淺談中子活化水泥在線元素分析儀在生料配料中的應(yīng)用

馬正海，伍小成，徐 琨

（葛洲壩宜城水泥有限公司，湖北襄陽 441400）

0 引言

熟料是水泥生產(chǎn)的重要原料，而生料是熟料煅燒的基礎(chǔ)，它的質(zhì)量及成分波動間接影響水泥企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益。生料取樣代表性及配比調(diào)整滯后性將直接影響生料成分穩(wěn)定性，進而影響熟料質(zhì)量與水泥質(zhì)量。

傳統(tǒng)熒光分析法的生料配料方式存在明顯的缺點：

（1）取樣代表性無法保證。

（2）制樣程序多，樣品易受污染。

（3）檢測周期長。

（4）配料調(diào)整滯后嚴(yán)重，無法自動適應(yīng)物料性質(zhì)的隨時變化。

（5）矩形堆場由于堆料機布料層數(shù)達不到設(shè)計要求，礦區(qū)石灰石品味復(fù)雜，破碎機口配礦措施難以有效監(jiān)督執(zhí)行，造成堆與堆之間及每堆石灰石堆頭，堆中，堆尾石灰石品味差異大，每次石灰石換堆調(diào)整均不夠及時，出磨生料成分易出現(xiàn)失控狀況。

（6）調(diào)整配比時人為因素受操作人員的知識結(jié)構(gòu)，專業(yè)水平，學(xué)習(xí)能力，對質(zhì)量控制的能力等因素影響，個體差異較大。

為解決上述問題，我公司于2018年5月引進東方測控中子活化水泥在線分析儀（以下簡稱中子分析儀）2臺，主要應(yīng)用于礦山開采監(jiān)控與出磨生料配料。本文主要介紹中子分析儀在生料配料中的使用情況，采用中子活化瞬發(fā)γ分析技術(shù)，在線檢測皮帶上的物料成分及控制系統(tǒng)2分鐘/次生料配比的調(diào)整（最短周期1min）可以很好地解決配料中生料取樣點代表性及配比調(diào)整滯后性的問題。

1 中子分析儀配料原理

中子分析儀主要安裝生料調(diào)配站以后，在生料入磨皮帶之間，采用中子活化瞬發(fā)γ分析（PGNAA）技術(shù)，利用中子及高能γ射線的貫穿能力，對通過的所有物料進行無接觸實時檢測，動態(tài)檢測搭配好的物料中 CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO 等多種元素的含量并通過編入的公式計算出KH、SM、IM三率值，通過光纖數(shù)據(jù)傳送給生料計算機控制系統(tǒng)，控制計算機對信號進行處理并把已經(jīng)處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送回中子分析儀主機，通過KH、SM、IM三率值設(shè)定值進行優(yōu)化計算（可以要求供應(yīng)商設(shè)置三率值優(yōu)先級），動態(tài)實時調(diào)節(jié)各原料下料倉皮帶轉(zhuǎn)速，進而調(diào)整物料配比，使生料三率值不斷趨近設(shè)定值，并根據(jù)實際數(shù)據(jù)始終圍繞設(shè)定值在允許范圍內(nèi)波動，得到穩(wěn)定的生料成分，從而提高生料合格率，實現(xiàn)生料配料的動態(tài)精準(zhǔn)管控，降低出磨生料質(zhì)量波動。

2 應(yīng)用情況

采用中子活化在線多元素分析儀后，配料控制系統(tǒng)由傳統(tǒng)的配比調(diào)整轉(zhuǎn)變?yōu)槿手抵笜?biāo)調(diào)整，促進質(zhì)量管理人員管理理念的轉(zhuǎn)變，生料配料管理由行為管理轉(zhuǎn)變?yōu)橹笜?biāo)管理，管控更為精細(xì)化。

其次是人工檢測頻次降低，根據(jù)出磨生料穩(wěn)定性情況，調(diào)整人工檢驗頻次由原來的1小時/次調(diào)整至2小時/次，入窯生料由原來的2小時/次調(diào)整至8小時/次。

在使用后，換堆調(diào)整時間由人工調(diào)整的8h縮短至2h內(nèi)，出磨生料三率值波動極差有明顯下降。

使用分析儀前后，出磨生料三率值合格率見表1，入窯生料三率值合格率見表2，熟料三率值質(zhì)量對比見表3。

從表1中可以看到，出磨生料三率值合格率均得到較大幅度提高。

從表2中可以看到，入窯生料三率值合格率均得到小幅提高，且在實際生產(chǎn)中應(yīng)用時，當(dāng)生料均化庫料位較低（低于28m）時，入窯生料三率值穩(wěn)定性也較往年大幅提升。

表1 使用分析儀前后出磨生料三率值合格率對比

表2 使用分析儀前后入窯生料三率值合格率對比

表3 使用分析儀前后熟料質(zhì)量數(shù)據(jù)對比

從表3中可以看出，熟料3d抗壓強度由31.6MPa提高至32.8MPa，28d抗壓強度由59.9MPa提升至61.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)偏差由1.90下降至1.30，熟料強度穩(wěn)定性大幅提升。

3 實際應(yīng)用中遇到的問題及解決措施

經(jīng)安裝調(diào)試并試運行一段時間后，實際應(yīng)用時主要遇到以下問題：

（1）每逢雨季，物料水分大，特別是硅質(zhì)物料下料不暢并堵倉引起頻繁斷料，對配料分析產(chǎn)生不利影響。

對此，我公司主要采取以下措施：①優(yōu)化生料配料方案，增加石灰石堆硅元素含量，多搭配中低品味石灰石，提高石灰石摻比，從而達到降低硅土使用量的效果；②采取主動控制措施穩(wěn)定硅土成分，要求礦山對硅土層進行覆蓋，盡量在晴朗天氣時增加輔料儲量，并要求破碎機機口人員按規(guī)定比例將硅土與高硅低鈣石灰石搭配后破碎，同時要求均化系統(tǒng)加強硅土均化效果；③對各生料調(diào)配站采取密封措施，降低雨水對物料的影響。一旦出現(xiàn)堵斷料時，現(xiàn)場人員要及時疏通，在短時間內(nèi)解決問題。

經(jīng)上述措施改進后，硅質(zhì)原料的成分相對穩(wěn)定，均化效果明顯改善，硅質(zhì)原料斷料頻次由每月32次降低至10次，顯著降低。同時，輔料斷料時的補償措施也有效降低生料三率值的波動。

（2）前期對分析儀維護保養(yǎng)未能重視，特別是長期斷電后，再次重啟分析儀時，發(fā)現(xiàn)分析儀檢測結(jié)果失真，無法配料，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是控制柜內(nèi)自動控溫的半導(dǎo)體空調(diào)損壞。更換半導(dǎo)體空調(diào)后，重新上電，經(jīng)過一段時間，直到探測器溫度點達到正常值為止，分析儀才恢復(fù)正常工作。因此應(yīng)定期對分析儀現(xiàn)場設(shè)備巡檢，出現(xiàn)問題及時處理，杜絕此類情況再次發(fā)生。

（3）出磨生料微量元素檢測誤差較大，堿含量，氯離子由于含量低，數(shù)據(jù)變化不大，對后續(xù)的生產(chǎn)指導(dǎo)意義不大。因此在動態(tài)標(biāo)定時應(yīng)按廠家的要求取樣多組，微量元素盡量拉開差距，將標(biāo)樣結(jié)果加入曲線背景中。

（4）由于在安裝中子分析儀時，本公司還未進行固廢項目，入磨不可燃物不經(jīng)過分析儀，不能檢測生料中的不可燃物，造成分析儀生料成分與熒光對比數(shù)據(jù)有較大偏差，我們主要以分析儀數(shù)據(jù)為主，根據(jù)趨勢做出相應(yīng)調(diào)整，編制偏差表格統(tǒng)計偏差范圍，從而盡量減少不可燃物成分帶來的生料成分波動。

（5）物料成分與三率值要求不匹配時不能自動報警，配料補償周期較長，補償力度不大，成分會出現(xiàn)較大偏差，這要求配料人員提高隨機應(yīng)變的能力，也要求廠家技術(shù)人員對設(shè)備進行優(yōu)化升級。

4 結(jié)論

中子分析儀投入使用后，以其為主進行自動配料，集檢測、配料一體，大大降低配料人員勞動強度，解決了堆頭效應(yīng)和離析效應(yīng)等難題。分析儀自動配料相對于原手動配料KH合格率提高31.1%，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，對穩(wěn)定窯況和提高熟料強度及穩(wěn)定性起到了重要作用。新設(shè)備的應(yīng)用也推動質(zhì)量管理者的管理理念由行為管理積極向指標(biāo)管理轉(zhuǎn)變，有助于公司管理水平不斷提高。