淺談中子活化水泥在線元素分析儀在生料配料中的應用

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

熟料是水泥生產的重要原料，而生料是熟料煅燒的基礎，它的質量及成分波動間接影響水泥企業的產品質量和經濟效益。生料取樣代表性及配比調整滯后性將直接影響生料成分穩定性，進而影響熟料質量與水泥質量。

傳統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）配料調整滯后嚴重，無法自動適應物料性質的隨時變化。

（5）矩形堆場由于堆料機布料層數達不到設計要求，礦區石灰石品味復雜，破碎機口配礦措施難以有效監督執行，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，每次石灰石換堆調整均不夠及時，出磨生料成分易出現失控狀況。

（6）調整配比時人為因素受操作人員的知識結構，專業水平，學習能力，對質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，主要應用于礦山開采監控與出磨生料配料。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γ分析技術，在線檢測皮帶上的物料成分及控制系統2分鐘/次生料配比的調整（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配站以后，在生料入磨皮帶之間，采用中子活化瞬發γ分析（PGNAA）技術，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，通過光纖數據傳送給生料計算機控制系統，控制計算機對信號進行處理并把已經處理好的數據發送回中子分析儀主機，通過KH、SM、IM三率值設定值進行優化計算（可以要求供應商設置三率值優先級），動態實時調節各原料下料倉皮帶轉速，進而調整物料配比，使生料三率值不斷趨近設定值，并根據實際數據始終圍繞設定值在允許范圍內波動，得到穩定的生料成分，從而提高生料合格率，實現生料配料的動態精準管控，降低出磨生料質量波動。

2 應用情況

采用中子活化在線多元素分析儀后，配料控制系統由傳統的配比調整轉變為三率值指標調整，促進質量管理人員管理理念的轉變，生料配料管理由行為管理轉變為指標管理，管控更為精細化。

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

在使用后，換堆調整時間由人工調整的8h縮短至2h內，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，且在實際生產中應用時，當生料均化庫料位較低（低于28m）時，入窯生料三率值穩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量數據對比

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，標準偏差由1.90下降至1.30，熟料強度穩定性大幅提升。

3 實際應用中遇到的問題及解決措施

經安裝調試并試運行一段時間后，實際應用時主要遇到以下問題：

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

對此，我公司主要采取以下措施：①優化生料配料方案，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，同時要求均化系統加強硅土均化效果；③對各生料調配站采取密封措施，降低雨水對物料的影響。一旦出現堵斷料時，現場人員要及時疏通，在短時間內解決問題。

經上述措施改進后，硅質原料的成分相對穩定，均化效果明顯改善，硅質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未能重視，特別是長期斷電后，再次重啟分析儀時，發現分析儀檢測結果失真，無法配料，經檢查發現是控制柜內自動控溫的半導體空調損壞。更換半導體空調后，重新上電，經過一段時間，直到探測器溫度點達到正常值為止，分析儀才恢復正常工作。因此應定期對分析儀現場設備巡檢，出現問題及時處理，杜絕此類情況再次發生。

（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，數據變化不大，對后續的生產指導意義不大。因此在動態標定時應按廠家的要求取樣多組，微量元素盡量拉開差距，將標樣結果加入曲線背景中。

（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據有較大偏差，我們主要以分析儀數據為主，根據趨勢做出相應調整，編制偏差表格統計偏差范圍，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，成分會出現較大偏差，這要求配料人員提高隨機應變的能力，也要求廠家技術人員對設備進行優化升級。

4 結論

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，解決了堆頭效應和離析效應等難題。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定性，檢測結果不受人工取樣制樣誤差干擾，對穩定窯況和提高熟料強度及穩定性起到了重要作用。新設備的應用也推動質量管理者的管理理念由行為管理積極向指標管理轉變，有助于公司管理水平不斷提高。