γ 射線在線分析儀在生料配料系統中的應用

譚建春，張林，蘆國峰

我公司有兩條5 000t/d 水泥熟料生產線，配備有4 臺HRM3400 型輥磨，預分解窯規格為φ4.8m×72m。近年來，水泥生產原材料供應日趨緊張，質量參差不齊，嚴重影響了生料配料穩定性及水泥熟料質量。為有效應對原材料供應變化，2019 年8 月，我公司在使用熒光分析儀手工配料的基礎上，引進了γ射線在線自動分析配料系統進行生料配料。該設備投入使用后，生料配料穩定性、檢測效率大幅提高，熟料質量明顯改善。

1 使用熒光分析儀手工分析配料

1.1 原材料種類

我公司生料采用四組分配料，主要為石灰石（主要提供CaO）、砂巖（主要提供SiO2）、粘土（主要提供Al2O3、SiO2）及有色金屬灰渣（主要提供Fe2O3），搭配使用少量煤矸石和煤氣化渣（與粘土成分一致，主要提供Al2O3、SiO2，用于調整生料易燒性）。由于原材料儲存場地有限，各種原材料在同一個堆棚存儲，每種原材料之間留有2m 的間隔距離，防止混料。因自有礦山石灰石品位較高（表層沒有剝離，全部開采使用，CaO≥50%），沒有另設石灰石堆廠，建造了4 座1 萬噸混凝土儲庫用于石灰石儲存。

按照生料配料要求，石灰石用4座儲庫搭配下料，單獨上料至石灰石倉使用。砂巖和有色金屬灰渣單獨上料至各自小倉使用。因上料口和配料站倉數量有限，粘土和煤矸石、煤氣化渣上料時，分別通過兩個板式喂料機，共用一臺膠帶輸送機，上料至同一個小倉使用。由于粘土、煤矸石、煤氣化渣三種原材料的容重不同，按比例搭配上料時，計量誤差較大，影響了正常生料配料。

1.2 使用熒光分析儀配料

（1）熒光分析儀操作員每小時取一次出磨生料進行手工檢測，根據檢測數據與目標值偏差，手工調整配料。操作員從取樣到進行率值數據調整，用時約25min，率值調整明顯滯后，不能真實反映生產實際。

（2）原燃材料種類或搭配比例發生變化時，需將熒光分析儀檢測數據與化學分析人工滴定數據進行對比，根據數據偏差，對熒光分析儀分析曲線進行校正。

2 使用γ射線在線分析儀自動分析配料

2.1 單臺γ射線在線分析儀帶雙磨模式

我公司單條窯配備兩臺生料磨（設計產量220t/h），谷電時段生產時雙磨運行，峰電時段生產時單磨運行，采用單臺γ射線在線分析儀帶雙磨模式可節省一臺分析儀。

在出配料站輸送混合料的膠帶輸送機上，安裝一臺γ射線在線分析儀控制混合料成分，混合料進入中間小倉后分成兩路，分別供兩臺磨機使用。采用該方案雖可節省投資，但出小倉物料存在離析現象，導致進入兩臺磨的物料化學成分差異大，在線配料系統發揮不出應有的使用效果。經調研，個別公司采用該方案后，問題較多，系統難以達到設計效果。

2.2 兩臺磨機各配置一臺γ射線在線分析儀

在出配料站兩條輸送混合料的膠帶輸送機上，各安裝了一臺γ射線在線分析儀，分別控制兩臺磨機的配料。該方案雖然投入較高，但物料不會發生離析，在線分析儀更易發揮實時調整配料的作用，對原材料變化的適應性更強、配料效果更好。

經比較，我公司最終選用了“兩臺磨機各配置一臺在線分析儀”的配置方案。

3 熒光分析儀與γ射線在線分析儀配料情況對比

3.1 使用γ 射線在線分析儀前后生料化學成分的穩定性對比（圖1～圖4）

由圖1～圖4可見，使用γ射線在線分析儀配料后，生料中的主要化學成分CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3波動明顯減小，穩定性明顯提高。在原材料供應日趨緊張的環境下，在線分析儀的使用，為拓展原材料可選品種創造了條件，生料配料實時檢測和自動調節頻次加大，消除了原材料質量波動帶來的影響，確保了生料配料的穩定。

圖1 使用γ射線在線分析儀后生料CaO含量的變化情況，%

圖2 使用γ射線在線分析儀后生料SiO2含量的變化情況，%

圖3 使用γ射線在線分析儀后生料Al2O3含量的變化情況，%

圖4 使用γ射線在線分析儀后生料Fe2O3含量的變化情況，%

使用熒光分析儀手工配料與使用γ 射線在線分析儀在線配料對比，其生料各化學成分標準偏差見表1。從表1 可以看出，使用γ 射線在線分析儀配料后，生料中的主要化學成分及率值標準偏差均有所減小，其中，HM標準偏差減小40.00%，SM標準偏差減小28.57%，AM標準偏差減小4.17%，生料穩定性提高。

表1 生料各化學成分標準偏差對比

我公司生料均化庫采用6區循環方式下料，均化效果較差，影響正常煅燒。前期公司曾進行過一次清庫，剛完成清庫時，生料均化庫均化效果有明顯改善，均化系數可達2.0 以上；運行三個月后，均化效果逐步變差；運行半年后，均化系數降至1.3以下，基本無均化效果。使用γ 射線在線分析儀后，降低了對均化庫均化效果的要求，可滿足正常煅燒需要。

3.2 γ 射線在線分析儀與熒光分析儀檢測率值對比（表2）

從表2 可以看出，通過γ 射線在線分析儀檢測數據計算出的率值與熒光分析儀存在差異，這是由于我公司γ 射線在線分析儀分別安裝在出配料站輸送混合料的膠帶輸送機上，而出磨生料取樣點設在入庫斗式提升機前下料口處（此處有窯灰摻入），出磨生料樣品為窯灰和出磨生料的混合樣品，所以兩者的率值有偏差；另外，一臺回轉窯配置了兩臺生料磨，且每臺生料磨都是一個獨立系統，單磨運行與雙磨運行時，窯灰的摻加比例不同，造成兩者存在率值偏差；第三，煤矸石是煤礦開采過程中的廢渣，由于礦層變化等因素，煤矸石作為生料配料時，其化學成分難以時時保持穩定，存在一定差別，同時，煤矸石燒失量的變化對窯灰量也有影響。

表2 γ射線在線分析儀與熒光分析儀檢測率值對比

3.3 使用γ射線在線分析儀前后熟料穩定性對比

表3 為使用γ 射線在線分析儀后，熟料率值及抗壓強度標準偏差對比情況。從表3可以看出，使用γ射線在線分析儀配料后，熟料率值和抗壓強度標準偏差均有所減小，其中HM標準偏差減小16.00%，SM標準偏差減小2.08%，AM標準偏差減小23.91%，3d 抗壓強度標準偏差減小18.06%，28d抗壓強度標準偏差減小27.23%，熟料質量穩定性明顯提高。γ射線在線分析儀的使用，為后續的水泥配料提供了有利條件，既減少了因熟料質量波動造成的熟料浪費，又提高了水泥質量的穩定性。

表3 熟料率值及抗壓強度標準偏差對比

3.4 使用γ 射線在線分析儀前后的燒成系統工藝變化（表4）及熟料質量對比

表4 使用γ射線在線分析儀前后的燒成工藝變化情況

從表4 可以看出，使用γ 射線在線分析儀配料后，出磨和入窯生料穩定性大幅提高，為窯系統煅燒提供了良好條件。窯在喂料量、燃煤熱值、拉風大小一定的情況下，工藝煅燒穩定，預熱器、窯內工藝場分布合理，熟料結粒較好，預熱器C1出口溫度波動幅度大幅減小，分解爐出口及五級下料管溫度更易控制，熟料標煤耗降低0.4kg/t，出篦冷機熟料溫度降低15℃，熟料冷卻效果明顯改善。熟料3d抗壓強度提高0.5MPa，28d 抗壓強度提高0.9MPa。配合燒成專家操作系統，中控室窯操作員基本不用對溫度等參數進行調整，整個系統運行平穩。由于生料穩定性提高，生料勻質性更好，預熱器及分解爐溫度梯度及風、煤、料匹配更合理，系統內堿、氯、硫等有害成分循環富集明顯改善。停窯檢修時，五級下料管結皮比以前明顯減少。

4 γ射線在線分析儀使用過程中出現的問題及解決措施

（1）在生料磨開磨時，配料秤初始給定值波動大，γ 射線在線分析儀采用滾動值進行調節，調節稍有滯后，此時可采用手工配料，待下料穩定后再轉入自動配料。

（2）γ射線在線分析儀與熒光分析儀檢測結果存在偏差，應定期與手工滴定分析結果對比，進行調整優化。

（3）開單磨或雙磨運行時，由于窯灰摻入量不同，率值變化較大，應采取調整生料目標值的方法進行控制。

（4）γ射線在線分析儀累計數據與生料磨主電機設置了聯鎖。生料磨日常停機定檢時，在開停配料秤或膠帶輸送機的情況下，在線分析儀數據不應累計，以免定檢完成重新開機時對配料造成影響。

（5）γ 射線在線分析儀放射源存在輻射問題，應在放射源兩側安裝鉛板，日常使用時，應對分析儀周邊進行硬防護隔離，人員在防護范圍外活動。為工作人員配備鉛衣、鉛帽、鉛手套及鉛圍脖等防護用品，由專業人員定期進行輻射監測。放射源使用到周期后，按設計要求進行補充。

5 結語

（1）使用γ 射線在線分析儀自動配料后，生料及熟料穩定性大幅提高；同時操作員勞動強度減輕，生料人工檢測從每1h 一次，延長至每4h 一次，達到了預期效果。在工藝運行穩定、原材料種類不變的情況下，生料配料每天只需人工檢測一次。

（2）在生料磨開磨或單、雙磨運行時，可根據實際情況，臨時進行生料的人工檢測或生料目標值的調整。

（3）使用γ 射線在線分析儀后，出磨和入窯生料穩定性大幅提高，窯煅燒狀況大幅改善。在喂料量、燃煤熱值、拉風大小一定的情況下，煅燒穩定，預熱器、窯內工藝場分布合理，熟料結粒較好，標煤耗降低0.4kg/t，熟料3d、28d抗壓強度小幅提高。

（4）單臺γ 射線在線分析儀帶雙磨運行模式，存在混合料小倉下料離析問題，對后續運行影響較大，不建議采用。每臺磨各用一臺γ射線在線分析儀單獨控制，不僅可以使配料更精準，還能使原材料質量適應性更強。

（5）使用γ 射線在線分析儀配料，可在不降低煤磨產量的同時，降低煅燒對生料均化效果、煤粉細度和水分的要求。