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行業技術

水泥生料質量控制的發展方向

作者: admin    時間: 2017-11-05   

水泥生料質量控制是水泥生產中的重要環節,是穩定旋窯熱工制度、提高熟料質量和產量的關鍵,如何加強出磨生料質量控制,保證出磨生料三率值的合理與穩定,是企業技術人員和有關專家共同關心的問題。本文簡單回顧了水泥生料質量控制的發展歷史,分析了目前水泥生料質量控制的現狀和存在問題,結合個人的工作經驗和研究體會,從多個方面提出了一些解決問題的辦法和措施,有助于提高水泥企業的質量管理水平,有些問題難度比較大,在國內屬于首次提出,供企業技術人員和專業研究人員參考。

  一、水泥生料質量控制方法回顧

  水泥生料質量控制已有幾十年的發展歷史,出磨生料質量控制最初是碳酸鈣滴定值和三氧化二鐵控制法,然后發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測定一次出磨生料的氧化鈣和三氧化二鐵,二十四小時的綜合樣進行一次手工化學全分析,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,可見滯后程度很嚴重。

  水泥生料質量的合理與穩定很重要,早在30年前,好多專家和學者就開始從事水泥生料質量控制方法的研究,比較著名的是河南硅酸鹽學會的劉篤新工程師,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,無法穩定生料的三率值,這個觀點也得到了各界專家和水泥企業的公認,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,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,則生料飽和比會隨著氧化鎂大幅度的同方向變化,因此鈣鐵控制法的關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展起來的,采用大型多元素分析儀,同時分析出二氧化硅、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。該法最大的優點是可在短時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成分,如果原料成分不穩定,同樣無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,延長原料成分的變化時間,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、水泥生料質量控制現狀分析

  生料質量控制是新型干法水泥保證旋窯穩定運轉的重要環節,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。

  原料計量設備發展很快,目前的變頻調速計量設備,內置自動調整電路,可隨著環境溫度的變化,自動調整零點,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際下料量絕對相符,但只是一個不太大的比較穩定的偏差。

  出磨生料成分分析,已由過去的手工化學分析,發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量檢驗中,可在十幾分鐘時間內得到水泥生料所有元素化學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,由過去的人工憑經驗調整,發展到目前的計算機調整,實現自動化控制,好多生料控制系統已運用到水泥生料質量控制當中,這是水泥生產快速發展的需要,是水泥生料質量控制的發展方向。

  水泥生料質量控制系統原本來自于國外,主要有:日本IHI質量控制系統、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單位吸收了國外生料質量控制系統的優點,并結合我國水泥生產工藝的特點,也開發出了一系列的生料質量控制系統。

  水泥生料質量控制系統的關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,關鍵是無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,無法知道顯示下料量與實際下料量之間的偏差,所以調整計算的難度特別大。筆者見過國內幾種水泥生料質量控制系統的控制界面,雖然無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)沒用考慮到原料水分,調整計算時原料水分不能忽略不計;

  (2)調整計算時不應該只使用“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小時,從生料取樣到報出檢驗結果調整下次原料配比,需要20分鐘時間。8:00取生料樣,8:20進行原料配比調整,9:00再次生料取樣,9:20進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兩組配比,8:00到8:20一組配比,8:20到9:00一組配比,進行原料配比調整計算時必須使用這兩組配比的加權平均值。

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

  三、水泥生料控制系統改進方案分析

  對于以上水泥生料控制系統的一些缺陷,經過有關專家的研究和探討,提出了一些改進辦法,這些方案可分為兩個類別,一種是后置式生料質量控制系統,另一種是前置式生料質量控制系統。

  1、后置式生料質量控制系統

  它的結構和通用型控制系統相似,只是用在線四元素分析儀代替X熒光分析儀,用四元素分析儀在線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,進一步降低了滯后的程度。

  在線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,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現原料的變化情況,但同樣存在一個調整滯后問題,無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行手工化學分析,一旦儀器檢驗數據不準,同樣存在一個長滯后問題。

  2、前置式生料質量控制系統

  它的結構和通用型控制系統完全不同,使用在線中子活化分析儀檢測傳送帶上入磨物料的化學成分,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間物料的化學成分,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,檢驗數據的代表性比較差,往往會起誤導作用,越調越亂,并且同樣也有一個調整計算模式問題。各種因素導致該控制方法沒有在生料質量控制中得到推廣,好多企業用于破碎機后的進廠石灰石在線檢驗。

  3、入磨物料提前在線檢驗模式

  將所有的入磨物料進行在線檢驗,提前確定入磨物料的原料配比。這是有關業內人士提出的設想,屬于前置式的生料質量控制,可徹底改變調整滯后的被動局面,走出事后調整的誤區??刂扑悸肥窍冗M的,但是有幾個問題應該注意:

  (1)入磨物料沒必要全部檢驗

  目前多數水泥企業都在合理利用石灰石礦山資源,使入磨石灰石滿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,沒必要將所有的入磨物料全部進行在線檢驗,檢驗成本太高,設計上也復雜,使用一臺在線分析儀檢驗石灰石即可滿足要求,提前掌握石灰石的變化情況,事先確定入磨物料的配比。

  (2)入磨物料在線檢驗數據的誤差、計量設備下料量的誤差,這些都是客觀存在的,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。搞過配料工作的都知道,我們根據各種原料的化學成分,確定了一個水泥生料配料方案,當用到生產中的時候,得到的生料檢驗數據和方案設計并不相符,是原料化學成分的檢驗誤差?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,而且難以發現,如何在各種誤差存在的情況下,實現原料配比的準確調整,這點很重要,理論上的東西往往不符合生產中的實際情況,必須用生產中的對應關系,解決生產中的實際問題。

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

  四、水泥生料質量控制的發展方向

  水泥生料質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:就是出磨生料經過煅燒后,生產出的熟料的三率值必須符合目標值要求,所以必須實施出磨生料目標值的及時調整和準確調整,依靠管理人員去觀察、憑經驗進行目標值調整的老方法,無法實現出磨生料目標值的及時調整和準確調整。

  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程的負擔。在出磨生料質量控制中,科學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鍵。

  未來的水泥生料質量控制系統,必須涵蓋水泥生料質量控制的整個過程,內容包括:原料合理利用、石灰石質量控制、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方面。凡事要從根本上解決問題,不能依賴于事后的補救措施,要把人的管理經驗和思維方式數據化和計算機化,實行計算機一體化管理,真正實現水泥生料智能化控制,這是水泥生料質量控制的發展方向。

  1、原料合理利用

  原料合理利用是指在水泥生產原料選擇當中,充分利用廠區周邊通用性的粘土質原料,降低生產成本,節省礦山資源。通用性粘土質原料儲量豐富,主要包括:黃土、粘土、頁巖、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,可以說這類原料遍地都是,可是這些原料卻得不到充分利用,企業通常選擇高二氧化硅的硅質原料,和高三氧化二鋁的鋁質原料來代替,原因是這些通用性粘土質原料中,二氧化硅與三氧化二鋁的比值不太理想,無法滿足配料要求,用硅質原料和鋁質原料時配料比較方便。

  全國各地的粘土質原料質量差別比較大,如果把粘土質原料中二氧化硅和三氧化二鋁的比值稱為粘土質量系數,隨著各地粘土質原料含砂量的不同,粘土質量系數變化比較大,評價一種粘土質原料能否滿足配料要求,主要是看它的質量系數,統計了一下全國各地的粘土質原料,主要包括:黃土、粘土、棕壤、黑土、浦泥、頁巖及粉砂巖,化學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%;質量系數:3.28—6.60,差別比較大。

  傳統的水泥生產原料是石灰石、粘土質原料和鐵質原料,全國各地水泥生產企業所用的原料、生產用煤以及配料方案都不一樣,都有一個適合本企業實際情況的能滿足配料要求的特定的粘土質量系數。日常生產中,隨著更換生產用煤,該系數也會發生變化。如果當地的粘土質原料的質量系數過高,表明該粘土質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;如果質量系數過低,表明該粘土質原料缺少二氧化硅,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。

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

  需說明的是,有些企業在選擇原料時,過分的強調粘土質原料中堿(氧化鉀和氧化鈉)含量的指標,其實這是沒必要的,因為在所有原料中,氧化鉀及氧化鈉和粘土質礦物共存,粘土質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原料搭配使用,而這些高二氧化硅的硅質原料堿含量特別低,搭配使用后也就降低了粘土質原料中堿的含量。

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

  2、石灰石質量控制

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

  通過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,相關系數r=0.96

  可見石灰石氧化鈣和氧化鎂與石灰石飽和比KH都是正相關,并且相關性很強,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,一定不能忽視氧化鎂的影響,首先確定一個合適的石灰石率值(主要是飽和比KH值)目標,滿足配料要求并留有一定的余地,充分利用礦山資源,管理過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,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3%,熟料強度會明顯降低。

  筆者通過石灰石化學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系,提出了石灰石過程質量控制的方法,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,指出石灰石過程質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,在石灰石質量管理方面,最終實現計算機智能化管理。(詳細內容見《水泥裝備技術》總第52期“數據分析在石灰石質量控制中的應用”一文)

  3、原料配比反饋調整計算

  原料配比的反饋調整計算,是水泥生料質量控制系統的核心部分,合理和有效的計算方法關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開始了,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》,書中對水泥生料反饋調整進行了比較詳細的研究。筆者根據多年的工作經驗和反復的研究,提出了“水泥生料生產成分調整法”的反饋調整計算方法,該法符合生產中的實際情況,具有調整準確、實用有效的特點。

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

  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固定的系統偏差。任何一個出磨生料成分都對應著一組原料配比、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”稱為和出磨生料相對應的“石灰石生產成分”,是為了表明出磨生料成分、原料配比和原料成分之間生產中的對應關系而假設的,是以生料成分、輔料成分以及原料配比為基準換算出來的,它符合生產中的對應關系,調整前后的“石灰石生產成分”并沒有變化,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,一定要用“和出磨生料相對應的原料配比”,而不是“當前配比”,這點一定要注意,在“(1)式”中計算出石灰石生產成分,然后代入“(2)式”,即可計算出調整后的原料配比。

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

  4、水泥生料生產成分聯合控制法

  “水泥生料生產成分聯合控制法”,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行取樣檢驗而得到的石灰石化學成分,因為待用石灰石還沒有投入使用,可以通過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。

  此時出磨生料里面的石灰石成分到底是多少,我們已經沒有辦法檢驗出來,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,換算出一個石灰石生產成分,并且這個石灰石生產成分和出磨生料成分、石灰石分析成分相對應,稱為和出磨生料相對應的石灰石生產成分,這個石灰石生產成分和使用前的分析成分有一種特定的對應關系:

  (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有誤差的時候,理論上的對應關系和生產中的對應關系完全相同,石灰石生產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,輔料成分也會波動,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,顯示下料量與實際下料量之間只存在一個不太大的固定偏差,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生變化”,那么“石灰石分析成分與生產成分之間的對應關系(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,在一定時間范圍內(幾小時、幾十小時或幾天,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成分之間的對應關系基本不變,待用石灰石和已用石灰石之間存在下列關系:

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

  這是水泥生料生產成分聯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成分,以待用石灰石生產成分為調整依據,根據待用石灰石的預計使用時間,提前調整待用石灰石的原料配比,這就是水泥生料生產成分聯合控制法的控制思路,實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:“利用和出磨生料相對應的石灰石生產成分進行原料配比反饋調整計算,是最有效的方法”,雖然我們無法知道待用石灰石的生產成分,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成分之間的對應關系,預測出待用石灰石的生產成分。

  出磨生料檢驗的目的有兩個,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成分的對應關系,用于待用石灰石生產成分的預測。

  如果檢驗儀器以及計量設備長期穩定,輔料成分波動不是太大,生產也比較正常,不出現斷料、飽磨和空磨現象,石灰石分析成分和生產成分的對應關系不會改變,對石灰石分析成分和生產成分的對應關系進行監控,是監視生產是否正常的一種有效方法,如果石灰石分析成分和生產成分之間的對應關系發生改變,表明檢驗儀器、計量設備或生產設備方面,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,時間太短沒有必要,出磨生料還是一小時檢驗一次。

  水泥生料事后調整,這是目前水泥生料質量控制的最大誤區,這種控制方法已經沿用了幾十年,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局面,如果設計合理,前期的石灰石預均化已經沒有必要,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資,還可以避免石灰石堆料和取料過程中的粉塵污染,既節能又環保,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程的負擔,有利于旋窯熱工制度的穩定,提高熟料的臺時產量和質量。

  5、出磨生料目標值的及時調整和準確調整

  每個水泥企業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,生料三率值則是過程控制目標,當生料與熟料之間的對應關系發生改變或更換生產用煤后,都需要調整生料的目標值,如果調整不及時或調整不當,都會影響到旋窯的正常煅燒。

  目前,由于缺少一個快速準確的生料目標值調整計算方法,企業技術人員通常只是根據有關數據來簡單計算一下或者干脆估計一個生料目標值,調整準確度較差,具有盲目性,并且調整也不及時。

  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)煤發熱量的測量誤差;(2)灰分的測量誤差;(3)煤灰成分的化學分析誤差(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)生料燒失量的波動或估計不準。前六個方面是系統因素,后兩個方面是不確定因素,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用,必須利用生產中的對應關系,去解決生產中的實際問題。

  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,實際生產中存在下列下列關系:

  (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。更換生產用煤后,煤灰帶入成分發生變化,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,據此即可實現待用煤生料目標值的調整計算,計算過程中巧妙的消除了可能存在的系統誤差,準確度較高。

  實際生產中,如果不更換生產用煤,煤粉的質量以及生料成分與熟料成分之間的對應關系比較穩定,生料成分與熟料成分之間存在下列對應關系:

  (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間(通常是2—4個小時)內,檢驗儀器測定的熟料化學成分的平均值。

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

  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)計算出的熟料化學成分,稱為熟料標準成分。

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

  熟料標準成分和生料標準成分是一定生產工藝條件下的理想成分,和平均成分相比較并無很大差別。由于生產用煤比較穩定,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,在出磨生料質量控制中,按生料標準成分進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中的實際對應關系,準確度很高。

  另外,因為生料成分和熟料成分來源于實際生產中的最新檢驗數據,可隨著檢驗數據的產生,自動進行標準成分計算,實現生料目標值的及時調整和準確調整,無需人工參與,是水泥生料質量控制自動化和智能化的基礎。

  6、待用石灰石原料配比的預測

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

  石灰石質量管理中,企業普遍在石灰石破碎后的傳送帶上進行石灰石質量檢驗,有的企業采用在線檢驗,有的企業采用機械或人工取樣,每小時用熒光儀檢驗一次。

  根據“石灰石分析成分與生產成分對應關系基本不變”的原則,即可實現搭配后石灰石原料配比的預測,每產生一個最新的石灰石檢驗數據,就會得到一個預測的原料配比,管理人員可以根據傳送帶上石灰石的檢驗數據,直觀的看到各種原料的預測配比,如果不符合要求,可以及時調整。當然,在待用石灰石原料配比計算時,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成分之間的對應關系,否則無法準確預測待用石灰石的原料配比。

  7、化學分析數據置信程度的判斷

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

  筆者曾經遇到一次化學分析數據出現錯誤的問題,由于分析室用的分析純濃鹽酸質量存在問題,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題,連續三天沒有進行生料目標值調整,進行查找原因,按常規的鈣鎂空白試驗根本找不到問題所在,最后用特殊的方法試驗出濃鹽酸有問題,氧化鈣含量嚴重超標。沒有一定的化學分析基礎根本無法判斷化學分析數據的置信程度,而管理人員大多不懂得化學分析,所以對化學分析數據的置信程度進行判斷很有必要。

  化學分析數據置信程度的判斷需借助計算機來完成,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,來判斷相關數據的置信程度,這方面的研究在國內還沒有過,才是個剛剛的開始,好多問題需要進一步的研究和完善。

  五、結束語

  水泥生料質量控制系統并非一個簡單的配料調整計算,它涵蓋了從石灰石的基礎管理到熟料煅燒的整個控制過程。未來的水泥生料質量控制必須實現計算機全方位智能化管理,充分發揮計算機優勢,解決人工所無法完成的問題。

  上述七個問題只是從理論上進行了簡單的說明和初步的論證,每個方面的內容都要經過大量的計算,好多計算方法教科書上根本沒有,由于過于復雜,離開了計算機根本無法完成,并且所有的計算公式都要經過手工輸入,工作量很大。

  本文中的相關內容,是水泥生料智能化控制的理論基礎,是水泥生料質量控制的發展方向,需要檢驗儀器、工藝設計和水泥企業有關專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,好多問題并沒有詳細的說明,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”、“如何實現出磨生料目標值的及時調整和準確調整”、“水泥生料生產成分聯合控制法”,以上幾個問題以后會進行比較詳細的介紹,便于企業技術人員和專業研究人員共同學習和探討,完善水泥生料質量控制方面存在的問題,創造出我國“水泥生料質量智能化控制”的自主產品。

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