跨帶式在線元素分析儀在水泥質(zhì)量控制中的應(yīng)用

鄒波，潘波，林廷全，韓顯平，甘曉亮

質(zhì)量控制貫穿水泥生產(chǎn)的全過程，原料成分穩(wěn)定是質(zhì)量過程控制的關(guān)鍵。當(dāng)水泥企業(yè)生產(chǎn)所需的最關(guān)鍵的原料——石灰石質(zhì)量相對較好時，能基本實現(xiàn)四組分配料；但石灰石質(zhì)量相對較差時，僅能實現(xiàn)三組分配料，且石灰石質(zhì)量偏差波動較大時，很難實現(xiàn)生料配料成分的穩(wěn)定。

傳統(tǒng)的生料成分分析檢測控制分為手工化學(xué)分析方式和離線熒光測定方式，離線熒光測定方式檢測的準(zhǔn)確度相對較高，但時間滯后，從取樣、測樣到樣品測定結(jié)束，需1.5h才能得到檢測結(jié)果。當(dāng)根據(jù)檢測結(jié)果對生料成分配比進行調(diào)整時，原料的成分可能已發(fā)生了較大變化，因此，采用離線檢測控制方式很難及時調(diào)整配料成分。跨帶式在線元素分析儀能夠時時在線對水泥生產(chǎn)配料成分進行監(jiān)控和調(diào)整，有效解決了傳統(tǒng)檢測時間滯后的問題。

1 傳統(tǒng)檢測方式和在線檢測方式的對比

對生料配料及熟料煅燒而言，采用手工化學(xué)分析方式進行生料過程質(zhì)量的檢測，屬于驗證性的檢測，對實際生產(chǎn)幾乎無指導(dǎo)意義。離線熒光檢測方式已能代替手工化學(xué)分析方式實現(xiàn)每小時對生料成分進行分析，但對于過程質(zhì)量控制而言，時滯性仍然是離線熒光測定最大的局限。離線熒光檢測無法對原料的波動時時監(jiān)控和調(diào)整，僅能實現(xiàn)最快每小時綜合樣品的檢測和數(shù)據(jù)反饋。而跨帶式在線元素分析儀（以下簡稱在線元素分析儀）通過中子活化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)每分鐘對原料成分的掃描檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果時時自動調(diào)整生料配料，確保物料始終保持均勻性和穩(wěn)定性。在線元素分析與離線元素分析的對比見表1。

表1 在線元素分析和離線元素分析的對比

2 在線元素分析儀的使用和選擇

在線元素分析儀在水泥生料配料中的使用已較為成熟，其技術(shù)關(guān)鍵在于時時性和準(zhǔn)確度、故障發(fā)生的頻次和快速處理的能力。在線元素分析儀能否較好地適應(yīng)不同工況及不同工藝條件，能否全面、直觀反饋物料成分變化并快速準(zhǔn)確地調(diào)整配料，人機互動是否方便快捷，是我們關(guān)注的重點。但目前可供選擇的在線元素分析儀并不多，生產(chǎn)廠家較少，且不同廠家檢測的準(zhǔn)確性、靈敏度、用戶體驗及可操作性略有不同，我們在選擇時需加以注意。不同在線元素分析儀的比較見表2。

表2 不同在線元素分析儀的分析比較

3 在線元素分析儀的技術(shù)優(yōu)勢

按照《水泥生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程》中的規(guī)定，入磨物料KH合格率須≥70%，在未使用在線元素分析儀前，很難有企業(yè)能達到此標(biāo)準(zhǔn)。目前，從提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的角度出發(fā)，水泥企業(yè)會選擇在配料皮帶上安裝在線元素分析儀，克服因石灰石等原料波動帶來的過程配料成分的波動，最大程度地提高入窯物料的成分穩(wěn)定性。在線元素分析儀具有以下優(yōu)勢：

（1）可以單獨控制每一臺配料秤，并能設(shè)定固定的配料比，實現(xiàn)某一原料成分的固定摻入；可以設(shè)定每一臺配料秤的上限配比和下限配比，確保當(dāng)配料秤出現(xiàn)問題或檢測出現(xiàn)誤差時，配料成分不會出現(xiàn)很大偏差；可以設(shè)定每個指標(biāo)、每個成分的上限和下限控制值。

（2）使用一臺電腦即可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制及與中控室DCS控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。

（3）根據(jù)實際需要，可任意調(diào)整和顯示不同時間段內(nèi)的控制成分均值，比如可顯示10min、30min、60min，夜班、白班、中班的檢測均值；可及時準(zhǔn)確地為操作員提供可參考利用的成分均值和物料變化情況，提供設(shè)備運行異常造成的成分偏差；同時，可適時調(diào)用任意時間段內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)，分析和總結(jié)產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)的原因，遠程調(diào)用和導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

（4）根據(jù)物料變化，可時時調(diào)整配料三率值的控制指標(biāo)，當(dāng)原料發(fā)生較大變化時，可及時、準(zhǔn)確調(diào)整指標(biāo)。在每一種成分發(fā)生變化時，可時時建立獨立的趨勢圖，分析更加直觀。

（5）可快速通過界面顏色變化直接判斷設(shè)備運行是否正常。

4 實際應(yīng)用及運行效果

我公司使用的在線元素分析儀，通過半年的運行，實現(xiàn)了原料成分每分鐘在線檢測一次，有效克服了原料波動的問題，特別是解決了石灰石變化對過程質(zhì)量的影響。當(dāng)水泥生產(chǎn)僅能實現(xiàn)雙組分配料時，在線元素分析儀仍能體現(xiàn)其優(yōu)越的控制能力。若石灰石質(zhì)量差到僅能單組分100%配料時，在線元素分析儀雖不能再調(diào)節(jié)配料，但仍可第一時間發(fā)現(xiàn)和反饋原料變化情況。

在使用在線元素分析儀前，我公司出磨生料KH合格率一般為50%~55%；使用在線元素分析儀后，出磨生料KH合格率每月均能達到80%以上，最高可達84.5%；通過生料均化庫后，熟料KH合格率可達95%以上。使用在線元素分析儀，穩(wěn)定了入窯生料成分，對穩(wěn)定窯況，穩(wěn)定煅燒，穩(wěn)定熟料質(zhì)量及強度提供了保障，大大提高了出廠水泥質(zhì)量的穩(wěn)定性。使用在線元素分析儀后，當(dāng)熟料強度穩(wěn)定后，在進行水泥質(zhì)量控制時，可更有效、更穩(wěn)定地摻加混合材，避免了水泥質(zhì)量較大的波動，有效控制了水泥成本。

4.1 出磨生料三率值比較

在線元素分析儀使用前后，水泥生產(chǎn)1d 內(nèi)連續(xù)12個時間點的出磨生料三率值控制數(shù)據(jù)見表3、表4，KH控制趨勢見圖1、圖2。

圖1 使用在線分析儀前出磨生料KH控制數(shù)據(jù)趨勢圖

圖2 在線元素分析儀使用后出磨生料KH控制數(shù)據(jù)趨勢圖

表3 在線元素分析儀使用前水泥生產(chǎn)1d連續(xù)12個時點出磨生料三率值數(shù)據(jù)

表4 在線元素分析儀使用后水泥生產(chǎn)1d連續(xù)12個時點出磨生料三率值數(shù)據(jù)

由圖表可以看出，使用在線元素分析儀進行過程質(zhì)量控制后，整個出磨生料KH控制結(jié)果平穩(wěn)，波動很小，不會因為原料成分波動大而出現(xiàn)上下極差大，造成整個生料成分波動很大，合格率低的情況。

4.2 出磨生料和熟料KH月度合格率比較

在線元素分析儀使用前后，出磨生料、出窯熟料KH合格率及熟料強度數(shù)據(jù)對比見表5，使用在線元素分析儀前后生料KH合格率對比、熟料KH合格率對比、熟料強度增長趨勢對比分別見圖3~圖5。從表5 數(shù)據(jù)可以看出，通過在線元素分析儀的時時數(shù)據(jù)調(diào)整控制，水泥生產(chǎn)過程中KH的合格率及穩(wěn)定性得到極大提升，熟料強度得到明顯改善，平均強度提高約1.7MPa。

圖3 在線元素分析儀使用前后出磨生料KH合格率趨勢圖

圖5 在線元素分析儀使用前后熟料強度增長趨勢圖

表5 在線元素分析儀使用前后生料、熟料KH合格率及熟料強度數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比

我公司在線元素分析儀運行一年來，整體出磨生料KH合格率和出窯熟料KH合格率大大提升，即使在均化庫均化效果不好的情況下，仍能穩(wěn)定入窯生料成分，從而確保了熟料的成分穩(wěn)定，對窯的煅燒狀況幫助較大，窯況穩(wěn)定性得到較大改善，熟料整體強度及穩(wěn)定性提升明顯。

圖4 在線元素分析儀使用前后出窯熟料KH合格率趨勢圖

5 結(jié)語

在線元素分析儀已成功應(yīng)用于水泥生料配料質(zhì)量過程檢測控制多年，通過時時在線對皮帶上物料的成分和配比進行監(jiān)控，實現(xiàn)了每分鐘物料成分的檢測和數(shù)據(jù)的傳輸和分析。使用在線元素分析儀，能快速準(zhǔn)確地分析物料成分的波動和變化情況，通過軟件及時進行配料調(diào)整，且能對不同時間段內(nèi)的物料成分進行分析和補償，最終實現(xiàn)每小時物料成分的穩(wěn)定，為窯煅燒提供穩(wěn)定的物料成分，確保窯煅燒工況的穩(wěn)定，從而提升熟料產(chǎn)品質(zhì)量，確保其穩(wěn)定性。

使用在線元素分析儀，對于穩(wěn)定水泥生產(chǎn)過程質(zhì)量，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低水泥生產(chǎn)成本有較大幫助，同時也能有效提升產(chǎn)品的市場認可度和品牌價值，在線元素分析儀有著廣闊的推廣應(yīng)用空間。