2017-08-10 13:30:23 来源:水泥人网

水泥生料质量控制的发展方向

  水泥生料质量控制是水泥生产中的重要环节,是稳定旋窑热工制度、提高熟料质量和产量的关键,如何加强出磨生料质量控制,保证出磨生料三率值的合理与稳定,是企业技术人员和有关专家共同关心的问题。本文简单回顾了水泥生料质量控制的发展历史,分析了目前水泥生料质量控制的现状和存在问题,结合个人的工作经验和研究体会,从多个方面提出了一些解决问题的办法和措施,有助于提高水泥企业的质量管理水平,有些问题难度比较大,在国内属于首次提出,供企业技术人员和专业研究人员参考。

  一、水泥生料质量控制方法回顾

  水泥生料质量控制已有几十年的发展历史,出磨生料质量控制最初是碳酸钙滴定值和三氧化二铁控制法,然后发展到手工氧化钙和三氧化二铁控制法、钙铁仪控制法、多元素荧光分析仪率值控制法,可简单概括为钙铁控制、多元素率值控制两种方法。

  钙铁控制法就是以氧化钙和三氧化二铁为目标值的控制方法,用手工或者钙铁仪每小时测定一次出磨生料的氧化钙和三氧化二铁,二十四小时的综合样进行一次手工化学全分析,计算出生料的三率值,如果三率值不符合要求,需要重新调整出磨生料氧化钙或三氧化二铁的目标值,可见滞后程度很严重。

  水泥生料质量的合理与稳定很重要,早在30年前,好多专家和学者就开始从事水泥生料质量控制方法的研究,比较著名的是河南硅酸盐学会的刘笃新工程师,证明了如果原料成分不稳定,控制生料的氧化钙和三氧化二铁,无法稳定生料的三率值,这个观点也得到了各界专家和水泥企业的公认,为水泥生料多元素控制法奠定了基础。

  笔者近几年研究表明:氧化钙、氧化镁和生料饱和比都是正相关,虽然氧化镁不参与饱和比计算,但对生料饱和比影响很大;如果生料氧化镁稳定,控制好了氧化钙和三氧化二铁则生料饱和比基本稳定;如果生料氧化钙和三氧化二铁不变,氧化镁变化,则生料饱和比会随着氧化镁大幅度的同方向变化,因此钙铁控制法的关键是保证石灰石氧化镁稳定。

  2、多元素率值控制法

  多元素率值控制法是在钙铁控制法的基础上发展起来的,采用大型多元素分析仪,同时分析出二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁及其他微量成分的含量,并计算出生料的三率值,是以生料三率值为目标值的控制方法。该法最大的优点是可在短时间内得到出磨生料的三率值,大大降低了滞后的程度。

  多元素率值控制法和前面的钙铁控制法一样,调整依据都是出磨生料的化学成分,如果原料成分不稳定,同样无法稳定出磨生料的三率值,目前采用的原料预均化措施,就是为了降低原料成分的变化幅度,延长原料成分的变化时间,如果原料成分频繁变化,就失去了调整的意义,这是出磨生料事后调整法的致命缺陷。

  二、水泥生料质量控制现状分析

  生料质量控制是新型干法水泥保证旋窑稳定运转的重要环节,主要包括:原料计量、生料成分分析和原料配比调整等方面内容。

  原料计量设备发展很快,目前的变频调速计量设备,内置自动调整电路,可随着环境温度的变化,自动调整零点,计量精度很高,性能也比较稳定。虽然不敢保证显示下料量与实际下料量绝对相符,但只是一个不太大的比较稳定的偏差。

  出磨生料成分分析,已由过去的手工化学分析,发展到目前的仪器分析,大型多元素荧光分析仪已普遍应用到质量检验中,可在十几分钟时间内得到水泥生料所有元素化学成分的含量和三率值,很大程度上降低了出磨生料调整的滞后程度。

  水泥生料原料配比调整,由过去的人工凭经验调整,发展到目前的计算机调整,实现自动化控制,好多生料控制系统已运用到水泥生料质量控制当中,这是水泥生产快速发展的需要,是水泥生料质量控制的发展方向。

  水泥生料质量控制系统原本来自于国外,主要有:日本IHI质量控制系统、丹麦史密斯QCX系统、柏利休斯POLAB系统等等,国内的设计院等有关单位吸收了国外生料质量控制系统的优点,并结合我国水泥生产工艺的特点,也开发出了一系列的生料质量控制系统。

  水泥生料质量控制系统的关键是原料配比的调整计算模式,要根据出磨生料成分、原料成分、原料配比以及生料目标值,用计算机计算出调整后的原料配比。原料成分是变化的,关键是无法知道原料成分的变化情况,另一方面,计量设备不一定十分准确,无法知道显示下料量与实际下料量之间的偏差,所以调整计算的难度特别大。笔者见过国内几种水泥生料质量控制系统的控制界面,虽然无法知道其中的调整计算模式,从界面上就能看到不足之处:

  (1)没用考虑到原料水分,调整计算时原料水分不能忽略不计;

  (2)调整计算时不应该只使用“当前原料配比”,应该使用“和出磨生料相对应的原料配比”。出磨生料通常连续取样,假设出磨生料的控制周期是一个小时,从生料取样到报出检验结果调整下次原料配比,需要20分钟时间。8:00取生料样,8:20进行原料配比调整,9:00再次生料取样,9:20进行原料配比调整计算,那么8:00到9:00之间的这部分生料对应着两组配比,8:00到8:20一组配比,8:20到9:00一组配比,进行原料配比调整计算时必须使用这两组配比的加权平均值。

  目前,在水泥生料质量控制中,存在好多待解决问题,包括:调整滞后、石灰石均化效果不理想、原料成分频繁变化、调整计算模式不实用、入窑生料均化效果差等等。这些问题的存在,造成水泥生料控制系统的使用效果并不理想,在水泥企业得不到广泛推广,多数企业还是采用靠人工凭经验进行调整的老方法。

  三、水泥生料控制系统改进方案分析

  对于以上水泥生料控制系统的一些缺陷,经过有关专家的研究和探讨,提出了一些改进办法,这些方案可分为两个类别,一种是后置式生料质量控制系统,另一种是前置式生料质量控制系统。

  1、后置式生料质量控制系统

  它的结构和通用型控制系统相似,只是用在线四元素分析仪代替X荧光分析仪,用四元素分析仪在线监测出磨生料的二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁和氧化钙,取消了出磨生料取样和制样的手续,分析速度加快,可将调整周期缩短到3—5分钟,进一步降低了滞后的程度。

  在线监测的原理估计和钙铁分析仪是一样的,这种分析仪检测原子量低的元素比较困难,二氧化硅和三氧化二铝的测定结果并不理想,原料的矿物效应影响也很大,特别是氧化镁不稳定时,对氧化钙和二氧化硅的结果影响比较大,很难保证检验数据的准确性。

  该法虽然可以尽快发现原料的变化情况,但同样存在一个调整滞后问题,无法提前知道原料的变化情况,原料配比的调整计算模式也很重要,必须实用有效,否则很难保证出磨生料三率值的合理与稳定。

  另外,由于矿物效应的存在,出磨生料综合样必须进行手工化学分析,一旦仪器检验数据不准,同样存在一个长滞后问题。

  2、前置式生料质量控制系统

  它的结构和通用型控制系统完全不同,使用在线中子活化分析仪检测传送带上入磨物料的化学成分,不破坏物料的形状,一分钟就可以提供各种氧化物的检验数据和三率值。

  由于中子活化分析仪检测的是传送带上瞬时间物料的化学成分,用量比较少以及水分比较大的粉状物料并非均匀分布在传送带上,而是呈堆积状态,检验数据的代表性比较差,往往会起误导作用,越调越乱,并且同样也有一个调整计算模式问题。各种因素导致该控制方法没有在生料质量控制中得到推广,好多企业用于破碎机后的进厂石灰石在线检验。

  3、入磨物料提前在线检验模式

  将所有的入磨物料进行在线检验,提前确定入磨物料的原料配比。这是有关业内人士提出的设想,属于前置式的生料质量控制,可彻底改变调整滞后的被动局面,走出事后调整的误区。控制思路是先进的,但是有几个问题应该注意:

  (1)入磨物料没必要全部检验

  目前多数水泥企业都在合理利用石灰石矿山资源,使入磨石灰石满足配料要求并留有一定的余地,其它辅助原料的用量并不多。假设砂岩的配比是3%,如果其它原料的成分都不变,砂岩的二氧化硅变化1.00,生料二氧化硅将变化0.03;同样,假设石灰石的配比是90%,如果其它原料的成分都不变,石灰石的氧化钙变化1.00,生料氧化钙将变化0.9,影响程度是砂岩的30倍,可见辅助原料成分变化对生料成分变化影响不大,石灰石成分变化是影响生料成分变化的主要因素,没必要将所有的入磨物料全部进行在线检验,检验成本太高,设计上也复杂,使用一台在线分析仪检验石灰石即可满足要求,提前掌握石灰石的变化情况,事先确定入磨物料的配比。

  (2)入磨物料在线检验数据的误差、计量设备下料量的误差,这些都是客观存在的,并且是未知的,原料配比的调整计算方法很重要,否则很难达到生料目标值要求。搞过配料工作的都知道,我们根据各种原料的化学成分,确定了一个水泥生料配料方案,当用到生产中的时候,得到的生料检验数据和方案设计并不相符,是原料化学成分的检验误差?还是水泥生料的检验误差?还是计量设备的下料量误差?这些误差都有可能存在,而且难以发现,如何在各种误差存在的情况下,实现原料配比的准确调整,这点很重要,理论上的东西往往不符合生产中的实际情况,必须用生产中的对应关系,解决生产中的实际问题。

  (3)方案中并没有提出对出磨生料进行检验,如果不检验出磨生料,容易造成生产失控,个人认为出磨生料检验不能取消。

  四、水泥生料质量控制的发展方向

  水泥生料质量控制的最终目的就是保证出磨生料三率值的合理与稳定。

  合理:就是出磨生料经过煅烧后,生产出的熟料的三率值必须符合目标值要求,所以必须实施出磨生料目标值的及时调整和准确调整,依靠管理人员去观察、凭经验进行目标值调整的老方法,无法实现出磨生料目标值的及时调整和准确调整。

  稳定: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标准偏差。如果有可能,应该保证检验频次在半小时或十五分钟情况下的出磨生料合格率,减轻入窑生料均化过程的负担。在出磨生料质量控制中,科学而有效的调整方法和控制方法是提高出磨生料合格率的关键。

  未来的水泥生料质量控制系统,必须涵盖水泥生料质量控制的整个过程,内容包括:原料合理利用、石灰石质量控制、原料配比调整与控制、生料目标值调整、原料配比预测、检验数据置信程度的判断等多个方面。凡事要从根本上解决问题,不能依赖于事后的补救措施,要把人的管理经验和思维方式数据化和计算机化,实行计算机一体化管理,真正实现水泥生料智能化控制,这是水泥生料质量控制的发展方向。

  1、原料合理利用

  原料合理利用是指在水泥生产原料选择当中,充分利用厂区周边通用性的粘土质原料,降低生产成本,节省矿山资源。通用性粘土质原料储量丰富,主要包括:黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩以及河泥等,是以二氧化硅和三氧化二铝为主要成分的原料,这类原料属于中性原料,二氧化硅与三氧化二铝的比值比较适中,可以说这类原料遍地都是,可是这些原料却得不到充分利用,企业通常选择高二氧化硅的硅质原料,和高三氧化二铝的铝质原料来代替,原因是这些通用性粘土质原料中,二氧化硅与三氧化二铝的比值不太理想,无法满足配料要求,用硅质原料和铝质原料时配料比较方便。

  全国各地的粘土质原料质量差别比较大,如果把粘土质原料中二氧化硅和三氧化二铝的比值称为粘土质量系数,随着各地粘土质原料含砂量的不同,粘土质量系数变化比较大,评价一种粘土质原料能否满足配料要求,主要是看它的质量系数,统计了一下全国各地的粘土质原料,主要包括:黄土、粘土、棕壤、黑土、浦泥、页岩及粉砂岩,化学成分变化情况大致如下: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%;质量系数:3.28—6.60,差别比较大。

  传统的水泥生产原料是石灰石、粘土质原料和铁质原料,全国各地水泥生产企业所用的原料、生产用煤以及配料方案都不一样,都有一个适合本企业实际情况的能满足配料要求的特定的粘土质量系数。日常生产中,随着更换生产用煤,该系数也会发生变化。如果当地的粘土质原料的质量系数过高,表明该粘土质原料缺少三氧化二铝,需要和三氧化二铝比较高的原料搭配使用,如:煤矸石、粉煤灰等;如果质量系数过低,表明该粘土质原料缺少二氧化硅,需要和二氧化硅比较高的原料搭配使用,如:河砂、砂岩、硅石等。

  水泥企业在原料选择时,首先要确定好石灰石、铁质原料以及离厂区比较近的粘土质原料,然后再根据生产用煤以及配料方案,计算出能够满足配料要求的粘土质量系数,最后再选择第四种补充原料(硅质原料或铝质原料),用来拟补粘土质原料的不足,只有这样才能最大限度的降低生产成本,因为通用性粘土质原料储量丰富,价格便宜,硅质原料和铝质原料储量少,价格也比较贵,用大量的硅质原料和铝质原料来调配成粘土质原料并不合算。

  需说明的是,有些企业在选择原料时,过分的强调粘土质原料中碱(氧化钾和氧化钠)含量的指标,其实这是没必要的,因为在所有原料中,氧化钾及氧化钠和粘土质矿物共存,粘土质原料中的三氧化二铝如果高,通常碱含量也高,这种原料通常需要和硅质原料搭配使用,而这些高二氧化硅的硅质原料碱含量特别低,搭配使用后也就降低了粘土质原料中碱的含量。

  粘土质量系数计算过程特别复杂,需要借助计算机才能完成,可同时计算出满足配料要求的粘土质量系数和原料配比,便于实现计算机控制,对原料配比和粘土质量系数进行监控和事先预测,充分利用矿山资源,降低生产成本。

  2、石灰石质量控制

  石灰石质量的合理与稳定,是水泥生料质量控制的基础,是保证出磨生料率值稳定的关键。在石灰石质量控制过程中,好多企业只是单一规定了石灰石氧化钙或二氧化硅的目标值,管理过程中,力求保持氧化钙或二氧化硅稳定,这是不科学的,如果石灰石氧化镁不稳定,氧化钙和二氧化硅不可能同时稳定,也就无法保证出磨生料率值稳定,石灰石率值稳定才是保证出磨生料率值稳定的关键。

  通过石灰石氧化钙及氧化镁与石灰石饱和比的二元回归分析,回归方程为:

  KH=0.1968×CaO+0.1773×MgO-7.82,相关系数r=0.96

  可见石灰石氧化钙和氧化镁与石灰石饱和比KH都是正相关,并且相关性很强,虽然氧化镁不参入饱和比计算,但是对石灰石饱和比的影响却很大。

  回归方程表明:如果氧化钙不变,氧化镁变化1.00,KH将同方向变化0.18;如果氧化镁不变,氧化钙变化1.00,KH将同方向变化0.20,氧化钙及氧化镁对石灰石饱和比的影响程度几乎相同。石灰石矿山氧化镁不稳定的企业,一定不能忽视氧化镁的影响,首先确定一个合适的石灰石率值(主要是饱和比KH值)目标,满足配料要求并留有一定的余地,充分利用矿山资源,管理过程中采用有效的控制方法,保证石灰石率值的合理与稳定。同时,还要控制石灰石中氧化镁的含量,不能太高,否则影响水泥强度,有资料介绍,如果熟料中的氧化镁超过3%,熟料强度会明显降低。

  笔者通过石灰石化学分析结果的数据分析,研究了石灰石成分与成分、成分与率值之间的对应关系,提出了石灰石过程质量控制的方法,分析了率值控制、氧化钙控制以及钙镁合量控制等不同方法的特点,指出石灰石过程质量控制的最终目的是稳定石灰石的率值,在此基础上提出了石灰石化学分析数据置信程度的判断方法,可防止检验数据的误导作用,正确指导生产,在石灰石质量管理方面,最终实现计算机智能化管理。(详细内容见《水泥装备技术》总第52期“数据分析在石灰石质量控制中的应用”一文)

  3、原料配比反馈调整计算

  原料配比的反馈调整计算,是水泥生料质量控制系统的核心部分,合理和有效的计算方法关系到水泥生料反馈调整的成败。从事水泥生料原料配比反馈调整研究,早在二三十年前就已经开始了,有资料记载并且比较详细的应该是刘笃新工程师《水泥生料配料的率值公式法》,书中对水泥生料反馈调整进行了比较详细的研究。笔者根据多年的工作经验和反复的研究,提出了“水泥生料生产成分调整法”的反馈调整计算方法,该法符合生产中的实际情况,具有调整准确、实用有效的特点。

  “水泥生料生产成分调整法”,就是以和出磨生料相对应的石灰石生产成分为基准的调整方法,出磨生料成分之所以产生变化,是因为和出磨生料相对应的石灰石生产成分发生了变化。

  我们知道,影响生料成分变化的主要因素是石灰石成分发生了变化,辅助原料成分变化对生料成分变化影响不大,目前的计量设备比较稳定,虽然不一定十分准确,但调整前后只是一个固定的系统偏差。任何一个出磨生料成分都对应着一组原料配比、石灰石成分和辅料成分,调整前后存在下列关系:

  (调整前生料成分)=(石灰石成分)×(调整前石灰石配比)+(辅料成分)×(调整前辅料配比) (1)

  (调整后生料成分)=(石灰石成分)×(调整后石灰石配比)+(辅料成分)×(调整后辅料配比) (2)

  上面两式中的“石灰石成分”称为和出磨生料相对应的“石灰石生产成分”,是为了表明出磨生料成分、原料配比和原料成分之间生产中的对应关系而假设的,是以生料成分、辅料成分以及原料配比为基准换算出来的,它符合生产中的对应关系,调整前后的“石灰石生产成分”并没有变化,变化的只是原料配比和调整后的生料成分,辅料成分采用均化堆的原料成分进行计算,调整前后的辅料成分是否变化并不重要,因为对生料成分变化的影响并不大,计算前后只是一个系统误差,可以消除。同样,计量设备是否准确也不重要,调整前后也是一个系统误差,也可以消除。

  两式中的石灰石成分相同,将两式整理后得:

  [(调整前生料成分)-(辅料成分)×(调整前辅料配比)] /(调整前石灰石配比)=[(调整后生料成分)-(辅料成分)×(调整后辅料配比)]/(调整后石灰石配比)

  上式表明的意义是:水泥生料原料配比调整前后,和出磨生料相对应的石灰石生产成分不变,这是调整计算的前提,否则就失去了调整的必要。计算时,一定要用“和出磨生料相对应的原料配比”,而不是“当前配比”,这点一定要注意,在“(1)式”中计算出石灰石生产成分,然后代入“(2)式”,即可计算出调整后的原料配比。

  “水泥生料生产成分调整法”准确度很高,通过模拟验证和对比验证效果很好,优于刘笃新工程师《水泥生料配料的率值公式法》中11中调整计算方法,以后会详细介绍。

  4、水泥生料生产成分联合控制法

  “水泥生料生产成分联合控制法”,就是事先检验待用石灰石分析成分与事后检验已用石灰石生料成分相结合的控制方法。

  待用石灰石分析成分,就是对待用石灰石进行取样检验而得到的石灰石化学成分,因为待用石灰石还没有投入使用,可以通过各种方法检测出具体的成分数据。

  当待用石灰石投入使用,完全制备成生料粉后,就变成了已用石灰石,此时我们只能检验出和已用石灰石相对应的出磨生料成分。

  此时出磨生料里面的石灰石成分到底是多少,我们已经没有办法检验出来,但是可以根据出磨生料成分、辅料均化堆成分、原料显示配比以及原料水分,换算出一个石灰石生产成分,并且这个石灰石生产成分和出磨生料成分、石灰石分析成分相对应,称为和出磨生料相对应的石灰石生产成分,这个石灰石生产成分和使用前的分析成分有一种特定的对应关系:

  (1)当石灰石分析成分、辅料均化堆成分、原料水分、原料计量设备以及出磨生料成分都没有误差的时候,理论上的对应关系和生产中的对应关系完全相同,石灰石生产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检验以及出磨生料检验都存在检验误差,辅料成分也会波动,假设石灰石分析成分以及出磨生料的检验仪器比较稳定,石灰石以及出磨生料检验数据只存在一个不太大的、比较稳定的系统误差,计量设备也比较稳定,显示下料量与实际下料量之间只存在一个不太大的固定偏差,由于“辅料成分变化对生料成分影响不大,影响生料成分变化的主要因素是石灰石成分发生变化”,那么“石灰石分析成分与生产成分之间的对应关系(差值)基本不变”。

  由于计量设备和检验仪器的性能不可能突变,在一定时间范围内(几小时、几十小时或几天,取决于检验仪器以及计量设备的稳定性),石灰石分析成分与生产成分之间的对应关系基本不变,待用石灰石和已用石灰石之间存在下列关系:

  (待用石灰石分析成分)-(待用石灰石生产成分)=(已用石灰石分析成分)-(已用石灰石生产成分)

  这是水泥生料生产成分联合控制法的理论基础,前提是检验仪器和计量设备在一定时间范围内必须稳定,只要事先检验待用石灰石的分析成分,就可以预测出待用石灰石的生产成分,以待用石灰石生产成分为调整依据,根据待用石灰石的预计使用时间,提前调整待用石灰石的原料配比,这就是水泥生料生产成分联合控制法的控制思路,实行待用石灰石的事先检验与出磨生料事后检验的有机结合,二者缺一不可。

  前面讲过:“利用和出磨生料相对应的石灰石生产成分进行原料配比反馈调整计算,是最有效的方法”,虽然我们无法知道待用石灰石的生产成分,但是可以事先检验待用石灰石的分析成分,利用已用石灰石分析成分和生产成分之间的对应关系,预测出待用石灰石的生产成分。

  出磨生料检验的目的有两个,一是检验前期的配料调整是否符合要求;二是提供最新的已用石灰石分析成分和生产成分的对应关系,用于待用石灰石生产成分的预测。

  如果检验仪器以及计量设备长期稳定,辅料成分波动不是太大,生产也比较正常,不出现断料、饱磨和空磨现象,石灰石分析成分和生产成分的对应关系不会改变,对石灰石分析成分和生产成分的对应关系进行监控,是监视生产是否正常的一种有效方法,如果石灰石分析成分和生产成分之间的对应关系发生改变,表明检验仪器、计量设备或生产设备方面,一定出现了异常情况。

  原料配比的调整周期,取决于待用石灰石的检验周期,10—30分钟一次比较合适,时间太短没有必要,出磨生料还是一小时检验一次。

  水泥生料事后调整,这是目前水泥生料质量控制的最大误区,这种控制方法已经沿用了几十年,想要彻底改变并不容易。该法可以走出后置控制的误区,彻底改变事后调整的被动局面,如果设计合理,前期的石灰石预均化已经没有必要,可以取消石灰石堆料机和取料机的用电消耗及维护费用,节省操作人员的人工开资,还可以避免石灰石堆料和取料过程中的粉尘污染,既节能又环保,很大程度上提高了出磨生料三率值的合格率,减轻入窑生料均化过程的负担,有利于旋窑热工制度的稳定,提高熟料的台时产量和质量。

  5、出磨生料目标值的及时调整和准确调整

  每个水泥企业都有各自的熟料三率值控制范围,熟料三率值是最终控制目标,生料三率值则是过程控制目标,当生料与熟料之间的对应关系发生改变或更换生产用煤后,都需要调整生料的目标值,如果调整不及时或调整不当,都会影响到旋窑的正常煅烧。

  目前,由于缺少一个快速准确的生料目标值调整计算方法,企业技术人员通常只是根据有关数据来简单计算一下或者干脆估计一个生料目标值,调整准确度较差,具有盲目性,并且调整也不及时。

  影响生料目标值调整准确度的因素是多方面的,主要包括:(1)煤发热量的测量误差;(2)灰分的测量误差;(3)煤灰成分的化学分析误差(4)煤粉计量设备的误差;(5)生料和熟料检验数据的误差;(6)收尘料带入成分的影响;(7)熟料热耗的估计不准;(8)生料烧失量的波动或估计不准。前六个方面是系统因素,后两个方面是不确定因素,都影响生料目标值计算的准确度。

  由于许许多多误差的存在,导致理论上计算出的数据并不实用,必须利用生产中的对应关系,去解决生产中的实际问题。

  熟料成分由灼烧基生料带入成分、煤灰带入成分及少量收尘料组成,实际生产中存在下列下列关系:

  (熟料成分)=(灼烧基生料带入成分)+(煤灰带入成分) +(收尘料带入成分)

  在正常生产条件下,收尘料带入成分基本不变,熟料成分是我们要求的,不希望它变化,因此:灼烧基生料带入成分与煤灰带入成分之和基本不变。更换生产用煤后,煤灰带入成分发生变化,由于灼烧基生料带入成分与煤灰带入成分之和基本不变,灼烧基生料带入成分则需要向相反的方向变化,据此即可实现待用煤生料目标值的调整计算,计算过程中巧妙的消除了可能存在的系统误差,准确度较高。

  实际生产中,如果不更换生产用煤,煤粉的质量以及生料成分与熟料成分之间的对应关系比较稳定,生料成分与熟料成分之间存在下列对应关系:

  (熟料平均成分)=(生料平均成分)×K+(煤灰带入成分) +(收尘料带入成分)

  (熟料标准成分)=(生料标准成分)×K+(煤灰带入成分) +(收尘料带入成分)

  熟料平均成分是指统计时间(通常是2—4个小时)内,检验仪器测定的熟料化学成分的平均值。

  生料平均成分是指生料煅烧过程中,在时间上和熟料平均成分相对应的一段时间内出磨生料化学成分的平均值。

  用熟料三率值的目标值和熟料平均成分的SO3以及总和(SiO2 、A12O3、 Fe2O3 、CaO之和)计算出的熟料化学成分,称为熟料标准成分。

  不改变生料平均成分的烧失量和熟料热耗,符合实际生产中的对应关系,恰好能使熟料三率值达到目标值要求的生料成分,称为生料标准成分。

  熟料标准成分和生料标准成分是一定生产工艺条件下的理想成分,和平均成分相比较并无很大差别。由于生产用煤比较稳定,两式中的K值、煤灰带入成分以及收尘料带入成分相同,熟料成分与灼烧基生料带入成分(生料成分与K值的乘积)之差基本不变,下列关系成立:

  (熟料平均成分)-(生料平均成分)×K=(熟料标准成分)-(生料标准成分)×K

  其中:K表示熟料中灼烧基生料的掺入量。

  据此即可计算出出磨生料的标准成分,在出磨生料质量控制中,按生料标准成分进行原料配比调整计算,由于生料目标值调整计算方法符合生产中的实际对应关系,准确度很高。

  另外,因为生料成分和熟料成分来源于实际生产中的最新检验数据,可随着检验数据的产生,自动进行标准成分计算,实现生料目标值的及时调整和准确调整,无需人工参与,是水泥生料质量控制自动化和智能化的基础。

  6、待用石灰石原料配比的预测

  在石灰石的过程质量控制中,管理人员最关心的是搭配好的石灰石能否满足配料要求,并留有一定的余地,有利于节省石灰石矿山资源。

  石灰石质量管理中,企业普遍在石灰石破碎后的传送带上进行石灰石质量检验,有的企业采用在线检验,有的企业采用机械或人工取样,每小时用荧光仪检验一次。

  根据“石灰石分析成分与生产成分对应关系基本不变”的原则,即可实现搭配后石灰石原料配比的预测,每产生一个最新的石灰石检验数据,就会得到一个预测的原料配比,管理人员可以根据传送带上石灰石的检验数据,直观的看到各种原料的预测配比,如果不符合要求,可以及时调整。当然,在待用石灰石原料配比计算时,必须明确传送带上石灰石分析成分和出磨生料石灰石生产成分之间的对应关系,否则无法准确预测待用石灰石的原料配比。

  7、化学分析数据置信程度的判断

  手工化学分析数据通常用于配料研究以及仪器检验数据的对比,错误的化学分析数据将起误导作用。

  笔者曾经遇到一次化学分析数据出现错误的问题,由于分析室用的分析纯浓盐酸质量存在问题,导致石灰石、生料和熟料的氧化钙明显偏高0.4—0.6%,数据出现异常,由于怀疑分析室的检验数据有问题,连续三天没有进行生料目标值调整,进行查找原因,按常规的钙镁空白试验根本找不到问题所在,最后用特殊的方法试验出浓盐酸有问题,氧化钙含量严重超标。没有一定的化学分析基础根本无法判断化学分析数据的置信程度,而管理人员大多不懂得化学分析,所以对化学分析数据的置信程度进行判断很有必要。

  化学分析数据置信程度的判断需借助计算机来完成,石灰石和水泥生料可以根据氧化钙、氧化镁与烧失量的统计规律,来判断相关数据的置信程度,这方面的研究在国内还没有过,才是个刚刚的开始,好多问题需要进一步的研究和完善。

  五、结束语

  水泥生料质量控制系统并非一个简单的配料调整计算,它涵盖了从石灰石的基础管理到熟料煅烧的整个控制过程。未来的水泥生料质量控制必须实现计算机全方位智能化管理,充分发挥计算机优势,解决人工所无法完成的问题。

  上述七个问题只是从理论上进行了简单的说明和初步的论证,每个方面的内容都要经过大量的计算,好多计算方法教科书上根本没有,由于过于复杂,离开了计算机根本无法完成,并且所有的计算公式都要经过手工输入,工作量很大。

  本文中的相关内容,是水泥生料智能化控制的理论基础,是水泥生料质量控制的发展方向,需要检验仪器、工艺设计和水泥企业有关专家的共同努力才能完成。

  全篇文章具有分析性、方向性和设想性的特点,好多问题并没有详细的说明,主要包括以下几方面的内容:“三组分原料配比计算与粘土质原料的合理利用”、“水泥生料原料配比反馈调整计算方法”、“如何实现出磨生料目标值的及时调整和准确调整”、“水泥生料生产成分联合控制法”,以上几个问题以后会进行比较详细的介绍,便于企业技术人员和专业研究人员共同学习和探讨,完善水泥生料质量控制方面存在的问题,创造出我国“水泥生料质量智能化控制”的自主产品。 (本文作者:烟台宝桥锦宏水泥有限公司 王中豪)

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