生料成分的穩(wěn)定是水泥窯系統(tǒng)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)和前提條件，為此新型干法窯生產(chǎn)中，通過原料預(yù)均化、生料配料控制、生料均化等一系列工藝環(huán)節(jié)來保證生料的化學(xué)成分符合設(shè)計需要，并維持其穩(wěn)定。在實際生產(chǎn)過程中，大部分工廠的生料質(zhì)量由化驗室進行控制，而生料產(chǎn)量由生產(chǎn)車間完成。生產(chǎn)車間的人員在操作中往往只關(guān)注磨機產(chǎn)量，根據(jù)磨機工作狀況頻繁大幅度加減產(chǎn)量，磨機工況時常變化，甚至出現(xiàn)飽磨等非正常工況，認(rèn)為生料成分的波動全是由于原料成分變化或原料配比調(diào)整失誤造成，忽視了粉磨過程對生料成分的影響，給化驗室的生料質(zhì)量控制帶來很大困難。
本文分析和討論了生料粉磨過程中，磨機操作和工況等非原料化學(xué)成分因素所造成生料成分波動的原因，通過實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)比較了這些因素對立磨和閉路球磨影響的大小，并提出了在粉磨過程中減少生料成分波動的措施。
1 磨機操作和工況對生料成分穩(wěn)定性的影響
1.1開停磨對生料成分穩(wěn)定性的影響
生料的粉磨過程包括了各種原料(石灰石、頁巖和硫酸渣等)的配料、磨細(xì)以及混合均勻的過程。由于各種原料的化學(xué)成分和易磨性不一致，在磨內(nèi)完成破碎、磨細(xì)直至達到生料細(xì)度要求所需的時間也不一樣，所以生料成分從開始喂料至達到穩(wěn)定需要一定時間。
以石灰石、頁巖和硫酸渣三組分配料為例，硫酸渣和頁巖的易磨性好，在磨機內(nèi)粉磨很短時間便可達到細(xì)度要求出磨，而石灰石易磨性相對較差，粉磨時間較長。因此空磨剛開始喂料時，先出磨的生料中Fe2O3、Si02、Al2O3含量高，而Ca0含量低，并且出磨的生料量也很小，隨著繼續(xù)喂料和粉磨，越來越多的石灰石磨細(xì)并出磨，生料中Ca0含量逐漸升高，并最終達到穩(wěn)定，磨機進入平衡狀態(tài)。
圖1為立磨和閉路球磨開始喂料后，每5min取樣1次，生料Ca0含量隨時間的變化趨勢，由XRF測定得到。
圖1 立磨和閉路球磨喂料后出磨生料Ca0含量變化
由圖l可見，無論立磨或者球磨，喂料后都需要一定時間才能達到平衡粉磨，立磨達到平衡所需要時間短，約l5min，而閉路球磨所需要時間長，約35min。
磨機進入平衡粉磨后，如果考察磨內(nèi)積存物料的比例，難磨原料所占比例最多，而易磨物料所占的比例較少。保持原料比例和喂料量不變，磨內(nèi)物料不斷粉磨好出磨，新喂入的物料進入磨內(nèi)，兩者達到一個動態(tài)平衡。如果停止喂料，磨機保持運轉(zhuǎn)，磨內(nèi)未粉磨好的石灰石磨細(xì)并出磨，出磨生料中Ca0含量會突然升高。如果大幅度增加或者減少喂料量也會使平衡打破，而建立新的平衡狀態(tài)需要一段時間，將造成出磨生料化學(xué)成分的波動。
由以上分析可知，盡管粉磨過程遵循著物質(zhì)守恒定律，但由于各種原料的成分和易磨性不同，使得開始喂料后到磨機達到平衡狀態(tài)需要一定的時間，達到平衡狀態(tài)后的出磨生料成分才能真實反映原料配合比。停止喂料、大幅度增加或減少喂料量都將使平衡狀態(tài)發(fā)生變化，造成生料成分的波動。
1.2 飽磨對生料成分穩(wěn)定性的影響
磨機飽磨后，磨內(nèi)的料球比失衡，料多球少，粉磨效率則嚴(yán)重下降。此時易磨性差的原料難以得到粉磨，積累在磨內(nèi)，而部分易磨性好的原料還可磨細(xì)出磨，出磨生料成分將發(fā)生變化。一般處理飽磨的辦法是強化通風(fēng)、減少喂料甚至停料，直到磨內(nèi)料球比恢復(fù)正常，于是原先積累的難磨物料逐漸被磨細(xì)出磨。因此隨著出現(xiàn)飽磨、停止喂料處理到恢復(fù)正常喂料，出磨生料成分將出現(xiàn)一次劇烈波動。
以石灰石、頁巖和硫酸渣配料為例，剛開始飽磨時，生料Ca0含量偏低，而Si02、Al2O3、Fe203含量偏高。發(fā)現(xiàn)飽磨停止喂料后，出磨生料的Ca0含量又會突然升高，而Si02、Al2O3、Fe203含量偏低。對于磨內(nèi)流速快的粉磨系統(tǒng)如風(fēng)掃磨，飽磨處理較快，一般1-2h左右能恢復(fù)正常，而對于磨內(nèi)流速較慢的中卸磨系統(tǒng)，需要2～3h甚至更長時間生料成分才能恢復(fù)正常。
圖2為某廠生料閉路球磨出現(xiàn)飽磨時，生料LSF的變化。圖中LSF由XRF測定生料成分計算得到，磨機產(chǎn)量為實際喂料量，每小時記錄1次DCS系統(tǒng)的累積喂料量后計算得到。
圖2 磨機飽磨后生料LSF和磨機臺時產(chǎn)量變化
由圖2可見，剛飽磨時，LSF先下降，隨著減少喂料量操作，LSF突然升高，并持續(xù)2h。經(jīng)過3h調(diào)整后生料成分才恢復(fù)正常。
1.3 增減喂料量對生料成分穩(wěn)定性的影響
目前，生料的配料計量一般采用電子皮帶秤，其 原理是通過標(biāo)定建立喂料量與皮帶轉(zhuǎn)速、壓力之間關(guān)系系數(shù)，工作時測定皮帶轉(zhuǎn)速和壓力，從而計算出喂料量，并通過調(diào)整皮帶轉(zhuǎn)速來控制物料的給料量。在實際應(yīng)用中，壓力傳感器的輸入輸出特性大都存在非線性，且易受工作環(huán)境溫度的影響，皮帶秤標(biāo)定一般都采用靜態(tài)標(biāo)定而并不是整個計量區(qū)問的動態(tài)標(biāo)定，使得其在整個計量區(qū)間中存在著非線性誤差。
生料配料時，通常是3臺或者4臺電子皮帶秤同時進行配料，化驗室通過測定化學(xué)成分后對生料配合比進行調(diào)整，盡管每個秤都有一定誤差，在幾次測定和調(diào)整后仍然可獲得所設(shè)計成分的生料。此時實際原料配比和理論配比往往存在較大差別，其原因除了實際原料的化學(xué)成分和水分與理論計算的差異外，計量設(shè)備的誤差也是其中一個重要因素。在原料成分和原料配比都沒有變化的情況下，如果大幅度增加或者減少磨機的總喂料量，由于電子皮帶秤的非線性誤差，將使實際人磨的配比發(fā)生改變，從而造成出磨生料成分的變化。
以石灰石、頁巖和硫酸渣配料為例，假如原配比為石灰石85%、頁巖10%和硫酸渣5%，當(dāng)磨機總喂料量為300t/h時，石灰石秤的喂料量為255t/h、頁巖30t/h和硫酸渣15t/h。如果配比不變，磨機喂料量由300t/h調(diào)整為200t/h，配料秤無誤差時各種原料的喂料量應(yīng)變?yōu)槭沂?70t/h、頁巖20t/h和硫酸渣l0t/h。實際配料秤或多或少都存在一定的非線性誤差，尤其是石灰石秤，喂料量由255t/h大幅度調(diào)整為170t/h時，很難精確調(diào)整到位。假設(shè)石灰石秤調(diào)整后實際的喂料量為l80t/h而非理想的170t/h，頁巖和硫酸渣無誤差，則調(diào)整后磨機的實際總喂料量為210t/h，其中各原料配比為：石灰石85.7%、頁巖9.5%和硫酸渣4.8%，已經(jīng)發(fā)生了改變。
某水泥廠生料粉磨系統(tǒng)采用破碎機加閉路球磨機，破碎機突然故障后僅用球磨機粉磨時，喂料量由220t/h降為120t/h，當(dāng)時預(yù)均化堆場取料正常，各原料無異常變化，生料成分卻突然發(fā)生較大波動，經(jīng)化驗室3次調(diào)整后生料成分恢復(fù)正常，前后石灰石配比相差達6%之多，事后經(jīng)分析確認(rèn)是由于石灰石秤的非線性誤差所造成。該廠磨機喂料量對生料配比的影響見表1。
由此可見，由于計量誤差的存在，大幅度調(diào)整產(chǎn)量后將使生料的實際配比產(chǎn)生變化。而實際上每個秤在大幅度調(diào)整喂料量時都會有一定的非線性誤差，使實際配比的變化更加復(fù)雜，造成生料成分的波動。
2.磨機操作和工況影響生料成分穩(wěn)定性的相應(yīng)措施
2.1減少磨機啟停次數(shù)
在實際生產(chǎn)中，如果磨機能保持長時間正常運轉(zhuǎn)，剛開始喂料尚未達到平衡粉磨狀態(tài)時的10-30min內(nèi)出磨生料成分的異�？珊雎圆挥�。但如果磨機頻繁啟停(例如剛開始磨機運行調(diào)試時)，對生料成分的穩(wěn)定必然造成影響。有些工廠磨機富余能力大，避峰電價時進行生料粉磨，每天都要啟停一次磨機，這時，可縮短停磨前的停止喂料時間，磨內(nèi)剩余的存料可以減少下次開機重新達到平衡粉磨的時間。
2.2 保持磨機正常運行狀態(tài)和穩(wěn)定的喂料量
保持磨機正常運行狀態(tài)，對于使用球磨機進行生料粉磨的水泥廠尤為重要，操作員應(yīng)注意觀察磨音信號、磨機運行電流、入磨物料的性質(zhì)變化，保持適當(dāng)?shù)奈沽狭�，避免出現(xiàn)飽磨等非正常粉磨狀況。
立磨運行時可通過風(fēng)量、磨輥壓力、噴水量、喂料量、選粉機轉(zhuǎn)速等的多種手段進行調(diào)整，立磨物料在磨內(nèi)流速快，達到平衡所需要時間短，但生產(chǎn)中操作員往往不注意保持喂料量的穩(wěn)定。實際上，頻繁增加或減少磨機喂料量不但造成生料成分波動，而且對設(shè)備的長期安全運轉(zhuǎn)也不利。
2.3 化驗室與生產(chǎn)部門之間加強協(xié)調(diào)
化驗室進行生料質(zhì)量控制時，每小時取1次生料的平均樣進行成分檢測，并以此為依據(jù)對原料的配比進行調(diào)整。如果由于磨機工況或操作的變化導(dǎo)致生料成分突然波動，化驗室依據(jù)異常生料樣進行調(diào)整，會導(dǎo)致生料成分忽高忽低，難以穩(wěn)定下來。
為避免開停機的異常生料成分對調(diào)整的干擾，應(yīng)合理安排開停機時間，在開機15min或30min后清取樣桶，將異常樣倒掉，取磨機達到粉磨平衡后的出磨生料樣作為調(diào)整的依據(jù)。
生產(chǎn)車間在磨機出現(xiàn)飽磨等異常工況時，應(yīng)及時通知化驗室，以防誤調(diào)整。在磨機出現(xiàn)不正常，被迫大幅度減少或增加產(chǎn)量時，也應(yīng)通知化驗室，以便根據(jù)實際情況做出合理調(diào)整。
3.結(jié)論
1)由于原料易磨性和化學(xué)成分的差別，各種物料同時喂入磨機后，需要一定時間才能達到粉磨平衡。在生產(chǎn)中如果粉磨平衡狀態(tài)不能保持，將導(dǎo)致非原料成分變化因素造成的生料成分波動。
2)磨機飽磨和飽磨后的停止喂料處理，將嚴(yán)重破壞磨機內(nèi)部的粉磨平衡狀態(tài)，使出磨生料成分出現(xiàn)劇烈波動。
3)大幅度增減磨機喂料量，不但破壞了磨機粉磨的平衡狀態(tài)，而且計量設(shè)備的非線性誤差將使實際入磨原料配比發(fā)生變化，從而造成生料成分的波動。
4)穩(wěn)定的磨機工況和喂料量，是生料質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，化驗室質(zhì)量控制與生產(chǎn)車間操作必須密切配合，才能提高生料化學(xué)成分的穩(wěn)定性和控制水平。
