γ 射线在线分析仪在生料配料系统中的应用

谭建春，张林，芦国峰

我公司有两条5 000t/d 水泥熟料生产线，配备有4 台HRM3400 型辊磨，预分解窑规格为φ4.8m×72m。近年来，水泥生产原材料供应日趋紧张，质量参差不齐，严重影响了生料配料稳定性及水泥熟料质量。为有效应对原材料供应变化，2019 年8 月，我公司在使用荧光分析仪手工配料的基础上，引进了γ射线在线自动分析配料系统进行生料配料。该设备投入使用后，生料配料稳定性、检测效率大幅提高，熟料质量明显改善。

1 使用荧光分析仪手工分析配料

1.1 原材料种类

我公司生料采用四组分配料，主要为石灰石（主要提供CaO）、砂岩（主要提供SiO2）、粘土（主要提供Al2O3、SiO2）及有色金属灰渣（主要提供Fe2O3），搭配使用少量煤矸石和煤气化渣（与粘土成分一致，主要提供Al2O3、SiO2，用于调整生料易烧性）。由于原材料储存场地有限，各种原材料在同一个堆棚存储，每种原材料之间留有2m 的间隔距离，防止混料。因自有矿山石灰石品位较高（表层没有剥离，全部开采使用，CaO≥50%），没有另设石灰石堆厂，建造了4 座1 万吨混凝土储库用于石灰石储存。

按照生料配料要求，石灰石用4座储库搭配下料，单独上料至石灰石仓使用。砂岩和有色金属灰渣单独上料至各自小仓使用。因上料口和配料站仓数量有限，粘土和煤矸石、煤气化渣上料时，分别通过两个板式喂料机，共用一台胶带输送机，上料至同一个小仓使用。由于粘土、煤矸石、煤气化渣三种原材料的容重不同，按比例搭配上料时，计量误差较大，影响了正常生料配料。

1.2 使用荧光分析仪配料

（1）荧光分析仪操作员每小时取一次出磨生料进行手工检测，根据检测数据与目标值偏差，手工调整配料。操作员从取样到进行率值数据调整，用时约25min，率值调整明显滞后，不能真实反映生产实际。

（2）原燃材料种类或搭配比例发生变化时，需将荧光分析仪检测数据与化学分析人工滴定数据进行对比，根据数据偏差，对荧光分析仪分析曲线进行校正。

2 使用γ射线在线分析仪自动分析配料

2.1 单台γ射线在线分析仪带双磨模式

我公司单条窑配备两台生料磨（设计产量220t/h），谷电时段生产时双磨运行，峰电时段生产时单磨运行，采用单台γ射线在线分析仪带双磨模式可节省一台分析仪。

在出配料站输送混合料的胶带输送机上，安装一台γ射线在线分析仪控制混合料成分，混合料进入中间小仓后分成两路，分别供两台磨机使用。采用该方案虽可节省投资，但出小仓物料存在离析现象，导致进入两台磨的物料化学成分差异大，在线配料系统发挥不出应有的使用效果。经调研，个别公司采用该方案后，问题较多，系统难以达到设计效果。

2.2 两台磨机各配置一台γ射线在线分析仪

在出配料站两条输送混合料的胶带输送机上，各安装了一台γ射线在线分析仪，分别控制两台磨机的配料。该方案虽然投入较高，但物料不会发生离析，在线分析仪更易发挥实时调整配料的作用，对原材料变化的适应性更强、配料效果更好。

经比较，我公司最终选用了“两台磨机各配置一台在线分析仪”的配置方案。

3 荧光分析仪与γ射线在线分析仪配料情况对比

3.1 使用γ 射线在线分析仪前后生料化学成分的稳定性对比（图1～图4）

由图1～图4可见，使用γ射线在线分析仪配料后，生料中的主要化学成分CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3波动明显减小，稳定性明显提高。在原材料供应日趋紧张的环境下，在线分析仪的使用，为拓展原材料可选品种创造了条件，生料配料实时检测和自动调节频次加大，消除了原材料质量波动带来的影响，确保了生料配料的稳定。

图1 使用γ射线在线分析仪后生料CaO含量的变化情况，%

图2 使用γ射线在线分析仪后生料SiO2含量的变化情况，%

图3 使用γ射线在线分析仪后生料Al2O3含量的变化情况，%

图4 使用γ射线在线分析仪后生料Fe2O3含量的变化情况，%

使用荧光分析仪手工配料与使用γ 射线在线分析仪在线配料对比，其生料各化学成分标准偏差见表1。从表1 可以看出，使用γ 射线在线分析仪配料后，生料中的主要化学成分及率值标准偏差均有所减小，其中，HM标准偏差减小40.00%，SM标准偏差减小28.57%，AM标准偏差减小4.17%，生料稳定性提高。

表1 生料各化学成分标准偏差对比

我公司生料均化库采用6区循环方式下料，均化效果较差，影响正常煅烧。前期公司曾进行过一次清库，刚完成清库时，生料均化库均化效果有明显改善，均化系数可达2.0 以上；运行三个月后，均化效果逐步变差；运行半年后，均化系数降至1.3以下，基本无均化效果。使用γ 射线在线分析仪后，降低了对均化库均化效果的要求，可满足正常煅烧需要。

3.2 γ 射线在线分析仪与荧光分析仪检测率值对比（表2）

从表2 可以看出，通过γ 射线在线分析仪检测数据计算出的率值与荧光分析仪存在差异，这是由于我公司γ 射线在线分析仪分别安装在出配料站输送混合料的胶带输送机上，而出磨生料取样点设在入库斗式提升机前下料口处（此处有窑灰掺入），出磨生料样品为窑灰和出磨生料的混合样品，所以两者的率值有偏差；另外，一台回转窑配置了两台生料磨，且每台生料磨都是一个独立系统，单磨运行与双磨运行时，窑灰的掺加比例不同，造成两者存在率值偏差；第三，煤矸石是煤矿开采过程中的废渣，由于矿层变化等因素，煤矸石作为生料配料时，其化学成分难以时时保持稳定，存在一定差别，同时，煤矸石烧失量的变化对窑灰量也有影响。

表2 γ射线在线分析仪与荧光分析仪检测率值对比

3.3 使用γ射线在线分析仪前后熟料稳定性对比

表3 为使用γ 射线在线分析仪后，熟料率值及抗压强度标准偏差对比情况。从表3可以看出，使用γ射线在线分析仪配料后，熟料率值和抗压强度标准偏差均有所减小，其中HM标准偏差减小16.00%，SM标准偏差减小2.08%，AM标准偏差减小23.91%，3d 抗压强度标准偏差减小18.06%，28d抗压强度标准偏差减小27.23%，熟料质量稳定性明显提高。γ射线在线分析仪的使用，为后续的水泥配料提供了有利条件，既减少了因熟料质量波动造成的熟料浪费，又提高了水泥质量的稳定性。

表3 熟料率值及抗压强度标准偏差对比

3.4 使用γ 射线在线分析仪前后的烧成系统工艺变化（表4）及熟料质量对比

表4 使用γ射线在线分析仪前后的烧成工艺变化情况

从表4 可以看出，使用γ 射线在线分析仪配料后，出磨和入窑生料稳定性大幅提高，为窑系统煅烧提供了良好条件。窑在喂料量、燃煤热值、拉风大小一定的情况下，工艺煅烧稳定，预热器、窑内工艺场分布合理，熟料结粒较好，预热器C1出口温度波动幅度大幅减小，分解炉出口及五级下料管温度更易控制，熟料标煤耗降低0.4kg/t，出篦冷机熟料温度降低15℃，熟料冷却效果明显改善。熟料3d抗压强度提高0.5MPa，28d 抗压强度提高0.9MPa。配合烧成专家操作系统，中控室窑操作员基本不用对温度等参数进行调整，整个系统运行平稳。由于生料稳定性提高，生料匀质性更好，预热器及分解炉温度梯度及风、煤、料匹配更合理，系统内碱、氯、硫等有害成分循环富集明显改善。停窑检修时，五级下料管结皮比以前明显减少。

4 γ射线在线分析仪使用过程中出现的问题及解决措施

（1）在生料磨开磨时，配料秤初始给定值波动大，γ 射线在线分析仪采用滚动值进行调节，调节稍有滞后，此时可采用手工配料，待下料稳定后再转入自动配料。

（2）γ射线在线分析仪与荧光分析仪检测结果存在偏差，应定期与手工滴定分析结果对比，进行调整优化。

（3）开单磨或双磨运行时，由于窑灰掺入量不同，率值变化较大，应采取调整生料目标值的方法进行控制。

（4）γ射线在线分析仪累计数据与生料磨主电机设置了联锁。生料磨日常停机定检时，在开停配料秤或胶带输送机的情况下，在线分析仪数据不应累计，以免定检完成重新开机时对配料造成影响。

（5）γ 射线在线分析仪放射源存在辐射问题，应在放射源两侧安装铅板，日常使用时，应对分析仪周边进行硬防护隔离，人员在防护范围外活动。为工作人员配备铅衣、铅帽、铅手套及铅围脖等防护用品，由专业人员定期进行辐射监测。放射源使用到周期后，按设计要求进行补充。

5 结语

（1）使用γ 射线在线分析仪自动配料后，生料及熟料稳定性大幅提高；同时操作员劳动强度减轻，生料人工检测从每1h 一次，延长至每4h 一次，达到了预期效果。在工艺运行稳定、原材料种类不变的情况下，生料配料每天只需人工检测一次。

（2）在生料磨开磨或单、双磨运行时，可根据实际情况，临时进行生料的人工检测或生料目标值的调整。

（3）使用γ 射线在线分析仪后，出磨和入窑生料稳定性大幅提高，窑煅烧状况大幅改善。在喂料量、燃煤热值、拉风大小一定的情况下，煅烧稳定，预热器、窑内工艺场分布合理，熟料结粒较好，标煤耗降低0.4kg/t，熟料3d、28d抗压强度小幅提高。

（4）单台γ 射线在线分析仪带双磨运行模式，存在混合料小仓下料离析问题，对后续运行影响较大，不建议采用。每台磨各用一台γ射线在线分析仪单独控制，不仅可以使配料更精准，还能使原材料质量适应性更强。

（5）使用γ 射线在线分析仪配料，可在不降低煤磨产量的同时，降低煅烧对生料均化效果、煤粉细度和水分的要求。