利用熒光分析實現水泥混合材摻加量的準確控制

范誠

1 引言

水泥混合材摻加量的準確控制對出磨水泥的質量穩定具有重大影響。采用水泥組分測定儀測定水泥混合材摻加量，測定時間較長，且對摻加多種混合材的水泥，其測定結果存在一定誤差。針對我公司P·C32.5水泥生產過程中混合材摻加量的瞬時控制難題，筆者總結出利用熒光分析數據實現水泥混合材摻加量的準確控制的方法，具有方便、快速、準確的特點，較好地解決了這一質量控制難題。

2 方案設計

我公司從2011年初開始，針對水泥低端民用市場在粉磨分廠開發生產P·C32.5水泥。除熟料、脫硫石膏外，混合材有石灰石、粉煤灰、礦渣（礦渣粉）三種。在生產初期，由于配料秤種類和數量較多，為了有效控制出磨水泥質量，混合材摻加量的瞬時檢測采用人工接料稱量測算的方法，這種方法雖然準確性較高，但費時費力。后來考慮用鈣鐵分析儀測定Ca含量的方法，但由于熟料與石灰石中Ca含量相差不大，二者有一定互補性，因此該方法被否決。受此方法啟發，我公司開始考慮水泥化學分析中是否有其他元素與熟料摻加量存在較好的相關性，為此進行了以下實驗：

（1）用熒光儀對所有水泥入磨原材料進行全分析，以我公司現行P·C32.5配比為核心，模擬各種原材料出現波動的35種不同狀態，通過電腦計算出不同配料狀態下，出磨水泥的各種化學成分和率值。在生產過程中，因SO3屬于例行控制項，在此默認石膏處于穩定狀態，僅就其余原材料模擬波動（表1、表2）。

（2）利用excel的計算功能，分析不同配比狀態下水泥各化學成分、率值與熟料摻加量的相關性。具體操作為：在空白單元格中插入函數，選擇統計函數CORREL，將表2中“熟料”所在列數據設為第一組數據，將“燒失量”所在列數據設為第二組數據，點擊確定，所得值-0.4即為“燒失量”與“熟料”的相關系數。依次使用該函數可得到不同配比狀態下水泥各化學成分、率值與熟料摻加量的相關系數（表3）。

由表3分析可知，率值AM與熟料摻加量的相關性最好（由于Cl-含量較低，數值變化微小，不予考慮）。一般認為相關系數絕對值大于0.85就說明兩個因素之間有很好的相關性。“-0.90”表示鋁率AM與熟料摻加量負相關。

（3）利用excel函數，找出相關性最好的兩因素之間的線性擬合關系式。具體操作為：分別使用斜率函數SLOPE、截距函數 INTERCEPT，將“熟料”所在列數據設為應變量數組，將“AM”所在列數據設為自變量數組，得出斜率為-18.74，截距為115.17，即二者的關系式為：熟料%=-18.74×AM+115.17。

（4）按以上思路分析，可分別得出我公司P·C32.5水泥化學分析項與石灰石摻加量、粉煤灰摻加量、礦渣摻加量的相關系數（見表4）。去除鉀、鈉和氯離子等微量項，得出燒失量與石灰石含量相關系數為1.0，完全相關；SM與粉煤灰含量相關系數為-0.97；MgO與礦渣含量相關系數為0.99；用斜率函數SLOPE、截距函數INTERCEPT得出關系式為：

石灰石%=2.42×燒失量-4.86

粉煤灰%=-50.46×SM+108.78

表1 原材料化學成分，%

表2 水泥配比、化學成分（%）及率值

礦渣%=11.16×MgO-20.54

（5）驗證誤差。將上述各式代入表2的化學分析數據中，計算各種混合材摻加量，將計算結果與模擬狀態配比進行比較，發現結果一致性較高，各種混合材摻加量最大誤差未超過1.0%，單獨用AM預測熟料摻加量在特殊極端情況下最大誤差為2.71%，但綜合測算各種混合材摻加量進行修正，仍會得到準確的結果（各計算誤差見表5）。

3 結論

（1）實驗表明，水泥化學分析中一些分析項與水泥某種混合材摻加量之間具有很好的相關性，運用數理統計方法可建立二者之間的關系式。在生產過程控制中利用熒光分析儀出磨水泥瞬時樣全分析結果，將相關元素測定值代入預先建立的關系式中，即可迅速推導出對應混合材的實時摻加量。這一方法具有準確性高、方便、及時的特點，通過我公司近一年來的應用證明，控制效果較好。

表3 水泥化學成分與熟料摻加量的相關系數

表4 水泥化學成分與水泥各原材料摻加量的相關系數

表5 預測結果誤差演算表

（2）生產過程中各種入磨原輔材料的所有成分均處于波動狀態，而其特征成分與出磨水泥關系成分之間的相關系數較為穩定。隨著各種先進檢測手段的普及應用，各種原材料的成分波動處于實時掌控之中。我們可及時更新原輔材料的化學分析值，實時修正各關系式的參數，使測算值與實際誤差控制在很小的范圍內，從而正確指導生產進行。

（3）目前熒光分析儀在水泥企業的使用已相當普及，但大多數企業的水泥熒光分析結果僅使用MgO、SO3、Cl-等出廠質量控制指標，其余分析項未充分利用。本方法充分利用了原熒光分析數據，不需增加工人和儀器的工作量，僅用預先建立的關系式便可及時、準確地控制水泥各種混合材摻加量及摻加總量，對出磨水泥的質量控制起到重要作用。■