γ—射線分析儀及生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

邱慶，朱太新，韓志勇，高永建，方婉，沈欣，吳寧衛(wèi)，李少峰

20世紀(jì)的后30年，新型干法水泥生產(chǎn)憑借生料“均化鏈”的助力，迅速取代了濕法生產(chǎn)，水泥產(chǎn)能得到有效提高，在盡享低熱耗效益的今天，我們通過分析近五十年來水泥生料均勻性的演變過程，擬尋求進(jìn)一步提高控制效果的空間。

1 生料均化系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)要求

我國(guó)制定的《預(yù)分解窯工藝管理規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）對(duì)入窯生料標(biāo)準(zhǔn)偏差要求如下：

（1）CaCO3（或CaO）含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差

（2）生料率值的標(biāo)準(zhǔn)偏差

企業(yè)傳統(tǒng)一般是一小時(shí)分析一次生料標(biāo)準(zhǔn)偏差，每天24個(gè)數(shù)據(jù)作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元；為了對(duì)比更加直觀，有的企業(yè)同時(shí)控制合格率。

上述《規(guī)程》之所以列有CaCO3（或CaO）的指標(biāo)，是因?yàn)楦煞A(yù)熱器窯初興之時(shí)（上世紀(jì)70年代），企業(yè)皆采用三組分配料，采用鈣、鐵滴定（或鈣鐵儀）控制。80年代預(yù)分解窯出現(xiàn)后，因熟料硅酸率提高，相應(yīng)X-射線分析儀得到工業(yè)應(yīng)用，能夠較快分析出硅、鋁、鐵、鈣含量，企業(yè)多采用四組分配料，才得以用三率值控制生料粉磨。當(dāng)時(shí)控制周期是一小時(shí)，必須保證7～10d原料的穩(wěn)定，才能保證生料質(zhì)量的穩(wěn)定，這完全有賴于“均化鏈”。

所謂“均化鏈”，就是把均化功能“分?jǐn)偂苯o生料制備的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)。一個(gè)完整的生料均化系統(tǒng)必須包含四個(gè)缺一不可、功能明確的環(huán)節(jié)，即：（1）原料礦山礦化模型的建立，不同品位礦石搭配開采與運(yùn)輸；（2）原料的預(yù)均化儲(chǔ)存和塊狀物料均化，均化系數(shù)H=5～10，一般出堆場(chǎng)石灰石標(biāo)準(zhǔn)偏差SCaCO3≤1.0%；（3）生料磨的配料控制與調(diào)節(jié)，在多種原料入磨的條件下，QCX質(zhì)量控制系統(tǒng)需保證出磨生料標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于入磨原料標(biāo)準(zhǔn)偏差，即SCaCO3≤1.0%；（4）生料均化庫利用邊風(fēng)的重力切割均化作用和中心風(fēng)的空氣攪拌作用最終完成生料均化，生料庫均化系數(shù)設(shè)定為H=5～10，即滿足入窯生料CaCO3的標(biāo)準(zhǔn)偏差SCaCO3≤0.20%的要求。生料制備系統(tǒng)各環(huán)節(jié)均化作用比例如表1、2所示。

目前我國(guó)大部分企業(yè)實(shí)際仍采用這一模式。

2 γ—射線分析儀的應(yīng)用效果

20世紀(jì)80年代后期，美國(guó)賽默飛世爾公司利用中子活化技術(shù)研制出的γ—射線分析儀就已引起我國(guó)工程師的關(guān)注，90年代國(guó)內(nèi)有兩個(gè)廠開始試用，21世紀(jì)初新疆天山水泥股份有限公司主動(dòng)使用該分析儀并全系統(tǒng)推廣，取得不菲效益。

2.1 生料達(dá)標(biāo)率高

表1 均化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)配置（CaCO3）

表2 均化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)配置（率值）

γ—射線分析儀對(duì)物料流的整體分析功能，徹底解決了“取樣代表性”的問題；其快速分析的即時(shí)性，使生料成分調(diào)整周期縮短到一分鐘，需調(diào)整的物料總量?jī)H為數(shù)噸，從而降低了原料波動(dòng)對(duì)成分控制的影響；其分析的準(zhǔn)確性和精確性能與任何工業(yè)分析儀媲美；每小時(shí)60次的調(diào)整頻率極大地提高了生料的均化功能。我們隨機(jī)抽取了幾個(gè)廠家（包括一個(gè)使用X—射線分析儀的廠家）的控制數(shù)據(jù)，對(duì)比效果見表3和表4。

各廠數(shù)據(jù)均為全天每小時(shí)生料率值（24組數(shù)據(jù)）統(tǒng)計(jì)結(jié)果，使用X—射線分析儀的浩良河水泥廠的入窯生料勉強(qiáng)達(dá)標(biāo)，使用γ—射線分析儀的其他幾個(gè)廠出磨生料大多輕松達(dá)標(biāo)（中材安徽水泥廠因砂巖斷料嚴(yán)重影響硅酸率的穩(wěn)定），這充分體現(xiàn)了使用γ—射線分析儀的優(yōu)勢(shì)。浩良河水泥廠熟料 3d 強(qiáng)度波動(dòng)在 25～30MPa，28d 強(qiáng) 度 為 54～60MPa；羅定廠3d強(qiáng)度波動(dòng)在30～32MPa，28d強(qiáng)度為58～60MPa，由此可見生料質(zhì)量直接影響熟料強(qiáng)度及其穩(wěn)定性。

2.2 簡(jiǎn)化、優(yōu)化生料“均化鏈”

（1）取消預(yù)均化堆場(chǎng)

宏觀講，原料儲(chǔ)存設(shè)預(yù)均化堆場(chǎng)對(duì)生料質(zhì)量控制有好處，但還要看性價(jià)比是否合適。預(yù)均化堆場(chǎng)需保證出料SCaCO3≤1.0%（SCaO≤0.56%），即石灰石波動(dòng)為CaO=±3×SCaO=±3×0.56%=±1.68%，若設(shè)兩個(gè)庫，石灰石CaO的波動(dòng)范圍就能放寬到6.72%，波動(dòng)如此大的石灰石礦山不多，何況還可設(shè)三個(gè)庫。

洛浦水泥廠使用的灰?guī)r礦賦存有白、紅兩種類型高品位石灰石，其中紅石灰石鋁含量較高，鋁氧率高達(dá)5.14，兩種石灰石按1：1搭配進(jìn)預(yù)均化堆場(chǎng)，但生料均化程度并沒有得到有效提升。

表3 γ—射線分析儀及生料質(zhì)量控制系統(tǒng)對(duì)生料的控制效果

表4 X—射線分析儀及生料質(zhì)量控制系統(tǒng)對(duì)生料的控制效果（浩良河廠）

表5 洛浦廠原料化學(xué)成分，%

表6 云浮原料化學(xué)成分，%

云浮廠使用兩個(gè)礦的石灰石：石山石灰石硅含量很高，硅酸率達(dá)到6.48；大巖石灰石相對(duì)硅含量較低，鈣含量較高。若設(shè)預(yù)均化堆場(chǎng)，則對(duì)搭配比例要求很嚴(yán)——石山石灰石若配多了，配出的料缺鈣；大巖石灰石配多了，則缺硅。若要配出合格的料，需要在堆場(chǎng)使用γ—射線分析儀，但這樣投入太多。因此，云浮廠沒有設(shè)預(yù)均化堆場(chǎng)，設(shè)了兩個(gè)石灰石庫，分別儲(chǔ)存兩種灰?guī)r，γ—射線分析儀控制得很靈活，生料均勻程度不遜洛浦廠。

從表3可見，洛浦、扶風(fēng)、昊龍、安徽四廠設(shè)有石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)，但未設(shè)預(yù)均化堆場(chǎng)的云浮、羅定、阿克蘇廠在原料條件比以上四廠差的情況下，控制效果并不比它們差。

中材羅定廠未設(shè)預(yù)均化堆場(chǎng)，設(shè)兩個(gè)石灰石庫，一號(hào)庫存高品位石灰石，二號(hào)庫存夾雜覆蓋土等的石灰石，配料時(shí)二號(hào)庫能滿足要求即全部使用二號(hào)庫存料，若二號(hào)庫品位差一點(diǎn)，一號(hào)庫補(bǔ)充一點(diǎn)即可，這樣對(duì)資源綜合利用很有好處。

阿克蘇廠使用石灰石、砂巖、黑頁巖、綠土、爐渣、鐵礦石六組分配料，配料站設(shè)六個(gè)庫，石灰石分高低鈣兩個(gè)庫，綠土和爐渣按1：1搭配固定3%配比使用，也可分別使用，很靈活。

湖北京山京蘭公司新建生產(chǎn)線未設(shè)預(yù)均化堆場(chǎng)，配料站設(shè)九個(gè)庫：石灰石三個(gè)庫——可按CaO含量把石灰石分三個(gè)品位；頁巖兩個(gè)庫——高硅、低硅庫；硅石、爐渣、鋼渣、鐵礦石各一個(gè)庫。這樣企業(yè)綜合利用礦山資源和工業(yè)廢物，確保不同品種熟料質(zhì)量，有利于降低基建和生產(chǎn)成本。

我們的觀點(diǎn)是根據(jù)儀器可控制多種料的性能，對(duì)原料按品質(zhì)進(jìn)行均化分解，突出每種料的特性，而不是把不同性能的料輸進(jìn)堆場(chǎng)混合均勻。

（2）簡(jiǎn)化、優(yōu)化生料均化庫

從表2可見，使用γ—射線分析儀的廠家，其出磨生料已很均勻，已達(dá)到入窯生料規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)庫的功能要求僅以儲(chǔ)存為主；阿克蘇廠采用平底CF庫，在施工、管理、庫容、電耗等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，均化效果反勝伊堡庫。

3 結(jié)語

采用γ—射線分析儀及生料質(zhì)量控制系統(tǒng)后，可以取消原料預(yù)均化堆場(chǎng)，簡(jiǎn)化生料均化庫，這樣工廠占地面積、設(shè)備投入、人員編制大幅度減少，生料制備電耗明顯降低，工廠經(jīng)濟(jì)效益得到提高。

近二十年的生產(chǎn)實(shí)踐已證實(shí)，γ—射線分析儀及生料質(zhì)量控制系統(tǒng)已成為控制水泥生料均勻性的利器，企業(yè)早用早受益，尤其對(duì)計(jì)劃建設(shè)的企業(yè)，更具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。當(dāng)今21世紀(jì)是公認(rèn)的質(zhì)量世紀(jì)，我們?cè)谑褂忙谩渚€分析儀的同時(shí)，更期待它的進(jìn)步?！?/p>