生料率值配料系统的过去、现在和将来

       一、率值配料系统的研究发展史  

     水泥生料成分的稳定性直接影响水泥的安定性和强度。统计结果表明，无论怎样调整配方，一个厂的熟料强度和f-CaO含量，根本上与该厂生料成分的合格率成正比：生料成分合格率越高，则熟料强度越高、f-CaO越低；相反，如果生料合格率很低，要生产优质水泥熟料是不可能的。

     大型水泥厂生料成分用率值来反映，因为他们有能力购买价格昂贵的X射线荧光分析仪快速测定生料所有主要化学成分；而中小型水泥厂只能通过控制CaO和Fe2O3来控制生料成分。但这并不表明中小型水泥厂不懂得率值配料的重要性，相反，他们一直在研究如何通过控制CaO和Fe2O3来巧妙地控制生料的成分。

     率值配料不是一个新概念。早在1987年河南硅酸盐学会的刘笃新工程师在《河南建材》上发表的《关于水泥生料配料公式研究》中就提出了率值配料的概念，1991年还出版专著《水泥生料配料的率值公式法》，详细探讨了生料反馈回调的各种方法，证明在原材料成分波动时单控制生料CaO、Fe2O3不能稳定生料三率值，进一步明确了率值配料的概念。他没有止步于揭示钙铁控制的缺陷，而是进一步研究了6种回调方法，提出了钙铁控制下保证率值合格的最佳回调方法，最大限度地避免了钙铁控制的缺陷。水泥厂目前普遍采用的回调方法实际上就是刘笃新工程师倡导的方法。 此后，率值配料的理论并没有新的突破。目前率值配料的基本假定是：要实现率值配料必须要测定出生料硅、铁、铝、钙4种化学成分。

     率值配料设备的研制都基于这一基本思想。 率值配料设备的研制可追溯到上世纪70年代，当时辽宁自动化研究所在琉璃河水泥厂干法生产线上开展“生料配料自动控制系统”研究项目，该项目于1978年荣获全国科学大会奖；1981～1985年间合肥水泥研究院为日产2000吨熟料干法生产线配备了生料质量计算机控制系统；1986～1990年间，合肥水泥研究院研究了QCS生料质量自动控制系统，专门为中小型水泥厂服务，并在江西、广东分别通过省级鉴定，在全国几十家中小水泥厂推广应用；期间，天津水泥设计研究院也开展了该系统的研制工作，应用于老厂改造和新厂建设中。据报道，1987年1月中国建材研究院水泥所研制成功RCS－861生料成分自动控制系统，在首都水泥厂应用，使生料成分合格率提高了47%。近年来也有不少单位研制率值配料系统。其中武汉工业大学林宗寿教授1999年12月主持开发的生料率值控制系统知名度最高，在水泥厂广为推广应用。不太知名的还有四川大学某公司、深圳开特自动化有限公司、杭州某厂、新疆建材研究所、福建康利有限公司、辽宁某厂。  前述率值配料系统主要面向立窑水泥厂，为什么没有面向新型干法水泥厂呢？因为新型干法水泥厂在建厂设计之初就配备有率值配料控制系统，包括100多万元的X射线荧光分析仪、原料预均化堆场，以及生料空气搅拌均化库等，率值配料系统运转良好，也就没有引起大家注意。

 
二、当前率值配料系统的问题 

     自从3年前武汉工业大学林宗寿教授在全国三十多个省、市、自治区巡回演讲以来，立窑水泥厂开始对率值配料的重要性有所了解，率值配料系统受到前所未有的重视，林教授提出的率值配料系统也在全国得到广泛应用。另外，前述其他一些单位研发的率值配料系统也在不少水泥厂得到应用。虽然所有率值配料系统都能在一段时间里运行良好，但从实际效果看，还没有一家单位能保证所有率值配料系统都能运行良好，应用失败的厂家数量也很大，装好又拆掉的厂家不在少数，这表明率值控制系统还不成熟，需要改进的地方还很多。 

    考察一下应用率值控制系统的厂家，可发现率值系统的联网传送数据功能发挥得较好，能代替人工电话指挥生产，能进行配料方案计算，比过去人工计算方便得多，这些令水泥厂感到新鲜，但在计算机技术普及的今天，这些功能只不过是计算机技术在水泥厂的简单应用，并没有真正创新的东西，其基本理论仍然停留在刘笃新阶段。特别是有大量水泥企业安装该系统后发现越调越乱，不能正常应用。对于出现的问题，研制厂家认为责任在于水泥厂管理不善；而水泥厂自认为管理状况正常，是设备难以在短时间内大幅度升级。

     正是由于众多厂家安装率值控制系统后效果不明显或使用不正常，使得率值配料系统喊得响，真正使用的并不多，这与我们首创的“立窑生料热量测定技术”的推广应用情况形成反差，后者在短短的几年里凭借其完善的设计、显著的效果和广泛的适应性而很快得到普及。 率值配料系统的症结究竟在哪里？我们认为不应责怪使用厂家，中小型水泥厂的设备及管理现状难以在短时间内发生根本的改变，这是中国的国情；相反，研究单位必须走出象牙塔，认真研究水泥厂出现的问题并找到解决办法，让技术来适应水泥厂的现状。

1. 准确监控磨机工况是保证率值配料系统成功使用的基础 率值控制系统根据出磨生料成分来反馈调节原料配比，对于零点漂移、修改控制指标这样的低难度问题当然能顺利解决，但碰到磨机工况不稳定、原材料波动大等情况，如果系统设计不完善，胡乱判断，后果就只能是越调越乱。因为配料回调的前提是出磨生料成分是入磨各原料配比的正确反映，在磨机正常工作时，配料回调工作正常；当磨机发生饱磨或空磨时，出磨生料不再反映入磨各原料的配比，这时如果仍按原来方法调节，必然越调越乱。目前在成功应用率值配料系统厂家，化验室主任都瞪大眼睛日夜观察磨机工况，一旦发现磨机工况不正常就不回调，搞得比应用率值系统前还累。所以，只有实现磨机工况准确监控，才能保证率值配料系统成功使用。

2.二氧化硅、三氧化二铝测定难、速度慢是制约当前率值配料系统效果的主要原因 配料回调的关键在于速度要快，滞后1小时几十吨不合格生料就过去了，而且如果原料成分波动大，2小时的回调周期就失去了意义。 一般认为，二氧化硅对率值影响最大，必须测定，而现有的测定方法有X射线荧光法和化学法。

    从实际效果看，小型X射线荧光仪对硅这样的轻元素测定结果的精密度和稳定性随原料变化而变化，达不到满意效果；而大型X射线荧光分析仪价格在100万元左右，令立窑水泥厂望机兴叹。

    另一方面，经典化学分析法操作复杂、耗时，难以适应水泥生产控制的需要；即使中国建材研究院刘玉兵等人于1990年首创的二氧化硅快速测定法，也需要近30分钟左右才能完成一个样品的测定，加上取样、熔样、计算，还要花费一定的时间，要实现快速回调是不可能的。实际上水泥厂生产线较多，而控制组人员多，素质也参差不齐，工人普遍感到工作量大，结果稳定性差。