0 前 言
山东东华水泥有限公司(以下简称“我公司”)有2条5000t/d熟料的新型干法生产线，各配备了一台ATOX50原料磨。其中#2线生料质量控制系统的主要设备是跨皮带式在线分析仪，可实现对进磨原料的实时、在线、连续检测和快速调整，使生料质量能够得到有效的控制。而#1线则采用了“自动取样器+荧光分析仪”的质控系统，生料质量明显差于#2线。为了提高#1线生料质量的稳定性，我公司决定成立技术攻关小组，设法实施#2线跨皮带式在线分析仪能同时控制两台ATOX50原料磨的配料，从而为二条线窑系统的高产、低耗运行和延长窑砖的使用寿命等奠定良好的基础。此改造获得成功，且取得了预期的改造效果。
1 跨皮带式在线分析仪的控制特点和技改背景
我公司#2线的生料生产控制，采用了赛默飞世尔有限公司生产的CBX咖吗射线跨皮带式在线元素分析仪。该分析仪采用快速中子激发分析技术(PGNAA)，能够实现对进磨水泥原料的实时、在线、连续检测分析，其检测频次是每分钟一次，并能完成取样原料中全部元素的检测分析，且分析结果不依赖物料的尺寸及物料的类型以及皮带的输送速度;并可消除人为样品处理、测量而产生的误差;也不需取样环节，因而也消除了取样导致的误差。再通过相应的软件，就能实现原料配料的准确、高效和实时调整，从而能够保证生料质量和生料成分的持续稳定。
我公司采用石灰石、砂岩、煤矸石、硫酸渣四组份配料，为保证原材料质量的品质均匀，建有预均化堆堋堆场，并在生料质量工艺参数检测控制中配备了先进的检测仪器设备，以提高出磨生料的三率值合格率和减小三率值的标准偏差。但二条生料线由于所用的生料质量控制系统不同，其出磨和入窑的生料质量存在较大的差别，见表1。
由表1可知，采用跨皮带式在线分析仪的#2线，其生、熟料合格率明显高于采用“自动取样器+荧光分析仪”质控系统的#1线。另#1线从样品取回到化验室后的处理需要10min，而且样品制备过程中会受诸多因素影响而易受污染并对数据影响较大;获得分析数据后要再通知中控磨机操作员，进行改变配比指令，最后配料秤才能实现配料调整。显然整个过程需时较长(至少1h以上)且存在信息传递和调整实施的“长滞后性”，因此公司下决心要对#1线的生料质量控制系统实施技术改造。
2 生料质量控制系统的改造方案
本次生料质量控制系统的改造目的是：用#2线原有的一台跨皮带式在线分析仪同时能控制两台ATOX50立磨的原料配料。为此，将#2线在线分析仪的RAMOS的增强型配料优化系统软件进行了升级开发，利用dataDump(数据转储)软件计算任何时段水泥原料配料中四种原料组份的配比，分析找出最佳的原料配比，以此配比作为参考用于指导#1线原料配比的及时调控(#1线采用手动调整原料配比)，以此减小因原料质量变化等各种因素而导致#1线出磨生料率值合格低、标准偏差大的问题，且有效解决#1线调整原料配比的“长滞后性”弊端，从而提高#1线的生料质量。
(1)质量参数的提取及控制方法。#2线在线分析仪每分钟都会产生一个配比，用每分钟的配比可自动控制#2线的原料配比。但本项目#1线是采用手动调整原料配比方法，因此基于#2线在线分析仪在15min或者30min时段得到#2线的所有配比，计算得到最佳配比，据此采用手动调整#1线的原料配比。
(2)皮带负载控制和DCS系统数据采集。#2线分析仪数据的准确性与皮带负载的有效控制关系非常大，因为PGNAA效应和皮带负载密切相关，即控制#2 线皮带机的负载，就可以提高数据的准确度。本项目皮带目标控制负载为85kg/m, 皮带速度控制1.64m/s。DCS系统通过OPC通讯对#2线分析仪的配比进行数据采集，包括：砂岩给定、煤矸石给定、硫酸渣给定、反馈总和、皮带速度等。
(3)RAMOS 增强型配料优化系统的软件升级。将#2线在线分析仪配置的RAMOS的增强型配料优化系统的软件进行升级开发，且在质控中心与中控操作室配备两台相同的操作员控制台(其硬件包括计算机、显示器、键盘、鼠标，见图1)，用于处理从分析仪电子模块得来的数据并将所有分析结果存档。即：通过在线仪对#2线的实时、在线、连续检测，再利用dataDump(数据转储)软件可迅速计算出任何时段水泥原料配料中四种原料组份的配比，然后通过计算机系统对采集数据的计算分析，找出最佳的原料配比，据此用于#1线原料配比的手动调整指导和参考。另中控室操作员从显示器主操作面图表中，就可通过工作曲线直观地判断四种原料的质量变化情况(图2)。当原料发生质量变化时，可立即利用dataDump(数据转储)软件计算变化后原料的配比，及时指导一线原料配比的有效调整，从而可有效解决原一线当原料质量变化大而不能有效及时进行配比调整的弊端，实现配料方案的实时控制，提高生料质量。
3 生料质量控制系统改造的具体方案
(1)数据通讯。主要由两台电脑通过Windows的DCOM(分布式组件对象模型)通讯组件的方式，实现两台电脑的数据通讯，见图1。
(2)系统软件。系统软件是运行在ThermoElectron-RAMOS Plus 的应用程序，主要由增强型配料优化系统、氧化物统计、质量控制参数的设定等系统组成，还具有专家生产指导系统的联接、报表和曲线显示及打印、历史数据的存储等功能，其主操作功能界面见图2。从图2可看出，当参与配料的原材料有大的质量变化时，从主操作功能界面的曲线振幅变化就可直观看到，据此就可及时指导一线的手动配比调整。
(3)原料配比的获得。利用dataDump(数据转储)软件处理数据,获得原料配比以指导生产操作的具体实施步骤如下：双击dataDump(数据转储)软件，然后依次点击File(文件)→Config Open(组态)→Demand Average(需求平均)→OK→File(文件)→Load Oxides(连接负载氧化物)→Set Current Time(输入要查的时间)→Downloan data(下载数据)→Ok→在对话框点击柱状图，即可得到#2线选定时间段的四种原料组份的配比(见图3)，然后将此原料配比数据直接用于#1线原料配料的手动调整。
4 改造效益分析
4.1 配料成本降低
我公司采用石灰石、煤矸石、砂岩、硫酸渣四组份配制生料，其中煤矸石中有害成分较高。#2线由于跨皮带式在线分析仪的应用，其生料质量稳定，因此在配料中适当提高了煤矸石掺加量;而#1线煤矸石掺加量不宜过高，否则预热器系统结皮严重(尤其是生料质量不稳定时)。2013 年11 月对#1 线生料配料控制系统改造后，由于生料质量的稳定提高(见表3)，也增加了煤矸石掺加量，降低了砂岩、硫酸渣掺加量，从而使原料配料成本得以降低。
由表3 可知，2014 年1月至4月#1线煤矸石的配入量平均比前两年高1.0%，而砂岩的配入量降低0.90%，硫酸渣的配入量降低0.20%。砂岩、煤矸石、硫酸渣、石灰石的进厂成本分别为35.00，13.60，30.33和2.46元/t，按此计算#1线的吨生料成本可降低0.23 元。#1 线熟料产量5700t/d左右，设备运转率按85%、料耗系数按0.61计算，则#1线年需生料用量约290万t，按此计算#1线一年生料成本节资可达0.23×290=66.7万元，非常可观。此外，生料质量的均匀稳定，对窑的熟料产质量、热耗、电耗、运转周期、耐火材料寿命等都有很大益处，系统检修费用也得以进一步的降低(本文不再详细分析)。
4.2 产品质量稳定提升
#1线2013年及2014年3，4月的生熟料合格率、标准偏差及熟料强度见表4。由表4 可知，#1 线生料质控系统改造后，其生熟料质量稳定，相关技术指标均明显高于2013年。其中熟合格率提高17.00%，入窑生料合格率提高15.62%，出磨生料合格率提高26.33%，生料KH 标准偏差小于0.02%;另外熟料中的f-CaO含量也低于2013年，3d，28d熟料强度也比2013年的高。
5 结 语
采用#2线的一台跨皮带式在线分析仪的数据指导#1线原料配料的技术改造实施后，实现了一台跨皮带式分析仪对#2线的实时、在线、连续检测和快速调整的数据的采集和分析，并同时指导#1线原料配比的实时有效调整，提高了#1线的生料质量;且提高了生产线的自动化控制水平，易于实现准确、高效的工艺过程控制，对熟料质量提升与稳定有明显作用;此外还降低了生料配料成本，提高了窑的产能，使熟料烧成电耗降低，窑砖使用寿命延长，系统检修费用降低。因此本次改造，取得了增产、提质、节能、低耗的良好效益。
