生料率值配料系統(tǒng)的過去、現在和將來

       一、率值配料系統(tǒng)的研究發(fā)展史  

     水泥生料成分的穩(wěn)定性直接影響水泥的安定性和強度。統(tǒng)計結果表明，無論怎樣調整配方，一個廠的熟料強度和f-CaO含量，根本上與該廠生料成分的合格率成正比：生料成分合格率越高，則熟料強度越高、f-CaO越低；相反，如果生料合格率很低，要生產優(yōu)質水泥熟料是不可能的。

     大型水泥廠生料成分用率值來反映，因為他們有能力購買價格昂貴的X射線熒光分析儀快速測定生料所有主要化學成分；而中小型水泥廠只能通過控制CaO和Fe2O3來控制生料成分。但這并不表明中小型水泥廠不懂得率值配料的重要性，相反，他們一直在研究如何通過控制CaO和Fe2O3來巧妙地控制生料的成分。

     率值配料不是一個新概念。早在1987年河南硅酸鹽學會的劉篤新工程師在《河南建材》上發(fā)表的《關于水泥生料配料公式研究》中就提出了率值配料的概念，1991年還出版專著《水泥生料配料的率值公式法》，詳細探討了生料反饋回調的各種方法，證明在原材料成分波動時單控制生料CaO、Fe2O3不能穩(wěn)定生料三率值，進一步明確了率值配料的概念。他沒有止步于揭示鈣鐵控制的缺陷，而是進一步研究了6種回調方法，提出了鈣鐵控制下保證率值合格的最佳回調方法，最大限度地避免了鈣鐵控制的缺陷。水泥廠目前普遍采用的回調方法實際上就是劉篤新工程師倡導的方法。 此后，率值配料的理論并沒有新的突破。目前率值配料的基本假定是：要實現率值配料必須要測定出生料硅、鐵、鋁、鈣4種化學成分。

     率值配料設備的研制都基于這一基本思想。 率值配料設備的研制可追溯到上世紀70年代，當時遼寧自動化研究所在琉璃河水泥廠干法生產線上開展“生料配料自動控制系統(tǒng)”研究項目，該項目于1978年榮獲全國科學大會獎；1981～1985年間合肥水泥研究院為日產2000噸熟料干法生產線配備了生料質量計算機控制系統(tǒng)；1986～1990年間，合肥水泥研究院研究了QCS生料質量自動控制系統(tǒng)，專門為中小型水泥廠服務，并在江西、廣東分別通過省級鑒定，在全國幾十家中小水泥廠推廣應用；期間，天津水泥設計研究院也開展了該系統(tǒng)的研制工作，應用于老廠改造和新廠建設中。據報道，1987年1月中國建材研究院水泥所研制成功RCS－861生料成分自動控制系統(tǒng)，在首都水泥廠應用，使生料成分合格率提高了47%。近年來也有不少單位研制率值配料系統(tǒng)。其中武漢工業(yè)大學林宗壽教授1999年12月主持開發(fā)的生料率值控制系統(tǒng)知名度最高，在水泥廠廣為推廣應用。不太知名的還有四川大學某公司、深圳開特自動化有限公司、杭州某廠、新疆建材研究所、福建康利有限公司、遼寧某廠。  前述率值配料系統(tǒng)主要面向立窯水泥廠，為什么沒有面向新型干法水泥廠呢？因為新型干法水泥廠在建廠設計之初就配備有率值配料控制系統(tǒng)，包括100多萬元的X射線熒光分析儀、原料預均化堆場，以及生料空氣攪拌均化庫等，率值配料系統(tǒng)運轉良好，也就沒有引起大家注意。

 
二、當前率值配料系統(tǒng)的問題 

     自從3年前武漢工業(yè)大學林宗壽教授在全國三十多個省、市、自治區(qū)巡回演講以來，立窯水泥廠開始對率值配料的重要性有所了解，率值配料系統(tǒng)受到前所未有的重視，林教授提出的率值配料系統(tǒng)也在全國得到廣泛應用。另外，前述其他一些單位研發(fā)的率值配料系統(tǒng)也在不少水泥廠得到應用。雖然所有率值配料系統(tǒng)都能在一段時間里運行良好，但從實際效果看，還沒有一家單位能保證所有率值配料系統(tǒng)都能運行良好，應用失敗的廠家數量也很大，裝好又拆掉的廠家不在少數，這表明率值控制系統(tǒng)還不成熟，需要改進的地方還很多。 

    考察一下應用率值控制系統(tǒng)的廠家，可發(fā)現率值系統(tǒng)的聯(lián)網傳送數據功能發(fā)揮得較好，能代替人工電話指揮生產，能進行配料方案計算，比過去人工計算方便得多，這些令水泥廠感到新鮮，但在計算機技術普及的今天，這些功能只不過是計算機技術在水泥廠的簡單應用，并沒有真正創(chuàng)新的東西，其基本理論仍然停留在劉篤新階段。特別是有大量水泥企業(yè)安裝該系統(tǒng)后發(fā)現越調越亂，不能正常應用。對于出現的問題，研制廠家認為責任在于水泥廠管理不善；而水泥廠自認為管理狀況正常，是設備難以在短時間內大幅度升級。

     正是由于眾多廠家安裝率值控制系統(tǒng)后效果不明顯或使用不正常，使得率值配料系統(tǒng)喊得響，真正使用的并不多，這與我們首創(chuàng)的“立窯生料熱量測定技術”的推廣應用情況形成反差，后者在短短的幾年里憑借其完善的設計、顯著的效果和廣泛的適應性而很快得到普及。 率值配料系統(tǒng)的癥結究竟在哪里？我們認為不應責怪使用廠家，中小型水泥廠的設備及管理現狀難以在短時間內發(fā)生根本的改變，這是中國的國情；相反，研究單位必須走出象牙塔，認真研究水泥廠出現的問題并找到解決辦法，讓技術來適應水泥廠的現狀。

1. 準確監(jiān)控磨機工況是保證率值配料系統(tǒng)成功使用的基礎 率值控制系統(tǒng)根據出磨生料成分來反饋調節(jié)原料配比，對于零點漂移、修改控制指標這樣的低難度問題當然能順利解決，但碰到磨機工況不穩(wěn)定、原材料波動大等情況，如果系統(tǒng)設計不完善，胡亂判斷，后果就只能是越調越亂。因為配料回調的前提是出磨生料成分是入磨各原料配比的正確反映，在磨機正常工作時，配料回調工作正常；當磨機發(fā)生飽磨或空磨時，出磨生料不再反映入磨各原料的配比，這時如果仍按原來方法調節(jié)，必然越調越亂。目前在成功應用率值配料系統(tǒng)廠家，化驗室主任都瞪大眼睛日夜觀察磨機工況，一旦發(fā)現磨機工況不正常就不回調，搞得比應用率值系統(tǒng)前還累。所以，只有實現磨機工況準確監(jiān)控，才能保證率值配料系統(tǒng)成功使用。

2.二氧化硅、三氧化二鋁測定難、速度慢是制約當前率值配料系統(tǒng)效果的主要原因 配料回調的關鍵在于速度要快，滯后1小時幾十噸不合格生料就過去了，而且如果原料成分波動大，2小時的回調周期就失去了意義。 一般認為，二氧化硅對率值影響最大，必須測定，而現有的測定方法有X射線熒光法和化學法。

    從實際效果看，小型X射線熒光儀對硅這樣的輕元素測定結果的精密度和穩(wěn)定性隨原料變化而變化，達不到滿意效果；而大型X射線熒光分析儀價格在100萬元左右，令立窯水泥廠望機興嘆。

    另一方面，經典化學分析法操作復雜、耗時，難以適應水泥生產控制的需要；即使中國建材研究院劉玉兵等人于1990年首創(chuàng)的二氧化硅快速測定法，也需要近30分鐘左右才能完成一個樣品的測定，加上取樣、熔樣、計算，還要花費一定的時間，要實現快速回調是不可能的。實際上水泥廠生產線較多，而控制組人員多，素質也參差不齊，工人普遍感到工作量大，結果穩(wěn)定性差。