中子活化水泥元素在線分析儀在水泥廠的應(yīng)用

張偉 孫常安

摘 要：中子活化在線分析儀主要應(yīng)用于水泥廠內(nèi)生料配料過程控制與礦山進(jìn)場原材料的檢測。本文介紹了中子活化水泥元素在線分析儀的基本原理，重點介紹了在線分析儀在水泥廠的實際應(yīng)用和針對現(xiàn)場實際情況的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：水泥生料自動配料;中子活化水泥元素在線分析儀原理;原材料

1 引言

水泥作為建筑工業(yè)的基礎(chǔ)材料，隨著時代的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于海上、地下、深水、嚴(yán)寒、干熱、腐蝕、輻射等多種環(huán)境下，為了滿足在不同環(huán)境下的適應(yīng)性，需要對水泥質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。為了使工作效率更高、質(zhì)量更好，就需要一個安全、可靠、穩(wěn)定的配料系統(tǒng)。隨著中子活化水泥元素在線分析儀在水泥行業(yè)的深入應(yīng)用和發(fā)展，在線分析儀中子活化技術(shù)也更加嚴(yán)密、穩(wěn)定、高效，為水泥生料配料開啟了新的發(fā)展道路，下面以華新迪慶現(xiàn)場使用的中子活化水泥元素在線分析儀為例，分析水泥元素在線分析儀在水泥生料配料中的應(yīng)用。

2 分析儀工作原理

該儀器采用中子活化瞬發(fā)γ分析（PGNAA）技術(shù)，利用中子及高能γ的貫穿能力，能對大宗散裝物料進(jìn)行元素成分的在線檢測，可一分鐘得出測量結(jié)果，不需改動生產(chǎn)工藝，檢測過程不需取樣，對整個料流進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果代表性強。

3 分析儀的組成

測量裝置（測量裝置采用模塊式框架結(jié)構(gòu)，包含測量過程中增強中子轟擊物料原子核的關(guān)鍵部件，同時對射線進(jìn)行輻射防護(hù)，使裝置周圍劑量率達(dá)到輻射安全國家標(biāo)準(zhǔn)，保證工作人員的健康安全。）、中子源（采用锎252同位素，能夠與物料發(fā)生中子俘獲反應(yīng)。） 探測器（安裝在測量裝置上部，用于采集物料被中子作用后發(fā)出的γ射線，探測器外包有射線抑制體和恒溫部件使用探測器保持最佳工作狀態(tài)。）、信號處理柜（包含能譜采集單元、溫度控制器、信號轉(zhuǎn)換模塊，對探測器采集γ射線進(jìn)行處理。）、主機（由硬件和軟件組成，主要采集來自信號處理柜的數(shù)字信號，并對這些數(shù)字信號進(jìn)行解析，計算出元素成分含量及相關(guān)的質(zhì)量控制參數(shù)，通過PLC實現(xiàn)自動控制。）。

4 分析儀改進(jìn)

分析儀在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級，將核心部件模擬能譜采集單元改為數(shù)字脈沖單元，大大提高了檢測計數(shù)速率，測量更加精準(zhǔn)。通訊方式由點對點的接線連接方式改為通過軟件OPC通訊，控制主機到信號處理室數(shù)據(jù)傳輸采用光纖通訊方式。檢測軟件界面增加自動統(tǒng)計合格率功能、多種曲線切換功能，控制軟件增加鐵元素單獨控制功能、單獨控制氧化鎂功能。

5 工藝情況

現(xiàn)場生產(chǎn)特種中熱水泥和普通P.O425水泥兩種。生產(chǎn)過程中，原材料波動大、物料斷料、堵料十分嚴(yán)重，通過手工配料無法解決斷料過程中造成的質(zhì)量波動問題。生產(chǎn)中熱水泥過程中需要嚴(yán)格控制水泥水化熱，對氧化鎂指標(biāo)控制十分嚴(yán)格，如果生料中氧化鎂不合格極容易造成水泥水化熱不達(dá)標(biāo)，影響水泥安定性，會對后期施工造成安全隱患。分析儀采用跨皮帶安裝方式，當(dāng)物料經(jīng)過分析儀測量裝置時，分析儀對當(dāng)前物料成分進(jìn)行檢測，根據(jù)程序設(shè)定要求，適當(dāng)調(diào)整原材料皮帶秤下料量使原料率值在設(shè)定值范圍內(nèi)。

6 標(biāo)定調(diào)試

在線分析儀在現(xiàn)場應(yīng)用期間，需要進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定、動態(tài)標(biāo)定兩大基礎(chǔ)調(diào)試步驟。靜態(tài)標(biāo)定過程中，需要用我公司根據(jù)現(xiàn)場原材料情況制作的標(biāo)準(zhǔn)樣對在線分析儀靜態(tài)檢測數(shù)值進(jìn)行初步校正，初步設(shè)置在線分析儀在現(xiàn)場情況下的基礎(chǔ)參數(shù)。動態(tài)標(biāo)定過程中，取每小時出磨生料綜合樣40組進(jìn)行全分析化驗，和在線分析儀檢測數(shù)據(jù)對照，初步標(biāo)定在線分析儀運行曲線。標(biāo)定完成后，采集5組數(shù)據(jù)對分析儀曲線進(jìn)行校正，并投入使用。在線分析儀運行期間，以全分析化驗數(shù)據(jù)為準(zhǔn)考核在線分析儀檢測精度，以2018年8月12日到8月21日對照數(shù)據(jù)為例（考核數(shù)據(jù)見對照表1、2、3、4），設(shè)備使用期間在線分析儀檢測元素精度滿足國家檢測標(biāo)準(zhǔn)，滿足現(xiàn)場實際生產(chǎn)需求。

7 總結(jié)

在線分析儀投入后，取消人工取樣、制樣、化驗過程，以在線分析儀為主進(jìn)行自動配料，集檢測、配料一體，大大減少了工作人員的工作量。分析儀自動配料相對于原手動配料KH合格率提高30%，大幅提升出磨生料穩(wěn)定性、檢測結(jié)果不受人工取樣制樣誤差干擾、穩(wěn)定窯況，減少了原煤使用量，大幅提高了資源利用率并為企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本。