【摘要】在當今新常態經濟形勢下，如何降耗、增效成為廣大水泥生產廠家面臨的新的課題。利用DF-5701中子活化分析儀優化配料技術是一種有效的促進生產降耗、提升質量的方式之一。采用此技術不但使水泥生產線自動化程度得到提高，而且在降耗、增效的同時也起到了節能、環保等促進作用。本文重點闡述中子活化優化配料技術及應用，為廣大水泥生產行業在巨大挑戰面前提供可供參考的合理化意見，以此來促進水泥生產行業能夠健康的可持續發展。

  【關鍵詞】中子活化  優化配料 降耗 增效

  1前言

  水泥生產從原料開采到生料制備、熟料煅燒，再到水泥制成，直至水泥出廠，需要用到上百種設備，生產過程十分復雜。隨著現代水泥科技水平不斷提高、生產設備的不斷升級，以預分解技術為代表的新型干法水泥生產進入了大型化和集約規模化快速發展時期，目前已成為現代水泥工業發展的主流和最先進的工藝[1]。從1978年開始，我國相繼從國外引進一批熟料新型干法水泥生產技術和成套設備，先后建成了冀東、寧國、柳州、云浮等大型水泥企業。如今，國內廣大水泥生產企業均采用此生產技術和工藝，隨著計算機信息化和網絡化技術的應用，水泥生產技術現代化程度日漸提高。

  在新常態經濟環境下，已是產能過剩的中國水泥行業，如何主動適應新的環境變化和未來市場價格格局變化，如何轉變行業發展思路，調整企業發展方式，成為廣大企業追求可持續發展的新的課題。解題的答案就是要實現行業的轉型和創新[2]。

  轉型和創新需要裝備的改造。多位水泥行業資深人士在做行業分析時提出了在裝備改造上要突出信息化和工業化的“兩化融合”的觀點，在水泥中控室實現自動化和信息化，用上ERP系統，水泥裝備實現智能化應用，提高技術水平，減員增效，以此來加速水泥工業現代化進程。與發達國家水泥生產工業相比，國內的企業是有差距的。要解決這個問題就要依靠提高自動化程度，依靠兩化深度融合[3]。

  基于DF-5701中子活化在線分析儀的優化配料技術正是響應廣大水泥生產廠家技術提升迫切需求經過很多現場應用檢驗成功的先進技術，在提升水泥自動化水平上起到突出作用。

  2 中子活化優化配料原理

  利用中子活化在線檢測儀檢測出水泥原料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等各元素含量并計算出KH、SM、IM三率值，通過通訊傳送給生料質量計算機控制系統，控制計算機對信號進行處理并把處理過的數據再回傳給中子活化檢測主機，通過KH、SM、IM三個率值的設定值進行優化計算，實現閉環控制，動態實時調節各原料倉下料配比，使得入磨原料的KH、SM、IM三個率值不斷地接近設定值，使出磨生料的KH、SM、IM三個率值控制非常穩定，從而起到生料合格率提高、降低成本，起到提高質量作用。

  三率值通常的計算公式如下：

  3 中子活化優化配料方法

  目前，我國大部分水泥廠都使用KH、SM、IM三個率值作為水泥生料化學性質檢驗的標準指標。生料配料就是依據該指標對石灰石、砂巖、鐵粉等原料按照一定比例搭配，中控室操作人員通過指令系統將各種原料配入生料磨，再粉磨至細度合格的生料。三個率值指標直接影響生料質量。

  傳統的生料配料方式是通過人工取樣后進行化驗分析，然后由工藝人員根據化驗指標進行計算，給出生產配方，再通過配料控制系統依據給出的配方控制各原料的比例。這種方式存在明顯的缺點，首先，化驗周期長，滯后嚴重，無法自動適應物料性質的變化，生料質量不穩定。對于原料復雜的水泥廠情況尤為明顯，通常在這種生產條件下，無法保證水泥生料合格率，若遇磨機操作波動和物料入磨的均勻性出問題時便無法進行有效調整，給后段熟料生產帶來較大困難。其次，由于沒有實時數據來客觀的反映配料實時效果，人工調整原料配比又受到操作人員的接受能力，知識結構，專業水平，對質量控制的能力等因素的影響，不同的操作員在調整配比時人為因素的影響相當明顯；若使用熒光分析和配料優化系統進行控制的，也存在分析頻次、調整頻次等影響因素，取得的效果并不理想。

  采用中子活化在線多元素分析儀后，原始的配料控制系統發生了重大變革，由于有了飽和比系數KH，硅酸率SM，鋁氧率IM的實時檢測，水泥生料配料自動控制系統在原有生產流程控制功能基礎上，建立了優化控制思想，在初始配方基礎上，依據在線多元素分析儀數據反饋，實時調整優化配方配比，由電氣自動化執行設備按配方要求控制各原料流量。

  基本控制方法：假定設定指標（預期配方）為KH0、SM0、IM0，實時檢測數值為KHr、SMr、IMr，當檢測數值反饋傳回控制主機時，控制主機會根據實時檢測數值與預期指標進行比較，進行配方優化配比計算，調整原料配比，然后將新配比輸出至執行機構來調整原料配比，調整后的混合原料再經過檢測得到新的檢測數據反饋給控制主機，如此形成閉環控制，對原料配比進行動態調整。如圖3.1所示：

圖3.1 優化配比工作過程

  控制系統設備組成聯系，見圖3.2：[Page]

圖3.2 控制系統設備組成聯系圖

  該優化配比方法已經在諸多水泥生料配料現場得到成功驗證，在此成功經驗基礎上，根據各現場工藝、控制需求的不同，衍生出按熟料配料、按元素含量配比的不同形式，使中子活化優化配料方法得以日趨完善。

  4 中子活化優化配料的特點

  （1）根據入磨生料成分檢測值，控制計算機自動調整原料配料的比例，實現在線實時動態調整，保證出磨生料達到設定指標，控制調整及時、穩定。

  （2）利用PLC的報警功能，可以根據用戶需求設定故障報警和偏差提示報警，使配料過程監控針對性更強，對異常狀態響應更及時。

  （3）可與DCS系統聯機，在線直接修改原料配比；可以自動判斷皮帶秤工作狀態，及時進行修改；用戶可以設定靈敏度和滯后系數，控制更為精確。

  （4）實時監視配料秤反饋流量，自動跟蹤原料成分波動，優化配方控制，無需頻繁更改或測定原料成分。

  （5）用戶可根據需要設定各種原料的允許上限和下限，使生產在允許范圍內進行調整，增強用戶控制的靈活性。

  （6）可以根據現場控制模式的不同采用不同的優化配比策略，量身定制，以滿足使用需求。

  5 典型現場應用

  DF-5701中子活化在線分析檢測及優化配料技術已經在國內廣大水泥廠推廣，應用該技術后，各個水泥廠生料配料質量及熟料質量均得到不同程度提高，給各水泥廠帶來實質性的收益。這里以近期開展的某水泥現場實際應用為例，來說明中子活化優化配料技術的實際應用效果。

  該水泥現場在未使用優化配料技術前采用人工手動配料方式，原料波動造成的配料波動明顯，人力投入大，生產調整難度大，但產品質量控制效果并不理想。采用優化配料后，配料工作變得容易，調整及時，產品質量也得到明顯改善。

  采用優化配料方式后，合格率整體提高20%-30%以上，與人工手動配料方式相比，效果十分明顯。

  從圖5.1中兩種配料方式的效果對比可以看出，采用優化配料后，生產波動始終圍繞著一定范圍小幅度波動，基本不存在人工手動配料大幅度抖動的情況，配料生產穩定性強。

圖5.1配料效果對比圖

  6 結論

  （1）DF-5701中子活化在線分析儀能夠實時準確的分析出水泥原料中元素含量，通過分析儀進行優化配礦，有效的彌補了原料均化不理想或無原料均化帶來的配料困難，使生料、熟料質量控制智能化、簡易化。

  （2）中子活化優化配料系統將檢驗和控制整合，避免了人工化驗的滯后性，減少人為因素的影響。整個系統工作穩定，維護量少，節省了人力和維護成本，確保了生產穩定性。

  （3）中子活化優化配料系統使生產調整簡單容易，配合生料均化后熟料的合格率明顯提高，穩定性能更好，對熟料及水泥質量提升有明顯促進作用。在保證熟料品質的前提下，可以增加混合材料添加量，降低了水泥的生產成本。

  （4）DF-5701中子活化分析儀及優化配料系統在水泥生產企業生料配料控制方面具有廣泛的適應性，該產品技術雖為“中國造”，但確實已經達到國際領先水平，在水泥生產中推廣應用的前景非常廣闊。