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度和比表面積，眾所周知，水泥性能與水泥粒度密切相關，水泥粒度的大小直接影響水泥的凝結、硬化過程和強度、流動性等一系列物理性能，乃至混凝土的物理力學性能。

  水泥細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。

  我國水泥標準規(guī)定水泥產(chǎn)品的細度小于 10%，這個細度是指 80um 篩余量%。這個方法簡單易行，在一定的粉磨工藝條件下，細度與水泥強度存在一定關系。理論分析和生產(chǎn)實踐均發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的細度和比表面積與水泥性能相關性并不理想.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 天強度、澆筑性能等).用這種方法進行水泥質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，因為同一比表面積可能存在眾多的細度分布可能。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度，進而控制水泥的強度是遠遠不夠的。

  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結合全米氏理論，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)安裝在選粉機后的輸料斜槽上，利用螺旋輸送器將斜槽內一部分產(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監(jiān)測其兩臺磨機。

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

  使用了 XOPTIX 在線粒度儀之后，筆者嘗試對選粉機的轉速做細微的調整，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轉速的變化而變化以及變化大小，好像一臺實驗室儀器搬到了現(xiàn)場。圖二即是操作人員對工藝進行了手動調整，把選粉機轉速從 59%微調到 57%，15 分鐘過后又從 57%調回到 59%，筆者從軟件里面截取這一段時間的曲線數(shù)據(jù)可以明顯看出 %<45, %>80 曲線圖在這段時間都發(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合控制出磨水泥細度，在生產(chǎn)初期取得了不錯的效果，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，快速判斷是磨機研磨導致顆粒分布變化還是物料（熟料和混合材）活性變化導致水泥強度變化，并且能夠實時跟蹤調整結果，這無疑給筆者增添了一個控制水泥性能的先進手段。

  談到利用一個全新的數(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)有的實驗室數(shù)據(jù)的差異，因為不同廠家不同原理的儀器必然存在結果不同，但是綜合比較下來，optix的數(shù)據(jù)和筆者的篩分數(shù)據(jù)基本都控制在 2%以下，并且兩者存在一定的線性關系，這也使得筆者可以放心使用在線粒度儀的實時數(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，可以看到選粉機轉速降低，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間的粒度分布圖，了解詳細的粒度分布參數(shù)。

  該公司是粉磨站企業(yè)，熟料靠外購，其質量存在較大波動，導致出磨水泥輕度標準偏差也大，在線粒度儀使用之前，該公司出磨水泥 28 天抗壓強度標準偏差為1.633MPa， 使用之后，操作員根據(jù)粒度趨勢圖穩(wěn)定磨機轉速，出磨水泥波動也隨之減小，28 天的抗壓強度標準偏差減小到 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。

  下表即是該公司使用在線粒度儀前后的各項數(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 600 多萬元。

  結論

  1、在線激光粒度儀是中控操作員的“眼睛”，是操作參數(shù)調整的依據(jù)：工藝參數(shù)變化時，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。使調整做到及時、準確、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，不能隨時指導中控操作。

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

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