国家科委 、 国家建材局为地方水泥企业推荐的14 项综合节能技术中 , 应用最广泛的是生料微机配料, 使用后都有一定效果, 但也有相当数量企业的生料质量特别是成分的稳定仍没有完全过关。我们认为要发挥生料微机配料的作用并达到预期效果 , 必须抓住五个要素 ,现逐一分述之。

1 原燃料成分的基本稳定

原燃料的成分怎样才算基本稳定?简单说来石灰石中的 CaO , 其标准偏差≯2. 3%、粘土中的 SiO 2的标准偏差≯5. 6%、 煤的灰分的标准偏差 ≯5. 4%时则可说是基本稳定。生料微机自动配料的控制系统中的计量装置都是以重量为基准的配料设备 , 显然, 即便计量装置的误差很小, 但由于被计量的物料成分波动很大 , 要实现成分的准确配料是不可能的。

2 取样代表性

取样必须具有代表性 , 即在某一时间间隔内, 从生料料流中取得的供分析的生料试样, 必须能够代表该段时间内生料整体的化学成分和物理性能 。取样在立窑水泥厂中常用的方法是钢丝弹样法 。该法虽然简单易行, 但属于点取样方式 。 由于螺旋输送机的磨损程度、开孔位置及大小 、钢丝插入深度、空气流动等因素均对取样代表性有很大影响 , 使用中必须考虑如何消除这些因素的影响。有些工厂取的是瞬时样,则更不能说明生料库内的总体成分。

为了使取样具有较好的代表性 , 国内引进的水泥厂中的生料质量控制系统普遍使用自动或半自动取样器。 如冀东水泥厂所采用的全自动取样器 ,不但有一套很好的缩分、搅拌 、取样装置, 而且是自动弹射取样。中国建筑材料科学研究院等单位在借鉴国外装备的基础上 , 结合中小水泥厂的特点 , 研制成功了带自动搅拌装置的横向取样和垂直取样的小型半自动取样器, 克服了传统的钢丝弹样法的弊端 , 有良好的取样代表性 。

此外 , 对原燃料取样时 , 同样有取样代表性的问题。如取样方法欠当 、取样人员责任心不强, 任意取一块( 或一部分) 料分析, 以此代表整个料场( 仓) 料的化学成分 ,是不可能准确的 。 再以此成分作为配料的依据,怎么能保证出磨生料成分的合格 ?

3 计量设备的定量精度

在水泥微机配料的成分控制系统中 , 主要由两大部分组成 : 微机和计量设备 。 微机部分必须性能稳定、功能完备 、 可靠性高、控制特性良好 、 计算程序贴近并满足生产工艺的要求。对配料系统的主体设备— — —秤的计量精度则也应有严格的要求。除了能保证有足够的计量精度外, 还应有良好的受控性 。 这是因为成分配料控制的基点是建立在对原燃料成分的递推上的, 然后才能得出新的配比。圆盘喂料机、简易皮带秤和普通翻斗秤等的下料量都是由人工按微机指示调节, 因而不适合在闭环系统而只能在开环系统中使用 。

国内地方水泥企业大多采用恒速皮带秤 、 调速皮带秤、斗式秤等计量装置 , 按重量法进行配料 。在原材料成分分析准确的前提下 , 计量秤应具有较高的准确度, 并有保证得到物料配比正确的能力 。

3. 1 影响计量秤准确度的因素

( 1) 物料: 被计量的物料如粒度过大 , 则对恒速秤产生太大的冲击力, 对调速秤也将增加皮带的运行阻力, 甚至产生卡堵现象 。水分过大时 , 还会使物料粘附在皮带上 ,从而引起大的零点漂移 。

( 2) 传感器 : 尽量安装在振动较小、环境温度和湿度变化不大的场合 , 并避免定向热源 、风源、强磁场、强电场的影响, 信号输出线一般不要长于 30m ,否则应采取相应措施 。

( 3) 机加工部分: 称量框架 、 称量托辊、主从滚筒等应确保加工精度和安装精度 。宽度一定、 厚薄均匀、两边环长相等 、柔性好的皮带等均有利于计量准确度的提高 。

( 4) 配套设备: 对于恒速秤 , 应选用额定流量两倍于秤的电振机, 以使其给料特性在较宽的范围内平直 。 采用从动轮受料方式 ,保持落料点位置固定不变、 落差控制在 30mm 以内 , 且应降低电网电压波动, 并避免料仓物料重量直接作用到电振机料槽上,否则对电振机的给料特性会有极大影响 。

对于调速秤使用的给料斗 , 应注意减小物料粒度。实践证明 , 大块物料还经常分布在给料斗的四角, 并发生卡堵 , 增加皮带运行阻力, 引起皮带张力变化 ,从而带来大的计量误差 。

3. 2 检测与标定

应制订操作规范 , 派专人经常检测。内容包括:动态零点 、线性度和重复性 , 并定期实料标定。采用实料标定是检验计量控制系统性能的最有效 、 最直观的手段 。

3. 3 维护与操作

岗位操作人员应对皮带秤进行维护管理 , 如对荷重传动器、秤架、支点等关键部位保持清洁, 对各传动部件应保持良好的润滑状态。从事该岗位的人员, 应通过一定的技术培训, 了解秤的原理 , 熟悉秤的结构, 清楚影响碳酸钙滴定值波动的因素, 掌握正确的操作方法 , 并能根据生料成分与具体的原料和设备特点 ,及时调整物料的配比。

4 成分分析结果的准确可靠

成分分析的结果是水泥微机配料的调整依据 , 因此其结果准确与否是使用好生料微机配料技术的关键。 目前在水泥生产的质量控制中,大多数水泥厂生料的质量控制依然主要靠碳酸钙滴定值 ( 或氧化钙值)及氧化铁量的波动来判定出磨生料和入窑生料的合格率 。 当原料的组分少( 如三组分) 、 成分稳定的情况下,采取这一办法是可行的。 但随着原料组分的增多 , 并包括了煤, 仅依靠控制碳酸钙滴定值( 或氧化钙值)及氧化铁量来判定出磨生料和入窑生料的合格率, 则难于达到稳定生料质量和为立窑煅烧创造良好条件的目的 。有不少水泥厂往往出现生料的碳酸钙滴定值( 或氧化钙值) 及氧化铁量的合格率不低,率值偏离却很大 。 理想的办法是对生料的三率值在出磨后与入窑前即能作出准确的测定和调整 , 并以率值的合格率来衡量生料的质量 , 其首要条件是寻求一种能够在很短时间内可以准确分析出包括SiO 2 、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、CaO 诸成分在内的成分分析仪器。迄今比较成熟、可靠的仪器有 :

( 1) 流动注射生料四成分分析仪

该仪器是以流动注射技术为主要手段的生料四元素( 钙、硅、 铝 、 铁) 分析仪,可在 30min 内提供生料四组分即 CaO 、 SiO 2 、 Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 及三率值( 仪器测定只需 2～ 3min) 。这是一台用屏幕显示和键盘输入的人机对话方式的微机控制自动分析仪 , 能根据不同类型的生料( 如白生料、半黑生料 、全黑生料) 进行自动配料计算 , 用微机控制整个分析过程及数据处理, 提供未知生料的化学成分、熟料的率值及矿物组成。仪器具有可连续工作 、人员劳动强度低、试剂用量省 、造价低 、维修方便等特点。该仪器以化学法为基础 , 分析准确度较高 , 测定误差符合生料管理样要求, 即 CaO ≤±0. 30%、SiO 2 ≤±0. 25%、Al 2 O 3 ≤±0. 20%、 Fe 2 O 3 ≤±0. 15%。

( 2) X 射线多元素分析仪

该仪器是用同位素激发的 X 射线萤光能谱分析仪 , 可同时直接测定生料粉中的 CaO 、 SiO 2 、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 的百分含量。配备有 386或 486微机、彩显 、80列打印机, 具有性能稳定可靠 、分析结果准确、 操作使用简便等特点 。主要技术性能如下 :

a . 测量时间 : 10～ 15min

b . 测量精度( 标准偏差) : S( Al)≤0. 20, S( Si)≤ 0. 25,S( Ca) ≤0. 10,S( Fe) ≤0. 03,S( S) ≤0. 03,S( K) ≤0. 03,S( Ti) ≤0. 03。

( 3) 微机数显水泥铁硅钙铝镁自动分析仪

该仪器能快速、准确地测定生料 、熟料和水泥中铁、硅、钙、铝、镁五元素的百分含量。它采用先进的MCS -51 系列单片机作程序控制 , 并对分析数据进行智能化回归处理, 由数码管直接显示吸光度 、透过率和百分含量 , 结构简单, 自动化程度高, 操作方便。 也是目前水泥分析的理想仪器。 其主要技术性能如下 :

a . 测量范围 :

b . 分析误差 : 符合国家标准和部颁标准对水泥分析误差的要求 。

c . 分析时间 : 机外熔样处理成分析母液后, 进入仪器只需 2min 左右即得结果 。

d . 分析方法 : 采用光电比色法, 由数码显示器直接读取百分含量。

e . 量程范围 : 0～ 1. 999A ; 0～ 99. 99%。

f . 采样精度 : 优于 0. 05%.

g . 随机曲线 : 记忆储存 ≤ 64只标样 , 采用回归分析 ,建立曲线方程 。

h . 控制方法 : 整机采用微机控制, 可自控也能手控 , 能单测一个元素或任意两个元素及三个元素联测。

另据介绍, 钙铁煤自动分析仪和新开发的多元素成分分析仪, 有不少水泥厂使用后反映准确及时,使用效果好 。

5 回调入磨原料配比的快速及时———线图速查法

目前绝大多数采用生料微机配料的水泥企业 ,即使有成分分析仪器的, 也是离线的 , 因此在生料成分偏离目标值时尽可能地根据成分分析结果快速 、及时地回调入磨原料配比 , 以缩短成分波动的时间,确保生料成分的稳定则显得尤为重要。河南省硅酸盐学会秘书长刘笃新高级工程师创立的 《水泥生料配料的率值公式法》, 可使前馈配料一次计算成功。无锡高速分析仪器厂的总工程师沈雪明又进一步推出 “回调入磨原料配比的线图速查法”, 在频繁调整入磨原料配比控制中能做到快 、准 、简 、廉 、稳 , 真正实现了率值回调入磨原料配比的快速及时。

( 1) 该法采用的回调原则是固定铁粉、煤、矿化剂( 萤石 、石膏) 、晶种等的加入量, 只需通过石灰石及粘土的等回调量 ( 即石灰石的增加量等于粘土的减少量或石灰石的减少量等于粘土的增加量) , 实现回调 KH 值达到目标值 。其优点为:

a . 维持入磨物料的总量 ( 即总配比恒定为100% ) 不变 ,则不致影响磨机的产量和工况。

b . 加煤量恒定 , 即熟料的烧成热耗恒定, 则能保持立窑的热工制度稳定 。

c . 毋需变更配( 加) 料设备。

( 2) 线图速查法虽建立在前馈配料基本合理、石灰石中的 CaO 和粘土中的 SiO ₂ 波动不大的基础上 ,但实践证明即使在石灰石中的 CaO 和粘土中的SiO ₂波动为 2%的场合, KH 值仍可控制在目标值±0. 01 范围内; 如果两者波动各不大于 3%, 则可控制在 ±0. 02 范围内。 对大多数水泥厂而言, 很可能是不仅石灰石和粘土的成分在波动 , 而且煤量的变化也是经常的, 使用本法同时调整石灰石 、粘土 、煤量后 ,也仍可将 KH 值控制在目标值±0. 02范围内 。

( 3) 线图速查法主要以 KH 值为控制目标 , 回调时生料的 SM 、AM 值会有不太显著的变化, 如果其值偏离目标值的设计范围 , 则说明前馈配料比欠合理 ,应修正后再按本速查法执行 。

( 4) 由于该法是固定铁粉、煤、矿化剂等的加入量 , 只需通过石灰石及粘土的等回调量 , 来实现回调KH 值达到目标值, 因此要求影响水泥微机配料的前四个要素必须可靠。

( 5)线图速查法快速、 准确, 对 KH 值波动在0. 75～ 1. 20之间的生料能成功地回调到目标值 , 而且最大偏差可控制在 ±0. 02 以内 , 查取时间也只需几秒钟 。
 

 

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