2017-10-13 16:46:15 來源:水泥人網(wǎng)

水泥生料質(zhì)量控制的過去現(xiàn)在和發(fā)展方向

  導讀:水泥生產(chǎn)已有近百年的歷史,但是到目前為止,依舊采用的是后置控制法,是以出磨生料檢驗數(shù)據(jù)為基準,進行后期原料配比調(diào)整的一種控制方法,具有調(diào)整滯后的缺點。

  1 水泥生料質(zhì)量控制發(fā)展史

  1.1 控制方法

  水泥生產(chǎn)已有近百年的歷史,但是到目前為止,依舊采用的是后置控制法,是以出磨生料檢驗數(shù)據(jù)為基準,進行后期原料配比調(diào)整的一種控制方法,具有調(diào)整滯后的缺點。

  1.2 檢驗方法

  水泥生料的質(zhì)量控制目標是生料三率值,早期出磨生料質(zhì)量控制,是將單一的成分作為過程質(zhì)量控制目標,比較典型的是鈣鐵控制法,每小時檢驗一次出磨生料的氧化鈣和三氧化二鐵,24小時綜合樣進行手工化學全分析,計算出生料的三率值,然后根據(jù)目標值要求,重新調(diào)整氧化鈣和三氧化二鐵的過程控制目標,可見滯后程度很長。

  后來,由于檢驗儀器的發(fā)展,多元素熒光儀開始應用于出磨生料的成分檢驗,可在短時間內(nèi)得到出磨生料的三率值,然后進行后期的原料配比調(diào)整,從取樣到報出檢驗結(jié)果,大約需要20分鐘的時間,大大降低了調(diào)整滯后的程度。

  可見:檢驗方法的發(fā)展,是為了提高檢驗速度,在最短時間內(nèi)得到出磨生料的三率值,目的是最大限度的降低調(diào)整滯后的程度。

  1.3 原料的均化

  后置控制法的前提是后期的原料成分不再變化,否則沒有辦法進行調(diào)整,所以必須保證入磨原料成分穩(wěn)定。

  最初的原料均化是多庫搭配,均化效果甚微。原料預均化在我國預計已有50年的發(fā)展歷史,在20世紀50年代開始得到廣泛應用,均化方法和設備多種多樣。用于石灰石預均化方面的,有矩形預均化堆場和圓形預均化堆場兩種,圓形石灰石預均化堆場均化效果比較差,矩形石灰石預均化堆場換堆前后石灰石成分變化太大,原料配比難以調(diào)整,出磨生料率值大幅度變化,這是兩個客觀存在的問題。

  從控制理論上講:目前所進行的前期原料均化,是為了盡力保證原料成分穩(wěn)定,降低入磨原料成分的變化頻率和變化幅度,這是幾代人幾十年來有關專家和研究人員,一直努力和工作的方向,如果入磨原料成分頻繁變化,就失去了調(diào)整的必要,這是后置控制法的弊病,進行原料均化是在擬補該控制方法的不足。

  1.4 出磨生料的后期均化

  水泥生料后置控制法,容易造成出磨生料率值不穩(wěn)定,所以入窯生料必須進行均化,否則無法正常煅燒,窯系統(tǒng)熱工制度以及熟料質(zhì)量和產(chǎn)量都無法保證。

  我國水泥生產(chǎn)在20世紀50年代前,干法水泥生料均化多采用多庫搭配的方式,均化效果差,后期又出現(xiàn)了間歇式空氣攪拌庫,發(fā)展到目前的連續(xù)式及多流式生料均化庫,最終目的是為了提高均化效果,保證入窯生料質(zhì)量穩(wěn)定。

  就目前來說,生料均化庫的均化效果受好多條件限制:1)必須有足夠的料位高度;2)各分流的生料粉成分平均后恰好符合目標值要求;3)不出現(xiàn)堵塞、粘庫等其它異常情況。否則均化效果就會比較差,如果生料均化庫的料位低或者出磨生料的率值連續(xù)多次的偏高或偏低,根本就沒有均化效果。生料粉磨工序如果出現(xiàn)設備故障,生料均化庫無法保證一定庫存量,又不能頻繁停窯,導致入窯生料成分變化比較大,這些都是現(xiàn)實中存在的問題。因此,如何提高出磨生料的穩(wěn)定性,才是我們以后的工作方向。

  2 關于原料配比反饋調(diào)整計算模式

  原料配比反饋調(diào)整計算模式很重要,是水泥生料計算機自動化控制的核心部分,關系到原料配比調(diào)整的成敗。在國內(nèi)最早從事配料調(diào)整研究的是劉篤新老師,并出版了“率值公式法”一書,后來的配料調(diào)整研究發(fā)展很快,相繼推出了好多配料調(diào)整軟件和配料調(diào)整控制系統(tǒng),其中的反饋調(diào)整計算模式并沒有詳細介紹,估計準確度和實用價值并不高,因為這些東西并沒有普遍推廣和應用,好多企業(yè)還是采用手工憑經(jīng)驗調(diào)整原料配比的傳統(tǒng)方法。

  原料配比調(diào)整計算模式應該進一步研究和更新,必須實用有效,符合生產(chǎn)中的對應關系,真正在自動化控制中起到作用,否則跟不上水泥生產(chǎn)快速發(fā)展的需要。

  3 關于中子活化分析儀在線檢驗

  采用中子活化分析儀在線檢驗,是近幾年發(fā)展起來的控制方法,這種方法具有分析速度快的特點,可以每分鐘提供一次檢驗數(shù)據(jù),但是有些問題應該注意:

  1)檢驗數(shù)據(jù)的代表性:由于檢驗的是傳送帶上一定距離的瞬時物料,而摻量較少的輔料不是均勻的鋪在傳送帶上,呈堆積狀態(tài),象銅渣和硫酸渣這樣水分較大的粉狀物料,更為嚴重,幾米長一堆,檢驗數(shù)據(jù)缺乏代表性,會起誤導作用。有的企業(yè)采用每分鐘調(diào)整一次原料配比、兩小時用熒光儀檢驗一次出磨生料的模式,也許出磨生料的三率值基本符合要求,但是每個時間段的生料成分是否大幅度變化,我們根本就不清楚;

  2)采用有效的調(diào)整計算模式也很重要,必須實用有效;

  3)出磨生料檢驗不能取消,否則無法判斷前期配料調(diào)整是否符合要求,如果依靠手工全分析數(shù)據(jù)來最后把關,一旦出現(xiàn)問題將嚴重失控;

  4)該控制方法的檢測點是在計量設備之后,仍然屬于后置控制法,只是把滯后程度降低到一分鐘,檢驗的只是一分鐘前瞬時間的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)是否有代表性,后期的原料成分是否已經(jīng)發(fā)生變化,我們并不知道,仍然存在盲目調(diào)整的可能性;

  5)中子活化分析儀用于在線檢驗是應該提倡的,但是應該用于石灰石配料倉之前的石灰石在線檢驗,提前掌握石灰石成分的變化情況,事先調(diào)整配比。因為影響生料成分變化的是石灰石,輔料成分變化對生料成分影響并不大。

  4 關于原料配比反饋調(diào)整方法

  水泥生料原料配比調(diào)整有正向調(diào)整和反向調(diào)整兩種方法,正向調(diào)整是根據(jù)原料成分的變化情況,來確定后期的原料配比,可掌握主動權(quán),屬于前置控制法,變化因素明確,調(diào)整計算模式簡單;反向調(diào)整是根據(jù)出磨生料成分的變化情況,去調(diào)整后期的原料配比,屬于后置控制法,變化因素不明,調(diào)整計算模式難度大,最大的缺陷是調(diào)整滯后以及無法準確調(diào)整。

  出磨生料過程質(zhì)量檢驗,通常每小時進行一次,以前由于檢驗方法和檢驗儀器比較落后,無法快速檢驗出磨生料以及入磨原料的全部化學成分,無法實現(xiàn)原料配比的正向調(diào)整,只能根據(jù)出磨生料單一的幾種檢驗成分去調(diào)整原料配比,滯后性和盲目性特別大。

  十幾年來,檢驗儀器發(fā)展很快,各種多元素分析儀已經(jīng)普遍應用于水泥生產(chǎn)檢驗,可在短時間內(nèi)檢驗出生料以及各種原料的全部化學成分??墒窃诳刂品椒ㄉ?,并沒有新的突破,一直采用傳統(tǒng)的后置控制法,檢驗儀器的發(fā)展,只起到降低了滯后程度的作用,根本問題并沒有解決。在檢驗儀器、生產(chǎn)工藝和計算機快速發(fā)展的今天,我們應該尋求和開發(fā)新的控制方法,從根本上解決問題,徹底改變調(diào)整滯后的被動局面。

  5 水泥生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向

  幾十年來,在水泥生料質(zhì)量控制上,我們一直在借鑒和模仿國外的控制思路,一直圍繞后置控制法的缺陷,進行多方面的擬補和補救,一直把方向放在原料的前期均化和生料粉的后期均化上,我們?yōu)檫@些工作所花費的代價和付出的精力都是控制方法本身所造成的,應該改變傳統(tǒng)的控制思路,實現(xiàn)原料配比的正向調(diào)整,就是前置控制法,徹底改變調(diào)整滯后的被動局面。檢驗儀器的快速發(fā)展,應該應用于計量設備前的原料檢測,盡快掌握原料成分的變化情況,實現(xiàn)原料配比的事先調(diào)整、及時調(diào)整和準確調(diào)整,這才是我們的研究方向。

  未來的水泥生料質(zhì)量控制觀點也要改變:前期的石灰石質(zhì)量控制,是為了滿足配料要求,充分利用礦山資源;對主要入磨原料進行提前檢驗,有什么樣質(zhì)量的原料給定什么樣的配比;縮短調(diào)整周期,保證10分鐘、5分鐘短時間內(nèi)生料率值的合理與穩(wěn)定,不依賴于后期的生料粉均化。

  筆者所建議的控制思路,是一種事先檢驗待用石灰石分析成分,與事后檢驗出磨生料石灰石生產(chǎn)成分相結(jié)合的控制方法,稱為“水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法”,和現(xiàn)在的中子活化分析儀在線控制差不多,主要變化如下:熒光儀的出磨生料檢驗不能取消;中子活化分析儀放在石灰石配料倉之前;原料配比的調(diào)整計算模式必須更新;由于實行入磨石灰石的提前檢驗,前期的石灰石預均化已經(jīng)沒有必要。

  6 出磨生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法簡易流程

  

 

  6.1 流程說明

  礦山石灰石經(jīng)破碎后進行在線檢驗,按質(zhì)量的不同分別進入四個(或多個)石灰石立庫,根據(jù)配料要求在庫底計量取料,傳送帶上在線檢驗,然后進入石灰石配料倉,配料站庫底計量取料后,進行生料粉磨、熒光儀檢驗,最后進入生料均化庫。

  6.2 基本要求

  (1)石灰石四個立庫的取料量不同,原則是滿足配料要求,并留有一定余地,但總?cè)×狭恳团淞险臼沂氖褂昧肯嗤?

  (2)石灰石配料倉直徑和容量不要太大,便于準確掌握待用石灰石的預計使用時間,可根據(jù)“在線檢驗②”的檢驗周期確定;

  (3)原料配比的調(diào)整周期要小于10分鐘,或者更短,保證短時間內(nèi)的生料成分穩(wěn)定,不依賴于后期的生料粉均化;

  6.3 控制原理

  根據(jù)“在線檢驗②”的分析成分,預測待用石灰石的生產(chǎn)成分,以待用石灰石的生產(chǎn)成分為計算依據(jù),進一步確定待用石灰石的原料的配比,根據(jù)待用石灰石的預計使用時間,提前調(diào)整原料的配比。

  6.4 主要功能

  (1)進廠石灰石原料配比預測:四個石灰石立庫的質(zhì)量級別不同,“在線檢驗①”的數(shù)據(jù)輸入“控制系統(tǒng)”,同時預測出此時石灰石的原料配比,并對各立庫的石灰石質(zhì)量進行累計統(tǒng)計,計算機確定各立庫石灰石的取料比例;

  (2)待用石灰石原料配比的事先調(diào)整:“在線檢驗②”的檢驗數(shù)據(jù)輸入“控制系統(tǒng)”,事先掌握石灰石配料倉內(nèi)石灰石的分析成分,根據(jù)待用石灰石分析成分和出磨生料石灰石生產(chǎn)成分的對應關系,由計算機提前調(diào)整待用石灰石的原料配比;

  (3)出磨生料目標值的自動調(diào)整:每一次的出磨生料和熟料的檢驗數(shù)據(jù)都要輸入“控制系統(tǒng)”,隨著最新檢驗數(shù)據(jù)的產(chǎn)生,計算機自動進行生料標準成分(恰好能夠使熟料三率值滿足目標值要求的生料成分)計算,以生料標準成分為目標值,去調(diào)整原料的配比,無需人工參與生料目標值調(diào)整,可實現(xiàn)生料目標值的及時調(diào)整和準確調(diào)整;

  6.5 主要特點

  (1)調(diào)整計算模式獨特、實用有效,符合實際生產(chǎn)中的對應關系;

  (2)進廠石灰石管理比較科學,充分利用礦山資源,可直觀的看到進廠石灰石能否滿足配料要求,石灰石以及各種輔助原料的配比可以直接表示出來;

  (3)事先調(diào)整原料配比,控制周期短,出磨生料連續(xù)穩(wěn)定,智能化程度高;

  (4)取消了石灰石預均化堆場,沒有堆料和取料過程中的粉塵污染,節(jié)省堆料機和取料機的用電消耗和維護費用以及工人開資;撤下來的預均化堆場可用于堆放煤炭或其它用途,避免煤炭露天堆放影響環(huán)境保護;

  (5)減輕生料均化庫的負擔,基本不依賴于生料粉的后期均化。

  6.6 相關問題

  該控制方法理論部分已經(jīng)完成,由于改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝,要想實現(xiàn)難度比較大,有一些細節(jié)還需要精心設計,需檢驗儀器、工藝設計及水泥企業(yè)有關專家共同完成。

  該法理論部分的內(nèi)容太多,也比較復雜,需要系統(tǒng)性的整理,有些還在完稿中,整理時要花費很多的精力和時間,基本內(nèi)容主要包含在三篇文章中,分別是:“水泥生料原料配比反饋調(diào)整計算方法”、“水泥生料生產(chǎn)成分聯(lián)合控制法”、“如何實現(xiàn)出磨生料目標值的及時調(diào)整和準確調(diào)整”,將陸續(xù)在水泥人“水泥裝備技術”雜志上發(fā)表。(本文作者: 煙臺寶橋錦宏水泥有限公司   王中豪)


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