甚至5組分配料時，可以在預(yù)配料階段完成。事實上，本項目業(yè)主準(zhǔn)備了至少5種原料（見表4），以便在滿足煅燒和質(zhì)量要求后，通過不同的原料組合盡可能降低生產(chǎn)成本。

表4 原料成分表%

已知各種原材料的化學(xué)成分（以氧化物的分子式帶右上角標(biāo)加以區(qū)分不同原料）和目標(biāo)生料的率值LSF和SM，定義a1、b1為a原料和b原料飽和自身的酸性氧化物需要的堿性氧化物的量，c1為c原料在飽和了自身的酸性氧化物后所能夠提供的堿性氧化物的余量。同理定義a2、b2為a原料和b原料形成硅酸鹽礦物所需的SiO2的量，c2為c原料為形成硅酸鹽礦物的SiO2貢獻值。

3.2求解

假設(shè)x份a原料、y份b原料與1份c原料配合后滿足生料的目標(biāo)率值LSF和SM，依據(jù)率值定義，在酸性氧化物、堿性氧化物及硅酸鹽礦物與溶劑礦物達到平衡的條件下，可以列出方程組并寫出解的表達式。

將各種原材料的化學(xué)成分和目標(biāo)生料的率值代入，容易計算上述各式的值和方程的解，再換算出三原料的配比，進而換算出應(yīng)用基的配比。

表5 在線分析儀投入使用時的數(shù)據(jù)

3.3 實例

以表3中泥灰?guī)r、石灰石和鐵粉數(shù)據(jù)為例，生料控制目標(biāo)率值LSF=100，SM=2.7，則有：

即19.22份泥灰?guī)r與15.63份石灰石與1份鐵粉配合可滿足目標(biāo)生料要求，換算成應(yīng)用基配比為：泥灰?guī)r56.8%，石灰石40.6%，鐵粉2.6%。

4 總結(jié)

該生產(chǎn)線于2008年12月21日投料，試生產(chǎn)期間的熟料數(shù)據(jù)如表6。在克服了由于泥灰?guī)r水分大造成的輸送和儲存過程中的粘滯和堵料以及設(shè)備頻繁停啟等不利條件的同時，正是得益于完備的質(zhì)量控制系統(tǒng)和中子活化在線分析儀的充分利用，加上其它的保證質(zhì)量和提高運轉(zhuǎn)率的措施，窯系統(tǒng)實現(xiàn)并保持優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定安全運轉(zhuǎn)。

表6 熟料數(shù)據(jù)CEN196:2005

（特邀編輯：謝克平）

TQ172.614 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1007-6344（2010）04-0015-05

2010-03-02】