γ—射线分析仪及生料质量控制系统的优势

邱庆，朱太新，韩志勇，高永建，方婉，沈欣，吴宁卫，李少峰

20世纪的后30年，新型干法水泥生产凭借生料“均化链”的助力，迅速取代了湿法生产，水泥产能得到有效提高，在尽享低热耗效益的今天，我们通过分析近五十年来水泥生料均匀性的演变过程，拟寻求进一步提高控制效果的空间。

1 生料均化系统的常规设计要求

我国制定的《预分解窑工艺管理规程》（以下简称《规程》）对入窑生料标准偏差要求如下：

（1）CaCO3（或CaO）含量的标准偏差

（2）生料率值的标准偏差

企业传统一般是一小时分析一次生料标准偏差，每天24个数据作为一个统计单元；为了对比更加直观，有的企业同时控制合格率。

上述《规程》之所以列有CaCO3（或CaO）的指标，是因为干法预热器窑初兴之时（上世纪70年代），企业皆采用三组分配料，采用钙、铁滴定（或钙铁仪）控制。80年代预分解窑出现后，因熟料硅酸率提高，相应X-射线分析仪得到工业应用，能够较快分析出硅、铝、铁、钙含量，企业多采用四组分配料，才得以用三率值控制生料粉磨。当时控制周期是一小时，必须保证7～10d原料的稳定，才能保证生料质量的稳定，这完全有赖于“均化链”。

所谓“均化链”，就是把均化功能“分摊”给生料制备的各个工艺环节。一个完整的生料均化系统必须包含四个缺一不可、功能明确的环节，即：（1）原料矿山矿化模型的建立，不同品位矿石搭配开采与运输；（2）原料的预均化储存和块状物料均化，均化系数H=5～10，一般出堆场石灰石标准偏差SCaCO3≤1.0%；（3）生料磨的配料控制与调节，在多种原料入磨的条件下，QCX质量控制系统需保证出磨生料标准偏差不大于入磨原料标准偏差，即SCaCO3≤1.0%；（4）生料均化库利用边风的重力切割均化作用和中心风的空气搅拌作用最终完成生料均化，生料库均化系数设定为H=5～10，即满足入窑生料CaCO3的标准偏差SCaCO3≤0.20%的要求。生料制备系统各环节均化作用比例如表1、2所示。

目前我国大部分企业实际仍采用这一模式。

2 γ—射线分析仪的应用效果

20世纪80年代后期，美国赛默飞世尔公司利用中子活化技术研制出的γ—射线分析仪就已引起我国工程师的关注，90年代国内有两个厂开始试用，21世纪初新疆天山水泥股份有限公司主动使用该分析仪并全系统推广，取得不菲效益。

2.1 生料达标率高

表1 均化系统功能设计配置（CaCO3）

表2 均化系统功能设计配置（率值）

γ—射线分析仪对物料流的整体分析功能，彻底解决了“取样代表性”的问题；其快速分析的即时性，使生料成分调整周期缩短到一分钟，需调整的物料总量仅为数吨，从而降低了原料波动对成分控制的影响；其分析的准确性和精确性能与任何工业分析仪媲美；每小时60次的调整频率极大地提高了生料的均化功能。我们随机抽取了几个厂家（包括一个使用X—射线分析仪的厂家）的控制数据，对比效果见表3和表4。

各厂数据均为全天每小时生料率值（24组数据）统计结果，使用X—射线分析仪的浩良河水泥厂的入窑生料勉强达标，使用γ—射线分析仪的其他几个厂出磨生料大多轻松达标（中材安徽水泥厂因砂岩断料严重影响硅酸率的稳定），这充分体现了使用γ—射线分析仪的优势。浩良河水泥厂熟料 3d 强度波动在 25～30MPa，28d 强 度 为 54～60MPa；罗定厂3d强度波动在30～32MPa，28d强度为58～60MPa，由此可见生料质量直接影响熟料强度及其稳定性。

2.2 简化、优化生料“均化链”

（1）取消预均化堆场

宏观讲，原料储存设预均化堆场对生料质量控制有好处，但还要看性价比是否合适。预均化堆场需保证出料SCaCO3≤1.0%（SCaO≤0.56%），即石灰石波动为CaO=±3×SCaO=±3×0.56%=±1.68%，若设两个库，石灰石CaO的波动范围就能放宽到6.72%，波动如此大的石灰石矿山不多，何况还可设三个库。

洛浦水泥厂使用的灰岩矿赋存有白、红两种类型高品位石灰石，其中红石灰石铝含量较高，铝氧率高达5.14，两种石灰石按1：1搭配进预均化堆场，但生料均化程度并没有得到有效提升。

表3 γ—射线分析仪及生料质量控制系统对生料的控制效果

表4 X—射线分析仪及生料质量控制系统对生料的控制效果（浩良河厂）

表5 洛浦厂原料化学成分，%

表6 云浮原料化学成分，%

云浮厂使用两个矿的石灰石：石山石灰石硅含量很高，硅酸率达到6.48；大岩石灰石相对硅含量较低，钙含量较高。若设预均化堆场，则对搭配比例要求很严——石山石灰石若配多了，配出的料缺钙；大岩石灰石配多了，则缺硅。若要配出合格的料，需要在堆场使用γ—射线分析仪，但这样投入太多。因此，云浮厂没有设预均化堆场，设了两个石灰石库，分别储存两种灰岩，γ—射线分析仪控制得很灵活，生料均匀程度不逊洛浦厂。

从表3可见，洛浦、扶风、昊龙、安徽四厂设有石灰石预均化堆场，但未设预均化堆场的云浮、罗定、阿克苏厂在原料条件比以上四厂差的情况下，控制效果并不比它们差。

中材罗定厂未设预均化堆场，设两个石灰石库，一号库存高品位石灰石，二号库存夹杂覆盖土等的石灰石，配料时二号库能满足要求即全部使用二号库存料，若二号库品位差一点，一号库补充一点即可，这样对资源综合利用很有好处。

阿克苏厂使用石灰石、砂岩、黑页岩、绿土、炉渣、铁矿石六组分配料，配料站设六个库，石灰石分高低钙两个库，绿土和炉渣按1：1搭配固定3%配比使用，也可分别使用，很灵活。

湖北京山京兰公司新建生产线未设预均化堆场，配料站设九个库：石灰石三个库——可按CaO含量把石灰石分三个品位；页岩两个库——高硅、低硅库；硅石、炉渣、钢渣、铁矿石各一个库。这样企业综合利用矿山资源和工业废物，确保不同品种熟料质量，有利于降低基建和生产成本。

我们的观点是根据仪器可控制多种料的性能，对原料按品质进行均化分解，突出每种料的特性，而不是把不同性能的料输进堆场混合均匀。

（2）简化、优化生料均化库

从表2可见，使用γ—射线分析仪的厂家，其出磨生料已很均匀，已达到入窑生料规范标准，对库的功能要求仅以储存为主；阿克苏厂采用平底CF库，在施工、管理、库容、电耗等方面具有明显优势，均化效果反胜伊堡库。

3 结语

采用γ—射线分析仪及生料质量控制系统后，可以取消原料预均化堆场，简化生料均化库，这样工厂占地面积、设备投入、人员编制大幅度减少，生料制备电耗明显降低，工厂经济效益得到提高。

近二十年的生产实践已证实，γ—射线分析仪及生料质量控制系统已成为控制水泥生料均匀性的利器，企业早用早受益，尤其对计划建设的企业，更具有技术经济价值。当今21世纪是公认的质量世纪，我们在使用γ—射线分析仪的同时，更期待它的进步。■