最新型水泥生料在线生产过程控制分析仪

水泥 2000-12-06

长久以来，水泥行业一直致力于为现代化水泥厂寻求一种最好、最有效的方法来检测从常规生料磨出来的生料质量。90年代初，在线型X光系统以其无损、易操作的特点在众多领域证明了其价值。

　　长久以来，水泥行业一直致力于为现代化水泥厂寻求一种最好、最有效的方法来检测从常规生料磨出来的生料质量。90年代初，在线型X光系统以其无损、易操作的特点在众多领域证明了其价值。在这一方案中，能量色散X荧光仪（EDXRF）已被用来检测出磨生料的四种主要氧化物（Fe_{2O3，CaO，SiO2，Al2O3），随着更稳定更可靠的设备问世，如传统的实验室X射线荧光分析仪，通常指波散型（WDXRF）分析仪可作为一种检验工具，能量色散型（EDXRF）用于检验过程控制回路中的多次高频率检测分极从而实现进料质量控制。目前，至少有两种系统已通过检验得到证实，这两种系统均为斯派克公司的产品。它们是：(1)自重力进料方式，它运用一个机械振动器，对旁路流经的样品进行连续分析。(2)通过一个延伸至出磨生料库可伸缩的水平杆，并将样品制成圆片状。第一种方法使用一种薄铍窗，水平型杆则采用无窗探测。现在这两种方法均有应用。

简介：

　　现代化水泥厂一直想通过对原料混合物的化学成分进行有效质量控制来优化喂料系统，从而提高产量。这无疑是前十年水泥发展的主要目标之一。这就要求通过提高喂料系统进料混合物和燃料的质量及稳定性来实现。通常来说，如果混合原料中LSF（石灰石饱和系数）标准偏差可保持到≤1%，且SIM和ALM保持到≤0.1%，则可保证水泥的质量及窑体的工作效率（所有其它条件一样）。

　　如能对混合原料实施正确的质量控制，定可提高物料的均化性，这样能获得更好的生料混合物并能生产出满意的成品水泥。

　　几年前有一家大型水泥生产企业在生产现场的出磨生料仓安装了一台X荧光系统，运用接近即时分析系统对原料混合物进行快速控制，经过应用，该应用确定了XRF成为水泥行业的又一主要支持产品。这套应用于加拿大Ontario省Bowmanville市的St
Marys水泥厂（现在的Bowanville水泥厂，蓝环牌水泥）的设备，是采用放射性同位素X射线的EDXRF系统，该技术的灵活性很强，但当时该设备只能测两种氧化物Fe2O3和CaO，水泥行业要求配备可测生料成分，至少可测标准控制参数所需的4种氧化物（Fe2O3，CaO，SiO2，Al2O3）的EDXRF设备，（SPECTRO）的644T-G型分析仪是专为此应用而设计开发的（见图1），

　　最近几年市场对新型在线X荧光分析仪的需求量不断上升，尤其与成本很高的PGNAA（瞬发γ中子活化分析）岩石分析仪比较，这种仪器更易被广大水泥生产企业所接受。在生料磨出料处选用价格相对便宜的EDXRF系统已被证明是一种替换昂贵的PGNAA系统的经济实惠的方法。另外，便携式、体积小且更易操作的SPECTRO系统显然成为一种首选产品。Spector公司的644T-G分析仪的有效分析与水泥厂化验室的标准型WDXRF（波散X荧光分析仪）和高效的EDXRF的配合使用，更为本系统平添魅力。

　　实际上，此类结构的系统的通过收集分析数据来判断原材料的状态及优劣。这就可以在分析结果的基础上进行定期参数设定（图2、3）。按要求，目标参数（如：LSF，A/F，SiM，石灰参数等）应能按要求进行常规检测、修改。由于受不同类型的专业控制设备限制，包括不同类型的混合优化系统和模糊逻辑，分析仪的分析主体应在喂料设置处提供所需的调节参数。这是一种常规设置，然后与自适应性和预置控制技术相结合，计算并设计新入料配比方法。一旦建立了固定的化学混合模式，用户就可从所提供的一系列程序中选择专业的优化模式。SPECTRO决定开发一种为水泥行业动态分析所需的仪器，而不局限于系统供应商所要求的模式。很明显，一些公司想在多重质控系统基础上采用他们自己的算法，他只需从XRF处得出测量信息。另外，它还希望在其它部位也采用XRF进行快速分析，而不局限于生料磨所在位置。但是，这要求其成本应低到一定程度才能实现这一设想。

　　在目前的应用中，如Taiheiyo水泥厂已将SPECTRO的644T-G型分析仪用于成品水泥分析了。在这里，该分析仪用于分析多种氧化物：Fe2O3，Al2O，SiO2，CaCO3和SO3。这种应用标志着世界上首台在线EDXRF用于分析5种氧化物。这种新设备可提供快速、可靠、近即时的分析结果。

644T-RA水泥、粉末分析仪

　　用EDXRF分析水泥和粉末，要得出更精确、具体的轻元素分析结果，要求有一套更好的光学核心装置（X射线发生器及距样品的距离和高质量探测器）。为降低成本，核心问题就是如何在不增加计数时间和不增加样品准备步骤的前提下减少微弱的X光信号的衰减。解决办法是去掉样品测量探测器（管子顶部或支架上）的转换窗（通常是铍窗），并从样品流处采集样品。有两种采集样品的方法。一种是还采用垂直管（如644T-G上所用），但在顶端开口处到振动器上安装一个活动的抛光的钢盘，利用粘聚力规律，在重力与振动力的共同作用下为分析仪提供一个满意的平整表面，这样就可以进行无窗分析了。但是只有在颗粒足够细且来自于一稳定的生料磨出磨生料前提下，粘聚力规律，即相邻颗粒间的吸引力才能生效，从而避免颗粒从毫无依靠的表面脱落下来。否则，就会产生样品的损失与污染。为避免此风险，SPECTRO设计了一种不受这些条件影响的水平采样杆。在这种更可靠的设计中，该杆（见图4、5）

　　延伸至下落的粉末流中（生料出磨口），杆子将样品收集到杆上凹槽内，样品将随着杆子的缩回而被压成样饼，这时多余原料则补抹去。这就通过给分析仪测量装置提供一个水平的样品表面进行分析，从而增强了分析仪主机的抗污染及抗侵蚀的效果。分析前，样品被一垂直活塞压成饼状（在杆内完成），然后，样品被送至分析仪上，此时，样品和分析仪间无任何窗体物质。分析完成后（对中、低元素两部分析），样品块被弹出样品槽并落入一个外接样品盛放器。这样，特殊的样品就可与实验室的WDXRF的分析结果进行单独比对，或定时进行比对。

旋转式盘状样品分析仪（600(T)-D型）

　　在另外矿产粉末应用中（少数），一个旋转式圆盘将样品流持续供给分析仪头部。这个圆盘的高度保持一致，分析仪头部置于样品表面的上端。这也是一种无窗装置，但是一束代表样品流不断流经分析仪。样品的采集和退出均由分析仪直接控制，从而忽略了制样设备的要求。也就是说，它具有忽略管子堵塞的效果，允许分析大的样品颗粒，这种应用适用于流样的趋势分析，可给出样品流不同部位的分析结果。这种分析仪不只局限于水泥应用，它可用于各类粉末分析。SPECTRO希望能在以后几个月来证实这种仪器对水泥原料分析的效率。

总结

　　过去20年里，SPECTRO为现代化水泥企业开发了一系列在不同条件下应用的在线分析仪。结合以往的美国、欧洲、亚洲和南美地区水泥厂使用老式重力分析仪的经验，已经证实了这种系统的稳定性和可靠性。随着市场上对稳定性好的熟料和水泥的需求不断上涨，也就要求进行增加质量控制手段。解决此问题的方法就是以上所描述的不同类型的ED
X荧光分析仪。}