如何更好地进行生料质量控制

　　生料质量控制是干法水泥生产线实施水泥质量控制和保证窑稳定运转的重要环节，它包含了三方面的内容：原料计量、成分分析、配比调整。

　　生料质量控制应达到的基本目的：控制熟料的三个率值稳定。 

　　为达到生料质量控制的基本目，水泥企业在原料计量、成分分析方面均有设备投入，采用计算机控制生料质量就成为了水泥企业生料质量控制的发展方向。 

　　现状：成分配料与率值配料并存

　　生料质量控制系统有很多：日本IHI质量控制系统、丹麦史密斯QCX系统、伯利休斯POLAB系统、ABB—OS—CA—MLX、SINENS等等；国内的设计院等单位吸收了国外生料质量控制系统的一些优点，并结合我国国情及我国水泥厂工艺过程特点也开发了一系列生料质量控制系统。 

　　如此多的生料质量控制系统，究竟使用情况如何呢？

　　中、小型水泥企业：生料成分配料控制系统。由于中、小型水泥企业没有能力配置价格昂贵的X荧光分析仪，只能采用人工化学分析方法或钙铁分析仪测定出磨生料中CaO、Fe2O3含量。测定出磨生料CaO、Fe2O3含量成分作为生料质量控制指标的控制系统，称为生料成分配料控制系统。该系统以生料CaO、Fe2O3控制为目的，正确的使用能够得到较高的生料CaO、Fe2O3合格率，但是由于未考虑SiO2、Al2O3的控制，随着原料的SiO2、Al2O3变化，生料率值易发生较大的波动。该方法是对于三组分配料企业，仍有一定的价值；对于四组分配料的企业已无法满足生料配料要求。

　　大、中型水泥企业：生料率值配料控制系统。生料率值配料控制系统配置多元素分析仪，根据分析结果可进行生料率值的控制，控制周期为0.5～1h。控制策略以累计控制为主，辅以倾向控制。控制软件具备磨机的数学模型、累计产量和配比算法、原料成分推算、偏差计算、解配料方程组算法等等。实际上，生料率值合格率并非都能取得理想的效果，究其原因一般主要有原料波动大，均化效果低；荧光分析仪分析值发生偏差（尤其是SiO2、Al2O3值）等等原因。

　　生料率值配料控制系统有许多优点，但是生料质量控制是一个比较复杂的问题，生料率值配料控制系统是否能够保证我们高忱无忧呢？

　　弊病：原理与结构是根

　　生料质量控制系统的原理：首先生料配料控制系统根据各原料化学成分、煤灰的化学成分、煤的工业分析数据以及熟料要求的三率值和热耗进行配料计算，求出生料的KH、n、P三率值控制目标和石灰石、粘土、铁粉以及校正原料初始喂料配比，而后生料质量控制系统将各原料的初始配比传送给DCS控制系统控制电子喂料皮带秤进行喂料。由于原料成分的波动，系统每过一段时间从生料取样器中取出具有代表性的出磨生料样品和均化库出口生料样品，通过X荧光分析仪分析出它的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成份并自动传送给配料计算机。计算机算出一个周期内的实测KH、n、P以及它们与目标值之间的偏差，生料质量控制系统按一定的优化算法求出新的物料配比。在几个周期内将均化库出口生料三率值控制在要求的范围内，确保入窑生料KH、n、P三率值的合格率达到规定要求。

　　上述控制方案源于德国Polysius公司推出的POLAB系统，多年来被作为经典模式一直沿袭至今。

　　这种通用型控制系统作为一种成熟的技术，对出磨生料三率值的控制发挥了巨大的作用。但业内人士表示，实际使用中还有一些不尽如人意之处。

　　系统结构造成的“长滞后性”。一般情况下，控制调整的周期至少30分钟。这样就造成每次新的调整指令都是根据至少30分钟前出磨生料配料的成分波动情况而下达的。当执行该指令时，出磨生料已为成品入均化库，入磨原料成分也已发生了变化。这种现象被称为 “长滞后性”，它是系统的致命弱点。

　　生料库内形成不均匀料层。由于上述原因，生料均化库内会形成一个控制周期（0.5~1h）为界的不均匀料层，仅靠改变卸料方式或在小混合室中吹拌是很难将其均化均匀的。

　　使用环境要求高，土建投资大。X荧光分析仪及制样设备要求有高标准的机房和维护条件，需要有相应的土建及设备投资，有较多的专业技术人员和操作工人。若采用人工取样制样，则可能产生样品代表性的随机误差。

　　据了解，许多新型干法企业表示，水泥生料的均化效果不好。这些不尽如人意的地方就是造成均化效果较差的重要原因。
改进：经典与前卫对决 生料制备过程中均化效果较差，直接影响整条生产线生产的“均衡稳定”，造成产、质量得不到有效的保证。

　　经过业内专家、教授的研究和探讨，提出了一些解决办法。这些方案可分为两类，一类是对经典的通用系统结构进行小幅度的调整；一类是完全放弃经典的通用系统结构。

　　前者的代表是后置式生料质量控制系统。它的结构与通用型基本相似，只是用在线式四元素(Ca，Fe，Si，AI)分析仪取代X荧光分析仪，并取消了制样设备。该系统虽然还存在生料制备过程的滞后。但配料调整周期由通用型的30min/次缩短至3～5min/次，从而大幅度减少了生料均化库内不同成分料层的量与厚度（仅为普通型的l/6～1/10），且能较快地发现入磨原料成分波动，及时调整纠正。由于四元素分析仪是在线式安装，所以不需要专用机房，且不需要人工取、制样，节省了土建和人工费用。

　　该系统的关键问题是四元素分析仪的稳定性和可靠性必须得到保证，分析精度应满足控制要求，要有良好的后备服务支持。

　　后者的代表是前置式生料质量控制系统。该系统的结构与普通型完全不同：其将原置于出磨端测量粉状生料成分的分析仪，改为放置在入磨前，直接测量入窑皮带上各种块粒状原料成分。该系统彻底解决了通用性系统的“长滞后”问题以及由其引起的问题。

　　该系统的关键问题是由于测量的是块粒状混合原料，所以这种分析仪器使用穿透力很强的γ射线作为放射性测量源，因此必须全密封、防幅射。

　　选型时应注意γ射线源的半衰期，它决定了更换放射源周期的长短。

　　虽然该系统的优点很明显，但是目前，仍然存在着不少的问题，如：更换放射源的行政手续及具体操作都将有一定的难度；放射源的更换需专业人士操作，需另增加费用……

　　考核：指标与时间同行

　　尽管生料质量控制系统有着一些使用上的弊端，但是其在现代新型干法水泥生产中作用是人工操作无法比拟的。

　　生料质量控制系统的优劣，通过硬件的比较是很难分辨出来的。而关于生料质量控制系统控制策略、具体算法等等软件方面的内容，不同的系统有其自己的具体内容，各有所长，各具特色。

　　基于以上的原因，水泥企业在选用生料控制系统时，就必须对生料质量控制系统进行全方位、多角度的考核。

　　首先，必须明确生料质量控制系统的性能指标。所谓性能指标就是买方对卖方提供系统的技术要求或保证要求，这是买卖双方在合同谈判阶段无法回避的重要内容。

　　水泥质量控制系统专家张宏图先生指出，系统性能指标的提法比较混乱，有两种生料质量控制系统性能指标的提法值得商榷：一种是用出磨生料合格率的高低来评价系统性能优劣；另一种提法是用入窑生料成分的平均值和标准偏差作为系统性能的评价指标。

　　后者在理论上站得住脚，但实际用起来存在困难，主要是它把均化库的均化效果作为系统性能指标的因素之一，而控制系统的设计者难以把握这个因素，也就无法预先以明确定量的方式向用户做出承诺。

　　其次，系统仿真。校核系统性能的一个直观方法是对该系统进行仿真。生料质量控制系统比较复杂，对于较大型的生料制备过程，不可能允许在生产中随意调整、试验生料质量控制系统，以防造成质量事故。可见，这类系统的仿真研究十分必要。

　　在应用考核时，必须考核系统本身的调节控制功能，还要考核与系统配套的过程设备性能如何，如：配料秤的精度和稳定性，生料均化库的均化效果等。

　　在系统投入正常使用后，要对出磨和入窑生料成分定时记录，并做必要的统计分析。为此，系统应当提供出磨生料质量日报表和入窑生料质量月报表。日报表用于记录一天24个出磨生料样品的化学成分及率值，并由计算机自动对其进行最大值、最小值、平均值、目标值的统计计算。通过平均值与目标值的接近程度，可评价系统本身的性能优劣。

　　应当强调指出，对生料质量控制系统的应用考核，时间不能太短。短时间的数据不能说明任何问题，只有通过几个月的数据积累和统计分析。才能对系统性能及技术经济效益作出令人信服的客观评价。

　　细节：机器与人工协作

　　虽然国内外生料质量控制系统越来越先进，但是无论怎么先进的系统也必须是由人来控制。因此要进一步提高生料的质量，工作人员的责任心也是非常重要的。

　　如：化学成分分析时，必须保证样品的及时性、代表性和分析数据的准确性、样品的及时性。有部分企业由人工每小时取生料样品一次，配料系统将根据样品的化学分折结果，重新调整配比，以控制下一小时的生料质量。

　　取样过早，会影响样品的代表性；取样晚了，会造成系统“样品丢失”，使系统失去了一次调整配料方案的机会，仍按上一小时的配料方案配料。如果连续二次“样品丢失”，系统则自动关闭“自动”。所以取料人员必须根据系统终端给出的提示，严格遵守取料时间。

　　样品的代表性。每次取样后，取样器内剩余样品必须倒净。同样，样品放入振动磨中研磨后必须将磨内擦洗干净，以免取样器中剩余样品或磨内残余样品粉末混入下一个样品中，从而使样品失去代表性。

　　分析数据的准确性。为了确保分析数据准确，对X荧光分析仪要经常进行数据校正和重新标定，以处理各种仪器的物理效应，对各通道重新定义仪器的灵敏度，对仪器漂移做出补偿。

　　一般情况下，整个过程通过分析软件采用人机对话形式完成。如果工作人员没有责任心，随意而为，必定造成非常严重的后果。

　　如：在配料执行部分，必须保证秤（以申克秤为例）的称重精度和物料的连续性。

　　保证压力传感器洁净。申克秤秤体下面的压力传感器，经常被运行中所载物料所淹埋，影响重量的测量，形成假重量、假配料量。所以岗位人员必须经常清扫，保持压力传感器清洁。

　　定期标定申克秤。由于申克秤长时间连续运转，时常发生秤体传动皮带偏移，秤两侧压力不匀而影响秤的称重精度，所以必须对申克秤定期标定

　　保持物料的连续与稳定。由于物料的物理特性(如形状、含水量等)的影响，经常出现因下料口堵塞而形成断料和秤体上料面不稳定现象，严重影响了该物料的配料量。因此岗位人员必须严格执行巡检制度，发现问题及时处理。

　　细节决定成败，往往很小的一个失误就会造成生料合格率下降，从而导致水泥产、质量的下滑。这些问题，我们应该引起足够的重视。

　　发展：管理与控制一体

　　前置式生料质量控制系统，解决了生料均化库内不同成分料层的不均匀。同时，该系统降低了对矿山石灰石原料成分波动范围的控制要求，提供了矿产资源的利用率，有很高的社会经济效益。

　　有业内人士提出，如果各组分原料的成分含量事先能够在线检测，并能根据品位不同分堆存放，并把各堆堋相关数据随机存入配料控制计算机内，从而在入磨原料的成分波动控制上将会大大改善，可根据配料要求调入不同成分品位的原料，这样从原理上把预均化堆场的各种原料及不同成分的原料“大混合”的控制思想改变为不同品种不同成分的原料互相分开的“大分离”、“大分堆”的控制思想。不仅效果好，而且可以进一步探讨省去预均化堆场的可能性，进一步彻底革新传统新型干法水泥厂的原料配比控制的根本思路。

　　无论未来水泥厂生料控制系统如何发展，业内专家指出，它最终的形式应该是管理与控制一体化。

　　生料质量控制系统不仅能够实现生产的实时质量控制，而且还可以收集、储存海量的生产数据和质量数据；对这些宝贵的数据按照生产管理要求进行精简处理，通过信息化的网络，可以给生产管理者提供快速准确的各类管理报表，使得企业的生产管理达到现代化的信息化管理水平，使得水泥厂真正实现生产控制自动化、生产管理信息化。