生料质量控制分析仪的选择

程益中

（宜兴市鑫祥建设材料研究有限公司，江苏宜兴 214200）

笔者亲历了立窑到新型干法窑的过渡，深感生料过程质量控制手段的选择对新型干法生产线合理投资与生产至关重要。现陈述体会如下，欢迎批评指正。

1 生料质量控制的手段

我国现有生料过程质量控制手段有下面几种：

（1）以碳酸钙滴定值控制CaO；

（2）以钙量仪控制CaO；

（3）以钙铁仪控制CaO、Fe2O3；，

（4）以四元素分析仪控制CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3；

（5）以多通道X射线荧光分析仪有选择性地控制更多的氧化物。

控制手段的选择往往具有明显的企业特征。外资企业、国内大型水泥集团新线选择第五种；原来的立窑企业升级上新型干法生产线，一部分企业选择第五种，另一部分选择第四种；产能大的立窑企业，一部分选择第四种，另一部分选择了第三种；生产能力小的立窑企业及建厂年代很远的生产线则选择第一种。钙量仪使用的厂家很少。发达国家的新型干法生产线一般都选用第五种。国内控制手段多样性与国外发达国家的单一性对比分明。

2 工艺学原理

鉴于国内控制手段的多样性及其背后的控制思想体现出来的工艺学原理的模糊性，有必要简述一下生料质量控制的工艺学原理。

众所周知，控制生料质量是为了煤料对口，使熟料的各项指标符合要求，同时又利于煅烧。为此，要在总量和比例两个方面控制熟料的四大矿物成分C3S、C2S、C3A、C4AF,使它们的总量累计百分比数不至于过低,且它们之间的含量比例波动控制在较窄的范围内。这四大矿物成分由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种主要氧化物化合而成。既为化合，就有一个氧化物之间的数量比例问题，KH、n、P正是这种比例关系的描述。KH、n、P三率值经科学实验考证，经受住长期的生产实践检验，颇有权威性。

根据水泥工艺学原理，由KH、n、P三率值与四种主要氧化物的关系式可推得：

由以上三式变换可得以四种主要氧化物中任一氧化物为基数的四种主要氧化物含量比例关系公式。这里以Fe2O3为基数，关系式为：

该式证明：KH、n、P一经确定，四种主要氧化物含量的比例关系随之确定；当这四种主要氧化物在物料中的总量比例变化时，为维持KH、n、P不变（即维持四大氧化物间的含量比例不变），各氧化物含量必随之增减；对四种主要氧化物之中的一两种氧化物进行控制以维持其稳定而置其它主要氧化物于不顾，会使KH、n、P在数学关系上处在不定状态；当四种主要氧化物在物料中的总量比例变化时，对其中的一两种主要氧化物进行控制以维持其稳定的含量，则在数学关系上肯定使KH、n、P生变。在我国水泥界长期盛行着以碳酸钙滴定值控制生料质量，认为“通过CaCO3可相对控制生料的石灰饱和系数”。出磨生料与入窑生料质量控制要求，依照《水泥企业质量管理规程》，控制项目分别有CaO（TCaCO3），Fe2O3和CaO（TCaCO3）。我国学术界还流行“稳定生料成分”的观点。从以上数学关系来分析，这些工艺方面我们长期沿用的“经验”或者“理论”都是十分值得商榷的。

3 控制手段分析

选择用碳酸钙滴定手段，首先有MgO干扰问题，但更为重要的是和钙量仪手段一样，即使控制了生料的CaO，因SiO2、Al2O3,、Fe2O3未加以控制，KH、n、P不可能保证稳定。尤其是n、P根本未触及CaO，它们只涉及SiO2,Al2O3,Fe2O3三种主要氧化物的含量比例关系，根本不关CaO什么事。仅对CaO进行控制就要求KH、n、P三率值稳定（即CaO:SiO2:Al2O3:Fe2O3比值稳定），对原料化学成分的比例和稳定性提出了严苛的要求。如果生料的四种主要氧化物总含量百分比波动，稳定了CaO就丧失KH、n、P三率值的稳定。因为此时稳定了CaO，就破坏了四种主要氧化物的比例关系。钙铁仪虽然增加了Fe2O3的控制内容，但SiO2、Al2O3仍未控制，CaO:SiO2:Al2O3:Fe2O3的比例关系仍然未能确定，对KH、n、P进行控制还是难以落实到位。

顾名思义，四元素分析仪从理论上讲足以控制KH、n、P，但从使用情况看，它对Al2O3、SiO2检测稳定性差，漂移严重，有时感到它跟钙铁仪的作用差不多，可信的仅有CaO、Fe2O3。生产中有时出现时段性漂移，有时则出现出磨生料和入窑生料的三率值对应性差，无规律可循。另外，四元素分析仪限于分析四种主要氧化物，少量其它氧化物一概提供不了含量，而它们在熟料性能指标及煅烧中的作用是不能不重视的。这涉及到KH、n、P数值选择的正确性问题。下面以MgO为例详细地进行探讨。

硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种主要氧化物组成，它们的相加总量为94%左右，同时会有大约5%的少量其它氧化物，如MgO、SO3、K2O、Na2O、TiO2、P2O5等。其中，MgO含量相对较高且往往波动较大。因原料中MgO含量上升而相应地调整配料，MgO必定占用别的氧化 物含量比例，被占用的各氧化物的量取决于它在熟料中的含量。现代生产的硅酸盐水泥熟料四种主要氧化物的波动范围是：CaO60%～67%，SiO220%～24%，Al2O34%～9%，Fe2O32.5%～6.0%。MgO含量上升通常使四种主要氧化物的总量下降，各下降量由大到小的排列顺序一般为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。其中，CaO接近三分之一的MgO上升量；SiO2次之，约MgO上升量的五分之一多点。这意味着：如果KH、n、P维持不变，但因CaO、SiO2含量下降，使熟料的硅酸盐矿物含量减少；根据熟料液相量的计算式，增加MgO即增加了液相量，煅烧中表现为易结大块，不利烧成。总之，熟料性能指标下降，且煅烧不顺，暴露出新情况下原来的三率值指标已不适宜。可见四元素分析仪在入厂原料的次要成分波动时适应性差，在本该调整率值指标时未能及时发现，更谈不上调整。同上述其它低级分析仪一样，四大元素分析仪仍要求化学全分析作质量控制的补充手段。所以，其分析结果的全面准确性欠缺和时间滞后两大矛盾均依然十分尖锐。

多通道X射线荧光分析仪以分析结果的全面、准确、快速的优势,较好地解决了这两个矛盾，使生料的质量控制精细及时。遇到前面讲到的MgO上升的场合，它可以及时发现原率值已经不适应新情况，即可提高硅酸盐矿物的设计值，适度降低Fe2O3含量，使液相量和液相粘度回复到合理范围之内。当然它的价格昂贵。

由此可知：稳定一两种主要氧化物的控制思路不科学不合理；稳定化学成分的控制思路不大现实；稳定三率值的思路要提高其灵活性。

4 结束语

我国的新型干法生产技术已经取得了极大的成功。部分生产线存在的不足之处在生料制备方面问题比较尖锐：其一，是均化不到位；其二，即为生料质量控制分析仪的选择配置不当。尤其是立窑企业改建的相当部分企业往往是老眼光、老思路、老经验，经济上算小帐不算大帐。结果，选错了生料质量控制分析仪，使生产长期被动。教训深刻，当引以为戒。

[1]南京化工学院，武汉建材学院，同济大学，华南工学院.水泥工艺原理.北京：中国建筑工业出版社，1980.

[2]于润如，严生.水泥厂工艺设计.北京：中国建材工业出版社，1995.

[3]刘志江.新型干法水泥技术.北京：中国建材工业出版社，2005.

[4]顾容宏.铜陵海螺2×10000t/d熟料生产线生料均化库简介.水泥工程，2005(2).

[5]刘玉兵，赵鹰立，游良俭.X射线荧光分析技术及相关标准介绍.水泥，2004（12）.

[6]陈广军，杨书慧.利用罗茨风机电流变化控制出磨生料CaO的合格率.水泥，2004（4）.

[7]陈汉民.S厂2500t/d预分解窑系统熟料质量问题的技术论断.水泥工程，2004（6）.

[8]李明豫，丁卫东.水泥企业化验室工作手册.徐州：中国矿业大学出版社.

[9]印度]S.N.戈什编，杨南如，闵盘荣等译校.水泥技术进展.中国建筑工业出版社，1986.

[10]陈久丰.生料质量控制方法的探讨.新世纪水泥导报,2005（6）.