中子活化水泥元素分析儀在某水泥公司自動配料過程的應用

張偉　張海濤

摘 要：為了有效提高生料和熟料質(zhì)量，增加企業(yè)效益，經(jīng)多方考察與對比，該水泥有限公司采購東方測控DF.5701.Ⅲ中子活化在線分析儀2臺用于生料自動配料，長期的使用效果證明中子活化在線分析儀的應用大幅提高了生料質(zhì)量，進而提高了熟料質(zhì)量、降低了熟料生產(chǎn)消耗，進而降低了熟料生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：中子活化在線分析儀；生料自動配料；生料標準偏差；熟料標準偏差

一、未使用中子活化在線分析儀前現(xiàn)場的生料制備工藝情況

該水泥有限公司是一條熟料日產(chǎn)量為5000噸的水泥生產(chǎn)線，由兩臺立磨共同為一窯供應生料。現(xiàn)場設(shè)有石灰石預均化堆場，但石灰石破碎后沿堆場內(nèi)固定的布料口單點下料，石灰石預均化堆場實際未發(fā)揮均化作用，石灰石品質(zhì)波動較大，生料制備過程中石灰石配料配方會在75%.95%之間變化，再加上現(xiàn)場采用每小時一次的X熒光質(zhì)量數(shù)據(jù)指導生料配料生產(chǎn)，使用X熒光質(zhì)量數(shù)據(jù)指導生產(chǎn)存在著取制樣誤差和時間遲滯等問題，所以導致現(xiàn)場的出磨生料合格率較低，入窯生料成分波動較大，窯系統(tǒng)的穩(wěn)定性不強等問題。

二、現(xiàn)場針對自身工藝情況所尋求的解決辦法

現(xiàn)場在展會上見到了由丹東東方測控技術(shù)股份有限公司自主研發(fā)的“中子活化水泥元素在線分析儀”這款產(chǎn)品，并在業(yè)內(nèi)早已聽聞這款產(chǎn)品已經(jīng)在很多水泥廠廣泛成功應用，現(xiàn)場了解到中子活化水泥元素在線分析儀采用中子活化瞬發(fā)γ分析（PGNAA）技術(shù)，采用跨皮帶的安裝方式，能對通過皮帶的混合料實時進行全元素無接觸在線檢測，并且整個檢測過程無需采樣、制樣和化驗，每分鐘就能輸出一次檢測結(jié)果，中子活化自動配料系統(tǒng)會根據(jù)每分鐘的檢測結(jié)果自動計算出每臺生料配料秤的下料量，高科技的檢測控制系統(tǒng)完全實現(xiàn)了自動化的閉環(huán)配料控制體系。中子活化水泥元素在線分析儀在行業(yè)內(nèi)的廣泛成功應用已經(jīng)證明它可以徹底解決進廠原料成份波動大和配料不穩(wěn)定的問題，所以現(xiàn)場決定采購此款設(shè)備來解決自己水泥廠生料配料方面存在的諸多問題，通過對各在線分析儀廠家的考察對比和業(yè)內(nèi)咨詢，丹東東方測控自主研發(fā)的設(shè)備理念較為先進，檢測分析系統(tǒng)的自動配料系統(tǒng)均為自主開發(fā)，并堅持為企業(yè)量身定制，且決定在線分析儀性能的元器件均選用國際專業(yè)制造商的產(chǎn)品，最終選則定購了丹東東方測控DF.5701.Ⅲ中子活化在線分析儀兩套。設(shè)備的組成示意圖如下：

三、基本原理

采用中子活化瞬發(fā) γ 分析（PGNAA）技術(shù)。慢化后的熱中子照射水 泥物料，物料中各元素原子核與中子發(fā)生熱中子俘獲反應，放射出不同 能量的特征 γ 射線，通過檢測特征 γ 射線的能量辨識物料中元素種類，通過檢測特定能量 γ 射線的強度得出元素含量。

四、現(xiàn)場安裝

如圖3所示，在線分析安裝于配料站后混合物料皮帶上，采用跨皮帶的安裝方式，安裝過程不需要對皮帶進行切割，模塊式框架結(jié)構(gòu)的測量裝置除起到支撐作用外還具有兩個重要作用，一是對中子源進行輻射防護，使儀表周圍劑量率達到國家輻射安全標準，保證工作人員的健康安全，二是對γ探測器進行有效屏蔽，降低干擾。

五、設(shè)備標定

在線分析的標定工作由實驗室標定和現(xiàn)場標定兩部分組成。實驗室將單質(zhì)樣放入分析儀內(nèi)進行測量，得到譜庫，程序根據(jù)譜庫自動完成解譜計算。現(xiàn)場標定工作分為靜態(tài)標定和動態(tài)標定兩個步驟完成，靜態(tài)標定是將六組標準樣按照現(xiàn)場實際載荷分別放進分析儀內(nèi)各測量60分鐘，待六組標準樣測量完畢后計算得到靜態(tài)標定參數(shù)K、B值。動態(tài)標定需要現(xiàn)場質(zhì)量部門配合連續(xù)取有代表性出磨生料樣品不少于30組做化驗室分析，分析儀數(shù)據(jù)與之對比標定，調(diào)整斜率與截矩并輸入到“動態(tài)標定參數(shù)”內(nèi)。

六、DF.5701.Ⅲ中子活化水泥元素在線分析儀在該水泥有限公司的應用效果

中子活化水泥元素在線分析儀投入使用后運行穩(wěn)定，檢測精度和自動配料效果完全達到了客戶的預期值，現(xiàn)場的生料和熟料質(zhì)量均得到了顯著提高，中子活化水泥元素在線分析儀在現(xiàn)場的成功應用得到了客戶的一致好評，客戶期待在線分析儀使用后生料飽和比的標準偏差能降低到0.035，在線分析儀投入運行后生料飽和比標準偏差實際降低到0.026，且熟料飽和比的標準偏差也由從前的0.025降低到了0.007；2018年6、7月份使用在線分析儀后與2017年6、7月份沒使用在線分析儀前的同期對比數(shù)據(jù)顯示，在線分析儀投入使用后熟料的3天強度平均提高了0.85兆帕，熟料的28天強度平均提高了1.65兆帕；2018年6月使用在線分析儀后與2017年6月沒使用在線分析儀前的同期對比數(shù)據(jù)顯示，在線分析儀投入使用后實物煤耗降低了3.09，標準煤耗降低了2.19。

七、結(jié)論

（1）由丹東東方測控技術(shù)股份有限公司自主研發(fā)的中子活化水泥元素在線分析儀在現(xiàn)場投入使用后能大幅降低生料的標準偏差，進而降低入窯生料的成分波動且能大幅降低熟料飽和比的標準偏差，降低熟料生產(chǎn)能耗，提高熟料的強度，增加企業(yè)效益。

（2）在線分析儀的使用，提高了企業(yè)自動化水平，提高了企業(yè)生產(chǎn)、質(zhì)量管理水平，能夠充分挖掘企業(yè)潛力，提高企業(yè)市場競爭力，在節(jié)能、減排、增效、智能等方面，在線分析儀有著積極的推廣意義及應用前景。

基金項目：遼寧省“百千萬人才工程”資助項目（遼百千萬立項[2015]9號）

作者簡介：張偉（1980.），男，漢族，黑龍江密山縣人，本科，1998年7月畢業(yè)于吉林大學，丹東東方測控技術(shù)股份有限公司副總工程師，教授研究員級高級工程師，遼寧省“百千萬人才”百人層次，享受國務院特殊津貼，主要從事同位素在線檢測儀表的研發(fā)工作。