2017-08-10 13:30:23 來(lái)源:水泥人網(wǎng)

水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向

  水泥生料質(zhì)量控制是水泥生產(chǎn)中的重要環(huán)節,是穩定旋窯熱工制度、提高熟料質(zhì)量和產(chǎn)量的關(guān)鍵,如何加強出磨生料質(zhì)量控制,保證出磨生料三率值的合理與穩定,是企業(yè)技術(shù)人員和有關(guān)專(zhuān)家共同關(guān)心的問(wèn)題。本文簡(jiǎn)單回顧了水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展歷史,分析了目前水泥生料質(zhì)量控制的現狀和存在問(wèn)題,結合個(gè)人的工作經(jīng)驗和研究體會(huì ),從多個(gè)方面提出了一些解決問(wèn)題的辦法和措施,有助于提高水泥企業(yè)的質(zhì)量管理水平,有些問(wèn)題難度比較大,在國內屬于首次提出,供企業(yè)技術(shù)人員和專(zhuān)業(yè)研究人員參考。

  一、水泥生料質(zhì)量控制方法回顧

  水泥生料質(zhì)量控制已有幾十年的發(fā)展歷史,出磨生料質(zhì)量控制最初是碳酸鈣滴定值和三氧化二鐵控制法,然后發(fā)展到手工氧化鈣和三氧化二鐵控制法、鈣鐵儀控制法、多元素熒光分析儀率值控制法,可簡(jiǎn)單概括為鈣鐵控制、多元素率值控制兩種方法。

  鈣鐵控制法就是以氧化鈣和三氧化二鐵為目標值的控制方法,用手工或者鈣鐵儀每小時(shí)測定一次出磨生料的氧化鈣和三氧化二鐵,二十四小時(shí)的綜合樣進(jìn)行一次手工化學(xué)全分析,計算出生料的三率值,如果三率值不符合要求,需要重新調整出磨生料氧化鈣或三氧化二鐵的目標值,可見(jiàn)滯后程度很?chē)乐亍?/p>

  水泥生料質(zhì)量的合理與穩定很重要,早在30年前,好多專(zhuān)家和學(xué)者就開(kāi)始從事水泥生料質(zhì)量控制方法的研究,比較著(zhù)名的是河南硅酸鹽學(xué)會(huì )的劉篤新工程師,證明了如果原料成分不穩定,控制生料的氧化鈣和三氧化二鐵,無(wú)法穩定生料的三率值,這個(gè)觀(guān)點(diǎn)也得到了各界專(zhuān)家和水泥企業(yè)的公認,為水泥生料多元素控制法奠定了基礎。

  筆者近幾年研究表明:氧化鈣、氧化鎂和生料飽和比都是正相關(guān),雖然氧化鎂不參與飽和比計算,但對生料飽和比影響很大;如果生料氧化鎂穩定,控制好了氧化鈣和三氧化二鐵則生料飽和比基本穩定;如果生料氧化鈣和三氧化二鐵不變,氧化鎂變化,則生料飽和比會(huì )隨著(zhù)氧化鎂大幅度的同方向變化,因此鈣鐵控制法的關(guān)鍵是保證石灰石氧化鎂穩定。

  2、多元素率值控制法

  多元素率值控制法是在鈣鐵控制法的基礎上發(fā)展起來(lái)的,采用大型多元素分析儀,同時(shí)分析出二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂及其他微量成分的含量,并計算出生料的三率值,是以生料三率值為目標值的控制方法。該法最大的優(yōu)點(diǎn)是可在短時(shí)間內得到出磨生料的三率值,大大降低了滯后的程度。

  多元素率值控制法和前面的鈣鐵控制法一樣,調整依據都是出磨生料的化學(xué)成分,如果原料成分不穩定,同樣無(wú)法穩定出磨生料的三率值,目前采用的原料預均化措施,就是為了降低原料成分的變化幅度,延長(cháng)原料成分的變化時(shí)間,如果原料成分頻繁變化,就失去了調整的意義,這是出磨生料事后調整法的致命缺陷。

  二、水泥生料質(zhì)量控制現狀分析

  生料質(zhì)量控制是新型干法水泥保證旋窯穩定運轉的重要環(huán)節,主要包括:原料計量、生料成分分析和原料配比調整等方面內容。

  原料計量設備發(fā)展很快,目前的變頻調速計量設備,內置自動(dòng)調整電路,可隨著(zhù)環(huán)境溫度的變化,自動(dòng)調整零點(diǎn),計量精度很高,性能也比較穩定。雖然不敢保證顯示下料量與實(shí)際下料量絕對相符,但只是一個(gè)不太大的比較穩定的偏差。

  出磨生料成分分析,已由過(guò)去的手工化學(xué)分析,發(fā)展到目前的儀器分析,大型多元素熒光分析儀已普遍應用到質(zhì)量檢驗中,可在十幾分鐘時(shí)間內得到水泥生料所有元素化學(xué)成分的含量和三率值,很大程度上降低了出磨生料調整的滯后程度。

  水泥生料原料配比調整,由過(guò)去的人工憑經(jīng)驗調整,發(fā)展到目前的計算機調整,實(shí)現自動(dòng)化控制,好多生料控制系統已運用到水泥生料質(zhì)量控制當中,這是水泥生產(chǎn)快速發(fā)展的需要,是水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向。

  水泥生料質(zhì)量控制系統原本來(lái)自于國外,主要有:日本IHI質(zhì)量控制系統、丹麥史密斯QCX系統、柏利休斯POLAB系統等等,國內的設計院等有關(guān)單位吸收了國外生料質(zhì)量控制系統的優(yōu)點(diǎn),并結合我國水泥生產(chǎn)工藝的特點(diǎn),也開(kāi)發(fā)出了一系列的生料質(zhì)量控制系統。

  水泥生料質(zhì)量控制系統的關(guān)鍵是原料配比的調整計算模式,要根據出磨生料成分、原料成分、原料配比以及生料目標值,用計算機計算出調整后的原料配比。原料成分是變化的,關(guān)鍵是無(wú)法知道原料成分的變化情況,另一方面,計量設備不一定十分準確,無(wú)法知道顯示下料量與實(shí)際下料量之間的偏差,所以調整計算的難度特別大。筆者見(jiàn)過(guò)國內幾種水泥生料質(zhì)量控制系統的控制界面,雖然無(wú)法知道其中的調整計算模式,從界面上就能看到不足之處:

  (1)沒(méi)用考慮到原料水分,調整計算時(shí)原料水分不能忽略不計;

  (2)調整計算時(shí)不應該只使用“當前原料配比”,應該使用“和出磨生料相對應的原料配比”。出磨生料通常連續取樣,假設出磨生料的控制周期是一個(gè)小時(shí),從生料取樣到報出檢驗結果調整下次原料配比,需要20分鐘時(shí)間。8:00取生料樣,8:20進(jìn)行原料配比調整,9:00再次生料取樣,9:20進(jìn)行原料配比調整計算,那么8:00到9:00之間的這部分生料對應著(zhù)兩組配比,8:00到8:20一組配比,8:20到9:00一組配比,進(jìn)行原料配比調整計算時(shí)必須使用這兩組配比的加權平均值。

  目前,在水泥生料質(zhì)量控制中,存在好多待解決問(wèn)題,包括:調整滯后、石灰石均化效果不理想、原料成分頻繁變化、調整計算模式不實(shí)用、入窯生料均化效果差等等。這些問(wèn)題的存在,造成水泥生料控制系統的使用效果并不理想,在水泥企業(yè)得不到廣泛推廣,多數企業(yè)還是采用靠人工憑經(jīng)驗進(jìn)行調整的老方法。

  三、水泥生料控制系統改進(jìn)方案分析

  對于以上水泥生料控制系統的一些缺陷,經(jīng)過(guò)有關(guān)專(zhuān)家的研究和探討,提出了一些改進(jìn)辦法,這些方案可分為兩個(gè)類(lèi)別,一種是后置式生料質(zhì)量控制系統,另一種是前置式生料質(zhì)量控制系統。

  1、后置式生料質(zhì)量控制系統

  它的結構和通用型控制系統相似,只是用在線(xiàn)四元素分析儀代替X熒光分析儀,用四元素分析儀在線(xiàn)監測出磨生料的二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵和氧化鈣,取消了出磨生料取樣和制樣的手續,分析速度加快,可將調整周期縮短到3—5分鐘,進(jìn)一步降低了滯后的程度。

  在線(xiàn)監測的原理估計和鈣鐵分析儀是一樣的,這種分析儀檢測原子量低的元素比較困難,二氧化硅和三氧化二鋁的測定結果并不理想,原料的礦物效應影響也很大,特別是氧化鎂不穩定時(shí),對氧化鈣和二氧化硅的結果影響比較大,很難保證檢驗數據的準確性。

  該法雖然可以盡快發(fā)現原料的變化情況,但同樣存在一個(gè)調整滯后問(wèn)題,無(wú)法提前知道原料的變化情況,原料配比的調整計算模式也很重要,必須實(shí)用有效,否則很難保證出磨生料三率值的合理與穩定。

  另外,由于礦物效應的存在,出磨生料綜合樣必須進(jìn)行手工化學(xué)分析,一旦儀器檢驗數據不準,同樣存在一個(gè)長(cháng)滯后問(wèn)題。

  2、前置式生料質(zhì)量控制系統

  它的結構和通用型控制系統完全不同,使用在線(xiàn)中子活化分析儀檢測傳送帶上入磨物料的化學(xué)成分,不破壞物料的形狀,一分鐘就可以提供各種氧化物的檢驗數據和三率值。

  由于中子活化分析儀檢測的是傳送帶上瞬時(shí)間物料的化學(xué)成分,用量比較少以及水分比較大的粉狀物料并非均勻分布在傳送帶上,而是呈堆積狀態(tài),檢驗數據的代表性比較差,往往會(huì )起誤導作用,越調越亂,并且同樣也有一個(gè)調整計算模式問(wèn)題。各種因素導致該控制方法沒(méi)有在生料質(zhì)量控制中得到推廣,好多企業(yè)用于破碎機后的進(jìn)廠(chǎng)石灰石在線(xiàn)檢驗。

  3、入磨物料提前在線(xiàn)檢驗模式

  將所有的入磨物料進(jìn)行在線(xiàn)檢驗,提前確定入磨物料的原料配比。這是有關(guān)業(yè)內人士提出的設想,屬于前置式的生料質(zhì)量控制,可徹底改變調整滯后的被動(dòng)局面,走出事后調整的誤區??刂扑悸肥窍冗M(jìn)的,但是有幾個(gè)問(wèn)題應該注意:

  (1)入磨物料沒(méi)必要全部檢驗

  目前多數水泥企業(yè)都在合理利用石灰石礦山資源,使入磨石灰石滿(mǎn)足配料要求并留有一定的余地,其它輔助原料的用量并不多。假設砂巖的配比是3%,如果其它原料的成分都不變,砂巖的二氧化硅變化1.00,生料二氧化硅將變化0.03;同樣,假設石灰石的配比是90%,如果其它原料的成分都不變,石灰石的氧化鈣變化1.00,生料氧化鈣將變化0.9,影響程度是砂巖的30倍,可見(jiàn)輔助原料成分變化對生料成分變化影響不大,石灰石成分變化是影響生料成分變化的主要因素,沒(méi)必要將所有的入磨物料全部進(jìn)行在線(xiàn)檢驗,檢驗成本太高,設計上也復雜,使用一臺在線(xiàn)分析儀檢驗石灰石即可滿(mǎn)足要求,提前掌握石灰石的變化情況,事先確定入磨物料的配比。

  (2)入磨物料在線(xiàn)檢驗數據的誤差、計量設備下料量的誤差,這些都是客觀(guān)存在的,并且是未知的,原料配比的調整計算方法很重要,否則很難達到生料目標值要求。搞過(guò)配料工作的都知道,我們根據各種原料的化學(xué)成分,確定了一個(gè)水泥生料配料方案,當用到生產(chǎn)中的時(shí)候,得到的生料檢驗數據和方案設計并不相符,是原料化學(xué)成分的檢驗誤差?還是水泥生料的檢驗誤差?還是計量設備的下料量誤差?這些誤差都有可能存在,而且難以發(fā)現,如何在各種誤差存在的情況下,實(shí)現原料配比的準確調整,這點(diǎn)很重要,理論上的東西往往不符合生產(chǎn)中的實(shí)際情況,必須用生產(chǎn)中的對應關(guān)系,解決生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。

  (3)方案中并沒(méi)有提出對出磨生料進(jìn)行檢驗,如果不檢驗出磨生料,容易造成生產(chǎn)失控,個(gè)人認為出磨生料檢驗不能取消。

  四、水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向

  水泥生料質(zhì)量控制的最終目的就是保證出磨生料三率值的合理與穩定。

  合理:就是出磨生料經(jīng)過(guò)煅燒后,生產(chǎn)出的熟料的三率值必須符合目標值要求,所以必須實(shí)施出磨生料目標值的及時(shí)調整和準確調整,依靠管理人員去觀(guān)察、憑經(jīng)驗進(jìn)行目標值調整的老方法,無(wú)法實(shí)現出磨生料目標值的及時(shí)調整和準確調整。

  穩定:就是最大程度的提高出磨生料三率值的合格率,降低出磨生料三率值的標準偏差。如果有可能,應該保證檢驗頻次在半小時(shí)或十五分鐘情況下的出磨生料合格率,減輕入窯生料均化過(guò)程的負擔。在出磨生料質(zhì)量控制中,科學(xué)而有效的調整方法和控制方法是提高出磨生料合格率的關(guān)鍵。

  未來(lái)的水泥生料質(zhì)量控制系統,必須涵蓋水泥生料質(zhì)量控制的整個(gè)過(guò)程,內容包括:原料合理利用、石灰石質(zhì)量控制、原料配比調整與控制、生料目標值調整、原料配比預測、檢驗數據置信程度的判斷等多個(gè)方面。凡事要從根本上解決問(wèn)題,不能依賴(lài)于事后的補救措施,要把人的管理經(jīng)驗和思維方式數據化和計算機化,實(shí)行計算機一體化管理,真正實(shí)現水泥生料智能化控制,這是水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向。

  1、原料合理利用

  原料合理利用是指在水泥生產(chǎn)原料選擇當中,充分利用廠(chǎng)區周邊通用性的粘土質(zhì)原料,降低生產(chǎn)成本,節省礦山資源。通用性粘土質(zhì)原料儲量豐富,主要包括:黃土、粘土、頁(yè)巖、泥巖、粉砂巖以及河泥等,是以二氧化硅和三氧化二鋁為主要成分的原料,這類(lèi)原料屬于中性原料,二氧化硅與三氧化二鋁的比值比較適中,可以說(shuō)這類(lèi)原料遍地都是,可是這些原料卻得不到充分利用,企業(yè)通常選擇高二氧化硅的硅質(zhì)原料,和高三氧化二鋁的鋁質(zhì)原料來(lái)代替,原因是這些通用性粘土質(zhì)原料中,二氧化硅與三氧化二鋁的比值不太理想,無(wú)法滿(mǎn)足配料要求,用硅質(zhì)原料和鋁質(zhì)原料時(shí)配料比較方便。

  全國各地的粘土質(zhì)原料質(zhì)量差別比較大,如果把粘土質(zhì)原料中二氧化硅和三氧化二鋁的比值稱(chēng)為粘土質(zhì)量系數,隨著(zhù)各地粘土質(zhì)原料含砂量的不同,粘土質(zhì)量系數變化比較大,評價(jià)一種粘土質(zhì)原料能否滿(mǎn)足配料要求,主要是看它的質(zhì)量系數,統計了一下全國各地的粘土質(zhì)原料,主要包括:黃土、粘土、棕壤、黑土、浦泥、頁(yè)巖及粉砂巖,化學(xué)成分變化情況大致如下:SiO2:50.88—68.52%;A12O3:10.19—17.68%;Fe2O3:2.61—7.68%;CaO:1.29—14.48%;MgO:0.81—3.34%;質(zhì)量系數:3.28—6.60,差別比較大。

  傳統的水泥生產(chǎn)原料是石灰石、粘土質(zhì)原料和鐵質(zhì)原料,全國各地水泥生產(chǎn)企業(yè)所用的原料、生產(chǎn)用煤以及配料方案都不一樣,都有一個(gè)適合本企業(yè)實(shí)際情況的能滿(mǎn)足配料要求的特定的粘土質(zhì)量系數。日常生產(chǎn)中,隨著(zhù)更換生產(chǎn)用煤,該系數也會(huì )發(fā)生變化。如果當地的粘土質(zhì)原料的質(zhì)量系數過(guò)高,表明該粘土質(zhì)原料缺少三氧化二鋁,需要和三氧化二鋁比較高的原料搭配使用,如:煤矸石、粉煤灰等;如果質(zhì)量系數過(guò)低,表明該粘土質(zhì)原料缺少二氧化硅,需要和二氧化硅比較高的原料搭配使用,如:河砂、砂巖、硅石等。

  水泥企業(yè)在原料選擇時(shí),首先要確定好石灰石、鐵質(zhì)原料以及離廠(chǎng)區比較近的粘土質(zhì)原料,然后再根據生產(chǎn)用煤以及配料方案,計算出能夠滿(mǎn)足配料要求的粘土質(zhì)量系數,最后再選擇第四種補充原料(硅質(zhì)原料或鋁質(zhì)原料),用來(lái)擬補粘土質(zhì)原料的不足,只有這樣才能最大限度的降低生產(chǎn)成本,因為通用性粘土質(zhì)原料儲量豐富,價(jià)格便宜,硅質(zhì)原料和鋁質(zhì)原料儲量少,價(jià)格也比較貴,用大量的硅質(zhì)原料和鋁質(zhì)原料來(lái)調配成粘土質(zhì)原料并不合算。

  需說(shuō)明的是,有些企業(yè)在選擇原料時(shí),過(guò)分的強調粘土質(zhì)原料中堿(氧化鉀和氧化鈉)含量的指標,其實(shí)這是沒(méi)必要的,因為在所有原料中,氧化鉀及氧化鈉和粘土質(zhì)礦物共存,粘土質(zhì)原料中的三氧化二鋁如果高,通常堿含量也高,這種原料通常需要和硅質(zhì)原料搭配使用,而這些高二氧化硅的硅質(zhì)原料堿含量特別低,搭配使用后也就降低了粘土質(zhì)原料中堿的含量。

  粘土質(zhì)量系數計算過(guò)程特別復雜,需要借助計算機才能完成,可同時(shí)計算出滿(mǎn)足配料要求的粘土質(zhì)量系數和原料配比,便于實(shí)現計算機控制,對原料配比和粘土質(zhì)量系數進(jìn)行監控和事先預測,充分利用礦山資源,降低生產(chǎn)成本。

  2、石灰石質(zhì)量控制

  石灰石質(zhì)量的合理與穩定,是水泥生料質(zhì)量控制的基礎,是保證出磨生料率值穩定的關(guān)鍵。在石灰石質(zhì)量控制過(guò)程中,好多企業(yè)只是單一規定了石灰石氧化鈣或二氧化硅的目標值,管理過(guò)程中,力求保持氧化鈣或二氧化硅穩定,這是不科學(xué)的,如果石灰石氧化鎂不穩定,氧化鈣和二氧化硅不可能同時(shí)穩定,也就無(wú)法保證出磨生料率值穩定,石灰石率值穩定才是保證出磨生料率值穩定的關(guān)鍵。

  通過(guò)石灰石氧化鈣及氧化鎂與石灰石飽和比的二元回歸分析,回歸方程為:

  KH=0.1968×CaO+0.1773×MgO-7.82,相關(guān)系數r=0.96

  可見(jiàn)石灰石氧化鈣和氧化鎂與石灰石飽和比KH都是正相關(guān),并且相關(guān)性很強,雖然氧化鎂不參入飽和比計算,但是對石灰石飽和比的影響卻很大。

  回歸方程表明:如果氧化鈣不變,氧化鎂變化1.00,KH將同方向變化0.18;如果氧化鎂不變,氧化鈣變化1.00,KH將同方向變化0.20,氧化鈣及氧化鎂對石灰石飽和比的影響程度幾乎相同。石灰石礦山氧化鎂不穩定的企業(yè),一定不能忽視氧化鎂的影響,首先確定一個(gè)合適的石灰石率值(主要是飽和比KH值)目標,滿(mǎn)足配料要求并留有一定的余地,充分利用礦山資源,管理過(guò)程中采用有效的控制方法,保證石灰石率值的合理與穩定。同時(shí),還要控制石灰石中氧化鎂的含量,不能太高,否則影響水泥強度,有資料介紹,如果熟料中的氧化鎂超過(guò)3%,熟料強度會(huì )明顯降低。

  筆者通過(guò)石灰石化學(xué)分析結果的數據分析,研究了石灰石成分與成分、成分與率值之間的對應關(guān)系,提出了石灰石過(guò)程質(zhì)量控制的方法,分析了率值控制、氧化鈣控制以及鈣鎂合量控制等不同方法的特點(diǎn),指出石灰石過(guò)程質(zhì)量控制的最終目的是穩定石灰石的率值,在此基礎上提出了石灰石化學(xué)分析數據置信程度的判斷方法,可防止檢驗數據的誤導作用,正確指導生產(chǎn),在石灰石質(zhì)量管理方面,最終實(shí)現計算機智能化管理。(詳細內容見(jiàn)《水泥裝備技術(shù)》總第52期“數據分析在石灰石質(zhì)量控制中的應用”一文)

  3、原料配比反饋調整計算

  原料配比的反饋調整計算,是水泥生料質(zhì)量控制系統的核心部分,合理和有效的計算方法關(guān)系到水泥生料反饋調整的成敗。從事水泥生料原料配比反饋調整研究,早在二三十年前就已經(jīng)開(kāi)始了,有資料記載并且比較詳細的應該是劉篤新工程師《水泥生料配料的率值公式法》,書(shū)中對水泥生料反饋調整進(jìn)行了比較詳細的研究。筆者根據多年的工作經(jīng)驗和反復的研究,提出了“水泥生料生產(chǎn)成分調整法”的反饋調整計算方法,該法符合生產(chǎn)中的實(shí)際情況,具有調整準確、實(shí)用有效的特點(diǎn)。

  “水泥生料生產(chǎn)成分調整法”,就是以和出磨生料相對應的石灰石生產(chǎn)成分為基準的調整方法,出磨生料成分之所以產(chǎn)生變化,是因為和出磨生料相對應的石灰石生產(chǎn)成分發(fā)生了變化。

  我們知道,影響生料成分變化的主要因素是石灰石成分發(fā)生了變化,輔助原料成分變化對生料成分變化影響不大,目前的計量設備比較穩定,雖然不一定十分準確,但調整前后只是一個(gè)固定的系統偏差。任何一個(gè)出磨生料成分都對應著(zhù)一組原料配比、石灰石成分和輔料成分,調整前后存在下列關(guān)系:

  (調整前生料成分)=(石灰石成分)×(調整前石灰石配比)+(輔料成分)×(調整前輔料配比) (1)

  (調整后生料成分)=(石灰石成分)×(調整后石灰石配比)+(輔料成分)×(調整后輔料配比) (2)

  上面兩式中的“石灰石成分”稱(chēng)為和出磨生料相對應的“石灰石生產(chǎn)成分”,是為了表明出磨生料成分、原料配比和原料成分之間生產(chǎn)中的對應關(guān)系而假設的,是以生料成分、輔料成分以及原料配比為基準換算出來(lái)的,它符合生產(chǎn)中的對應關(guān)系,調整前后的“石灰石生產(chǎn)成分”并沒(méi)有變化,變化的只是原料配比和調整后的生料成分,輔料成分采用均化堆的原料成分進(jìn)行計算,調整前后的輔料成分是否變化并不重要,因為對生料成分變化的影響并不大,計算前后只是一個(gè)系統誤差,可以消除。同樣,計量設備是否準確也不重要,調整前后也是一個(gè)系統誤差,也可以消除。

  兩式中的石灰石成分相同,將兩式整理后得:

  [(調整前生料成分)-(輔料成分)×(調整前輔料配比)] /(調整前石灰石配比)=[(調整后生料成分)-(輔料成分)×(調整后輔料配比)]/(調整后石灰石配比)

  上式表明的意義是:水泥生料原料配比調整前后,和出磨生料相對應的石灰石生產(chǎn)成分不變,這是調整計算的前提,否則就失去了調整的必要。計算時(shí),一定要用“和出磨生料相對應的原料配比”,而不是“當前配比”,這點(diǎn)一定要注意,在“(1)式”中計算出石灰石生產(chǎn)成分,然后代入“(2)式”,即可計算出調整后的原料配比。

  “水泥生料生產(chǎn)成分調整法”準確度很高,通過(guò)模擬驗證和對比驗證效果很好,優(yōu)于劉篤新工程師《水泥生料配料的率值公式法》中11中調整計算方法,以后會(huì )詳細介紹。

  4、水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法

  “水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法”,就是事先檢驗待用石灰石分析成分與事后檢驗已用石灰石生料成分相結合的控制方法。

  待用石灰石分析成分,就是對待用石灰石進(jìn)行取樣檢驗而得到的石灰石化學(xué)成分,因為待用石灰石還沒(méi)有投入使用,可以通過(guò)各種方法檢測出具體的成分數據。

  當待用石灰石投入使用,完全制備成生料粉后,就變成了已用石灰石,此時(shí)我們只能檢驗出和已用石灰石相對應的出磨生料成分。

  此時(shí)出磨生料里面的石灰石成分到底是多少,我們已經(jīng)沒(méi)有辦法檢驗出來(lái),但是可以根據出磨生料成分、輔料均化堆成分、原料顯示配比以及原料水分,換算出一個(gè)石灰石生產(chǎn)成分,并且這個(gè)石灰石生產(chǎn)成分和出磨生料成分、石灰石分析成分相對應,稱(chēng)為和出磨生料相對應的石灰石生產(chǎn)成分,這個(gè)石灰石生產(chǎn)成分和使用前的分析成分有一種特定的對應關(guān)系:

  (1)當石灰石分析成分、輔料均化堆成分、原料水分、原料計量設備以及出磨生料成分都沒(méi)有誤差的時(shí)候,理論上的對應關(guān)系和生產(chǎn)中的對應關(guān)系完全相同,石灰石生產(chǎn)成分和使用前的石灰石分析成分相等。

  (2)由于石灰石分析成分檢驗以及出磨生料檢驗都存在檢驗誤差,輔料成分也會(huì )波動(dòng),假設石灰石分析成分以及出磨生料的檢驗儀器比較穩定,石灰石以及出磨生料檢驗數據只存在一個(gè)不太大的、比較穩定的系統誤差,計量設備也比較穩定,顯示下料量與實(shí)際下料量之間只存在一個(gè)不太大的固定偏差,由于“輔料成分變化對生料成分影響不大,影響生料成分變化的主要因素是石灰石成分發(fā)生變化”,那么“石灰石分析成分與生產(chǎn)成分之間的對應關(guān)系(差值)基本不變”。

  由于計量設備和檢驗儀器的性能不可能突變,在一定時(shí)間范圍內(幾小時(shí)、幾十小時(shí)或幾天,取決于檢驗儀器以及計量設備的穩定性),石灰石分析成分與生產(chǎn)成分之間的對應關(guān)系基本不變,待用石灰石和已用石灰石之間存在下列關(guān)系:

  (待用石灰石分析成分)-(待用石灰石生產(chǎn)成分)=(已用石灰石分析成分)-(已用石灰石生產(chǎn)成分)

  這是水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法的理論基礎,前提是檢驗儀器和計量設備在一定時(shí)間范圍內必須穩定,只要事先檢驗待用石灰石的分析成分,就可以預測出待用石灰石的生產(chǎn)成分,以待用石灰石生產(chǎn)成分為調整依據,根據待用石灰石的預計使用時(shí)間,提前調整待用石灰石的原料配比,這就是水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法的控制思路,實(shí)行待用石灰石的事先檢驗與出磨生料事后檢驗的有機結合,二者缺一不可。

  前面講過(guò):“利用和出磨生料相對應的石灰石生產(chǎn)成分進(jìn)行原料配比反饋調整計算,是最有效的方法”,雖然我們無(wú)法知道待用石灰石的生產(chǎn)成分,但是可以事先檢驗待用石灰石的分析成分,利用已用石灰石分析成分和生產(chǎn)成分之間的對應關(guān)系,預測出待用石灰石的生產(chǎn)成分。

  出磨生料檢驗的目的有兩個(gè),一是檢驗前期的配料調整是否符合要求;二是提供最新的已用石灰石分析成分和生產(chǎn)成分的對應關(guān)系,用于待用石灰石生產(chǎn)成分的預測。

  如果檢驗儀器以及計量設備長(cháng)期穩定,輔料成分波動(dòng)不是太大,生產(chǎn)也比較正常,不出現斷料、飽磨和空磨現象,石灰石分析成分和生產(chǎn)成分的對應關(guān)系不會(huì )改變,對石灰石分析成分和生產(chǎn)成分的對應關(guān)系進(jìn)行監控,是監視生產(chǎn)是否正常的一種有效方法,如果石灰石分析成分和生產(chǎn)成分之間的對應關(guān)系發(fā)生改變,表明檢驗儀器、計量設備或生產(chǎn)設備方面,一定出現了異常情況。

  原料配比的調整周期,取決于待用石灰石的檢驗周期,10—30分鐘一次比較合適,時(shí)間太短沒(méi)有必要,出磨生料還是一小時(shí)檢驗一次。

  水泥生料事后調整,這是目前水泥生料質(zhì)量控制的最大誤區,這種控制方法已經(jīng)沿用了幾十年,想要徹底改變并不容易。該法可以走出后置控制的誤區,徹底改變事后調整的被動(dòng)局面,如果設計合理,前期的石灰石預均化已經(jīng)沒(méi)有必要,可以取消石灰石堆料機和取料機的用電消耗及維護費用,節省操作人員的人工開(kāi)資,還可以避免石灰石堆料和取料過(guò)程中的粉塵污染,既節能又環(huán)保,很大程度上提高了出磨生料三率值的合格率,減輕入窯生料均化過(guò)程的負擔,有利于旋窯熱工制度的穩定,提高熟料的臺時(shí)產(chǎn)量和質(zhì)量。

  5、出磨生料目標值的及時(shí)調整和準確調整

  每個(gè)水泥企業(yè)都有各自的熟料三率值控制范圍,熟料三率值是最終控制目標,生料三率值則是過(guò)程控制目標,當生料與熟料之間的對應關(guān)系發(fā)生改變或更換生產(chǎn)用煤后,都需要調整生料的目標值,如果調整不及時(shí)或調整不當,都會(huì )影響到旋窯的正常煅燒。

  目前,由于缺少一個(gè)快速準確的生料目標值調整計算方法,企業(yè)技術(shù)人員通常只是根據有關(guān)數據來(lái)簡(jiǎn)單計算一下或者干脆估計一個(gè)生料目標值,調整準確度較差,具有盲目性,并且調整也不及時(shí)。

  影響生料目標值調整準確度的因素是多方面的,主要包括:(1)煤發(fā)熱量的測量誤差;(2)灰分的測量誤差;(3)煤灰成分的化學(xué)分析誤差(4)煤粉計量設備的誤差;(5)生料和熟料檢驗數據的誤差;(6)收塵料帶入成分的影響;(7)熟料熱耗的估計不準;(8)生料燒失量的波動(dòng)或估計不準。前六個(gè)方面是系統因素,后兩個(gè)方面是不確定因素,都影響生料目標值計算的準確度。

  由于許許多多誤差的存在,導致理論上計算出的數據并不實(shí)用,必須利用生產(chǎn)中的對應關(guān)系,去解決生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。

  熟料成分由灼燒基生料帶入成分、煤灰帶入成分及少量收塵料組成,實(shí)際生產(chǎn)中存在下列下列關(guān)系:

  (熟料成分)=(灼燒基生料帶入成分)+(煤灰帶入成分) +(收塵料帶入成分)

  在正常生產(chǎn)條件下,收塵料帶入成分基本不變,熟料成分是我們要求的,不希望它變化,因此:灼燒基生料帶入成分與煤灰帶入成分之和基本不變。更換生產(chǎn)用煤后,煤灰帶入成分發(fā)生變化,由于灼燒基生料帶入成分與煤灰帶入成分之和基本不變,灼燒基生料帶入成分則需要向相反的方向變化,據此即可實(shí)現待用煤生料目標值的調整計算,計算過(guò)程中巧妙的消除了可能存在的系統誤差,準確度較高。

  實(shí)際生產(chǎn)中,如果不更換生產(chǎn)用煤,煤粉的質(zhì)量以及生料成分與熟料成分之間的對應關(guān)系比較穩定,生料成分與熟料成分之間存在下列對應關(guān)系:

  (熟料平均成分)=(生料平均成分)×K+(煤灰帶入成分) +(收塵料帶入成分)

  (熟料標準成分)=(生料標準成分)×K+(煤灰帶入成分) +(收塵料帶入成分)

  熟料平均成分是指統計時(shí)間(通常是2—4個(gè)小時(shí))內,檢驗儀器測定的熟料化學(xué)成分的平均值。

  生料平均成分是指生料煅燒過(guò)程中,在時(shí)間上和熟料平均成分相對應的一段時(shí)間內出磨生料化學(xué)成分的平均值。

  用熟料三率值的目標值和熟料平均成分的SO3以及總和(SiO2 、A12O3、 Fe2O3 、CaO之和)計算出的熟料化學(xué)成分,稱(chēng)為熟料標準成分。

  不改變生料平均成分的燒失量和熟料熱耗,符合實(shí)際生產(chǎn)中的對應關(guān)系,恰好能使熟料三率值達到目標值要求的生料成分,稱(chēng)為生料標準成分。

  熟料標準成分和生料標準成分是一定生產(chǎn)工藝條件下的理想成分,和平均成分相比較并無(wú)很大差別。由于生產(chǎn)用煤比較穩定,兩式中的K值、煤灰帶入成分以及收塵料帶入成分相同,熟料成分與灼燒基生料帶入成分(生料成分與K值的乘積)之差基本不變,下列關(guān)系成立:

  (熟料平均成分)-(生料平均成分)×K=(熟料標準成分)-(生料標準成分)×K

  其中:K表示熟料中灼燒基生料的摻入量。

  據此即可計算出出磨生料的標準成分,在出磨生料質(zhì)量控制中,按生料標準成分進(jìn)行原料配比調整計算,由于生料目標值調整計算方法符合生產(chǎn)中的實(shí)際對應關(guān)系,準確度很高。

  另外,因為生料成分和熟料成分來(lái)源于實(shí)際生產(chǎn)中的最新檢驗數據,可隨著(zhù)檢驗數據的產(chǎn)生,自動(dòng)進(jìn)行標準成分計算,實(shí)現生料目標值的及時(shí)調整和準確調整,無(wú)需人工參與,是水泥生料質(zhì)量控制自動(dòng)化和智能化的基礎。

  6、待用石灰石原料配比的預測

  在石灰石的過(guò)程質(zhì)量控制中,管理人員最關(guān)心的是搭配好的石灰石能否滿(mǎn)足配料要求,并留有一定的余地,有利于節省石灰石礦山資源。

  石灰石質(zhì)量管理中,企業(yè)普遍在石灰石破碎后的傳送帶上進(jìn)行石灰石質(zhì)量檢驗,有的企業(yè)采用在線(xiàn)檢驗,有的企業(yè)采用機械或人工取樣,每小時(shí)用熒光儀檢驗一次。

  根據“石灰石分析成分與生產(chǎn)成分對應關(guān)系基本不變”的原則,即可實(shí)現搭配后石灰石原料配比的預測,每產(chǎn)生一個(gè)最新的石灰石檢驗數據,就會(huì )得到一個(gè)預測的原料配比,管理人員可以根據傳送帶上石灰石的檢驗數據,直觀(guān)的看到各種原料的預測配比,如果不符合要求,可以及時(shí)調整。當然,在待用石灰石原料配比計算時(shí),必須明確傳送帶上石灰石分析成分和出磨生料石灰石生產(chǎn)成分之間的對應關(guān)系,否則無(wú)法準確預測待用石灰石的原料配比。

  7、化學(xué)分析數據置信程度的判斷

  手工化學(xué)分析數據通常用于配料研究以及儀器檢驗數據的對比,錯誤的化學(xué)分析數據將起誤導作用。

  筆者曾經(jīng)遇到一次化學(xué)分析數據出現錯誤的問(wèn)題,由于分析室用的分析純濃鹽酸質(zhì)量存在問(wèn)題,導致石灰石、生料和熟料的氧化鈣明顯偏高0.4—0.6%,數據出現異常,由于懷疑分析室的檢驗數據有問(wèn)題,連續三天沒(méi)有進(jìn)行生料目標值調整,進(jìn)行查找原因,按常規的鈣鎂空白試驗根本找不到問(wèn)題所在,最后用特殊的方法試驗出濃鹽酸有問(wèn)題,氧化鈣含量嚴重超標。沒(méi)有一定的化學(xué)分析基礎根本無(wú)法判斷化學(xué)分析數據的置信程度,而管理人員大多不懂得化學(xué)分析,所以對化學(xué)分析數據的置信程度進(jìn)行判斷很有必要。

  化學(xué)分析數據置信程度的判斷需借助計算機來(lái)完成,石灰石和水泥生料可以根據氧化鈣、氧化鎂與燒失量的統計規律,來(lái)判斷相關(guān)數據的置信程度,這方面的研究在國內還沒(méi)有過(guò),才是個(gè)剛剛的開(kāi)始,好多問(wèn)題需要進(jìn)一步的研究和完善。

  五、結束語(yǔ)

  水泥生料質(zhì)量控制系統并非一個(gè)簡(jiǎn)單的配料調整計算,它涵蓋了從石灰石的基礎管理到熟料煅燒的整個(gè)控制過(guò)程。未來(lái)的水泥生料質(zhì)量控制必須實(shí)現計算機全方位智能化管理,充分發(fā)揮計算機優(yōu)勢,解決人工所無(wú)法完成的問(wèn)題。

  上述七個(gè)問(wèn)題只是從理論上進(jìn)行了簡(jiǎn)單的說(shuō)明和初步的論證,每個(gè)方面的內容都要經(jīng)過(guò)大量的計算,好多計算方法教科書(shū)上根本沒(méi)有,由于過(guò)于復雜,離開(kāi)了計算機根本無(wú)法完成,并且所有的計算公式都要經(jīng)過(guò)手工輸入,工作量很大。

  本文中的相關(guān)內容,是水泥生料智能化控制的理論基礎,是水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向,需要檢驗儀器、工藝設計和水泥企業(yè)有關(guān)專(zhuān)家的共同努力才能完成。

  全篇文章具有分析性、方向性和設想性的特點(diǎn),好多問(wèn)題并沒(méi)有詳細的說(shuō)明,主要包括以下幾方面的內容:“三組分原料配比計算與粘土質(zhì)原料的合理利用”、“水泥生料原料配比反饋調整計算方法”、“如何實(shí)現出磨生料目標值的及時(shí)調整和準確調整”、“水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法”,以上幾個(gè)問(wèn)題以后會(huì )進(jìn)行比較詳細的介紹,便于企業(yè)技術(shù)人員和專(zhuān)業(yè)研究人員共同學(xué)習和探討,完善水泥生料質(zhì)量控制方面存在的問(wèn)題,創(chuàng )造出我國“水泥生料質(zhì)量智能化控制”的自主產(chǎn)品。 (本文作者:煙臺寶橋錦宏水泥有限公司 王中豪)

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