跨带式在线元素分析仪在水泥质量控制中的应用

邹波，潘波，林廷全，韩显平，甘晓亮

质量控制贯穿水泥生产的全过程，原料成分稳定是质量过程控制的关键。当水泥企业生产所需的最关键的原料——石灰石质量相对较好时，能基本实现四组分配料；但石灰石质量相对较差时，仅能实现三组分配料，且石灰石质量偏差波动较大时，很难实现生料配料成分的稳定。

传统的生料成分分析检测控制分为手工化学分析方式和离线荧光测定方式，离线荧光测定方式检测的准确度相对较高，但时间滞后，从取样、测样到样品测定结束，需1.5h才能得到检测结果。当根据检测结果对生料成分配比进行调整时，原料的成分可能已发生了较大变化，因此，采用离线检测控制方式很难及时调整配料成分。跨带式在线元素分析仪能够时时在线对水泥生产配料成分进行监控和调整，有效解决了传统检测时间滞后的问题。

1 传统检测方式和在线检测方式的对比

对生料配料及熟料煅烧而言，采用手工化学分析方式进行生料过程质量的检测，属于验证性的检测，对实际生产几乎无指导意义。离线荧光检测方式已能代替手工化学分析方式实现每小时对生料成分进行分析，但对于过程质量控制而言，时滞性仍然是离线荧光测定最大的局限。离线荧光检测无法对原料的波动时时监控和调整，仅能实现最快每小时综合样品的检测和数据反馈。而跨带式在线元素分析仪（以下简称在线元素分析仪）通过中子活化技术，能够实现每分钟对原料成分的扫描检测，并根据检测结果时时自动调整生料配料，确保物料始终保持均匀性和稳定性。在线元素分析与离线元素分析的对比见表1。

表1 在线元素分析和离线元素分析的对比

2 在线元素分析仪的使用和选择

在线元素分析仪在水泥生料配料中的使用已较为成熟，其技术关键在于时时性和准确度、故障发生的频次和快速处理的能力。在线元素分析仪能否较好地适应不同工况及不同工艺条件，能否全面、直观反馈物料成分变化并快速准确地调整配料，人机互动是否方便快捷，是我们关注的重点。但目前可供选择的在线元素分析仪并不多，生产厂家较少，且不同厂家检测的准确性、灵敏度、用户体验及可操作性略有不同，我们在选择时需加以注意。不同在线元素分析仪的比较见表2。

表2 不同在线元素分析仪的分析比较

3 在线元素分析仪的技术优势

按照《水泥生产企业质量管理规程》中的规定，入磨物料KH合格率须≥70%，在未使用在线元素分析仪前，很难有企业能达到此标准。目前，从提升产品质量稳定性的角度出发，水泥企业会选择在配料皮带上安装在线元素分析仪，克服因石灰石等原料波动带来的过程配料成分的波动，最大程度地提高入窑物料的成分稳定性。在线元素分析仪具有以下优势：

（1）可以单独控制每一台配料秤，并能设定固定的配料比，实现某一原料成分的固定掺入；可以设定每一台配料秤的上限配比和下限配比，确保当配料秤出现问题或检测出现误差时，配料成分不会出现很大偏差；可以设定每个指标、每个成分的上限和下限控制值。

（2）使用一台电脑即可实现对现场设备的控制及与中控室DCS控制系统的数据共享。

（3）根据实际需要，可任意调整和显示不同时间段内的控制成分均值，比如可显示10min、30min、60min，夜班、白班、中班的检测均值；可及时准确地为操作员提供可参考利用的成分均值和物料变化情况，提供设备运行异常造成的成分偏差；同时，可适时调用任意时间段内的检测数据，分析和总结产生异常数据的原因，远程调用和导出数据。

（4）根据物料变化，可时时调整配料三率值的控制指标，当原料发生较大变化时，可及时、准确调整指标。在每一种成分发生变化时，可时时建立独立的趋势图，分析更加直观。

（5）可快速通过界面颜色变化直接判断设备运行是否正常。

4 实际应用及运行效果

我公司使用的在线元素分析仪，通过半年的运行，实现了原料成分每分钟在线检测一次，有效克服了原料波动的问题，特别是解决了石灰石变化对过程质量的影响。当水泥生产仅能实现双组分配料时，在线元素分析仪仍能体现其优越的控制能力。若石灰石质量差到仅能单组分100%配料时，在线元素分析仪虽不能再调节配料，但仍可第一时间发现和反馈原料变化情况。

在使用在线元素分析仪前，我公司出磨生料KH合格率一般为50%~55%；使用在线元素分析仪后，出磨生料KH合格率每月均能达到80%以上，最高可达84.5%；通过生料均化库后，熟料KH合格率可达95%以上。使用在线元素分析仪，稳定了入窑生料成分，对稳定窑况，稳定煅烧，稳定熟料质量及强度提供了保障，大大提高了出厂水泥质量的稳定性。使用在线元素分析仪后，当熟料强度稳定后，在进行水泥质量控制时，可更有效、更稳定地掺加混合材，避免了水泥质量较大的波动，有效控制了水泥成本。

4.1 出磨生料三率值比较

在线元素分析仪使用前后，水泥生产1d 内连续12个时间点的出磨生料三率值控制数据见表3、表4，KH控制趋势见图1、图2。

图1 使用在线分析仪前出磨生料KH控制数据趋势图

图2 在线元素分析仪使用后出磨生料KH控制数据趋势图

表3 在线元素分析仪使用前水泥生产1d连续12个时点出磨生料三率值数据

表4 在线元素分析仪使用后水泥生产1d连续12个时点出磨生料三率值数据

由图表可以看出，使用在线元素分析仪进行过程质量控制后，整个出磨生料KH控制结果平稳，波动很小，不会因为原料成分波动大而出现上下极差大，造成整个生料成分波动很大，合格率低的情况。

4.2 出磨生料和熟料KH月度合格率比较

在线元素分析仪使用前后，出磨生料、出窑熟料KH合格率及熟料强度数据对比见表5，使用在线元素分析仪前后生料KH合格率对比、熟料KH合格率对比、熟料强度增长趋势对比分别见图3~图5。从表5 数据可以看出，通过在线元素分析仪的时时数据调整控制，水泥生产过程中KH的合格率及稳定性得到极大提升，熟料强度得到明显改善，平均强度提高约1.7MPa。

图3 在线元素分析仪使用前后出磨生料KH合格率趋势图

图5 在线元素分析仪使用前后熟料强度增长趋势图

表5 在线元素分析仪使用前后生料、熟料KH合格率及熟料强度数据统计对比

我公司在线元素分析仪运行一年来，整体出磨生料KH合格率和出窑熟料KH合格率大大提升，即使在均化库均化效果不好的情况下，仍能稳定入窑生料成分，从而确保了熟料的成分稳定，对窑的煅烧状况帮助较大，窑况稳定性得到较大改善，熟料整体强度及稳定性提升明显。

图4 在线元素分析仪使用前后出窑熟料KH合格率趋势图

5 结语

在线元素分析仪已成功应用于水泥生料配料质量过程检测控制多年，通过时时在线对皮带上物料的成分和配比进行监控，实现了每分钟物料成分的检测和数据的传输和分析。使用在线元素分析仪，能快速准确地分析物料成分的波动和变化情况，通过软件及时进行配料调整，且能对不同时间段内的物料成分进行分析和补偿，最终实现每小时物料成分的稳定，为窑煅烧提供稳定的物料成分，确保窑煅烧工况的稳定，从而提升熟料产品质量，确保其稳定性。

使用在线元素分析仪，对于稳定水泥生产过程质量，提升产品质量，降低水泥生产成本有较大帮助，同时也能有效提升产品的市场认可度和品牌价值，在线元素分析仪有着广阔的推广应用空间。