一、水泥生料質(zhì)量控制方法回顧
水泥生料質(zhì)量控制已有幾十年的發(fā)展歷史，出磨生料質(zhì)量控制最初是碳酸鈣滴定值和三氧化二鐵控制法，然后發(fā)展到手工氧化鈣和三氧化二鐵控制法、鈣鐵儀控制法、多元素?zé)晒夥治鰞x率值控制法，可簡單概括為鈣鐵控制、多元素率值控制兩種方法。
鈣鐵控制法就是以氧化鈣和三氧化二鐵為目標(biāo)值的控制方法，用手工或者鈣鐵儀每小時(shí)測(cè)定一次出磨生料的氧化鈣和三氧化二鐵，二十四小時(shí)的綜合樣進(jìn)行一次手工化學(xué)全分析，計(jì)算出生料的三率值，如果三率值不符合要求，需要重新調(diào)整出磨生料氧化鈣或三氧化二鐵的目標(biāo)值，可見滯后程度很嚴(yán)重。
水泥生料質(zhì)量的合理與穩(wěn)定很重要，早在30年前，好多專家和學(xué)者就開始從事水泥生料質(zhì)量控制方法的研究，比較著名的是河南硅酸鹽學(xué)會(huì)的劉篤新工程師，證明了如果原料成分不穩(wěn)定，控制生料的氧化鈣和三氧化二鐵，無法穩(wěn)定生料的三率值，這個(gè)觀點(diǎn)也得到了各界專家和水泥企業(yè)的公認(rèn)，為水泥生料多元素控制法奠定了基礎(chǔ)。
筆者近幾年研究表明：氧化鈣、氧化鎂和生料飽和比都是正相關(guān)，雖然氧化鎂不參與飽和比計(jì)算，但對(duì)生料飽和比影響很大;如果生料氧化鎂穩(wěn)定，控制好了氧化鈣和三氧化二鐵則生料飽和比基本穩(wěn)定;如果生料氧化鈣和三氧化二鐵不變，氧化鎂變化，則生料飽和比會(huì)隨著氧化鎂大幅度的同方向變化，因此鈣鐵控制法的關(guān)鍵是保證石灰石氧化鎂穩(wěn)定。
2、多元素率值控制法
多元素率值控制法是在鈣鐵控制法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用大型多元素分析儀，同時(shí)分析出二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂及其他微量成分的含量，并計(jì)算出生料的三率值，是以生料三率值為目標(biāo)值的控制方法。該法最大的優(yōu)點(diǎn)是可在短時(shí)間內(nèi)得到出磨生料的三率值，大大降低了滯后的程度。
多元素率值控制法和前面的鈣鐵控制法一樣，調(diào)整依據(jù)都是出磨生料的化學(xué)成分，如果原料成分不穩(wěn)定，同樣無法穩(wěn)定出磨生料的三率值，目前采用的原料預(yù)均化措施，就是為了降低原料成分的變化幅度，延長原料成分的變化時(shí)間，如果原料成分頻繁變化，就失去了調(diào)整的意義，這是出磨生料事后調(diào)整法的致命缺陷。
二、水泥生料質(zhì)量控制現(xiàn)狀分析
生料質(zhì)量控制是新型干法水泥保證旋窯穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)，主要包括：原料計(jì)量、生料成分分析和原料配比調(diào)整等方面內(nèi)容。
原料計(jì)量設(shè)備發(fā)展很快，目前的變頻調(diào)速計(jì)量設(shè)備，內(nèi)置自動(dòng)調(diào)整電路，可隨著環(huán)境溫度的變化，自動(dòng)調(diào)整零點(diǎn)，計(jì)量精度很高，性能也比較穩(wěn)定。雖然不敢保證顯示下料量與實(shí)際下料量絕對(duì)相符，但只是一個(gè)不太大的比較穩(wěn)定的偏差。
出磨生料成分分析，已由過去的手工化學(xué)分析，發(fā)展到目前的儀器分析，大型多元素?zé)晒夥治鰞x已普遍應(yīng)用到質(zhì)量檢驗(yàn)中，可在十幾分鐘時(shí)間內(nèi)得到水泥生料所有元素化學(xué)成分的含量和三率值，很大程度上降低了出磨生料調(diào)整的滯后程度。
水泥生料原料配比調(diào)整，由過去的人工憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，發(fā)展到目前的計(jì)算機(jī)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，好多生料控制系統(tǒng)已運(yùn)用到水泥生料質(zhì)量控制當(dāng)中，這是水泥生產(chǎn)快速發(fā)展的需要，是水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向。
水泥生料質(zhì)量控制系統(tǒng)原本來自于國外，主要有：日本IHI質(zhì)量控制系統(tǒng)、丹麥?zhǔn)访芩筈CX系統(tǒng)、柏利休斯POLAB系統(tǒng)等等，國內(nèi)的設(shè)計(jì)院等有關(guān)單位吸收了國外生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合我國水泥生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，也開發(fā)出了一系列的生料質(zhì)量控制系統(tǒng)。
水泥生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是原料配比的調(diào)整計(jì)算模式，要根據(jù)出磨生料成分、原料成分、原料配比以及生料目標(biāo)值，用計(jì)算機(jī)計(jì)算出調(diào)整后的原料配比。原料成分是變化的，關(guān)鍵是無法知道原料成分的變化情況，另一方面，計(jì)量設(shè)備不一定十分準(zhǔn)確，無法知道顯示下料量與實(shí)際下料量之間的偏差，所以調(diào)整計(jì)算的難度特別大。筆者見過國內(nèi)幾種水泥生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的控制界面，雖然無法知道其中的調(diào)整計(jì)算模式，從界面上就能看到不足之處：
(1)沒用考慮到原料水分，調(diào)整計(jì)算時(shí)原料水分不能忽略不計(jì);
(2)調(diào)整計(jì)算時(shí)不應(yīng)該只使用“當(dāng)前原料配比”，應(yīng)該使用“和出磨生料相對(duì)應(yīng)的原料配比”。出磨生料通常連續(xù)取樣，假設(shè)出磨生料的控制周期是一個(gè)小時(shí)，從生料取樣到報(bào)出檢驗(yàn)結(jié)果調(diào)整下次原料配比，需要20分鐘時(shí)間。8：00取生料樣，8：20進(jìn)行原料配比調(diào)整，9：00再次生料取樣，9：20進(jìn)行原料配比調(diào)整計(jì)算，那么8：00到9：00之間的這部分生料對(duì)應(yīng)著兩組配比，8：00到8：20一組配比，8：20到9：00一組配比，進(jìn)行原料配比調(diào)整計(jì)算時(shí)必須使用這兩組配比的加權(quán)平均值。
目前，在水泥生料質(zhì)量控制中，存在好多待解決問題，包括：調(diào)整滯后、石灰石均化效果不理想、原料成分頻繁變化、調(diào)整計(jì)算模式不實(shí)用、入窯生料均化效果差等等。這些問題的存在，造成水泥生料控制系統(tǒng)的使用效果并不理想，在水泥企業(yè)得不到廣泛推廣，多數(shù)企業(yè)還是采用靠人工憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整的老方法。
三、水泥生料控制系統(tǒng)改進(jìn)方案分析
對(duì)于以上水泥生料控制系統(tǒng)的一些缺陷，經(jīng)過有關(guān)專家的研究和探討，提出了一些改進(jìn)辦法，這些方案可分為兩個(gè)類別，一種是后置式生料質(zhì)量控制系統(tǒng)，另一種是前置式生料質(zhì)量控制系統(tǒng)。
1、后置式生料質(zhì)量控制系統(tǒng)
它的結(jié)構(gòu)和通用型控制系統(tǒng)相似，只是用在線四元素分析儀代替X熒光分析儀，用四元素分析儀在線監(jiān)測(cè)出磨生料的二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵和氧化鈣，取消了出磨生料取樣和制樣的手續(xù)，分析速度加快，可將調(diào)整周期縮短到3—5分鐘，進(jìn)一步降低了滯后的程度。
在線監(jiān)測(cè)的原理估計(jì)和鈣鐵分析儀是一樣的，這種分析儀檢測(cè)原子量低的元素比較困難，二氧化硅和三氧化二鋁的測(cè)定結(jié)果并不理想，原料的礦物效應(yīng)影響也很大，特別是氧化鎂不穩(wěn)定時(shí)，對(duì)氧化鈣和二氧化硅的結(jié)果影響比較大，很難保證檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
該法雖然可以盡快發(fā)現(xiàn)原料的變化情況，但同樣存在一個(gè)調(diào)整滯后問題，無法提前知道原料的變化情況，原料配比的調(diào)整計(jì)算模式也很重要，必須實(shí)用有效，否則很難保證出磨生料三率值的合理與穩(wěn)定。
另外，由于礦物效應(yīng)的存在，出磨生料綜合樣必須進(jìn)行手工化學(xué)分析，一旦儀器檢驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，同樣存在一個(gè)長滯后問題。
2、前置式生料質(zhì)量控制系統(tǒng)
它的結(jié)構(gòu)和通用型控制系統(tǒng)完全不同，使用在線中子活化分析儀檢測(cè)傳送帶上入磨物料的化學(xué)成分，不破壞物料的形狀，一分鐘就可以提供各種氧化物的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和三率值。
由于中子活化分析儀檢測(cè)的是傳送帶上瞬時(shí)間物料的化學(xué)成分，用量比較少以及水分比較大的粉狀物料并非均勻分布在傳送帶上，而是呈堆積狀態(tài)，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的代表性比較差，往往會(huì)起誤導(dǎo)作用，越調(diào)越亂，并且同樣也有一個(gè)調(diào)整計(jì)算模式問題。各種因素導(dǎo)致該控制方法沒有在生料質(zhì)量控制中得到推廣，好多企業(yè)用于破碎機(jī)后的進(jìn)廠石灰石在線檢驗(yàn)。
3、入磨物料提前在線檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>
將所有的入磨物料進(jìn)行在線檢驗(yàn)，提前確定入磨物料的原料配比。這是有關(guān)業(yè)內(nèi)人士提出的設(shè)想，屬于前置式的生料質(zhì)量控制，可徹底改變調(diào)整滯后的被動(dòng)局面，走出事后調(diào)整的誤區(qū)。控制思路是先進(jìn)的，但是有幾個(gè)問題應(yīng)該注意：
(1)入磨物料沒必要全部檢驗(yàn)
目前多數(shù)水泥企業(yè)都在合理利用石灰石礦山資源，使入磨石灰石滿足配料要求并留有一定的余地，其它輔助原料的用量并不多。假設(shè)砂巖的配比是3%，如果其它原料的成分都不變，砂巖的二氧化硅變化1.00，生料二氧化硅將變化0.03;同樣，假設(shè)石灰石的配比是90%，如果其它原料的成分都不變，石灰石的氧化鈣變化1.00，生料氧化鈣將變化0.9，影響程度是砂巖的30倍，可見輔助原料成分變化對(duì)生料成分變化影響不大，石灰石成分變化是影響生料成分變化的主要因素，沒必要將所有的入磨物料全部進(jìn)行在線檢驗(yàn)，檢驗(yàn)成本太高，設(shè)計(jì)上也復(fù)雜，使用一臺(tái)在線分析儀檢驗(yàn)石灰石即可滿足要求，提前掌握石灰石的變化情況，事先確定入磨物料的配比。
(2)入磨物料在線檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差、計(jì)量設(shè)備下料量的誤差，這些都是客觀存在的，并且是未知的，原料配比的調(diào)整計(jì)算方法很重要，否則很難達(dá)到生料目標(biāo)值要求。搞過配料工作的都知道，我們根據(jù)各種原料的化學(xué)成分，確定了一個(gè)水泥生料配料方案，當(dāng)用到生產(chǎn)中的時(shí)候，得到的生料檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和方案設(shè)計(jì)并不相符，是原料化學(xué)成分的檢驗(yàn)誤差?還是水泥生料的檢驗(yàn)誤差?還是計(jì)量設(shè)備的下料量誤差?這些誤差都有可能存在，而且難以發(fā)現(xiàn)，如何在各種誤差存在的情況下，實(shí)現(xiàn)原料配比的準(zhǔn)確調(diào)整，這點(diǎn)很重要，理論上的東西往往不符合生產(chǎn)中的實(shí)際情況，必須用生產(chǎn)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題。
(3)方案中并沒有提出對(duì)出磨生料進(jìn)行檢驗(yàn)，如果不檢驗(yàn)出磨生料，容易造成生產(chǎn)失控，個(gè)人認(rèn)為出磨生料檢驗(yàn)不能取消。
四、水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向
水泥生料質(zhì)量控制的最終目的就是保證出磨生料三率值的合理與穩(wěn)定。
合理：就是出磨生料經(jīng)過煅燒后，生產(chǎn)出的熟料的三率值必須符合目標(biāo)值要求，所以必須實(shí)施出磨生料目標(biāo)值的及時(shí)調(diào)整和準(zhǔn)確調(diào)整，依靠管理人員去觀察、憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行目標(biāo)值調(diào)整的老方法，無法實(shí)現(xiàn)出磨生料目標(biāo)值的及時(shí)調(diào)整和準(zhǔn)確調(diào)整。
穩(wěn)定：就是最大程度的提高出磨生料三率值的合格率，降低出磨生料三率值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。如果有可能，應(yīng)該保證檢驗(yàn)頻次在半小時(shí)或十五分鐘情況下的出磨生料合格率，減輕入窯生料均化過程的負(fù)擔(dān)。在出磨生料質(zhì)量控制中，科學(xué)而有效的調(diào)整方法和控制方法是提高出磨生料合格率的關(guān)鍵。
未來的水泥生料質(zhì)量控制系統(tǒng)，必須涵蓋水泥生料質(zhì)量控制的整個(gè)過程，內(nèi)容包括：原料合理利用、石灰石質(zhì)量控制、原料配比調(diào)整與控制、生料目標(biāo)值調(diào)整、原料配比預(yù)測(cè)、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)置信程度的判斷等多個(gè)方面。凡事要從根本上解決問題，不能依賴于事后的補(bǔ)救措施，要把人的管理經(jīng)驗(yàn)和思維方式數(shù)據(jù)化和計(jì)算機(jī)化，實(shí)行計(jì)算機(jī)一體化管理，真正實(shí)現(xiàn)水泥生料智能化控制，這是水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向。
1、原料合理利用
原料合理利用是指在水泥生產(chǎn)原料選擇當(dāng)中，充分利用廠區(qū)周邊通用性的粘土質(zhì)原料，降低生產(chǎn)成本，節(jié)省礦山資源。通用性粘土質(zhì)原料儲(chǔ)量豐富，主要包括：黃土、粘土、頁巖、泥巖、粉砂巖以及河泥等，是以二氧化硅和三氧化二鋁為主要成分的原料，這類原料屬于中性原料，二氧化硅與三氧化二鋁的比值比較適中，可以說這類原料遍地都是，可是這些原料卻得不到充分利用，企業(yè)通常選擇高二氧化硅的硅質(zhì)原料，和高三氧化二鋁的鋁質(zhì)原料來代替，原因是這些通用性粘土質(zhì)原料中，二氧化硅與三氧化二鋁的比值不太理想，無法滿足配料要求，用硅質(zhì)原料和鋁質(zhì)原料時(shí)配料比較方便。
全國各地的粘土質(zhì)原料質(zhì)量差別比較大，如果把粘土質(zhì)原料中二氧化硅和三氧化二鋁的比值稱為粘土質(zhì)量系數(shù)，隨著各地粘土質(zhì)原料含砂量的不同，粘土質(zhì)量系數(shù)變化比較大，評(píng)價(jià)一種粘土質(zhì)原料能否滿足配料要求，主要是看它的質(zhì)量系數(shù)，統(tǒng)計(jì)了一下全國各地的粘土質(zhì)原料，主要包括：黃土、粘土、棕壤、黑土、浦泥、頁巖及粉砂巖，化學(xué)成分變化情況大致如下：SiO2：50.88—68.52%;A12O3：10.19—17.68%;Fe2O3：2.61—7.68%;CaO：1.29—14.48%;MgO：0.81—3.34%;質(zhì)量系數(shù)：3.28—6.60，差別比較大。
傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)原料是石灰石、粘土質(zhì)原料和鐵質(zhì)原料，全國各地水泥生產(chǎn)企業(yè)所用的原料、生產(chǎn)用煤以及配料方案都不一樣，都有一個(gè)適合本企業(yè)實(shí)際情況的能滿足配料要求的特定的粘土質(zhì)量系數(shù)。日常生產(chǎn)中，隨著更換生產(chǎn)用煤，該系數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。如果當(dāng)?shù)氐恼惩临|(zhì)原料的質(zhì)量系數(shù)過高，表明該粘土質(zhì)原料缺少三氧化二鋁，需要和三氧化二鋁比較高的原料搭配使用，如：煤矸石、粉煤灰等;如果質(zhì)量系數(shù)過低，表明該粘土質(zhì)原料缺少二氧化硅，需要和二氧化硅比較高的原料搭配使用，如：河砂、砂巖、硅石等。
水泥企業(yè)在原料選擇時(shí)，首先要確定好石灰石、鐵質(zhì)原料以及離廠區(qū)比較近的粘土質(zhì)原料，然后再根據(jù)生產(chǎn)用煤以及配料方案，計(jì)算出能夠滿足配料要求的粘土質(zhì)量系數(shù)，最后再選擇第四種補(bǔ)充原料(硅質(zhì)原料或鋁質(zhì)原料)，用來擬補(bǔ)粘土質(zhì)原料的不足，只有這樣才能最大限度的降低生產(chǎn)成本，因?yàn)橥ㄓ眯哉惩临|(zhì)原料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格便宜，硅質(zhì)原料和鋁質(zhì)原料儲(chǔ)量少，價(jià)格也比較貴，用大量的硅質(zhì)原料和鋁質(zhì)原料來調(diào)配成粘土質(zhì)原料并不合算。
需說明的是，有些企業(yè)在選擇原料時(shí)，過分的強(qiáng)調(diào)粘土質(zhì)原料中堿(氧化鉀和氧化鈉)含量的指標(biāo)，其實(shí)這是沒必要的，因?yàn)樵谒性现?，氧化鉀及氧化鈉和粘土質(zhì)礦物共存，粘土質(zhì)原料中的三氧化二鋁如果高，通常堿含量也高，這種原料通常需要和硅質(zhì)原料搭配使用，而這些高二氧化硅的硅質(zhì)原料堿含量特別低，搭配使用后也就降低了粘土質(zhì)原料中堿的含量。
粘土質(zhì)量系數(shù)計(jì)算過程特別復(fù)雜，需要借助計(jì)算機(jī)才能完成，可同時(shí)計(jì)算出滿足配料要求的粘土質(zhì)量系數(shù)和原料配比，便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，對(duì)原料配比和粘土質(zhì)量系數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和事先預(yù)測(cè)，充分利用礦山資源，降低生產(chǎn)成本。
2、石灰石質(zhì)量控制
石灰石質(zhì)量的合理與穩(wěn)定，是水泥生料質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，是保證出磨生料率值穩(wěn)定的關(guān)鍵。在石灰石質(zhì)量控制過程中，好多企業(yè)只是單一規(guī)定了石灰石氧化鈣或二氧化硅的目標(biāo)值，管理過程中，力求保持氧化鈣或二氧化硅穩(wěn)定，這是不科學(xué)的，如果石灰石氧化鎂不穩(wěn)定，氧化鈣和二氧化硅不可能同時(shí)穩(wěn)定，也就無法保證出磨生料率值穩(wěn)定，石灰石率值穩(wěn)定才是保證出磨生料率值穩(wěn)定的關(guān)鍵。
通過石灰石氧化鈣及氧化鎂與石灰石飽和比的二元回歸分析，回歸方程為：
KH=0.1968×CaO+0.1773×MgO-7.82，相關(guān)系數(shù)r=0.96
可見石灰石氧化鈣和氧化鎂與石灰石飽和比KH都是正相關(guān)，并且相關(guān)性很強(qiáng)，雖然氧化鎂不參入飽和比計(jì)算，但是對(duì)石灰石飽和比的影響卻很大。
回歸方程表明：如果氧化鈣不變，氧化鎂變化1.00，KH將同方向變化0.18;如果氧化鎂不變，氧化鈣變化1.00，KH將同方向變化0.20，氧化鈣及氧化鎂對(duì)石灰石飽和比的影響程度幾乎相同。石灰石礦山氧化鎂不穩(wěn)定的企業(yè)，一定不能忽視氧化鎂的影響，首先確定一個(gè)合適的石灰石率值(主要是飽和比KH值)目標(biāo)，滿足配料要求并留有一定的余地，充分利用礦山資源，管理過程中采用有效的控制方法，保證石灰石率值的合理與穩(wěn)定。同時(shí)，還要控制石灰石中氧化鎂的含量，不能太高，否則影響水泥強(qiáng)度，有資料介紹，如果熟料中的氧化鎂超過3%，熟料強(qiáng)度會(huì)明顯降低。
筆者通過石灰石化學(xué)分析結(jié)果的數(shù)據(jù)分析，研究了石灰石成分與成分、成分與率值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出了石灰石過程質(zhì)量控制的方法，分析了率值控制、氧化鈣控制以及鈣鎂合量控制等不同方法的特點(diǎn)，指出石灰石過程質(zhì)量控制的最終目的是穩(wěn)定石灰石的率值，在此基礎(chǔ)上提出了石灰石化學(xué)分析數(shù)據(jù)置信程度的判斷方法，可防止檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤導(dǎo)作用，正確指導(dǎo)生產(chǎn)，在石灰石質(zhì)量管理方面，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能化管理。(詳細(xì)內(nèi)容見《水泥裝備技術(shù)》總第52期“數(shù)據(jù)分析在石灰石質(zhì)量控制中的應(yīng)用”一文)
3、原料配比反饋調(diào)整計(jì)算
原料配比的反饋調(diào)整計(jì)算，是水泥生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的核心部分，合理和有效的計(jì)算方法關(guān)系到水泥生料反饋調(diào)整的成敗。從事水泥生料原料配比反饋調(diào)整研究，早在二三十年前就已經(jīng)開始了，有資料記載并且比較詳細(xì)的應(yīng)該是劉篤新工程師《水泥生料配料的率值公式法》，書中對(duì)水泥生料反饋調(diào)整進(jìn)行了比較詳細(xì)的研究。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)的研究，提出了“水泥生料生產(chǎn)成分調(diào)整法”的反饋調(diào)整計(jì)算方法，該法符合生產(chǎn)中的實(shí)際情況，具有調(diào)整準(zhǔn)確、實(shí)用有效的特點(diǎn)。
“水泥生料生產(chǎn)成分調(diào)整法”，就是以和出磨生料相對(duì)應(yīng)的石灰石生產(chǎn)成分為基準(zhǔn)的調(diào)整方法，出磨生料成分之所以產(chǎn)生變化，是因?yàn)楹统瞿ド舷鄬?duì)應(yīng)的石灰石生產(chǎn)成分發(fā)生了變化。
我們知道，影響生料成分變化的主要因素是石灰石成分發(fā)生了變化，輔助原料成分變化對(duì)生料成分變化影響不大，目前的計(jì)量設(shè)備比較穩(wěn)定，雖然不一定十分準(zhǔn)確，但調(diào)整前后只是一個(gè)固定的系統(tǒng)偏差。任何一個(gè)出磨生料成分都對(duì)應(yīng)著一組原料配比、石灰石成分和輔料成分，調(diào)整前后存在下列關(guān)系：
(調(diào)整前生料成分)=(石灰石成分)×(調(diào)整前石灰石配比)+(輔料成分)×(調(diào)整前輔料配比) (1)
(調(diào)整后生料成分)=(石灰石成分)×(調(diào)整后石灰石配比)+(輔料成分)×(調(diào)整后輔料配比) (2)
上面兩式中的“石灰石成分”稱為和出磨生料相對(duì)應(yīng)的“石灰石生產(chǎn)成分”，是為了表明出磨生料成分、原料配比和原料成分之間生產(chǎn)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系而假設(shè)的，是以生料成分、輔料成分以及原料配比為基準(zhǔn)換算出來的，它符合生產(chǎn)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，調(diào)整前后的“石灰石生產(chǎn)成分”并沒有變化，變化的只是原料配比和調(diào)整后的生料成分，輔料成分采用均化堆的原料成分進(jìn)行計(jì)算，調(diào)整前后的輔料成分是否變化并不重要，因?yàn)閷?duì)生料成分變化的影響并不大，計(jì)算前后只是一個(gè)系統(tǒng)誤差，可以消除。同樣，計(jì)量設(shè)備是否準(zhǔn)確也不重要，調(diào)整前后也是一個(gè)系統(tǒng)誤差，也可以消除。
兩式中的石灰石成分相同，將兩式整理后得：
[(調(diào)整前生料成分)-(輔料成分)×(調(diào)整前輔料配比)] /(調(diào)整前石灰石配比)=[(調(diào)整后生料成分)-(輔料成分)×(調(diào)整后輔料配比)]/(調(diào)整后石灰石配比)
上式表明的意義是：水泥生料原料配比調(diào)整前后，和出磨生料相對(duì)應(yīng)的石灰石生產(chǎn)成分不變，這是調(diào)整計(jì)算的前提，否則就失去了調(diào)整的必要。計(jì)算時(shí)，一定要用“和出磨生料相對(duì)應(yīng)的原料配比”，而不是“當(dāng)前配比”，這點(diǎn)一定要注意，在“(1)式”中計(jì)算出石灰石生產(chǎn)成分，然后代入“(2)式”，即可計(jì)算出調(diào)整后的原料配比。
“水泥生料生產(chǎn)成分調(diào)整法”準(zhǔn)確度很高，通過模擬驗(yàn)證和對(duì)比驗(yàn)證效果很好，優(yōu)于劉篤新工程師《水泥生料配料的率值公式法》中11中調(diào)整計(jì)算方法，以后會(huì)詳細(xì)介紹。
4、水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法
“水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法”，就是事先檢驗(yàn)待用石灰石分析成分與事后檢驗(yàn)已用石灰石生料成分相結(jié)合的控制方法。
待用石灰石分析成分，就是對(duì)待用石灰石進(jìn)行取樣檢驗(yàn)而得到的石灰石化學(xué)成分，因?yàn)榇檬沂€沒有投入使用，可以通過各種方法檢測(cè)出具體的成分?jǐn)?shù)據(jù)。
當(dāng)待用石灰石投入使用，完全制備成生料粉后，就變成了已用石灰石，此時(shí)我們只能檢驗(yàn)出和已用石灰石相對(duì)應(yīng)的出磨生料成分。
此時(shí)出磨生料里面的石灰石成分到底是多少，我們已經(jīng)沒有辦法檢驗(yàn)出來，但是可以根據(jù)出磨生料成分、輔料均化堆成分、原料顯示配比以及原料水分，換算出一個(gè)石灰石生產(chǎn)成分，并且這個(gè)石灰石生產(chǎn)成分和出磨生料成分、石灰石分析成分相對(duì)應(yīng)，稱為和出磨生料相對(duì)應(yīng)的石灰石生產(chǎn)成分，這個(gè)石灰石生產(chǎn)成分和使用前的分析成分有一種特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系：
(1)當(dāng)石灰石分析成分、輔料均化堆成分、原料水分、原料計(jì)量設(shè)備以及出磨生料成分都沒有誤差的時(shí)候，理論上的對(duì)應(yīng)關(guān)系和生產(chǎn)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系完全相同，石灰石生產(chǎn)成分和使用前的石灰石分析成分相等。
(2)由于石灰石分析成分檢驗(yàn)以及出磨生料檢驗(yàn)都存在檢驗(yàn)誤差，輔料成分也會(huì)波動(dòng)，假設(shè)石灰石分析成分以及出磨生料的檢驗(yàn)儀器比較穩(wěn)定，石灰石以及出磨生料檢驗(yàn)數(shù)據(jù)只存在一個(gè)不太大的、比較穩(wěn)定的系統(tǒng)誤差，計(jì)量設(shè)備也比較穩(wěn)定，顯示下料量與實(shí)際下料量之間只存在一個(gè)不太大的固定偏差，由于“輔料成分變化對(duì)生料成分影響不大，影響生料成分變化的主要因素是石灰石成分發(fā)生變化”，那么“石灰石分析成分與生產(chǎn)成分之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(差值)基本不變”。
由于計(jì)量設(shè)備和檢驗(yàn)儀器的性能不可能突變，在一定時(shí)間范圍內(nèi)(幾小時(shí)、幾十小時(shí)或幾天，取決于檢驗(yàn)儀器以及計(jì)量設(shè)備的穩(wěn)定性)，石灰石分析成分與生產(chǎn)成分之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系基本不變，待用石灰石和已用石灰石之間存在下列關(guān)系：
(待用石灰石分析成分)-(待用石灰石生產(chǎn)成分)=(已用石灰石分析成分)-(已用石灰石生產(chǎn)成分)
這是水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法的理論基礎(chǔ)，前提是檢驗(yàn)儀器和計(jì)量設(shè)備在一定時(shí)間范圍內(nèi)必須穩(wěn)定，只要事先檢驗(yàn)待用石灰石的分析成分，就可以預(yù)測(cè)出待用石灰石的生產(chǎn)成分，以待用石灰石生產(chǎn)成分為調(diào)整依據(jù)，根據(jù)待用石灰石的預(yù)計(jì)使用時(shí)間，提前調(diào)整待用石灰石的原料配比，這就是水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法的控制思路，實(shí)行待用石灰石的事先檢驗(yàn)與出磨生料事后檢驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，二者缺一不可。
前面講過：“利用和出磨生料相對(duì)應(yīng)的石灰石生產(chǎn)成分進(jìn)行原料配比反饋調(diào)整計(jì)算，是最有效的方法”，雖然我們無法知道待用石灰石的生產(chǎn)成分，但是可以事先檢驗(yàn)待用石灰石的分析成分，利用已用石灰石分析成分和生產(chǎn)成分之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，預(yù)測(cè)出待用石灰石的生產(chǎn)成分。
出磨生料檢驗(yàn)的目的有兩個(gè)，一是檢驗(yàn)前期的配料調(diào)整是否符合要求;二是提供最新的已用石灰石分析成分和生產(chǎn)成分的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用于待用石灰石生產(chǎn)成分的預(yù)測(cè)。
如果檢驗(yàn)儀器以及計(jì)量設(shè)備長期穩(wěn)定，輔料成分波動(dòng)不是太大，生產(chǎn)也比較正常，不出現(xiàn)斷料、飽磨和空磨現(xiàn)象，石灰石分析成分和生產(chǎn)成分的對(duì)應(yīng)關(guān)系不會(huì)改變，對(duì)石灰石分析成分和生產(chǎn)成分的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行監(jiān)控，是監(jiān)視生產(chǎn)是否正常的一種有效方法，如果石灰石分析成分和生產(chǎn)成分之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生改變，表明檢驗(yàn)儀器、計(jì)量設(shè)備或生產(chǎn)設(shè)備方面，一定出現(xiàn)了異常情況。
原料配比的調(diào)整周期，取決于待用石灰石的檢驗(yàn)周期，10—30分鐘一次比較合適，時(shí)間太短沒有必要，出磨生料還是一小時(shí)檢驗(yàn)一次。
水泥生料事后調(diào)整，這是目前水泥生料質(zhì)量控制的最大誤區(qū)，這種控制方法已經(jīng)沿用了幾十年，想要徹底改變并不容易。該法可以走出后置控制的誤區(qū)，徹底改變事后調(diào)整的被動(dòng)局面，如果設(shè)計(jì)合理，前期的石灰石預(yù)均化已經(jīng)沒有必要，可以取消石灰石堆料機(jī)和取料機(jī)的用電消耗及維護(hù)費(fèi)用，節(jié)省操作人員的人工開資，還可以避免石灰石堆料和取料過程中的粉塵污染，既節(jié)能又環(huán)保，很大程度上提高了出磨生料三率值的合格率，減輕入窯生料均化過程的負(fù)擔(dān)，有利于旋窯熱工制度的穩(wěn)定，提高熟料的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和質(zhì)量。
5、出磨生料目標(biāo)值的及時(shí)調(diào)整和準(zhǔn)確調(diào)整
每個(gè)水泥企業(yè)都有各自的熟料三率值控制范圍，熟料三率值是最終控制目標(biāo)，生料三率值則是過程控制目標(biāo)，當(dāng)生料與熟料之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生改變或更換生產(chǎn)用煤后，都需要調(diào)整生料的目標(biāo)值，如果調(diào)整不及時(shí)或調(diào)整不當(dāng)，都會(huì)影響到旋窯的正常煅燒。
目前，由于缺少一個(gè)快速準(zhǔn)確的生料目標(biāo)值調(diào)整計(jì)算方法，企業(yè)技術(shù)人員通常只是根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)來簡單計(jì)算一下或者干脆估計(jì)一個(gè)生料目標(biāo)值，調(diào)整準(zhǔn)確度較差，具有盲目性，并且調(diào)整也不及時(shí)。
影響生料目標(biāo)值調(diào)整準(zhǔn)確度的因素是多方面的，主要包括：(1)煤發(fā)熱量的測(cè)量誤差;(2)灰分的測(cè)量誤差;(3)煤灰成分的化學(xué)分析誤差(4)煤粉計(jì)量設(shè)備的誤差;(5)生料和熟料檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差;(6)收塵料帶入成分的影響;(7)熟料熱耗的估計(jì)不準(zhǔn);(8)生料燒失量的波動(dòng)或估計(jì)不準(zhǔn)。前六個(gè)方面是系統(tǒng)因素，后兩個(gè)方面是不確定因素，都影響生料目標(biāo)值計(jì)算的準(zhǔn)確度。
由于許許多多誤差的存在，導(dǎo)致理論上計(jì)算出的數(shù)據(jù)并不實(shí)用，必須利用生產(chǎn)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，去解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題。
熟料成分由灼燒基生料帶入成分、煤灰?guī)氤煞旨吧倭渴諌m料組成，實(shí)際生產(chǎn)中存在下列下列關(guān)系：
(熟料成分)=(灼燒基生料帶入成分)+(煤灰?guī)氤煞? +(收塵料帶入成分)
在正常生產(chǎn)條件下，收塵料帶入成分基本不變，熟料成分是我們要求的，不希望它變化，因此：灼燒基生料帶入成分與煤灰?guī)氤煞种突静蛔?。更換生產(chǎn)用煤后，煤灰?guī)氤煞职l(fā)生變化，由于灼燒基生料帶入成分與煤灰?guī)氤煞种突静蛔儯茻蠋氤煞謩t需要向相反的方向變化，據(jù)此即可實(shí)現(xiàn)待用煤生料目標(biāo)值的調(diào)整計(jì)算，計(jì)算過程中巧妙的消除了可能存在的系統(tǒng)誤差，準(zhǔn)確度較高。
實(shí)際生產(chǎn)中，如果不更換生產(chǎn)用煤，煤粉的質(zhì)量以及生料成分與熟料成分之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系比較穩(wěn)定，生料成分與熟料成分之間存在下列對(duì)應(yīng)關(guān)系：
(熟料平均成分)=(生料平均成分)×K+(煤灰?guī)氤煞? +(收塵料帶入成分)
(熟料標(biāo)準(zhǔn)成分)=(生料標(biāo)準(zhǔn)成分)×K+(煤灰?guī)氤煞? +(收塵料帶入成分)
熟料平均成分是指統(tǒng)計(jì)時(shí)間(通常是2—4個(gè)小時(shí))內(nèi)，檢驗(yàn)儀器測(cè)定的熟料化學(xué)成分的平均值。
生料平均成分是指生料煅燒過程中，在時(shí)間上和熟料平均成分相對(duì)應(yīng)的一段時(shí)間內(nèi)出磨生料化學(xué)成分的平均值。
用熟料三率值的目標(biāo)值和熟料平均成分的SO3以及總和(SiO2 、A12O3、 Fe2O3 、CaO之和)計(jì)算出的熟料化學(xué)成分，稱為熟料標(biāo)準(zhǔn)成分。
不改變生料平均成分的燒失量和熟料熱耗，符合實(shí)際生產(chǎn)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，恰好能使熟料三率值達(dá)到目標(biāo)值要求的生料成分，稱為生料標(biāo)準(zhǔn)成分。
熟料標(biāo)準(zhǔn)成分和生料標(biāo)準(zhǔn)成分是一定生產(chǎn)工藝條件下的理想成分，和平均成分相比較并無很大差別。由于生產(chǎn)用煤比較穩(wěn)定，兩式中的K值、煤灰?guī)氤煞忠约笆諌m料帶入成分相同，熟料成分與灼燒基生料帶入成分(生料成分與K值的乘積)之差基本不變，下列關(guān)系成立：
(熟料平均成分)-(生料平均成分)×K=(熟料標(biāo)準(zhǔn)成分)-(生料標(biāo)準(zhǔn)成分)×K
其中：K表示熟料中灼燒基生料的摻入量。
據(jù)此即可計(jì)算出出磨生料的標(biāo)準(zhǔn)成分，在出磨生料質(zhì)量控制中，按生料標(biāo)準(zhǔn)成分進(jìn)行原料配比調(diào)整計(jì)算，由于生料目標(biāo)值調(diào)整計(jì)算方法符合生產(chǎn)中的實(shí)際對(duì)應(yīng)關(guān)系，準(zhǔn)確度很高。
另外，因?yàn)樯铣煞趾褪炝铣煞謥碓从趯?shí)際生產(chǎn)中的最新檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，可隨著檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)成分計(jì)算，實(shí)現(xiàn)生料目標(biāo)值的及時(shí)調(diào)整和準(zhǔn)確調(diào)整，無需人工參與，是水泥生料質(zhì)量控制自動(dòng)化和智能化的基礎(chǔ)。
6、待用石灰石原料配比的預(yù)測(cè)
在石灰石的過程質(zhì)量控制中，管理人員最關(guān)心的是搭配好的石灰石能否滿足配料要求，并留有一定的余地，有利于節(jié)省石灰石礦山資源。
石灰石質(zhì)量管理中，企業(yè)普遍在石灰石破碎后的傳送帶上進(jìn)行石灰石質(zhì)量檢驗(yàn)，有的企業(yè)采用在線檢驗(yàn)，有的企業(yè)采用機(jī)械或人工取樣，每小時(shí)用熒光儀檢驗(yàn)一次。
根據(jù)“石灰石分析成分與生產(chǎn)成分對(duì)應(yīng)關(guān)系基本不變”的原則，即可實(shí)現(xiàn)搭配后石灰石原料配比的預(yù)測(cè)，每產(chǎn)生一個(gè)最新的石灰石檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，就會(huì)得到一個(gè)預(yù)測(cè)的原料配比，管理人員可以根據(jù)傳送帶上石灰石的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，直觀的看到各種原料的預(yù)測(cè)配比，如果不符合要求，可以及時(shí)調(diào)整。當(dāng)然，在待用石灰石原料配比計(jì)算時(shí)，必須明確傳送帶上石灰石分析成分和出磨生料石灰石生產(chǎn)成分之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)待用石灰石的原料配比。
7、化學(xué)分析數(shù)據(jù)置信程度的判斷
手工化學(xué)分析數(shù)據(jù)通常用于配料研究以及儀器檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，錯(cuò)誤的化學(xué)分析數(shù)據(jù)將起誤導(dǎo)作用。
筆者曾經(jīng)遇到一次化學(xué)分析數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤的問題，由于分析室用的分析純濃鹽酸質(zhì)量存在問題，導(dǎo)致石灰石、生料和熟料的氧化鈣明顯偏高0.4—0.6%，數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，由于懷疑分析室的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)有問題，連續(xù)三天沒有進(jìn)行生料目標(biāo)值調(diào)整，進(jìn)行查找原因，按常規(guī)的鈣鎂空白試驗(yàn)根本找不到問題所在，最后用特殊的方法試驗(yàn)出濃鹽酸有問題，氧化鈣含量嚴(yán)重超標(biāo)。沒有一定的化學(xué)分析基礎(chǔ)根本無法判斷化學(xué)分析數(shù)據(jù)的置信程度，而管理人員大多不懂得化學(xué)分析，所以對(duì)化學(xué)分析數(shù)據(jù)的置信程度進(jìn)行判斷很有必要。
化學(xué)分析數(shù)據(jù)置信程度的判斷需借助計(jì)算機(jī)來完成，石灰石和水泥生料可以根據(jù)氧化鈣、氧化鎂與燒失量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，來判斷相關(guān)數(shù)據(jù)的置信程度，這方面的研究在國內(nèi)還沒有過，才是個(gè)剛剛的開始，好多問題需要進(jìn)一步的研究和完善。
五、結(jié)束語
水泥生料質(zhì)量控制系統(tǒng)并非一個(gè)簡單的配料調(diào)整計(jì)算，它涵蓋了從石灰石的基礎(chǔ)管理到熟料煅燒的整個(gè)控制過程。未來的水泥生料質(zhì)量控制必須實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全方位智能化管理，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)，解決人工所無法完成的問題。
上述七個(gè)問題只是從理論上進(jìn)行了簡單的說明和初步的論證，每個(gè)方面的內(nèi)容都要經(jīng)過大量的計(jì)算，好多計(jì)算方法教科書上根本沒有，由于過于復(fù)雜，離開了計(jì)算機(jī)根本無法完成，并且所有的計(jì)算公式都要經(jīng)過手工輸入，工作量很大。
本文中的相關(guān)內(nèi)容，是水泥生料智能化控制的理論基礎(chǔ)，是水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向，需要檢驗(yàn)儀器、工藝設(shè)計(jì)和水泥企業(yè)有關(guān)專家的共同努力才能完成。
全篇文章具有分析性、方向性和設(shè)想性的特點(diǎn)，好多問題并沒有詳細(xì)的說明，主要包括以下幾方面的內(nèi)容：“三組分原料配比計(jì)算與粘土質(zhì)原料的合理利用”、“水泥生料原料配比反饋調(diào)整計(jì)算方法”、“如何實(shí)現(xiàn)出磨生料目標(biāo)值的及時(shí)調(diào)整和準(zhǔn)確調(diào)整”、“水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法”，以上幾個(gè)問題以后會(huì)進(jìn)行比較詳細(xì)的介紹，便于企業(yè)技術(shù)人員和專業(yè)研究人員共同學(xué)習(xí)和探討，完善水泥生料質(zhì)量控制方面存在的問題，創(chuàng)造出我國“水泥生料質(zhì)量智能化控制”的自主產(chǎn)品。 （本文作者：煙臺(tái)寶橋錦宏水泥有限公司 王中豪）
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