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量，增加企業效益，經多方考察與對比，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量，進而提高了熟料質量、降低了熟料生產消耗，進而降低了熟料生產成本。

關鍵詞：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場的生料制備工藝情況

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

二、現場針對自身工藝情況所尋求的解決辦法

現場在展會上見到了由丹東東方測控技術股份有限公司自主研發的“中子活化水泥元素在線分析儀”這款產品，并在業內早已聽聞這款產品已經在很多水泥廠廣泛成功應用，現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γ分析（PGNAA）技術，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果，中子活化自動配料系統會根據每分鐘的檢測結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完全實現了自動化的閉環配料控制體系。中子活化水泥元素在線分析儀在行業內的廣泛成功應用已經證明它可以徹底解決進廠原料成份波動大和配料不穩定的問題，所以現場決定采購此款設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內咨詢，丹東東方測控自主研發的設備理念較為先進，檢測分析系統的自動配料系統均為自主開發，并堅持為企業量身定制，且決定在線分析儀性能的元器件均選用國際專業制造商的產品，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。設備的組成示意圖如下：

三、基本原理

采用中子活化瞬發 γ 分析（PGNAA）技術。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，模塊式框架結構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、設備標定

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

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定，檢測精度和自動配料效果完全達到了客戶的預期值，現場的生料和熟料質量均得到了顯著提高，中子活化水泥元素在線分析儀在現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據顯示，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據顯示，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、結論

（1）由丹東東方測控技術股份有限公司自主研發的中子活化水泥元素在線分析儀在現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，降低熟料生產能耗，提高熟料的強度，增加企業效益。

（2）在線分析儀的使用，提高了企業自動化水平，提高了企業生產、質量管理水平，能夠充分挖掘企業潛力，提高企業市場競爭力，在節能、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月畢業于吉林大學，丹東東方測控技術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工作。