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矩形石灰石预均化堆场换堆前后原料配比的调整方法
矩形石灰石预均化堆场换堆前后原料配比的调整方法
摘要:
给出了石灰石分析成分和生产成分两个基本概念,研究了矩形预均化堆场石灰石生产成分的变化规律,提出了矩形预均化堆场换堆前后原料配比的调整方法,该法可解决换堆前后原料配比难以调整的问题,减少生料成分的大幅度波动,提高出磨生料合格率,有助于窑系统热工制度的稳定,降低消耗,提高熟料产量和质量。
关键词:
分析成分;生产成分;在用石灰石;待用石灰石;生产成分工艺差
新型干法水泥生产中,矩形石灰石预均化堆场的均化效果较好,缺点是换堆前后原料配比难以掌握。
表1是石灰石换堆前后连续九个小时的生料KH值,由于中控操作员经验不足,数据离散性很大,如果生料粉库存量不足,均化效果差,将严重影响窑系统热工制度的稳定。
目前,由于缺少适合新型干法水泥的生料配料调整控制软件,多数企业还是采用手工调整的老方法,具有一定的盲目性和滞后性。
本文通过石灰石分析成分和生产成分对应关系的研究,提出了出磨生料原料配比的生产成分调整法,根据换堆前后石灰石生产成分的变化规律,进行不同时间段原料配比的事先调整,改变根据出磨生料成分进行事后调整的被动局面,可有效解决长期困扰我们的难题。
表1石灰石换堆后连续九个小时的生料KH值(目标值KH=0.960)
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
KH
1.008
0.946
0.924
0.828
0.815
0.938
1.074
0.980
0.962
1影响生料化学成分变化的因素
影响生料化学成分变化的因素可分为量变和质变两个方面,量变包括原料下料量变化和原料水分变化,质变是指原料成分发生变化。
正常生产情况下,计量设备的性能不可能发生突变,短时间内显示下料量与实际下料量之差基本不变,同一个均化堆的原料水分也不会波动太大。
因此,影响生料化学成分变化的主要因素是原料成分发生变化。
在生料制备过程中,石灰石是主要原料,占80%以上,通过大量的模拟计算证明:
石灰石化学成分变化是影响生料KH变化的主要因素,原料成分变化对生料SM、IM影响不大,SM、IM不符合要求,主要是辅助原料之间的配比不合适。
2出磨生料原料配比的生产成分调整法
目前,多数水泥企业还是根据出磨生料化学成分来调整原料的配比,该控制法属于事后调整,具有滞后的缺点,调整前提是假设以后的原料成分不再变化,适合于原料成分变化幅度和变化频率都不高的配料调整。
在国内,从事出磨生料回调研究已有20多年的历史,由于不知道当时原料成分的变化情况,进行调整计算的难度特别大,从事此项研究的不多,成功和比较实用的更少。
为了寻找有效的调整计算方法,分析石灰石化学成分的变化情况,研究实际生产中原料成分、原料配比和生料成分之间的对应关系,给出了石灰石分析成分和石灰石生产成分两个概念。
2.1石灰石分析成分
石灰石分析成分就是对待用石灰石进行取样检验,而得到的干燥基石灰石成分。
石灰石分析成分是客观存在的,具有实在意义。
2.2石灰石生产成分
石灰石生产成分就是以微机显示的原料配比、出磨生料成分、辅料(石灰石以外的其它辅助原料)成分以及原料水分为基准,为表明生产中的对应关系,通过计算而得到的干燥基石灰石成分(已知原料显示配比、生料成分、辅料成分及原料水分求干燥基石灰石成分)。
石灰石生产成分是假想的,是在特定条件下得来的,在生料制备过程中,如果计量设备稳定以及原料配比不变,石灰石生产成分和生料成分呈良好的对应关系。
生产成分变化,则生料成分变化;生产成分稳定,则生料成分稳定。
2.3石灰石分析成分和生产成分的对应关系
在实际生产中,由于各种误差(如:
石灰石分析成分误差、计量设备下料量误差、出磨生料成分的检验误差)存在,导致石灰石的分析成分和生产成分并不相符,但它们之间存在一定的对应关系。
石灰石分析成分稳定,不表示对应的生产成分一定稳定;石灰石生产成分不稳定,不代表分析成分也不稳定;只有石灰石分析成分稳定,才能保证生产成分稳定。
在生料制备过程中,计量设备及检验仪器稳定是生料成分稳定的基础,石灰石分析成分稳定是生料成分稳定的前提,石灰石生产成分稳定是生料成分稳定的关键,合理和有效的调整方法是生料成分稳定的保证。
石灰石生产成分包含了原料、计量、生产和检验全过程中的所有因素,符合生产中的对应关系,是配料调整的重要依据。
通过大量的模拟计算证明,如果计量误差和检验误差是一个定值,则石灰石分析成分和生产成分的对应关系(差值)基本不变(见《中国水泥》2013年第4期“干法水泥生料控制方法分析与研究”一文),据此对应关系可实现待用石灰石原料配比的事先调整,改变根据出磨生料化学成分进行事后调整的被动局面。
2.4出磨生料原料配比的生产成分调整法
生产成分调整法,是以和出磨生料相对应的石灰石生产成分为基准,通过计算来确定后期原料配比的调整方法。
由于石灰石化学成分变化是影响生料KH变化的主要因素,而石灰石分析成分和生产成分又有一定的对应关系,我们把生料成分变化看成由石灰石生产成分变化引起,辅料成分和原料水分不变,调整前后有下列关系存在:
(调整前生料成分)=(石灰石生产成分)×(石灰石对应配比)+(辅料均化堆平均成分)×(辅料对应配比)
(出磨生料要求成分)=(石灰石生产成分)×(调整后石灰石配比)+(辅料均化堆平均成分)×(调整后辅料配比)
石灰石生产成分是为了表明生产中的对应关系而虚设的,符合生产中的对应关系,调整前后,两式中的石灰石生产成分和辅料均化堆成分都不变,变化的只是生料成分和原料配比,两式合并后可消除石灰石生产成分,计算出调整后的原料配比。
该法在计算过程中,消除了计量设备和辅料成分可能存在的系统误差,准确度很高,适合于原料成分相对稳定的配料调整计算,需注意在计算时不能只用当前配比,因为出磨生料通常连续取样,对应调整前和调整后两组配比,要用这两组配比的加权平均值进行计算。
2.5生产成分调整法和率值公式法回调结果的对比
刘笃新老师很早就对生料三率值的回调进行了研究,回调公式是根据生料KH要求建立的,回调系数不通用,是在特定条件下得来的,共有11种调整方法,生料KH回调的准确度较高,SM、IM的准确度较差。
表2是《水泥生料配料的率值公式法》中原料配比和变化前后的原料成分,假设原料配比不变,原料成分由原料①变成原料②,生料成分由生料①变成生料②,表3是变化前后的生料成分,表4是率值公式法11种调整方法的回调结果。
表2原料配比和变化前后的原料成分(%)
原料①
配比%
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
原料②
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
石灰石①
82.33
2.32
0.43
0.16
53.78
石灰石②
3.40
0.80
0.45
52.78
粘土①
5.74
54.34
24.61
7.89
3.78
粘土②
55.34
24.20
7.60
3.60
硫酸渣①
3.48
33.88
10.39
49.07
3.64
硫酸渣②
33.40
10.10
50.00
3.40
砂岩①
8.45
83.73
7.81
1.85
1.37
砂岩②
83.20
8.00
2.00
1.50
表3原料成分变化前后对应的生料成分(%)和率值
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
KH
SM
IM
生料①
13.29
2.78
2.45
44.75
1.056
2.541
1.135
生料②
14.168
3.075
2.716
43.950
0.955
2.447
1.132
表4率值公式法11种调整方法回调后的生料三率值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
KH
1.056
1.055
1.057
1.057
1.056
1.054
1.056
1.056
1.056
1.054
1.056
SM
2.446
2.533
2.277
2.367
2.419
2.709
2.516
2.306
2.377
2.648
2.417
IM
1.143
1.011
1.095
1.067
1.194
1.210
1.035
1.104
1.083
1.196
1.189
采用本法用生料②、辅料①、调整前配比计算的石灰石生产成分为:
SiO2=3.39;A12O3=0.78;Fe2O3=0.48;CaO=52.77;可见和石灰石分析成分石灰石②非常接近,充分说明石灰石分析成分和生产成分的对应关系基本不变(注:
此时不存在计量误差和检验误差,因此石灰石的分析成分和生产成分很接近,当计量误差和生料成分石灰石成分的检验误差是一个定值时,石灰石分析成分和生产成分之差基本不变)。
用石灰石生产成分、辅料成分①以生料①为目标值计算后得新配比,石灰石:
84.023%;粘土:
4.756%;砂岩:
8.129%;硫酸渣:
3.091%;用新配比、原料成分②计算出的生料成分见表5,数据表明生产成分调整法的回调结果很好,如果后期的原料成分变化不大,用和出磨生料相对应的石灰石生产成分进行调整计算比较有效。
表5回调后的生料成分(%)和率值
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
KH
SM
IM
回调后生料成分
13.285
2.786
2.448
44.746
1.056
2.538
1.138
3矩形预均化堆场石灰石分析成分的稳定性
矩形石灰石预均化堆场多采用人字形往复式堆料,达几百层之多,除了堆头和堆尾,其余部分均化效果较好。
如果进行取样检验,由于有取样误差及检验误差存在,很难判断均化效果。
我公司有两个石灰石矿点,1号矿点MgO含量约为0.3~0.7%,比较稳定,2号矿点MgO含量约为1.0~4.0%,波动比较大。
由于两个石灰石矿点MgO差别比较大,需按一定比例搭配使用,如果均化效果差则生料MgO就会产生波动。
表6是连续三个均化堆石灰石的分析成分,MgO有明显的差别。
表7是换堆前后出磨生料的MgO含量,1号~4号使用1号堆石灰石①;6号~69号使用2号堆石灰石①,生料MgO的标准偏差是0.020,平均1.00,在±0.04范围内波动;71号以后使用1号堆石灰石②。
表中数据表明,除了换堆前后的过渡时间外,生料MgO和石灰石MgO一一对应,并且很稳定。
足以证明矩形预均化堆场的均化效果较好,如果除掉堆头和堆尾部分,其余不同时间段的石灰石分析成分比较稳定。
表6连续三个石灰石均化堆综合样的分析成分(%)
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
Loss
1号堆石灰石①
11.00
2.21
0.98
45.66
1.43
37.66
2号石灰石堆①
10.61
2.26
0.77
46.56
1.01
38.02
1号石灰石堆②
11.11
2.57
1.11
46.27
0.73
37.36
表7换堆前后出磨生料的MgO含量(%)
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
MgO
1.55
1.55
1.53
1.59
1.49
1.11
1.00
1.01
0.97
0.98
0.97
0.97
0.97
序号
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
MgO
1.00
1.00
1.00
0.99
1.00
1.00
1.03
1.00
1.00
1.00
0.99
0.98
0.99
序号
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
MgO
1.00
1.02
1.00
0.99
1.00
1.02
0.99
0.98
0.98
0.98
0.99
1.00
0.97
序号
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
MgO
0.97
1.01
1.01
1.01
1.01
1.03
0.98
0.97
1.01
1.01
1.03
1.03
1.02
序号
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
MgO
1.02
1.03
1.04
1.03
1.04
1.03
1.03
1.01
1.03
1.01
1.03
1.04
0.99
序号
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
MgO
1.00
1.02
1.00
1.02
0.98
0.92
0.94
0.92
0.94
0.94
0.93
0.92
4矩形预均化堆场石灰石生产成分的稳定性
在实际生产中,石灰石分析成分稳定不表示出磨生料成分一定稳定,出磨生料成分不稳定也不表明矩形石灰石预均化堆场的均化效果不好。
出磨生料成分的合理与稳定还与计量设备、粉磨设备、取样设备、检验仪器以及调整方法多种因素有关,任何一个环节出现问题,都会影响生料成分的稳定性,引起生料成分波动。
石灰石生产成分符合生产中的对应关系,是生料成分稳定的关键,必须认真研究石灰石生产成分的变化情况,打破根据出磨生料成分进行事后调整的传统方法,仔细分析,合理调整原料的配比。
4.1出磨生料化学成分修正计算
同一个生料三率值,不同生料总和,可以对应不同的生料化学成分,将影响石灰石生产成分的计算。
受实验室条件及其它因素影响,有时生料成分总和变化很大,给石灰石生产成分计算造成误差,因此必需对出磨生料成分进行修正计算。
出磨生料成分修正,是假设生料中的氧化钾、氧化钠及其它微量元素之和基本不变,以固定的生料成分总和为基准,对出磨生料成分进行修正计算。
修正后的生料成分其三率值不变,成分总和固定,修正后的生料成分按下式计算:
(修正后生料成分)=(出磨生料成分)×(100-R)÷M
式中:
R—出磨生料中氧化钾、氧化钠及微量元素之和;
M—出磨生料主要成分及烧失量之和,M=SiO2+A12O3+Fe2O3+1.7848×CaO+2.0918×MgO,烧失量根据CaO、MgO及CO2分子量换算。
注:
在检验仪器正常的情况下,实验室温度变化对仪器检验数据影响较大。
温度升高,检验数据按比例升高;温度降低,检验数据按比例降低,但三率值基本不变。
在计算石灰石生产成分,研究石灰石生产成分变化规律过程中,要全部采用修正后的生料化学成分。
4.2矩形预均化堆场石灰石分析成分的变化规律
ABAB取料方向CD
图1均化堆的堆头俯视图图2均化堆侧视图
矩形石灰石预均化堆场多采用人字形水平堆料法,堆满一个均化堆需4—6天的时间。
堆料过程中,每小时取连续样,用荧光仪进行检验,每天有一个总产量和平均成分,管理人员根据平均成分进行搭配调整,使整个均化堆的石灰石成分满足配料要求。
图1和图2是矩形均化堆的堆头俯视图和均化堆的侧视图,A是堆头底部的开始取料点,B、C是两头的限位点,D是堆尾取完料后的结束点。
堆料过程中,由于颗粒离析效应,大块石灰石滚到底部,使均化堆上部的含泥量增加。
整个均化堆,从B到C点之间,大块石灰石只向均化堆两侧滚动,而堆头和堆尾的B、C两点,石灰石大块向两侧及端部同时滚动,呈一个半圆锥体,因此堆头的B点和堆尾的C点其含泥量最多,CaO最低,SiO2最高,每一层都是这个情况。
堆头的侧视角度约为45℃,取料机的取料角度约为40℃,当取料机从堆头开始取料时,由于取料机的取料角度小于料堆的侧视角度,堆头顶部B点的取料量较多,再加上B点的含泥量最多,滚到两侧的大块石灰石取不到,会产生一个石灰石质量比较差的过程,过一段时间才能正常。
如果每天的石灰石平均成分无很大差别,则堆头以后部分的石灰石分析成分基本稳定。
如果每天的石灰石平均成分差别很大,则A、B之间的成分不稳定,取过B点的底部之后才能稳定。
由于均化效果较好,在B、C之间的分析成分基本稳定,当取料机的上部取到堆尾的C点以后,会出现一个含泥量较多的过程,然后是石灰石的大块逐渐增多,石灰石CaO逐渐增加,SiO2逐渐降低,如果掌握不好这个规律,原料配比将难以调整,生料成分将产生大幅度的波动。
4.3矩形石灰石预均化堆场换堆前后原料配比调整案例分析
表8和表9是换堆前后两堆石灰石的分析成分,进行石灰石搭配时以满足配料要求为原则,两堆石灰石的MgO明显不同。
表10是4月8日至4月10日石灰石换堆前后的生料成分,出磨生料连续取样,从开始取样到报出检验数据结果约需15分钟,原料配比采用手工根据经验调整的方式,生料成分稳定时两小时检验一次,不稳定时一小时检验一次。
每日8:
30至12:
00及20:
00至23:
00限电停机,大约4月9日0:
00开始取1号堆C点堆尾料,表11是换堆前后的原料配比以及和出磨生料相对应的石灰石生产成分,通过数据分析说明,换堆前后的石灰石生产成分特别不稳定,分别分析如下:
(1)1号生料到5号生料的原料配比、生料三率值及石灰石生产成分都比较稳定,6号生料的石灰石质量明显变差,对应的石灰石生产成分CaO值明显降低,SiO2值明显增加,表明此段时间石灰石的含泥量比较多,使用的是堆尾C点周围的料;
(2)从7号生料开始,石灰石生产成分CaO明显增加,SiO2明显降低,表明此时石灰石含泥量开始减少,大块石灰石增加,到8号生料石灰石生产成分CaO达到最高,SiO2达到最低,石灰石的含泥量最低;
(3)9号生料的生产时间是13:
45到14:
45,生料MgO明显改变,大约14:
00开始使用2号堆石灰石,换堆后有一个石灰石质量明显变差的过程,和10号以后的后续时间段相比较,其对应的石灰石生产成分CaO值明显降低,SiO2值明显增加;
对照表10及表11中的有关数据,对中控操作员的调整方法分析如下:
(1)5号生料的KH值为0.953,稍微偏低,根据5号生料的数据,在6号生料的调整中稍微增加了石灰石的配比,生料KH值反而降低到0.944,其原因是取料机取到堆尾限位点C以后有一个石灰石含泥量最多、石灰石质量明显变差的过程;
(2)7号生料使用1号堆堆尾石灰石,此时石灰石含泥量开始减少,大块石灰石开始增加,对应的生产成分CaO明显增加,SiO2明显降低,中控操作员没有掌握这个规律,反而在6号生料的基础上增加了石灰石的配比,致使生料KH达到了1.020;
(3)根据7号生料的检验数据,在8号生料的调整中减少了石灰石的配比,但是由于堆尾大块石灰石继续增加,对应的生产成分CaO继续增加,SiO2继续降低,生料KH为0.989还是比较高;
(4)9号生料的石灰石配比没有变,调整了页岩和砂岩的配比,由于开始使用2号堆石灰石,而取料机的取料角度小于料堆的角度,料堆顶部B点的取料量较多,再加上B点的含泥量最多,因而有一个石灰石质量比较差的过程,对应的石灰石生产成分CaO降低和SiO2增加的幅度都很大,导致9号生料KH为0.885,严重偏低;
(5)根据9号生料的检验数据,操作员凭经验增加了石灰石的配比,由于从10号生料开始,石灰石成分基本稳定,出现了判断失误,造成10号和11号生料KH分别为1.004和1.022严重偏高;
(6)表11中的11号石灰石生产成分前后对比比较异常,其原因与2号堆4月6日的石灰石分析成分有关,因为和4月5日以及4月7日的分析成分差别太大,致使堆头部分的石灰石成分不稳定,在石灰石搭配调整中最好不要出现这种情况,尽量保持每天的分析成分相对稳定;
(7)13号生料的原料配比没做大的调整,但石灰石生产成分前后对比比较异常,其原因是20:
00开始停机限电,23:
00开机,刚开机时生料中易研磨的粉状物料比较多,23:
45取样检验,数据没有代表性,生料KH降低到0.872严重偏低。
为防止此类问题,开机不久后的出磨生料最好取瞬时样;
(8)根据13号的生料检验数据,操作员判断石灰石质量变差,增加了石灰石的配比,结果使14号和15号的生料KH分别达到0.994和1.014,严重偏高;
(9)排除13号的生产成分,从12号到18号的石灰石生产成分比较稳定,只是操作员没有掌握合适的调整方法,凭经验进行调整,如果采用生产成分调整法,可将出磨生料快速调整到目标值范围内。
以上分析说明:
石灰石生产成分的变化情况,符合矩形石灰石预均化堆场换堆前后石灰石分析成分的变化规律,如果根据石灰石生产成分的变化规律,采用不同时间段原料配比的事先调整,可避免换堆前后生料成分的大幅度波动。
表81号堆石灰石分析成分(%)
生产日期
日产量(T)
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
3月30日
5185
13.20
3.01
1.60
43.99
1.65
3月31日
4928
12.60
2.57
1.56
44.51
1.35
4月1日
4564
10.31
2.09
1.04
46.62
0.82
4月2日
5248
12.81
2.52
1.30
44.82
0.96
4月3日
2665
12.34
2.46
1.41
44.19
2.21
加权平均值
12.29
2.55
1.39
44.85
1.32
表92号堆石灰石分析成分(%)
生产日期
日产量(T)
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
4月5日
4964
13.82
2.69
1.37
43.38
1.61
4月6日
5102
9.64
1.79
0.95
47.30
0.78
4月7日
5240
12.60
2.31
1.10
44.73
1.05
4月8日
5026
13.30
2.58
1.23
44.08
1.19
4月9日
2490
10.05
1.82
0.87
46.81
0.94
加权平均值
12.08
2.28
1.13
45.09
0.94
表10换堆前后的生料成分(%)及率值(KH目标值:
0.960)
序号
日期
取样时间
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
KH
SM
IM
1
4月8日
23:
45
13.67
3.02
2.02
42.91
1.23
0.972
2.71
1.50
2
4月9日
1:
45
13.75
2.97
2.03
42.77
1.19
0.965
2.75
1.46
3
3:
45
13.67
2.98
2.00
42.84
1.20
0.972
2.74
1.49
4
5:
45
13.62
2.91
2.01
42.64
1.22
0.974
2.77
1.45
5
6:
45
13.79
2.99
2.03
42.45
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- 矩形 石灰石 预均化 堆场 前后 原料 配比 调整 方法