在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)對水泥生產(chǎn)的幫助

  水泥是一種粉體產(chǎn)品，由不同大小的顆粒按一定比例構(gòu)成。在我國，目前用來表示水泥顆粒大小的最流行的方法是細(xì)度和比表面積，眾所周知，水泥性能與水泥粒度密切相關(guān)，水泥粒度的大小直接影響水泥的凝結(jié)、硬化過程和強(qiáng)度、流動性等一系列物理性能，乃至混凝土的物理力學(xué)性能。

  水泥細(xì)度的表述概括起來有篩余、比表面積、顆粒級配、平均粒徑等幾種，而水泥細(xì)度的傳統(tǒng)的檢測方法有篩析法和比表面積法，其中篩析法是水泥生產(chǎn)最常用，也是延續(xù)了很久的方法，目前以80um和45um篩余為主。

  我國水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水泥產(chǎn)品的細(xì)度小于 10%，這個(gè)細(xì)度是指 80um 篩余量%。這個(gè)方法簡單易行，在一定的粉磨工藝條件下，細(xì)度與水泥強(qiáng)度存在一定關(guān)系。理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐均發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的細(xì)度和比表面積與水泥性能相關(guān)性并不理想.80 微米篩余只反映 80um 以上顆粒的百分含量.雖然該組分含量低,表明有效顆粒含量高.水泥強(qiáng)度變高,但是對總量 90%以上、粒徑小于 80um、對水泥性能有直接影響的顆粒來說,具體的粒度分布情況并不清楚,因此也就無法完全確定水泥性能(如 3 天強(qiáng)度、澆筑性能等).用這種方法進(jìn)行水泥質(zhì)量控制存在一些問題。同樣的問題也或多或少的存在于 45um 的篩余。比表面積的控制也存在一定的缺陷，因?yàn)橥槐缺砻娣e可能存在眾多的細(xì)度分布可能。因此，簡單的利用 45um、80um 篩余和比表面積來控制水泥的粉磨細(xì)度，進(jìn)而控制水泥的強(qiáng)度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

  該公司隸屬于中國聯(lián)合水泥，在經(jīng)過多方研究和考察后，于 2013 年開始安裝使用了 Xoptix 在線粒度分析系統(tǒng)，其測量原理是激光衍射技術(shù)結(jié)合全米氏理論，也是目前最為成熟的一種粒度測量方法。該公司將 Xoptix 系統(tǒng)安裝在選粉機(jī)后的輸料斜槽上，利用螺旋輸送器將斜槽內(nèi)一部分產(chǎn)品取出，XOPTIX 裝在螺旋輸送器的下料管上，不但可以保證樣品的代表性，也使得儀器的運(yùn)行更加穩(wěn)定，為了儀器效益最大化，筆者選擇了一臺在線粒度儀同時(shí)監(jiān)測其兩臺磨機(jī)。

  在安裝在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)之前，實(shí)驗(yàn)室都是用 80 微米和 45 微米的篩余來測量粒度的大小，不同人員的檢驗(yàn)誤差和 30 分鐘的檢驗(yàn)時(shí)長，影響中控操作員穩(wěn)定操作。

  使用了 XOPTIX 在線粒度儀之后，筆者嘗試對選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速做細(xì)微的調(diào)整，中控室的操作人員幾大概 3 分鐘之后，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。圖二即是操作人員對工藝進(jìn)行了手動調(diào)整，把選粉機(jī)轉(zhuǎn)速從 59%微調(diào)到 57%，15 分鐘過后又從 57%調(diào)回到 59%，筆者從軟件里面截取這一段時(shí)間的曲線數(shù)據(jù)可以明顯看出 %<45, %>80 曲線圖在這段時(shí)間都發(fā)生了明顯變化。

  由于45um的篩余主要反映水泥中粗顆粒的百分比含量，而比表面積主要反映水泥中細(xì)顆粒百分比含量（小于 5um），所以我公司采用 45um 篩余和比表面積相結(jié)合控制出磨水泥細(xì)度，在生產(chǎn)初期取得了不錯(cuò)的效果，但由于兩頭大，中間小的顆粒分布使得水泥失去了優(yōu)勢。在使用了 Xoptix 在線粒度儀之后，對出磨水泥各種規(guī)格的粒徑所占的比例就可以直接讀出，快速判斷是磨機(jī)研磨導(dǎo)致顆粒分布變化還是物料（熟料和混合材）活性變化導(dǎo)致水泥強(qiáng)度變化，并且能夠?qū)崟r(shí)跟蹤調(diào)整結(jié)果，這無疑給筆者增添了一個(gè)控制水泥性能的先進(jìn)手段。

  談到利用一個(gè)全新的數(shù)據(jù)來控制該公司的生產(chǎn)工藝，不得不提出其和其現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的差異，因?yàn)椴煌瑥S家不同原理的儀器必然存在結(jié)果不同，但是綜合比較下來，optix的數(shù)據(jù)和筆者的篩分?jǐn)?shù)據(jù)基本都控制在 2%以下，并且兩者存在一定的線性關(guān)系，這也使得筆者可以放心使用在線粒度儀的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來優(yōu)化其生產(chǎn)工藝。儀器的穩(wěn)定性也在長期的使用中得到印證，在工藝穩(wěn)定的情況下，各粒度參數(shù)的趨勢圖也非常穩(wěn)定，波動范圍在±1.5%，如圖三所示。

  圖四是前后的數(shù)據(jù)擬合圖，可以看到選粉機(jī)轉(zhuǎn)速降低，顆粒粒度變大，粒度分布

  圖明顯向右偏移。

  圖五是瞬時(shí)的粒度分布圖，該公司的工藝人員或者管理人員可以打開任何歷史時(shí)間的粒度分布圖，了解詳細(xì)的粒度分布參數(shù)。

  該公司是粉磨站企業(yè)，熟料靠外購，其質(zhì)量存在較大波動，導(dǎo)致出磨水泥輕度標(biāo)準(zhǔn)偏差也大，在線粒度儀使用之前，該公司出磨水泥 28 天抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.633MPa， 使用之后，操作員根據(jù)粒度趨勢圖穩(wěn)定磨機(jī)轉(zhuǎn)速，出磨水泥波動也隨之減小，28 天的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差減小到 0.459MPa，水泥產(chǎn)品均衡穩(wěn)定，滿足了商品混凝土公司的需求，也成了該公司產(chǎn)品的主要賣點(diǎn)。

  下表即是該公司使用在線粒度儀前后的各項(xiàng)數(shù)據(jù)比較，按年產(chǎn) 100 萬噸的產(chǎn)能初步估算，每年可以降低生產(chǎn)成本達(dá) 600 多萬元。

  結(jié)論

  1、在線激光粒度儀是中控操作員的“眼睛”，是操作參數(shù)調(diào)整的依據(jù)：工藝參數(shù)變化時(shí)，3 分鐘左右，操作人員就能夠從畫面上發(fā)現(xiàn)粒度變化、變化多少。使調(diào)整做到及時(shí)、準(zhǔn)確、量化。傳統(tǒng)的離線式激光粒度儀不能做到與成品水泥同步，不能隨時(shí)指導(dǎo)中控操作。

  2、工藝人員對水泥顆粒分布＜3um、3~32um、＜45um、＞80um 含量等分析，能將水泥細(xì)度控制在更窄的范圍內(nèi)，顆粒級配更加合理，分散性更好，早期強(qiáng)度高，后期增進(jìn)好，質(zhì)量更穩(wěn)定等特性，更加具有競爭力。

  3、質(zhì)量管理人員根據(jù)水泥顆粒分布狀況調(diào)整混合材品種、比例結(jié)構(gòu)和最佳控制指標(biāo)，提高混合材參加量；同時(shí)能夠通過曲線變化監(jiān)控生產(chǎn)全部過程。