γ—射線分析儀及生料質量控制系統的優勢

邱慶，朱太新，韓志勇，高永建，方婉，沈欣，吳寧衛，李少峰

20世紀的后30年，新型干法水泥生產憑借生料“均化鏈”的助力，迅速取代了濕法生產，水泥產能得到有效提高，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，擬尋求進一步提高控制效果的空間。

1 生料均化系統的常規設計要求

我國制定的《預分解窯工藝管理規程》（以下簡稱《規程》）對入窯生料標準偏差要求如下：

（1）CaCO3（或CaO）含量的標準偏差

（2）生料率值的標準偏差

企業傳統一般是一小時分析一次生料標準偏差，每天24個數據作為一個統計單元；為了對比更加直觀，有的企業同時控制合格率。

上述《規程》之所以列有CaCO3（或CaO）的指標，是因為干法預熱器窯初興之時（上世紀70年代），企業皆采用三組分配料，采用鈣、鐵滴定（或鈣鐵儀）控制。80年代預分解窯出現后，因熟料硅酸率提高，相應X-射線分析儀得到工業應用，能夠較快分析出硅、鋁、鐵、鈣含量，企業多采用四組分配料，才得以用三率值控制生料粉磨。當時控制周期是一小時，必須保證7～10d原料的穩定，才能保證生料質量的穩定，這完全有賴于“均化鏈”。

所謂“均化鏈”，就是把均化功能“分攤”給生料制備的各個工藝環節。一個完整的生料均化系統必須包含四個缺一不可、功能明確的環節，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輸；（2）原料的預均化儲存和塊狀物料均化，均化系數H=5～10，一般出堆場石灰石標準偏差SCaCO3≤1.0%；（3）生料磨的配料控制與調節，在多種原料入磨的條件下，QCX質量控制系統需保證出磨生料標準偏差不大于入磨原料標準偏差，即SCaCO3≤1.0%；（4）生料均化庫利用邊風的重力切割均化作用和中心風的空氣攪拌作用最終完成生料均化，生料庫均化系數設定為H=5～10，即滿足入窯生料CaCO3的標準偏差SCaCO3≤0.20%的要求。生料制備系統各環節均化作用比例如表1、2所示。

目前我國大部分企業實際仍采用這一模式。

2 γ—射線分析儀的應用效果

20世紀80年代后期，美國賽默飛世爾公司利用中子活化技術研制出的γ—射線分析儀就已引起我國工程師的關注，90年代國內有兩個廠開始試用，21世紀初新疆天山水泥股份有限公司主動使用該分析儀并全系統推廣，取得不菲效益。

2.1 生料達標率高

表1 均化系統功能設計配置（CaCO3）

表2 均化系統功能設計配置（率值）

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

各廠數據均為全天每小時生料率值（24組數據）統計結果，使用X—射線分析儀的浩良河水泥廠的入窯生料勉強達標，使用γ—射線分析儀的其他幾個廠出磨生料大多輕松達標（中材安徽水泥廠因砂巖斷料嚴重影響硅酸率的穩定），這充分體現了使用γ—射線分析儀的優勢。浩良河水泥廠熟料 3d 強度波動在 25～30MPa，28d 強 度 為 54～60MPa；羅定廠3d強度波動在30～32MPa，28d強度為58～60MPa，由此可見生料質量直接影響熟料強度及其穩定性。

2.2 簡化、優化生料“均化鏈”

（1）取消預均化堆場

宏觀講，原料儲存設預均化堆場對生料質量控制有好處，但還要看性價比是否合適。預均化堆場需保證出料SCaCO3≤1.0%（SCaO≤0.56%），即石灰石波動為CaO=±3×SCaO=±3×0.56%=±1.68%，若設兩個庫，石灰石CaO的波動范圍就能放寬到6.72%，波動如此大的石灰石礦山不多，何況還可設三個庫。

洛浦水泥廠使用的灰巖礦賦存有白、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5.14，兩種石灰石按1：1搭配進預均化堆場，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量控制系統對生料的控制效果

表4 X—射線分析儀及生料質量控制系統對生料的控制效果（浩良河廠）

表5 洛浦廠原料化學成分，%

表6 云浮原料化學成分，%

云浮廠使用兩個礦的石灰石：石山石灰石硅含量很高，硅酸率達到6.48；大巖石灰石相對硅含量較低，鈣含量較高。若設預均化堆場，則對搭配比例要求很嚴——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，需要在堆場使用γ—射線分析儀，但這樣投入太多。因此，云浮廠沒有設預均化堆場，設了兩個石灰石庫，分別儲存兩種灰巖，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、昊龍、安徽四廠設有石灰石預均化堆場，但未設預均化堆場的云浮、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。

中材羅定廠未設預均化堆場，設兩個石灰石庫，一號庫存高品位石灰石，二號庫存夾雜覆蓋土等的石灰石，配料時二號庫能滿足要求即全部使用二號庫存料，若二號庫品位差一點，一號庫補充一點即可，這樣對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，配料站設六個庫，石灰石分高低鈣兩個庫，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線未設預均化堆場，配料站設九個庫：石灰石三個庫——可按CaO含量把石灰石分三個品位；頁巖兩個庫——高硅、低硅庫；硅石、爐渣、鋼渣、鐵礦石各一個庫。這樣企業綜合利用礦山資源和工業廢物，確保不同品種熟料質量，有利于降低基建和生產成本。

我們的觀點是根據儀器可控制多種料的性能，對原料按品質進行均化分解，突出每種料的特性，而不是把不同性能的料輸進堆場混合均勻。

（2）簡化、優化生料均化庫

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，已達到入窯生料規范標準，對庫的功能要求僅以儲存為主；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勢，均化效果反勝伊堡庫。

3 結語

采用γ—射線分析儀及生料質量控制系統后，可以取消原料預均化堆場，簡化生料均化庫，這樣工廠占地面積、設備投入、人員編制大幅度減少，生料制備電耗明顯降低，工廠經濟效益得到提高。

近二十年的生產實踐已證實，γ—射線分析儀及生料質量控制系統已成為控制水泥生料均勻性的利器，企業早用早受益，尤其對計劃建設的企業，更具有技術經濟價值。當今21世紀是公認的質量世紀，我們在使用γ—射線分析儀的同時，更期待它的進步。■