磨机操作和工况对生料成分稳定性的影响及相应措施

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0引言
, N+ [& m# d7 J1 r6 I" J6 f　　生料成分的稳定是水泥窑系统稳产、优质高产的基础和前提条件，为此新型干法窑生产中，通过原料预均化、生料配料控制、生料均化等一系列工艺环节来保证生料的化学成分符合设计需要，并维持其稳定。在实际生产过程中，大部分工厂的生料质量由化验室进行控制，而生料产量由生产车间完成。生产车间的人员在操作中往往只关注磨机产量，根据磨机工作状况频繁大幅度加减产量，磨机工况时常变化，甚至出现饱磨等非正常工况，认为生料成分的波动全是由于原料成分变化或原料配比调整失误造成，忽视了粉磨过程对生料成分的影响，给化验室的生料质量控制带来很大困难。
& c8 ]5 z4 w) [+ E! t; t8 J　　本文分析和讨论了生料粉磨过程中，磨机操作和工况等非原料化学成分因素所造成生料成分波动的原因，通过实际生产数据比较了这些因素对立磨和闭路球磨影响的大小，并提出了在粉磨过程中减少生料成分波动的措施。
# X) ~/ }& z/ ?: z　　1 磨机操作和工况对生料成分稳定性的影响
　　1.1开停磨对生料成分稳定性的影响
　　生料的粉磨过程包括了各种原料(石灰石、页岩和硫酸渣等)的配料、磨细以及混合均匀的过程。由于各种原料的化学成分和易磨性不一致，在磨内完成破碎、磨细直至达到生料细度要求所需的时间也不一样，所以生料成分从开始喂料至达到稳定需要一定时间。
　　以石灰石、页岩和硫酸渣三组分配料为例，硫酸渣和页岩的易磨性好，在磨机内粉磨很短时间便可达到细度要求出磨，而石灰石易磨性相对较差，粉磨时间较长。因此空磨刚开始喂料时，先出磨的生料中Fe2O3、Si02、Al2O3含量高，而Ca0含量低，并且出磨的生料量也很小，随着继续喂料和粉磨，越来越多的石灰石磨细并出磨，生料中Ca0含量逐渐升高，并最终达到稳定，磨机进入平衡状态。
- w5 N/ E) ~7 g3 S2 g　　图1为立磨和闭路球磨开始喂料后，每5min取样1次，生料Ca0含量随时间的变化趋势，由XRF测定得到。

# D0 k+ m. \( M" D. [1 e+ R( X图1  立磨和闭路球磨喂料后出磨生料Ca0含量变化
- K3 o7 \$ l, [, x" |　　由图l可见，无论立磨或者球磨，喂料后都需要一定时间才能达到平衡粉磨，立磨达到平衡所需要时间短，约l5min，而闭路球磨所需要时间长，约35min。
  ?( q9 X* f9 E. j　　磨机进入平衡粉磨后，如果考察磨内积存物料的比例，难磨原料所占比例最多，而易磨物料所占的比例较少。保持原料比例和喂料量不变，磨内物料不断粉磨好出磨，新喂入的物料进入磨内，两者达到一个动态平衡。如果停止喂料，磨机保持运转，磨内未粉磨好的石灰石磨细并出磨，出磨生料中Ca0含量会突然升高。如果大幅度增加或者减少喂料量也会使平衡打破，而建立新的平衡状态需要一段时间，将造成出磨生料化学成分的波动。
　　由以上分析可知，尽管粉磨过程遵循着物质守恒定律，但由于各种原料的成分和易磨性不同，使得开始喂料后到磨机达到平衡状态需要一定的时间，达到平衡状态后的出磨生料成分才能真实反映原料配合比。停止喂料、大幅度增加或减少喂料量都将使平衡状态发生变化，造成生料成分的波动。
* A) j, ]) I2 b　　1.2 饱磨对生料成分稳定性的影响
　　磨机饱磨后，磨内的料球比失衡，料多球少，粉磨效率则严重下降。此时易磨性差的原料难以得到粉磨，积累在磨内，而部分易磨性好的原料还可磨细出磨，出磨生料成分将发生变化。一般处理饱磨的办法是强化通风、减少喂料甚至停料，直到磨内料球比恢复正常，于是原先积累的难磨物料逐渐被磨细出磨。因此随着出现饱磨、停止喂料处理到恢复正常喂料，出磨生料成分将出现一次剧烈波动。
1 v. }5 w) U4 Y, e! c1 }# `　　以石灰石、页岩和硫酸渣配料为例，刚开始饱磨时，生料Ca0含量偏低，而Si02、Al2O3、Fe203含量偏高。发现饱磨停止喂料后，出磨生料的Ca0含量又会突然升高，而Si02、Al2O3、Fe203含量偏低。对于磨内流速快的粉磨系统如风扫磨，饱磨处理较快，一般1-2h左右能恢复正常，而对于磨内流速较慢的中卸磨系统，需要2～3h甚至更长时间生料成分才能恢复正常。
　　图2为某厂生料闭路球磨出现饱磨时，生料LSF的变化。图中LSF由XRF测定生料成分计算得到，磨机产量为实际喂料量，每小时记录1次DCS系统的累积喂料量后计算得到。
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图2  磨机饱磨后生料LSF和磨机台时产量变化
　　由图2可见，刚饱磨时，LSF先下降，随着减少喂料量操作，LSF突然升高，并持续2h。经过3h调整后生料成分才恢复正常。
, U( N/ P$ @6 A- D: ~+ {　　1.3 增减喂料量对生料成分稳定性的影响
7 X9 N; u, @, N0 V! C8 ?　　目前，生料的配料计量一般采用电子皮带秤，其 原理是通过标定建立喂料量与皮带转速、压力之间关系系数，工作时测定皮带转速和压力，从而计算出喂料量，并通过调整皮带转速来控制物料的给料量。在实际应用中，压力传感器的输入输出特性大都存在非线性，且易受工作环境温度的影响，皮带秤标定一般都采用静态标定而并不是整个计量区问的动态标定，使得其在整个计量区间中存在着非线性误差。
　　生料配料时，通常是3台或者4台电子皮带秤同时进行配料，化验室通过测定化学成分后对生料配合比进行调整，尽管每个秤都有一定误差，在几次测定和调整后仍然可获得所设计成分的生料。此时实际原料配比和理论配比往往存在较大差别，其原因除了实际原料的化学成分和水分与理论计算的差异外，计量设备的误差也是其中一个重要因素。在原料成分和原料配比都没有变化的情况下，如果大幅度增加或者减少磨机的总喂料量，由于电子皮带秤的非线性误差，将使实际人磨的配比发生改变，从而造成出磨生料成分的变化。
: _  M2 I# D( F% y  e4 \1 [: Z1 }　　以石灰石、页岩和硫酸渣配料为例，假如原配比为石灰石85%、页岩10%和硫酸渣5%，当磨机总喂料量为300t/h时，石灰石秤的喂料量为255t/h、页岩30t/h和硫酸渣15t/h。如果配比不变，磨机喂料量由300t/h调整为200t/h，配料秤无误差时各种原料的喂料量应变为石灰石170t/h、页岩20t/h和硫酸渣l0t/h。实际配料秤或多或少都存在一定的非线性误差，尤其是石灰石秤，喂料量由255t/h大幅度调整为170t/h时，很难精确调整到位。假设石灰石秤调整后实际的喂料量为l80t/h而非理想的170t/h，页岩和硫酸渣无误差，则调整后磨机的实际总喂料量为210t/h，其中各原料配比为：石灰石85.7%、页岩9.5%和硫酸渣4.8%，已经发生了改变。
1 e/ v& j7 }3 W　　某水泥厂生料粉磨系统采用破碎机加闭路球磨机，破碎机突然故障后仅用球磨机粉磨时，喂料量由220t/h降为120t/h，当时预均化堆场取料正常，各原料无异常变化，生料成分却突然发生较大波动，经化验室3次调整后生料成分恢复正常，前后石灰石配比相差达6%之多，事后经分析确认是由于石灰石秤的非线性误差所造成。该厂磨机喂料量对生料配比的影响见表1。
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0 `( z# l. Z, i; J　　由此可见，由于计量误差的存在，大幅度调整产量后将使生料的实际配比产生变化。而实际上每个秤在大幅度调整喂料量时都会有一定的非线性误差，使实际配比的变化更加复杂，造成生料成分的波动。
　　2 磨机操作和工况影响生料成分稳定性的相应措施
& o( {2 z: \5 l" a  s: a, ^, l　　2.1减少磨机启停次数
　　在实际生产中，如果磨机能保持长时间正常运转，刚开始喂料尚未达到平衡粉磨状态时的10-30min内出磨生料成分的异常可忽略不计。但如果磨机频繁启停(例如刚开始磨机运行调试时)，对生料成分的稳定必然造成影响。有些工厂磨机富余能力大，避峰电价时进行生料粉磨，每天都要启停一次磨机，这时，可缩短停磨前的停止喂料时间，磨内剩余的存料可以减少下次开机重新达到平衡粉磨的时间。
7 V0 \# K! d  `5 B! Q' X' u　　2.2 保持磨机正常运行状态和稳定的喂料量
　　保持磨机正常运行状态，对于使用球磨机进行生料粉磨的水泥厂尤为重要，操作员应注意观察磨音信号、磨机运行电流、入磨物料的性质变化，保持适当的喂料量，避免出现饱磨等非正常粉磨状况。
　　立磨运行时可通过风量、磨辊压力、喷水量、喂料量、选粉机转速等的多种手段进行调整，立磨物料在磨内流速快，达到平衡所需要时间短，但生产中操作员往往不注意保持喂料量的稳定。实际上，频繁增加或减少磨机喂料量不但造成生料成分波动，而且对设备的长期安全运转也不利。
　　2.3 化验室与生产部门之间加强协调
% f! T* d9 m3 c( H# }0 ]　　化验室进行生料质量控制时，每小时取1次生料的平均样进行成分检测，并以此为依据对原料的配比进行调整。如果由于磨机工况或操作的变化导致生料成分突然波动，化验室依据异常生料样进行调整，会导致生料成分忽高忽低，难以稳定下来。
0 X, [7 p( B: ~/ i  S& i: Z2 K! z　　为避免开停机的异常生料成分对调整的干扰，应合理安排开停机时间，在开机15min或30min后清取样桶，将异常样倒掉，取磨机达到粉磨平衡后的出磨生料样作为调整的依据。
　　生产车间在磨机出现饱磨等异常工况时，应及时通知化验室，以防误调整。在磨机出现不正常，被迫大幅度减少或增加产量时，也应通知化验室，以便根据实际情况做出合理调整。
/ _* ?% F! ~; g0 `　　3 结论
　　1)由于原料易磨性和化学成分的差别，各种物料同时喂入磨机后，需要一定时间才能达到粉磨平衡。在生产中如果粉磨平衡状态不能保持，将导致非原料成分变化因素造成的生料成分波动。
　　2)磨机饱磨和饱磨后的停止喂料处理，将严重破坏磨机内部的粉磨平衡状态，使出磨生料成分出现剧烈波动。
+ }# j4 V, W, r" z! I& u! ~　　3)大幅度增减磨机喂料量，不但破坏了磨机粉磨的平衡状态，而且计量设备的非线性误差将使实际入磨原料配比发生变化，从而造成生料成分的波动。
　　4)稳定的磨机工况和喂料量，是生料质量控制的基础，化验室质量控制与生产车间操作必须密切配合，才能提高生料化学成分的稳定性和控制水平。