0引言
生料成分的穩(wěn)定是水泥窯系統(tǒng)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)和前提條件，為此新型干法窯生產(chǎn)中，通過原料預(yù)均化、生料配料控制、生料均化等一系列工藝環(huán)節(jié)來保證生料的化學(xué)成分符合設(shè)計(jì)需要，并維持其穩(wěn)定。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，大部分工廠的生料質(zhì)量由化驗(yàn)室進(jìn)行控制，而生料產(chǎn)量由生產(chǎn)車間完成。生產(chǎn)車間的人員在操作中往往只關(guān)注磨機(jī)產(chǎn)量，根據(jù)磨機(jī)工作狀況頻繁大幅度加減產(chǎn)量，磨機(jī)工況時(shí)常變化，甚至出現(xiàn)飽磨等非正常工況，認(rèn)為生料成分的波動(dòng)全是由于原料成分變化或原料配比調(diào)整失誤造成，忽視了粉磨過程對(duì)生料成分的影響，給化驗(yàn)室的生料質(zhì)量控制帶來很大困難。
本文分析和討論了生料粉磨過程中，磨機(jī)操作和工況等非原料化學(xué)成分因素所造成生料成分波動(dòng)的原因，通過實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)比較了這些因素對(duì)立磨和閉路球磨影響的大小，并提出了在粉磨過程中減少生料成分波動(dòng)的措施。
1 磨機(jī)操作和工況對(duì)生料成分穩(wěn)定性的影響
1.1開停磨對(duì)生料成分穩(wěn)定性的影響
生料的粉磨過程包括了各種原料(石灰石、頁(yè)巖和硫酸渣等)的配料、磨細(xì)以及混合均勻的過程。由于各種原料的化學(xué)成分和易磨性不一致，在磨內(nèi)完成破碎、磨細(xì)直至達(dá)到生料細(xì)度要求所需的時(shí)間也不一樣，所以生料成分從開始喂料至達(dá)到穩(wěn)定需要一定時(shí)間。
以石灰石、頁(yè)巖和硫酸渣三組分配料為例，硫酸渣和頁(yè)巖的易磨性好，在磨機(jī)內(nèi)粉磨很短時(shí)間便可達(dá)到細(xì)度要求出磨，而石灰石易磨性相對(duì)較差，粉磨時(shí)間較長(zhǎng)。因此空磨剛開始喂料時(shí)，先出磨的生料中Fe2O3、Si02、Al2O3含量高，而Ca0含量低，并且出磨的生料量也很小，隨著繼續(xù)喂料和粉磨，越來越多的石灰石磨細(xì)并出磨，生料中Ca0含量逐漸升高，并最終達(dá)到穩(wěn)定，磨機(jī)進(jìn)入平衡狀態(tài)。
圖1為立磨和閉路球磨開始喂料后，每5min取樣1次，生料Ca0含量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，由XRF測(cè)定得到。
圖1? 立磨和閉路球磨喂料后出磨生料Ca0含量變化
由圖l可見，無論立磨或者球磨，喂料后都需要一定時(shí)間才能達(dá)到平衡粉磨，立磨達(dá)到平衡所需要時(shí)間短，約l5min，而閉路球磨所需要時(shí)間長(zhǎng)，約35min。
磨機(jī)進(jìn)入平衡粉磨后，如果考察磨內(nèi)積存物料的比例，難磨原料所占比例最多，而易磨物料所占的比例較少。保持原料比例和喂料量不變，磨內(nèi)物料不斷粉磨好出磨，新喂入的物料進(jìn)入磨內(nèi)，兩者達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。如果停止喂料，磨機(jī)保持運(yùn)轉(zhuǎn)，磨內(nèi)未粉磨好的石灰石磨細(xì)并出磨，出磨生料中Ca0含量會(huì)突然升高。如果大幅度增加或者減少喂料量也會(huì)使平衡打破，而建立新的平衡狀態(tài)需要一段時(shí)間，將造成出磨生料化學(xué)成分的波動(dòng)。
由以上分析可知，盡管粉磨過程遵循著物質(zhì)守恒定律，但由于各種原料的成分和易磨性不同，使得開始喂料后到磨機(jī)達(dá)到平衡狀態(tài)需要一定的時(shí)間，達(dá)到平衡狀態(tài)后的出磨生料成分才能真實(shí)反映原料配合比。停止喂料、大幅度增加或減少喂料量都將使平衡狀態(tài)發(fā)生變化，造成生料成分的波動(dòng)。
1.2 飽磨對(duì)生料成分穩(wěn)定性的影響
磨機(jī)飽磨后，磨內(nèi)的料球比失衡，料多球少，粉磨效率則嚴(yán)重下降。此時(shí)易磨性差的原料難以得到粉磨，積累在磨內(nèi)，而部分易磨性好的原料還可磨細(xì)出磨，出磨生料成分將發(fā)生變化。一般處理飽磨的辦法是強(qiáng)化通風(fēng)、減少喂料甚至停料，直到磨內(nèi)料球比恢復(fù)正常，于是原先積累的難磨物料逐漸被磨細(xì)出磨。因此隨著出現(xiàn)飽磨、停止喂料處理到恢復(fù)正常喂料，出磨生料成分將出現(xiàn)一次劇烈波動(dòng)。
以石灰石、頁(yè)巖和硫酸渣配料為例，剛開始飽磨時(shí)，生料Ca0含量偏低，而Si02、Al2O3、Fe203含量偏高。發(fā)現(xiàn)飽磨停止喂料后，出磨生料的Ca0含量又會(huì)突然升高，而Si02、Al2O3、Fe203含量偏低。對(duì)于磨內(nèi)流速快的粉磨系統(tǒng)如風(fēng)掃磨，飽磨處理較快，一般1-2h左右能恢復(fù)正常，而對(duì)于磨內(nèi)流速較慢的中卸磨系統(tǒng)，需要2～3h甚至更長(zhǎng)時(shí)間生料成分才能恢復(fù)正常。
圖2為某廠生料閉路球磨出現(xiàn)飽磨時(shí)，生料LSF的變化。圖中LSF由XRF測(cè)定生料成分計(jì)算得到，磨機(jī)產(chǎn)量為實(shí)際喂料量，每小時(shí)記錄1次DCS系統(tǒng)的累積喂料量后計(jì)算得到。
圖2? 磨機(jī)飽磨后生料LSF和磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量變化
由圖2可見，剛飽磨時(shí)，LSF先下降，隨著減少喂料量操作，LSF突然升高，并持續(xù)2h。經(jīng)過3h調(diào)整后生料成分才恢復(fù)正常。
1.3 增減喂料量對(duì)生料成分穩(wěn)定性的影響
目前，生料的配料計(jì)量一般采用電子皮帶秤，其 原理是通過標(biāo)定建立喂料量與皮帶轉(zhuǎn)速、壓力之間關(guān)系系數(shù)，工作時(shí)測(cè)定皮帶轉(zhuǎn)速和壓力，從而計(jì)算出喂料量，并通過調(diào)整皮帶轉(zhuǎn)速來控制物料的給料量。在實(shí)際應(yīng)用中，壓力傳感器的輸入輸出特性大都存在非線性，且易受工作環(huán)境溫度的影響，皮帶秤標(biāo)定一般都采用靜態(tài)標(biāo)定而并不是整個(gè)計(jì)量區(qū)問的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，使得其在整個(gè)計(jì)量區(qū)間中存在著非線性誤差。
生料配料時(shí)，通常是3臺(tái)或者4臺(tái)電子皮帶秤同時(shí)進(jìn)行配料，化驗(yàn)室通過測(cè)定化學(xué)成分后對(duì)生料配合比進(jìn)行調(diào)整，盡管每個(gè)秤都有一定誤差，在幾次測(cè)定和調(diào)整后仍然可獲得所設(shè)計(jì)成分的生料。此時(shí)實(shí)際原料配比和理論配比往往存在較大差別，其原因除了實(shí)際原料的化學(xué)成分和水分與理論計(jì)算的差異外，計(jì)量設(shè)備的誤差也是其中一個(gè)重要因素。在原料成分和原料配比都沒有變化的情況下，如果大幅度增加或者減少磨機(jī)的總喂料量，由于電子皮帶秤的非線性誤差，將使實(shí)際人磨的配比發(fā)生改變，從而造成出磨生料成分的變化。
以石灰石、頁(yè)巖和硫酸渣配料為例，假如原配比為石灰石85%、頁(yè)巖10%和硫酸渣5%，當(dāng)磨機(jī)總喂料量為300t/h時(shí)，石灰石秤的喂料量為255t/h、頁(yè)巖30t/h和硫酸渣15t/h。如果配比不變，磨機(jī)喂料量由300t/h調(diào)整為200t/h，配料秤無誤差時(shí)各種原料的喂料量應(yīng)變?yōu)槭沂?70t/h、頁(yè)巖20t/h和硫酸渣l0t/h。實(shí)際配料秤或多或少都存在一定的非線性誤差，尤其是石灰石秤，喂料量由255t/h大幅度調(diào)整為170t/h時(shí)，很難精確調(diào)整到位。假設(shè)石灰石秤調(diào)整后實(shí)際的喂料量為l80t/h而非理想的170t/h，頁(yè)巖和硫酸渣無誤差，則調(diào)整后磨機(jī)的實(shí)際總喂料量為210t/h，其中各原料配比為：石灰石85.7%、頁(yè)巖9.5%和硫酸渣4.8%，已經(jīng)發(fā)生了改變。
某水泥廠生料粉磨系統(tǒng)采用破碎機(jī)加閉路球磨機(jī)，破碎機(jī)突然故障后僅用球磨機(jī)粉磨時(shí)，喂料量由220t/h降為120t/h，當(dāng)時(shí)預(yù)均化堆場(chǎng)取料正常，各原料無異常變化，生料成分卻突然發(fā)生較大波動(dòng)，經(jīng)化驗(yàn)室3次調(diào)整后生料成分恢復(fù)正常，前后石灰石配比相差達(dá)6%之多，事后經(jīng)分析確認(rèn)是由于石灰石秤的非線性誤差所造成。該廠磨機(jī)喂料量對(duì)生料配比的影響見表1。
由此可見，由于計(jì)量誤差的存在，大幅度調(diào)整產(chǎn)量后將使生料的實(shí)際配比產(chǎn)生變化。而實(shí)際上每個(gè)秤在大幅度調(diào)整喂料量時(shí)都會(huì)有一定的非線性誤差，使實(shí)際配比的變化更加復(fù)雜，造成生料成分的波動(dòng)。
2 磨機(jī)操作和工況影響生料成分穩(wěn)定性的相應(yīng)措施
2.1減少磨機(jī)啟停次數(shù)
在實(shí)際生產(chǎn)中，如果磨機(jī)能保持長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)，剛開始喂料尚未達(dá)到平衡粉磨狀態(tài)時(shí)的10-30min內(nèi)出磨生料成分的異常可忽略不計(jì)。但如果磨機(jī)頻繁啟停(例如剛開始磨機(jī)運(yùn)行調(diào)試時(shí))，對(duì)生料成分的穩(wěn)定必然造成影響。有些工廠磨機(jī)富余能力大，避峰電價(jià)時(shí)進(jìn)行生料粉磨，每天都要啟停一次磨機(jī)，這時(shí)，可縮短停磨前的停止喂料時(shí)間，磨內(nèi)剩余的存料可以減少下次開機(jī)重新達(dá)到平衡粉磨的時(shí)間。
2.2 保持磨機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)和穩(wěn)定的喂料量
保持磨機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于使用球磨機(jī)進(jìn)行生料粉磨的水泥廠尤為重要，操作員應(yīng)注意觀察磨音信號(hào)、磨機(jī)運(yùn)行電流、入磨物料的性質(zhì)變化，保持適當(dāng)?shù)奈沽狭浚苊獬霈F(xiàn)飽磨等非正常粉磨狀況。
立磨運(yùn)行時(shí)可通過風(fēng)量、磨輥壓力、噴水量、喂料量、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速等的多種手段進(jìn)行調(diào)整，立磨物料在磨內(nèi)流速快，達(dá)到平衡所需要時(shí)間短，但生產(chǎn)中操作員往往不注意保持喂料量的穩(wěn)定。實(shí)際上，頻繁增加或減少磨機(jī)喂料量不但造成生料成分波動(dòng)，而且對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)也不利。
2.3 化驗(yàn)室與生產(chǎn)部門之間加強(qiáng)協(xié)調(diào)
化驗(yàn)室進(jìn)行生料質(zhì)量控制時(shí)，每小時(shí)取1次生料的平均樣進(jìn)行成分檢測(cè)，并以此為依據(jù)對(duì)原料的配比進(jìn)行調(diào)整。如果由于磨機(jī)工況或操作的變化導(dǎo)致生料成分突然波動(dòng)，化驗(yàn)室依據(jù)異常生料樣進(jìn)行調(diào)整，會(huì)導(dǎo)致生料成分忽高忽低，難以穩(wěn)定下來。
為避免開停機(jī)的異常生料成分對(duì)調(diào)整的干擾，應(yīng)合理安排開停機(jī)時(shí)間，在開機(jī)15min或30min后清取樣桶，將異常樣倒掉，取磨機(jī)達(dá)到粉磨平衡后的出磨生料樣作為調(diào)整的依據(jù)。
生產(chǎn)車間在磨機(jī)出現(xiàn)飽磨等異常工況時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知化驗(yàn)室，以防誤調(diào)整。在磨機(jī)出現(xiàn)不正常，被迫大幅度減少或增加產(chǎn)量時(shí)，也應(yīng)通知化驗(yàn)室，以便根據(jù)實(shí)際情況做出合理調(diào)整。
3 結(jié)論
1)由于原料易磨性和化學(xué)成分的差別，各種物料同時(shí)喂入磨機(jī)后，需要一定時(shí)間才能達(dá)到粉磨平衡。在生產(chǎn)中如果粉磨平衡狀態(tài)不能保持，將導(dǎo)致非原料成分變化因素造成的生料成分波動(dòng)。
2)磨機(jī)飽磨和飽磨后的停止喂料處理，將嚴(yán)重破壞磨機(jī)內(nèi)部的粉磨平衡狀態(tài)，使出磨生料成分出現(xiàn)劇烈波動(dòng)。
3)大幅度增減磨機(jī)喂料量，不但破壞了磨機(jī)粉磨的平衡狀態(tài)，而且計(jì)量設(shè)備的非線性誤差將使實(shí)際入磨原料配比發(fā)生變化，從而造成生料成分的波動(dòng)。
4)穩(wěn)定的磨機(jī)工況和喂料量，是生料質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，化驗(yàn)室質(zhì)量控制與生產(chǎn)車間操作必須密切配合，才能提高生料化學(xué)成分的穩(wěn)定性和控制水平。
作者：黃赟，林宗壽