利用在線粒度測量指導(dǎo)生產(chǎn)

　　對水泥粒度參數(shù)與水泥強(qiáng)度的認(rèn)識

　　目前我國水泥企業(yè)幾乎都采用80mm篩余和比表面積控制水泥的粉磨細(xì)度，它對于控制水泥性能和充分發(fā)揮水泥各組分的作用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。細(xì)度（80mm篩余）和勃氏比表面積只能部分地體現(xiàn)水泥的顆粒情況，無法完全了解水泥顆粒的分布。眾所周知，即使篩分細(xì)度相同或比表面積相近，水泥的性能有時也會表現(xiàn)出較大的差異，其原因是粒度分布可能不同（當(dāng)然，顆粒形狀的因素也很重要）。勃氏透氣法比表面積實(shí)際含有顆粒堆積因素，并非真正幾何意義上的顆粒比表面積。激光計(jì)算比表面積值比較細(xì)致地考慮了顆粒形狀和細(xì)度且與顆粒堆積狀況無關(guān)，與水泥使用過程中強(qiáng)度的發(fā)揮對應(yīng)性可能會更好。激光粒度儀能夠得出水泥行業(yè)原來無法測量的粒度分布，建立起粒度分布與強(qiáng)度的關(guān)系。

　　根據(jù)國外專家的研究結(jié)果，水泥顆粒大小與水化過程有著直接的影響，不同粒徑的水泥水化速度及水化程度差異很大。水泥中0～30mm的顆粒對強(qiáng)度起主要作用，其中0～10mm部分早期強(qiáng)度高，10～30mm部分后期強(qiáng)度高。3～30mm這部分顆粒含量越多，水泥質(zhì)量越好。粉磨過程中，不能完全消除>32mm的顆粒（但應(yīng)盡量減少>60mm的顆粒），同時又必然產(chǎn)生<3mm的顆粒。最佳水泥顆粒級配是：3～32mm的顆粒含量>65%，<3mm的顆粒含量在10%左右。在適當(dāng)?shù)臈l件下，提高這一階段的含量，就可達(dá)到提高強(qiáng)度的目的。

　　通過對粉磨方法及粉磨工藝的研究可知，調(diào)節(jié)選粉機(jī)產(chǎn)品的粒度分布可以提高水泥的強(qiáng)度，而不一定要由提高粉磨細(xì)度來實(shí)現(xiàn)這個目的。

　　水泥粒度測試方法的選擇

　　在水泥粒度測試中，現(xiàn)在普遍采用的是離線測定，但最好是在線測定，對儀器本身的要求是要做到機(jī)電一體化，以便及時修正工藝設(shè)備的操作狀態(tài)和打印監(jiān)測報(bào)告。

　　本公司在做了一段時間的調(diào)查后，選用了英國Malvern公司的Malvern/Insitec在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)來在線監(jiān)控水泥的粒徑分布。因?yàn)镮nsitec系統(tǒng)能自動監(jiān)控質(zhì)量，提供連續(xù)的數(shù)據(jù)，使實(shí)時生產(chǎn)優(yōu)化成為可能。生產(chǎn)優(yōu)化是終極目標(biāo)，通過生產(chǎn)監(jiān)控來決定哪些參數(shù)需要優(yōu)化，如何進(jìn)行優(yōu)化。Insitec系統(tǒng)還使操作員免于直接測量產(chǎn)品，并提供了比人工取樣的實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果更為精確而連續(xù)的數(shù)據(jù)。

　　本公司使用Malvern/Insitec的情況
　　本公司的基本情況
　　上海聯(lián)合水泥有限公司(SAC)創(chuàng)立于1993年12月，由香港聯(lián)合國際工業(yè)（上海）有限公司與上海建材集團(tuán)總公司所屬上海水泥廠合資建立。有一套水泥磨閉流系統(tǒng)，臺時產(chǎn)量125t，年產(chǎn)42.5高標(biāo)號硅酸鹽和普通硅酸鹽水泥90萬t，生產(chǎn)能力在上海地區(qū)規(guī)模最大，品質(zhì)最優(yōu)。

　　在使用Insitec以前，每小時測量Blaine值和80mm篩余1次。但我們發(fā)現(xiàn)，有時人工Blaine值并不能及時地反映粉磨系統(tǒng)操作狀態(tài)的變化。有時生產(chǎn)很平穩(wěn)，人工Blaine值卻波動較大，有時生產(chǎn)已出現(xiàn)較大波動，人工Blaine值卻沒有什么變化。

　　本公司安裝新的Insitec在線分析系統(tǒng)的目的是，在線監(jiān)控水泥的粒徑分布，及時調(diào)整選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過對水泥在線粒徑分布的更佳控制來提高對水泥質(zhì)量的控制力度。

　　設(shè)備安裝

圖1 現(xiàn)場安裝圖

圖2 操作員界面上粒徑參數(shù)

　　安裝在本公司的Insitec分析系統(tǒng)主要包括三大部分：
　　1.取樣和分散系統(tǒng)
　　2.電器控制柜
　　3.流動池和激光偵測系統(tǒng)

　　使用一種可調(diào)速的螺旋取樣器將樣品取出，調(diào)節(jié)螺旋取樣器轉(zhuǎn)速以確保收集到足夠的樣品給下一級取樣系統(tǒng)。利用Eductor，次級取樣系統(tǒng)每小時取樣量可達(dá)20kg。Eductor通過陶瓷管吸入樣品并將其輸送到流動池做激光衍射粒徑測量。當(dāng)顆粒通過激光光束時，散射光被接收鏡接收并聚焦到圓環(huán)孔環(huán)形檢測器，被高速掃描、記錄和數(shù)字化，用于連續(xù)實(shí)時分析。測量結(jié)束（瞬時測量）后，樣品通過有陶瓷內(nèi)襯的回料管回到水泥主管路中去，避免損失和泄漏。

　　生產(chǎn)監(jiān)控測試
　　在線設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是它提供閉合回路并使用根據(jù)粒徑分布計(jì)算而得的關(guān)鍵參數(shù)去自動控制選粉機(jī)的可能性。Insitec系統(tǒng)每秒測量一次，但我們選擇30秒鐘的平均值來控制選粉機(jī)。

　　■在線粒度儀能及時真實(shí)地反映生產(chǎn)線上的情況
　　利用選粉機(jī)速度的微調(diào)性能，可以對選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速做細(xì)微的改變，操作人員坐在中央控制室，幾秒鐘之后就可以看到水泥的粒度是如何隨著選粉機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化以及變化大小，好像一臺實(shí)驗(yàn)室儀器搬到了現(xiàn)場。而目前現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室測量粒徑和Blaine儀器，由于取樣的局限性，不能及時、真實(shí)的反映生產(chǎn)線上的實(shí)際情況（如圖3綠線所示）。

圖3 水泥粒徑與操作參數(shù)的關(guān)系

圖4 Blaine值與水泥3天和28天的對應(yīng)關(guān)系

　　■水泥質(zhì)量與Blaine值的關(guān)系
　　根據(jù)國外水泥專家的研究結(jié)果和我們的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，對于本公司這樣的普通硅酸鹽水泥而言，Blaine值可以與抗壓強(qiáng)度的提高有很好的相關(guān)性，見圖4（Blaine值與水泥3天和28天的對應(yīng)關(guān)系）。所以我們用在線粒度儀測得的Blaine值來控制出磨水泥的細(xì)度。

　　本公司經(jīng)過幾個月的觀察，發(fā)現(xiàn)3～32mm%與水泥強(qiáng)度也有很好的相關(guān)性。見圖5（3～32mm%值與水泥3天和28天的對應(yīng)關(guān)系）。因此目前3～32mm%也作為質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)來控制生產(chǎn)。

圖5 3～32mm%值與水泥3天和28天的對應(yīng)關(guān)系

圖6 Insitec 安裝前后Blaine指的控制情況

　　結(jié)論
　　■在線水泥細(xì)度監(jiān)控使操作員能將水泥細(xì)度控制在更窄的范圍內(nèi)。
　　■在線監(jiān)控3～32mm的百分比，能更好的控制水泥的顆粒級配。
　　■實(shí)驗(yàn)室每天的工作量減少22次。這樣可以將更多的時間用于分析其他更嚴(yán)格的參數(shù)控制上，比如游離鈣、煤粉細(xì)度、原料。
　　■實(shí)驗(yàn)室每天只需測試一次一天平均細(xì)度值，來驗(yàn)證細(xì)度是否在設(shè)定范圍。
　　■水泥細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)偏差更小，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度更穩(wěn)定。
　　■對所有光學(xué)分析儀器來講，最少的窗口污垢和保持校準(zhǔn)是產(chǎn)生很長的正常運(yùn)行時間的關(guān)鍵。一旦系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束并連續(xù)工作，保養(yǎng)需求會很少。

　　本公司使用英國Malvern公司的在線粒徑監(jiān)控系統(tǒng)Insitec后，生產(chǎn)的水泥具有Blaine值偏差更小，顆粒級配更加合理，分散性更好，早強(qiáng)高，后期增進(jìn)好，質(zhì)量更穩(wěn)定等特性，更加具有競爭力。