生料質量控制分析儀的選擇

程益中

（宜興市鑫祥建設材料研究有限公司，江蘇宜興 214200）

筆者親歷了立窯到新型干法窯的過渡，深感生料過程質量控制手段的選擇對新型干法生產線合理投資與生產至關重要?，F陳述體會如下，歡迎批評指正。

1 生料質量控制的手段

我國現有生料過程質量控制手段有下面幾種：

（1）以碳酸鈣滴定值控制CaO；

（2）以鈣量儀控制CaO；

（3）以鈣鐵儀控制CaO、Fe2O3；，

（4）以四元素分析儀控制CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3；

（5）以多通道X射線熒光分析儀有選擇性地控制更多的氧化物。

控制手段的選擇往往具有明顯的企業特征。外資企業、國內大型水泥集團新線選擇第五種；原來的立窯企業升級上新型干法生產線，一部分企業選擇第五種，另一部分選擇第四種；產能大的立窯企業，一部分選擇第四種，另一部分選擇了第三種；生產能力小的立窯企業及建廠年代很遠的生產線則選擇第一種。鈣量儀使用的廠家很少。發達國家的新型干法生產線一般都選用第五種。國內控制手段多樣性與國外發達國家的單一性對比分明。

2 工藝學原理

鑒于國內控制手段的多樣性及其背后的控制思想體現出來的工藝學原理的模糊性，有必要簡述一下生料質量控制的工藝學原理。

眾所周知，控制生料質量是為了煤料對口，使熟料的各項指標符合要求，同時又利于煅燒。為此，要在總量和比例兩個方面控制熟料的四大礦物成分C3S、C2S、C3A、C4AF,使它們的總量累計百分比數不至于過低,且它們之間的含量比例波動控制在較窄的范圍內。這四大礦物成分由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四種主要氧化物化合而成。既為化合，就有一個氧化物之間的數量比例問題，KH、n、P正是這種比例關系的描述。KH、n、P三率值經科學實驗考證，經受住長期的生產實踐檢驗，頗有權威性。

根據水泥工藝學原理，由KH、n、P三率值與四種主要氧化物的關系式可推得：

由以上三式變換可得以四種主要氧化物中任一氧化物為基數的四種主要氧化物含量比例關系公式。這里以Fe2O3為基數，關系式為：

該式證明：KH、n、P一經確定，四種主要氧化物含量的比例關系隨之確定；當這四種主要氧化物在物料中的總量比例變化時，為維持KH、n、P不變（即維持四大氧化物間的含量比例不變），各氧化物含量必隨之增減；對四種主要氧化物之中的一兩種氧化物進行控制以維持其穩定而置其它主要氧化物于不顧，會使KH、n、P在數學關系上處在不定狀態；當四種主要氧化物在物料中的總量比例變化時，對其中的一兩種主要氧化物進行控制以維持其穩定的含量，則在數學關系上肯定使KH、n、P生變。在我國水泥界長期盛行著以碳酸鈣滴定值控制生料質量，認為“通過CaCO3可相對控制生料的石灰飽和系數”。出磨生料與入窯生料質量控制要求，依照《水泥企業質量管理規程》，控制項目分別有CaO（TCaCO3），Fe2O3和CaO（TCaCO3）。我國學術界還流行“穩定生料成分”的觀點。從以上數學關系來分析，這些工藝方面我們長期沿用的“經驗”或者“理論”都是十分值得商榷的。

3 控制手段分析

選擇用碳酸鈣滴定手段，首先有MgO干擾問題，但更為重要的是和鈣量儀手段一樣，即使控制了生料的CaO，因SiO2、Al2O3,、Fe2O3未加以控制，KH、n、P不可能保證穩定。尤其是n、P根本未觸及CaO，它們只涉及SiO2,Al2O3,Fe2O3三種主要氧化物的含量比例關系，根本不關CaO什么事。僅對CaO進行控制就要求KH、n、P三率值穩定（即CaO:SiO2:Al2O3:Fe2O3比值穩定），對原料化學成分的比例和穩定性提出了嚴苛的要求。如果生料的四種主要氧化物總含量百分比波動，穩定了CaO就喪失KH、n、P三率值的穩定。因為此時穩定了CaO，就破壞了四種主要氧化物的比例關系。鈣鐵儀雖然增加了Fe2O3的控制內容，但SiO2、Al2O3仍未控制，CaO:SiO2:Al2O3:Fe2O3的比例關系仍然未能確定，對KH、n、P進行控制還是難以落實到位。

顧名思義，四元素分析儀從理論上講足以控制KH、n、P，但從使用情況看，它對Al2O3、SiO2檢測穩定性差，漂移嚴重，有時感到它跟鈣鐵儀的作用差不多，可信的僅有CaO、Fe2O3。生產中有時出現時段性漂移，有時則出現出磨生料和入窯生料的三率值對應性差，無規律可循。另外，四元素分析儀限于分析四種主要氧化物，少量其它氧化物一概提供不了含量，而它們在熟料性能指標及煅燒中的作用是不能不重視的。這涉及到KH、n、P數值選擇的正確性問題。下面以MgO為例詳細地進行探討。

硅酸鹽水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四種主要氧化物組成，它們的相加總量為94%左右，同時會有大約5%的少量其它氧化物，如MgO、SO3、K2O、Na2O、TiO2、P2O5等。其中，MgO含量相對較高且往往波動較大。因原料中MgO含量上升而相應地調整配料，MgO必定占用別的氧化 物含量比例，被占用的各氧化物的量取決于它在熟料中的含量?，F代生產的硅酸鹽水泥熟料四種主要氧化物的波動范圍是：CaO60%～67%，SiO220%～24%，Al2O34%～9%，Fe2O32.5%～6.0%。MgO含量上升通常使四種主要氧化物的總量下降，各下降量由大到小的排列順序一般為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。其中，CaO接近三分之一的MgO上升量；SiO2次之，約MgO上升量的五分之一多點。這意味著：如果KH、n、P維持不變，但因CaO、SiO2含量下降，使熟料的硅酸鹽礦物含量減少；根據熟料液相量的計算式，增加MgO即增加了液相量，煅燒中表現為易結大塊，不利燒成?？傊炝闲阅苤笜讼陆?，且煅燒不順，暴露出新情況下原來的三率值指標已不適宜。可見四元素分析儀在入廠原料的次要成分波動時適應性差，在本該調整率值指標時未能及時發現，更談不上調整。同上述其它低級分析儀一樣，四大元素分析儀仍要求化學全分析作質量控制的補充手段。所以，其分析結果的全面準確性欠缺和時間滯后兩大矛盾均依然十分尖銳。

多通道X射線熒光分析儀以分析結果的全面、準確、快速的優勢,較好地解決了這兩個矛盾，使生料的質量控制精細及時。遇到前面講到的MgO上升的場合，它可以及時發現原率值已經不適應新情況，即可提高硅酸鹽礦物的設計值，適度降低Fe2O3含量，使液相量和液相粘度回復到合理范圍之內。當然它的價格昂貴。

由此可知：穩定一兩種主要氧化物的控制思路不科學不合理；穩定化學成分的控制思路不大現實；穩定三率值的思路要提高其靈活性。

4 結束語

我國的新型干法生產技術已經取得了極大的成功。部分生產線存在的不足之處在生料制備方面問題比較尖銳：其一，是均化不到位；其二，即為生料質量控制分析儀的選擇配置不當。尤其是立窯企業改建的相當部分企業往往是老眼光、老思路、老經驗，經濟上算小帳不算大帳。結果，選錯了生料質量控制分析儀，使生產長期被動。教訓深刻，當引以為戒。

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