跨帶式在線元素分析儀在水泥質量控制中的應用

鄒波，潘波，林廷全，韓顯平，甘曉亮

質量控制貫穿水泥生產的全過程，原料成分穩定是質量過程控制的關鍵。當水泥企業生產所需的最關鍵的原料——石灰石質量相對較好時，能基本實現四組分配料；但石灰石質量相對較差時，僅能實現三組分配料，且石灰石質量偏差波動較大時，很難實現生料配料成分的穩定。

傳統的生料成分分析檢測控制分為手工化學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確度相對較高，但時間滯后，從取樣、測樣到樣品測定結束，需1.5h才能得到檢測結果。當根據檢測結果對生料成分配比進行調整時，原料的成分可能已發生了較大變化，因此，采用離線檢測控制方式很難及時調整配料成分?？鐜皆诰€元素分析儀能夠時時在線對水泥生產配料成分進行監控和調整，有效解決了傳統檢測時間滯后的問題。

1 傳統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，采用手工化學分析方式進行生料過程質量的檢測，屬于驗證性的檢測，對實際生產幾乎無指導意義。離線熒光檢測方式已能代替手工化學分析方式實現每小時對生料成分進行分析，但對于過程質量控制而言，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控和調整，僅能實現最快每小時綜合樣品的檢測和數據反饋。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，能夠實現每分鐘對原料成分的掃描檢測，并根據檢測結果時時自動調整生料配料，確保物料始終保持均勻性和穩定性。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，其技術關鍵在于時時性和準確度、故障發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確地調整配料，人機互動是否方便快捷，是我們關注的重點。但目前可供選擇的在線元素分析儀并不多，生產廠家較少，且不同廠家檢測的準確性、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優勢

按照《水泥生產企業質量管理規程》中的規定，入磨物料KH合格率須≥70%，在未使用在線元素分析儀前，很難有企業能達到此標準。目前，從提升產品質量穩定性的角度出發，水泥企業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定性。在線元素分析儀具有以下優勢：

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

（2）使用一臺電腦即可實現對現場設備的控制及與中控室DCS控制系統的數據共享。

（3）根據實際需要，可任意調整和顯示不同時間段內的控制成分均值，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，提供設備運行異常造成的成分偏差；同時，可適時調用任意時間段內的檢測數據，分析和總結產生異常數據的原因，遠程調用和導出數據。

（4）根據物料變化，可時時調整配料三率值的控制指標，當原料發生較大變化時，可及時、準確調整指標。在每一種成分發生變化時，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備運行是否正常。

4 實際應用及運行效果

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量的影響。當水泥生產僅能實現雙組分配料時，在線元素分析儀仍能體現其優越的控制能力。若石灰石質量差到僅能單組分100%配料時，在線元素分析儀雖不能再調節配料，但仍可第一時間發現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，穩定了入窯生料成分，對穩定窯況，穩定煅燒，穩定熟料質量及強度提供了保障，大大提高了出廠水泥質量的穩定性。使用在線元素分析儀后，當熟料強度穩定后，在進行水泥質量控制時，可更有效、更穩定地摻加混合材，避免了水泥質量較大的波動，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1d 內連續12個時間點的出磨生料三率值控制數據見表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控制數據趨勢圖

圖2 在線元素分析儀使用后出磨生料KH控制數據趨勢圖

表3 在線元素分析儀使用前水泥生產1d連續12個時點出磨生料三率值數據

表4 在線元素分析儀使用后水泥生產1d連續12個時點出磨生料三率值數據

由圖表可以看出，使用在線元素分析儀進行過程質量控制后，整個出磨生料KH控制結果平穩，波動很小，不會因為原料成分波動大而出現上下極差大，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據對比見表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 數據可以看出，通過在線元素分析儀的時時數據調整控制，水泥生產過程中KH的合格率及穩定性得到極大提升，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據統計對比

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，仍能穩定入窯生料成分，從而確保了熟料的成分穩定，對窯的煅燒狀況幫助較大，窯況穩定性得到較大改善，熟料整體強度及穩定性提升明顯。

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 結語

在線元素分析儀已成功應用于水泥生料配料質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控，實現了每分鐘物料成分的檢測和數據的傳輸和分析。使用在線元素分析儀，能快速準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整，且能對不同時間段內的物料成分進行分析和補償，最終實現每小時物料成分的穩定，為窯煅燒提供穩定的物料成分，確保窯煅燒工況的穩定，從而提升熟料產品質量，確保其穩定性。

使用在線元素分析儀，對于穩定水泥生產過程質量，提升產品質量，降低水泥生產成本有較大幫助，同時也能有效提升產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用空間。