中子活化水泥元素分析仪在某水泥公司自动配料过程的应用

张伟　张海涛

摘 要：为了有效提高生料和熟料质量，增加企业效益，经多方考察与对比，该水泥有限公司采购东方测控DF.5701.Ⅲ中子活化在线分析仪2台用于生料自动配料，长期的使用效果证明中子活化在线分析仪的应用大幅提高了生料质量，进而提高了熟料质量、降低了熟料生产消耗，进而降低了熟料生产成本。

关键词：中子活化在线分析仪；生料自动配料；生料标准偏差；熟料标准偏差

一、未使用中子活化在线分析仪前现场的生料制备工艺情况

该水泥有限公司是一条熟料日产量为5000吨的水泥生产线，由两台立磨共同为一窑供应生料。现场设有石灰石预均化堆场，但石灰石破碎后沿堆场内固定的布料口单点下料，石灰石预均化堆场实际未发挥均化作用，石灰石品质波动较大，生料制备过程中石灰石配料配方会在75%.95%之间变化，再加上现场采用每小时一次的X荧光质量数据指导生料配料生产，使用X荧光质量数据指导生产存在着取制样误差和时间迟滞等问题，所以导致现场的出磨生料合格率较低，入窑生料成分波動较大，窑系统的稳定性不强等问题。

二、现场针对自身工艺情况所寻求的解决办法

现场在展会上见到了由丹东东方测控技术股份有限公司自主研发的“中子活化水泥元素在线分析仪”这款产品，并在业内早已听闻这款产品已经在很多水泥厂广泛成功应用，现场了解到中子活化水泥元素在线分析仪采用中子活化瞬发γ分析（PGNAA）技术，采用跨皮带的安装方式，能对通过皮带的混合料实时进行全元素无接触在线检测，并且整个检测过程无需采样、制样和化验，每分钟就能输出一次检测结果，中子活化自动配料系统会根据每分钟的检测结果自动计算出每台生料配料秤的下料量，高科技的检测控制系统完全实现了自动化的闭环配料控制体系。中子活化水泥元素在线分析仪在行业内的广泛成功应用已经证明它可以彻底解决进厂原料成份波动大和配料不稳定的问题，所以现场决定采购此款设备来解决自己水泥厂生料配料方面存在的诸多问题，通过对各在线分析仪厂家的考察对比和业内咨询，丹东东方测控自主研发的设备理念较为先进，检测分析系统的自动配料系统均为自主开发，并坚持为企业量身定制，且决定在线分析仪性能的元器件均选用国际专业制造商的产品，最终选则定购了丹东东方测控DF.5701.Ⅲ中子活化在线分析仪两套。设备的组成示意图如下：

三、基本原理

采用中子活化瞬发 γ 分析（PGNAA）技术。慢化后的热中子照射水 泥物料，物料中各元素原子核与中子发生热中子俘获反应，放射出不同 能量的特征 γ 射线，通过检测特征 γ 射线的能量辨识物料中元素种类，通过检测特定能量 γ 射线的强度得出元素含量。

四、现场安装

如图3所示，在线分析安装于配料站后混合物料皮带上，采用跨皮带的安装方式，安装过程不需要对皮带进行切割，模块式框架结构的测量装置除起到支撑作用外还具有两个重要作用，一是对中子源进行辐射防护，使仪表周围剂量率达到国家辐射安全标准，保证工作人员的健康安全，二是对γ探测器进行有效屏蔽，降低干扰。

五、设备标定

在线分析的标定工作由实验室标定和现场标定两部分组成。实验室将单质样放入分析仪内进行测量，得到谱库，程序根据谱库自动完成解谱计算。现场标定工作分为静态标定和动态标定两个步骤完成，静态标定是将六组标准样按照现场实际载荷分别放进分析仪内各测量60分钟，待六组标准样测量完毕后计算得到静态标定参数K、B值。动态标定需要现场质量部门配合连续取有代表性出磨生料样品不少于30组做化验室分析，分析仪数据与之对比标定，调整斜率与截矩并输入到“动态标定参数”内。

六、DF.5701.Ⅲ中子活化水泥元素在线分析仪在该水泥有限公司的应用效果

中子活化水泥元素在线分析仪投入使用后运行稳定，检测精度和自动配料效果完全达到了客户的预期值，现场的生料和熟料质量均得到了显著提高，中子活化水泥元素在线分析仪在现场的成功应用得到了客户的一致好评，客户期待在线分析仪使用后生料饱和比的标准偏差能降低到0.035，在线分析仪投入运行后生料饱和比标准偏差实际降低到0.026，且熟料饱和比的标准偏差也由从前的0.025降低到了0.007；2018年6、7月份使用在线分析仪后与2017年6、7月份没使用在线分析仪前的同期对比数据显示，在线分析仪投入使用后熟料的3天强度平均提高了0.85兆帕，熟料的28天强度平均提高了1.65兆帕；2018年6月使用在线分析仪后与2017年6月没使用在线分析仪前的同期对比数据显示，在线分析仪投入使用后实物煤耗降低了3.09，标准煤耗降低了2.19。

七、结论

（1）由丹东东方测控技术股份有限公司自主研发的中子活化水泥元素在线分析仪在现场投入使用后能大幅降低生料的标准偏差，进而降低入窑生料的成分波动且能大幅降低熟料饱和比的标准偏差，降低熟料生产能耗，提高熟料的强度，增加企业效益。

（2）在线分析仪的使用，提高了企业自动化水平，提高了企业生产、质量管理水平，能够充分挖掘企业潜力，提高企业市场竞争力，在节能、减排、增效、智能等方面，在线分析仪有着积极的推广意义及应用前景。

基金项目：辽宁省“百千万人才工程”资助项目（辽百千万立项[2015]9号）

作者简介：张伟（1980.），男，汉族，黑龙江密山县人，本科，1998年7月毕业于吉林大学，丹东东方测控技术股份有限公司副总工程师，教授研究员级高级工程师，辽宁省“百千万人才”百人层次，享受国务院特殊津贴，主要从事同位素在线检测仪表的研发工作。