浅谈中子活化水泥在线元素分析仪在生料配料中的应用

马正海，伍小成，徐 琨

（葛洲坝宜城水泥有限公司，湖北襄阳 441400）

0 引言

熟料是水泥生产的重要原料，而生料是熟料煅烧的基础，它的质量及成分波动间接影响水泥企业的产品质量和经济效益。生料取样代表性及配比调整滞后性将直接影响生料成分稳定性，进而影响熟料质量与水泥质量。

传统荧光分析法的生料配料方式存在明显的缺点：

（1）取样代表性无法保证。

（2）制样程序多，样品易受污染。

（3）检测周期长。

（4）配料调整滞后严重，无法自动适应物料性质的随时变化。

（5）矩形堆场由于堆料机布料层数达不到设计要求，矿区石灰石品味复杂，破碎机口配矿措施难以有效监督执行，造成堆与堆之间及每堆石灰石堆头，堆中，堆尾石灰石品味差异大，每次石灰石换堆调整均不够及时，出磨生料成分易出现失控状况。

（6）调整配比时人为因素受操作人员的知识结构，专业水平，学习能力，对质量控制的能力等因素影响，个体差异较大。

为解决上述问题，我公司于2018年5月引进东方测控中子活化水泥在线分析仪（以下简称中子分析仪）2台，主要应用于矿山开采监控与出磨生料配料。本文主要介绍中子分析仪在生料配料中的使用情况，采用中子活化瞬发γ分析技术，在线检测皮带上的物料成分及控制系统2分钟/次生料配比的调整（最短周期1min）可以很好地解决配料中生料取样点代表性及配比调整滞后性的问题。

1 中子分析仪配料原理

中子分析仪主要安装生料调配站以后，在生料入磨皮带之间，采用中子活化瞬发γ分析（PGNAA）技术，利用中子及高能γ射线的贯穿能力，对通过的所有物料进行无接触实时检测，动态检测搭配好的物料中 CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO 等多种元素的含量并通过编入的公式计算出KH、SM、IM三率值，通过光纤数据传送给生料计算机控制系统，控制计算机对信号进行处理并把已经处理好的数据发送回中子分析仪主机，通过KH、SM、IM三率值设定值进行优化计算（可以要求供应商设置三率值优先级），动态实时调节各原料下料仓皮带转速，进而调整物料配比，使生料三率值不断趋近设定值，并根据实际数据始终围绕设定值在允许范围内波动，得到稳定的生料成分，从而提高生料合格率，实现生料配料的动态精准管控，降低出磨生料质量波动。

2 应用情况

采用中子活化在线多元素分析仪后，配料控制系统由传统的配比调整转变为三率值指标调整，促进质量管理人员管理理念的转变，生料配料管理由行为管理转变为指标管理，管控更为精细化。

其次是人工检测频次降低，根据出磨生料稳定性情况，调整人工检验频次由原来的1小时/次调整至2小时/次，入窑生料由原来的2小时/次调整至8小时/次。

在使用后，换堆调整时间由人工调整的8h缩短至2h内，出磨生料三率值波动极差有明显下降。

使用分析仪前后，出磨生料三率值合格率见表1，入窑生料三率值合格率见表2，熟料三率值质量对比见表3。

从表1中可以看到，出磨生料三率值合格率均得到较大幅度提高。

从表2中可以看到，入窑生料三率值合格率均得到小幅提高，且在实际生产中应用时，当生料均化库料位较低（低于28m）时，入窑生料三率值稳定性也较往年大幅提升。

表1 使用分析仪前后出磨生料三率值合格率对比

表2 使用分析仪前后入窑生料三率值合格率对比

表3 使用分析仪前后熟料质量数据对比

从表3中可以看出，熟料3d抗压强度由31.6MPa提高至32.8MPa，28d抗压强度由59.9MPa提升至61.0MPa，标准偏差由1.90下降至1.30，熟料强度稳定性大幅提升。

3 实际应用中遇到的问题及解决措施

经安装调试并试运行一段时间后，实际应用时主要遇到以下问题：

（1）每逢雨季，物料水分大，特别是硅质物料下料不畅并堵仓引起频繁断料，对配料分析产生不利影响。

对此，我公司主要采取以下措施：①优化生料配料方案，增加石灰石堆硅元素含量，多搭配中低品味石灰石，提高石灰石掺比，从而达到降低硅土使用量的效果；②采取主动控制措施稳定硅土成分，要求矿山对硅土层进行覆盖，尽量在晴朗天气时增加辅料储量，并要求破碎机机口人员按规定比例将硅土与高硅低钙石灰石搭配后破碎，同时要求均化系统加强硅土均化效果；③对各生料调配站采取密封措施，降低雨水对物料的影响。一旦出现堵断料时，现场人员要及时疏通，在短时间内解决问题。

经上述措施改进后，硅质原料的成分相对稳定，均化效果明显改善，硅质原料断料频次由每月32次降低至10次，显著降低。同时，辅料断料时的补偿措施也有效降低生料三率值的波动。

（2）前期对分析仪维护保养未能重视，特别是长期断电后，再次重启分析仪时，发现分析仪检测结果失真，无法配料，经检查发现是控制柜内自动控温的半导体空调损坏。更换半导体空调后，重新上电，经过一段时间，直到探测器温度点达到正常值为止，分析仪才恢复正常工作。因此应定期对分析仪现场设备巡检，出现问题及时处理，杜绝此类情况再次发生。

（3）出磨生料微量元素检测误差较大，碱含量，氯离子由于含量低，数据变化不大，对后续的生产指导意义不大。因此在动态标定时应按厂家的要求取样多组，微量元素尽量拉开差距，将标样结果加入曲线背景中。

（4）由于在安装中子分析仪时，本公司还未进行固废项目，入磨不可燃物不经过分析仪，不能检测生料中的不可燃物，造成分析仪生料成分与荧光对比数据有较大偏差，我们主要以分析仪数据为主，根据趋势做出相应调整，编制偏差表格统计偏差范围，从而尽量减少不可燃物成分带来的生料成分波动。

（5）物料成分与三率值要求不匹配时不能自动报警，配料补偿周期较长，补偿力度不大，成分会出现较大偏差，这要求配料人员提高随机应变的能力，也要求厂家技术人员对设备进行优化升级。

4 结论

中子分析仪投入使用后，以其为主进行自动配料，集检测、配料一体，大大降低配料人员劳动强度，解决了堆头效应和离析效应等难题。分析仪自动配料相对于原手动配料KH合格率提高31.1%，大幅提升出磨生料稳定性，检测结果不受人工取样制样误差干扰，对稳定窑况和提高熟料强度及稳定性起到了重要作用。新设备的应用也推动质量管理者的管理理念由行为管理积极向指标管理转变，有助于公司管理水平不断提高。