（机械电子工程专业论文）新型干法水泥企业自动取样、输送与化验系统开发与研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着现代科学技术的迅猛发展，企业的发展战略越来越依赖于高新技术的 应用。一个企业只有掌握了行业内最前沿的科技成果并付诸实践，才能在激烈 的竞争环境中脱颖而出，成为行业的佼佼者。新型干法水泥企业也不例外，将 最新的设计理念、先进的自动化控制技术和信息管理技术应用到企业的生产和 管理中，成了水泥行业势不可挡的发展趋势。 在新型干法水泥企业的生产过程中，质量控制环节是一个贯穿于生产全过 程的重要环节，是关系到成品水泥质量优劣的决定因素。该类企业的一切活动 都必须以水泥质量为中心，以严格的质量管理体系为标准，加强水泥生产全过 程的质量控制水平。新型干法水泥企业质量控制的关键环节在于对水泥生产过 程中各物料控制点进行及时地、合理地取样、制样、输送和化验，然而国内水 泥生产企业多采用人工取样、人工输送和人工化验，这远远难以满足现代水泥 企业质量控制的发展要求，同时也耗费了大量的人力和物力，提高了水泥生产 的成本。 基于上述现状，本文以新型干法水泥企业为研究对象，结合最新的设计理 念和先进的自动化控制技术及数据信息管理技术，本课题首次为该类企业开发 了一套集自动取样、制样、气力输送与化验的全自动化在线质量控制检测系统。 本文重点对以下几个方面进行了研究与设计：( 1 ) 阐述了新型干法水泥企业 自动取样、输送与化验系统的总体方案设计；( 2 ) 分析了水泥生产质量控制点和 控制项目，并对取样点进行了确定；( 3 ) 设计了自动取样和制样系统，以及对自 动取样器和样品自动混合器进行了结构设计；( 4 ) 根据某新型干法水泥企业的具 体工况，设计了整个企业的气力输送系统；( 5 ) 提出了自动化验系统的设计思想， 并对生料自动取样、输送与化验质量控制系统进行了分析与设计。 本课题开发的新型干法水泥企业自动取样、输送与化验系统，从工作性质 上可分为机械设备系统、p l c 自动控制系统和数据信息管理系统。该系统按照工 作过程可分为自动取样系统、气力输送系统、自动化验系统等三大子系统，这 些子系统的相互协作和反馈完成了全水泥企业的物料质量控制点的在线检测任 务。该系统为新型干法水泥企业提供了准确的、实时的质量控制数据，这样不 武汉理工大学硕士学位论文 仅极大地提高了水泥生产过程中质量控制环节的精确度和效率，还节约了大量 的人力物力。该研究成果如能在我国新型干法水泥企业中大量普及应用，这将 为该类企业带来巨大的经济效益和社会效益。 关键词：新型干法水泥；自动取样；气力输送；自动化验；质量控制 i i i a b s t r a c t w i mt 1 1 e r a p i dd e v e l o p m e n to fm o d e ms c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , e n t e r p r i s e d e v e l o p m e n ts t r a t e g yi sm o r ed e p e n d e n to nh i g h - t e c ha p p l i c a t i o n s i no r d e rt os t a n d o u ta n db e c o m et h ei n d u s t r yl e a d e ri nt h ef i e r c ec o m p e t i t i v ee n v i r o n m e n t ，ac o m p a n y h a so n l ym a s t e r e dt h ei n d u s t r y sm o s tc u t t i n ge d g es c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a l a c h i e v e m e n t sa n dp u ti n t op r a c t i c e n e wd r y p r o c e s sc e m e n te n t e r p r i s e i sn o e x c e p t i o n t h el a t e s td e s i g nc o n c e p t s ，a d v a n c e da u t o m a t i cc o n t r o lt e c h n o l o g ya n d i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tt e c h n o l o g ya p p l i e dt op r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n to f e n t e r p r i s e si nt h ec e m e n ti n d u s t r yh a v eb e c o m eu n s t o p p a b l e t r e n d s i i l 也ep r o d u c t i o np r o c e s so ft h ed r y - p r o c e s sc e m e n tc o m p a n i e s ，q u a l i t yc o n t r o l t h r o u g h o u tt h ep r o d u c t i o na r e a si sa ni m p o r t a n tp a r to f t h ew h o l ep r o c e s s a n di ti sa k e y f a c t o ro ft h ef i n i s h e dc e m e m tq u a l i t yt ob eg o o do rb a d 砧lt l l ea c t i v i t i e so ft h e s e e n t e r p r i s e sm u s tb eb a s e do nt h eq u a l i t yo fc e m e n t , s t r i c tq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e m a n ds t r e n g t h e r r i n gt h ec e m e n tp r o d u c t i o np r o c e s sq u a l i t yc o n t r o ll e v e l t h ek e yp a r to f q u a l i t yc o n t r o li nn e wd r y p r o c e s sc e m e n tc o m p a n i e s i sh o wt ot i m e l ya n dr e a s o n a b l y g e t ，p r e p a r a t e ，t r a n s p o r ta n d t e s ts a m p l e sd u r i n gt h ec e m e n tp r o d u c t i o np r o c e s s b u t d o m e s t i cc e m e n tp r o d u c e r su s em o r em a n u a ls a m p l i n g ，m a n u a lt r a n s p o r t i n g a n d m a n u a lt e s t i n g i t sf a rd i f f i c u l tt om e e tt h ed e v e l o p m e n tr e q u i r e m e n t so fq u a l i t y c o n t r o li nt h em o d e mc e m e n tc o m p a n i e s i nt h em e a n w h i l e ，i tc o s t s al o to f m a n p o w e ra n dm a t e r i a lr e s o u r c e sa n d i n c r e a s e sc e m e n tp r o d u c t i o nc o s t s b a s e do nt h ea b o v es t a t u s ，i nt h i sp a p e r , n e wd r y - p r o c e s sc e m e n tc o m p a n i e sa s t h er e s e a r c ho b j e c t ，c o m b i n e dw i t ht h el a t e s td e s i g nc o n c e p t sa n da d v a n c e da u t o m a t i c c o n t r o lt e c h n o l o g ya n dd a t ai n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tt e c h n o l o g y , w ef i r s t l yd e v e l o p as e to fa u t o m a t i cs a m p l i n g ，s a m p l ep r e p a r a t i o n , p n e u m a t i cc o n v e y i n ga n dt e s t i n go f t h ef u l l ya u t o m a t e do n l i n eq u a l i t yc o n t r o lt e s t i n gs y s t e mf o rt h e s ec o m p a n i e s i nt h i sp a p e r , r e s e a r c ha n dd e s i g na r ef o c u so nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ( 1 ) d e s c r i b e dt h eo v e r a l ld e s i g no ft h ea u t o m a t i cs a m p l i n g ，t r a n s p o r ta n dt e s t i n gs y s t e m i nn e wd r y p r o c e s sc e m e n tc o m p a n i e s ( 2 ) a n a l y z e dq u a l i t yc o n t r o lp o i n t sa n d i v 武汉理工大学硕士学位论文 一一 c o n t r o lp r o j e c t so fc e m e n tp r o d u c t i o na n dc o n f i r m e d b ys a m p l i n gp o i n t s ( 3 ) d e s i g n e d a u t o m a t i c s a m p l i n ga n ds a m p l ep r e p a r a t i o ns y s t e m s ，a n dd e s i g n e d s t r u c t u r e so fa u t o s a m p l e ra n ds a m p l ea u t o m i x e r ( 4 ) a c c o r d i n gt os p e c i f i cw o r k i n g c o n d i t i o n so fan e wd r y 。p r o c e s sc e m e n te n t e r p r i s e ，d e s i g n e dt h ee n t i r ee n t e r p r i s e p n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m ( 5 ) p u tf o r w a r dt h ed e s i g ni d e ao fa u t o m a t i ct e s t i n g s y s t e m a n a l y z e da n dd e s i g n e dt h er a wm a t e r i a la u t o m a t i cs a m p l i n g ，t r a n s p o r t i n ga n d t e s t i n gq u a l i t yc o n t r o ls y s t e m f r o mt h en a t u r eo fw o r k ，t h i sn e wd r y p r o c e s sc e m e n te n t e r p r i s e sa u t o m a t i c s a m p l i n g ，t r a n s p o r t i n ga n dt e s t i n gs y s t e mc a l lb ed i v i d e di n t om a c h i n e r ya n d e q u i p m e n ts y s t e m s ，p l ca u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e ma n dd a t ai n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m a c c o r d i n gt ot h ew o r k i n gp r o c e s s ，t h i ss y s t e mc a nb ed i v i d e di n t ot h r e e s u b s y s t e m s ，s u c ha sa u t o m a t i cs a m p l i n gs y s t e m ，p n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e ma n d a u t o m a t i ct e s t i n gs y s t e m i n t e r a c t i o na n df e e d b a c ko ft h e s es u b s y s t e m sc o m p l e t e dt h e o n - l i n et e s t i n gt a s k so fm a t e r i a lq u a l i t yc o n t r o lp o i n ti nt h ew h o l ec e m e n tc o m p a n y t h es y s t e mp r o v i d e da c c u r a t e ，r e a l t i m e q u a l i t yc o n t r o ld a t af o rn e wd r y p r o c e s s c e m e n te n t e r p r i s e s s oi tn o to n l yg r e a t l yi m p r o v e da c c u r a c ya n d e f f i c i e n c yo fq u a l i t y c o n t r o li nt h ec e m e n tp r o d u c t i o np r o c e s s ，a l s os a v e da g r e a td e a lo fm a n p o w e ra n d r e s o u r c e s i ft h i sr e s e a r c ho u t p u tc a nb ew i d e l yu s e di nt h en e w d r y p r o c e s sc e m e n t e n t e r p r i s e so fo u rc o u n t r y , h u g ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t sw i l lb eb r o u g h tt ot h e s e e n t e r p r i s e s k e yw o r d s ：n e wd r y 。p r o c e s sc e m e n t ；a u t o m a t i cs a m p l i n g ；p n e u m a t i ct r a n s p o r t a - t i o n ；a u t o m a t i ct e s t i n g ；q u a l i t yc o n t r o l v 武汉理工大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：钮左磊日期：狸坦。垦：竭 j 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) ( ：婚引陋嘿叫 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题的来源 第1 章绪论 本课题来源于中国建材装备有限公司与武汉理工大学合作科研项目新型干 法水泥企业自动取样、输送与化验系统开发与研究。 1 2 课题研究的目的和意义 随着现代科学技术的迅猛发展，企业的发展战略越来越依赖于高新技术的 应用。一个企业只有掌握了行业内最前沿的科技成果并付诸实践，才能在激烈 的竞争环境中脱颖而出，成为行业的佼佼者。新型干法水泥企业也不例外，将 最新的设计理念、先进的自动化控制技术和信息管理技术应用到企业的生产和 管理中，成了水泥行业势不可挡的发展趋势。 众所周知，质量就是生命，是企业生存之根本。新型干法水泥企业的一切 活动都必须以水泥质量控制为中心，以严格的质量管理体系为标准，加强水泥 生产全过程的质量监控水平。新型干法水泥生产工艺是一个连续性很强的过程， 无论哪一道工序保证不了质量都将最终影响水泥成品的质量。而且在生产过程 中，原材料的成分及生产情况也是随时变动的，因此必须经常地、系统地、科 学地对各生产工序按照工艺要求一环扣一环地进行严格的质量控制，合理地选 择质量控制点，采用正确的质量控制方法，把质量控制工作贯穿于生产的全过 程，预防缺陷水泥产品的产生，生产出满足用户要求的、具有市场竞争力的优 质水泥产品。新型干法水泥企业质量控制的关键环节在于对水泥生产过程中各 物料控制点进行及时地、合理地取样、制样、输送和化验，然而国内水泥生产 企业多采用人工取样、人工输送和人工化验，这远远难以满足现代水泥质量控 制的要求，同时也耗费了大量的人力和物力，加大了水泥生产的成本。因此， 结合现代科技的最新设计理念和技术，为新型干法水泥企业开发一套全自动取 样、输送与化验质量控制系统显得尤为重要。 新型干法水泥企业一般要求对各质量控制点物料的粒度、水分含量、化学 武汉理工大学硕士学位论文 成分、比表面积、分解率等指标进行实时监控，以达到控制物料在各个环节的 质量情况。新型干法水泥生产技术是2 0 世纪5 0 年代发展起来的新技术，在日 本、丹麦、德国等发达国家中，水泥在线质量检测技术的研究已初见成效。而 在国内，新型干法水泥企业目前一般采用人工取样和制样，然后由作业人员将 物料样品带到化验室进行人工检验分析。整个过程都是人工操作的，这种传统 的操作方式使得作业人员工作强度大，而且操作过程难以实现规范化和标准化， 操作的偶然性和随机误差比较大。同时，随着劳动力价格的上涨，促使水泥生 产企业逐渐由劳动密集型向技术密集型转变。因此，使用自动化程度更高的自 动取样、制样、输送和化验的质量控制在线检测系统是水泥企业生存发展的必 然选择。 本课题开发的新型干法水泥企业自动取样、输送与化验系统能为水泥生产 企业提供准确的、实时的质量控制数据，这样不仅极大地提高了水泥生产过程 中质量控制环节的精确度和效率，还节约了大量的人力和物力，大幅度地提高 了水泥生产质量控制的自动化程度，而且该系统是在一个封闭的空间中进行工 作的，不会对环境造成污染。因此，该研究成果如能在我国新型干法水泥企业 中大量普及应用，这将为该类企业带来巨大的经济效益和社会效益。 1 3 国内外相关研究现状和发展水平 目前，我国大多数新型干法水泥企业在质量控制环节中，物料样品的取样、 制样、输送和化验都是通过人工操作完成的，自动化水平较低。在国内，对新 型干法水泥企业自动取样、输送与化验系统的相关报道和研究也非常少，有些 研究只是涉及到该系统的某一部分或者相似的部分，该项研究正处于起步阶段。 李高伟、刘志军等人在水泥厂自动取样器的应用技术一文中对新型干 法水泥企业的自动取样器的工作原理、设备配置、安装调试等内容作了介绍和 说明。作者在该文中指出：传统取样器安装较方便，操作较简单，但是全程需 要人工进行操作。自动取样器要求一次性投入较大，设备部件较多，安装调试 难度略高，但自动化程度高，可以节省人力和物力资源，降低员工的劳动强度。 同时，自动取样受人为因素影响小，取样频度准确、样品的质量高。 在上个世纪邮电部门里，电报要求发报迅速，而报房属于秘密机要区域， 又不宜于人工传递，因此在发报量频繁的邮电局，筒式气力输送已成为营业口 2 武汉理工大学硕士学位论文 与报房之间不可缺少的传输装置。我国电报部门曾经研制开发了一套电报单的 气力输送系统如图1 - 1 所示，该系统有三个收发站，可由1 号站发往2 号站， 再由2 号站发往3 号站，由3 号站发往1 号站。只有3 号站发往l 号站为吸送 式，其余均为压送式。由一个风机供气，三个收发站可以同时工作。其设计参 数为：传输筒的内径为3 8 毫米，外径为4 2 毫米，长度为1 6 0 毫米；密封环外 径为5 0 毫米，内装1 0 份电报单，共重1 3 5 克；选用气流速度1 0 米秒，风机 的风量为1 3 8 米3 分，风压5 0 0 0 毫米水柱。 图1 - 1 电报单的气力输送系统 刘小沙、代玉平等人对炼钢厂的钢水成分的自动化验系统进行了研究，他 们设计了一套样品化验数据传送、管理及显示的自动化在线化验系统。该系统 主要由工控机、智能数字显示仪和通信接口等组成。现场钢样投入风动送样口 后，工控机通过编号识别器接收到炉号信息及钢样获取、传送的状态信息，记 录下它的时间；化验室对钢样分析后，钢样数据由化验室计算机送至工控机， 工控机再将数据送到指定炉子的显示仪上显示，同时将时间及化学成分数据按 要求保存在磁盘上。 国外方面，俄罗斯运输与进步专业设计局对容积式管道输送系统做了大量 研究和试验，已经取得了2 0 0 多项发明成果。在俄罗斯下洛莫夫市和涅列赫达 市各建有一条金属加工车间向电镀车间及装配车间输送坯料的气力输送系统， 输送管道的截面为2 0 0 x 4 0 0 m i n ，运输距离为1 4 0 0 m 。该气力输送系统运行状 况良好，为企业带来了丰厚的利润。丹麦的f l s m i t h 公司在水泥企业样品自动 化验系统的研究中已经形成了比较成熟的技术体系，在水泥的自动化质量检测 3 武汉理工大学硕士学位论文 方面已初见成效。 1 4 课题的研究目标、内容和创新点 1 4 1 研究目标 根据新型干法水泥企业水泥生产过程中对自动化在线质量控制检测的要 求，开发出一套实时的、动态的和可视化的集自动取样、自动制样、自动输送 与自动化验的综合在线质量控制检测系统。 1 4 2 研究内容 本课题的研究内容如下： ( 1 ) 根据新型干法水泥企业的质量控制现状，制订新型干法水泥企业自动取 样、输送与化验系统的总体设计思想和设计方案。 ( 2 ) 对多家新型干法水泥企业进行实地考察与调研，确定水泥生产质量控制 点和控制项目，并制订某新型干法水泥企业生产流程质量控制点平面图和生产 流程质量控制表，以明确了物料样品的自动取样地点、取样周期和化验项目等 内容。 ( 3 ) 设计适合粉料样品的自动取样器。 ( 4 ) 设计样品自动混合器的三维结构图，并选用合适的包装机对样品进行充 填包装。 ( 5 ) 根据新型干法水泥企业的实际工况，按照气力输送系统设计的相关原理 和标准，设计该类企业的气力输送系统，包括气力输送系统关键部件的设计和 系统参数的设计。 ( 6 ) 制订自动化验系统总体设计方案和实现过程，并以生料为例，设计新型 干法水泥企业生料自动取样、输送与化验质量控制系统设计，包括总体方案设 计、数据管理平台的构建和软件平台的构建。 1 4 3 论文创新点 本论文创新点如下t ( 1 ) 提出了新型干法水泥企业自动取样、输送与化验系统( 即a s t t s ， 4 武汉理工大学硕士学位论文 a u t o m a t i cs a m p l i n g ，t r a n s p o r t i n ga n dt e s t i n gs y s t e m ) 的设计思想。 ( 2 ) 设计了自动取样器、样品自动混合器、收发器等重要部件的三维结构； 针对水泥企业的实际工况，设计了全企业的筒式气力输送系统。 1 5 自动取样、输送与化验系统总体设计方案 本课题根据新型干法水泥企业水泥生产过程中对自动化在线质量检测系统 的要求，开发一套实时的、动态的和可视化的集自动取样、制样、输送与化验 的综合在线检测系统。本系统总体设计方案流程图如图1 - 2 所示，整个系统由 自动取样器、自动制样机( 包括样品混合器和包装充填机) 、样品发送站、气力 输送装置、样品接收站、自动化验机、控制柜、监控微机等部分组成。图中选 取原料磨、入窑生料、煤磨、水泥磨处检测点为例进行说明，首先通过自动取 样器定时获取要检测的样品，自动混合器对样品进行混合与均化处理，自动包 图1 - 2 自动取样、输送与化验系统总体设计方案流程图 5 武汉理工大学硕士学位论文 装充填机将混合后的样品按照一定的重量和规格进行包装充填、贴标和密封， 密封完成后输送到样品发送站，然后通过压缩空气输送管道输送至化验室的样 品接收站，最后在自动化验机上完成样品的检验。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章新型干法水泥企业质量控制项目 新型干法水泥企业要保证生产质量的稳定性和可靠性，就必须对各个质量 控制点的物料成分和运行状态进行严格监控和管理。经过对多家水泥企业的实 地考察与调研，确定了水泥生产质量控制点和控制项目，明确了物料样品的自 动取样地点、取样周期和化验项目等内容。本章对影响水泥质量的主要控制点 和控制项目进行了深入分析与确定。 2 1 新型干法水泥企业质量控制点 水泥生产质量控制点是指对从矿山原材料到水泥成品出厂过程的某些影响 水泥成品质量的主要环节加以控制的点。水泥生产质量控制点的确定，务必要 做到能及时地、准确地反映水泥生产的真实质量情况，并能够体现“事先控制， 把关堵口的原则。 经过对多家新型干法水泥企业的实地考察与调研，发现各企业水泥生产工 艺有很多共同的特性，各企业的质量控制点设置的也大体相似。但是，由于各 个企业的生产工艺流程有繁有简，因此，各个企业的质量控制点的设置又有所 不同。确定质量控制点时，可根据生产工艺流程图的流程顺序，在图上标出所 需要设置的控制点，然后根据每一个控制点确定其控制项目。一般情况下，生 产流程质量控制表应包括质量控制点、控制项目、取样地点、取样次数、取样 方法、控制指标和合格率等内容。 水泥生产流程质量控制点图是将生产流程质量控制点的情况集中表示在一 张平面图上。生产流程控制表是将各控制点的质量控制项目、取样地点、取样 方法、检验项目、控制指标、合格率等按控制点的顺序列成一张表，图表结合 在一起，就能清晰地表示生产过程的质量控制情况。本课题对某新型干法水泥 企业生产流程质量控制点和生产流程质量控制表进行了确定，分别如图2 - 1 和 表2 一l 所示。 7 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 1某新型干法水泥企业生产流程质量控制点 l 一石灰石矿山；2 一入库石灰石：3 一黏土堆场；4 一入库黏土；5 一铁粉堆场； 6 一原煤堆场；7 一矿渣堆场；8 一入库矿渣；9 一石膏堆场；1 0 入库石膏； 1 1 一出磨生料；1 2 - 入旋风筒生料；1 3 - 入窑生料；1 4 一煤粉；1 5 一出窑熟料； 1 6 一出磨水泥；1 7 一散装水泥；1 8 一包装水泥；1 9 一成品库 表2 - 1 某新型干法水泥企业生产流程质量控制表 物料 序 取样地点检测次数 取样合格 名称号方法 检测项目技术指标 塞 石灰 1 矿山或堆场每批一次平均样全分析 ( c a o ) 4 9 1 0 0 t n ( m g o ) 3 0 石 2 破碎机出口每日一次瞬时样粒度粒度2 5 m m 9 0 3 粘土堆场每批一次平均样 全分析符合配料要求， 1 0 0 黏土 水分水分 1 5 4 烘干机出口2 h 一次瞬时样水分水分 4 5 a a d 2 2 0 0 0 k j k g 水分 5 0 k g 平均样全套物检达到国标 成品 每编号 变异系数 水泥 1 9 成品库 1 0 0 一次 均匀性实验袋c v 3 o ，2 0 包 取2 0 包 重 1 0 0 0 k g ，单包 5 0 k g 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 原料的质量控制项目 新型干法水泥企业应做到石灰石质原料定点开采、粘土质原料定点采掘、 校正原料和燃煤定点供应，并使进厂原料分批堆放，分批化验，合理搭配使用。 ( 1 ) 石灰石的质量控制 石灰石在生料中的用量约占8 0 ，其质量好坏直接关系到生料质量的优劣， 所以石灰石的质量控制尤为关键。石灰石的质量控制包括石灰石矿山的质量勘 测管理、外购石灰石的质量控制和进厂石灰石的质量控制等三部分。 石灰石矿山的质量勘测和质量管理 石灰石矿山需经过详细地址勘察，应编制矿山网：在矿山上，根据实际开 采的使用情况，定期按照一定的间距，横向、纵向布置取样点。如果石灰石矿 山成分稳定均匀，则测定点的间距可以适当放大些。做好矿山的剥离和开采准 备工作。在矿井开采中，要坚决实行“采剥并举，剥离先行的原则。石灰石 矿山一般都有表层土和夹层杂质，要严格控制其掺入石灰石的数量，以免影响 配料成分的准确及运输、破碎、粉磨等工序的正常进行。因此，对新建矿山或 新采区，应提前作好剥离取样工作。做好不同质量石灰石的搭配。石灰石矿应 及时掌握各开采区的质量情况，爆破前在钻孔中取样，爆破后在爆破石灰石堆 上取样、检验，从而便于与矿山车间共同研究，确定适当的搭配比例和调整采 矿计划。取样也可以在矿车上进行，即每车取几点，多个车合成一个样品检验。 外购石灰石原料的质量控制 外购石灰石的企业在签订供货合同时，化验室应先了解该矿山的质量情况， 同时按不同的外观特征取样检验，制成不同质量品味的矿石标本。化验室应根 据配料要求，制定出质量指标及验收规则，以保证进厂石灰石质量。 进厂石灰石的质量控制 进厂石灰石的质量控制项目如下：c o ( c a o ) 4 8 ；a ) ( m g o ) 3 0 ；燧石 或石英含量4 o ；碱( n a ，o 和k ，o ) 含量0 6 - - 1 0 ；a k s o ，) 1 0 。 ( 2 ) 黏土质原料的质量控制 黏土质原料在生料中约占1 5 - - - 2 0 ，其质量波动较大，因此其质量控制 也非常重要。进厂的黏土质原料必须按时取样，每批做一次全分析，主要控制 其硅率( 刀) 和铝率( p ) ，刀和p 最好在以下范围：一等品：刀= 2 7 3 5 ，p = 1 5 3 5 ；二等品：力= 2 0 - 2 7 或以= 3 5 - - 4 0 ，p 不限。黏土质原料的质量项目要求： 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 c o ( m g o ) 3 o ；彩( s o ，) 2 0 ；碱含量4 ；含石英矿量为0 2 m m 方孔筛 筛余量5 ，o 0 8 m m 方孔筛筛余量1 0 。 ( 3 ) 铁质校正原料的质量控制 铁质原料用量不大，进厂后应分堆存放，每批都要取样进行一次全分析， 一定要做到先化验后使用。铁质校正原料要求c o ( f e ，0 ，) 4 0 ，干法生产入磨 铁粉的水分 5 。 ( 4 ) 燃料的质量控制 我国水泥工业目前绝大部分采用固体燃料煤来煅烧水泥熟料，对于企业用 煤的质量控制项目要求如下： 无烟煤：立窑一般使用挥发分低、发热量高的无烟煤。目前，新型干法 窑也有使用无烟煤作为燃料的成功范例，并得以推广。其质量控制要求为：干 燥基灰分 2 0 9 3 4 k j ( k g 煤) 。 入窑煤粉质量的波动范围为：灰分士2 o ：合格率 7 0 ；挥发分2 0 ； 水分一般1 o ；细度为o 0 8 m m 方孔筛筛余量8 1 0 ；每2 h 测一次。 ( 5 ) 矿化剂、晶种的质量控制 一般矿化剂的用量很少，对矿化剂的质量控制可以按每进厂一批取样一次 并检验，分批堆放，分别使用。如果采用萤石一石膏做符合矿化剂，则萤石中 c a f 2 含量应6 0 ，石膏中的s 0 3 含量3 0 ，每批矿化剂中有效成分含量波 动很小，并保证较小的粒度和准确、均化的配合比。矿化剂的入磨粒度 5 0 0 m 2 k g ) 对熟料质量提高并不明显。所有 在实际生产中应结合熟料质量，磨机产量，电耗等更多方面考虑，确定合理的 生料细度控制指标。 合理的生料细度是指生料的平均细度和生料细度的均齐性，既尽量避免粗 颗粒。有关资料表明，当生料中0 2 r a m 筛筛雨量大于1 4 时，熟料中的f - c a o 含量明显增加。生料细度与熟料中的厂c a o 含量关系见表2 - 2 、表2 - 3 。 表2 2 生料0 2 m m 方孔筛筛雨量对熟料中f c a o 含量的影响 单位： 0 2 m m 方孔筛筛余量 0 9 01 42 。4 23 。0 6 熟料中的f c a o 含量 0 7 60 8 41 5 42 2 4 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 表2 - 3 生料0 0 9 r a m 方孔筛筛雨量对熟料中f - c a o 含量的影响单位： 0 2 m 方孔筛筛余量1 3 61 3 2 1 2 5 1 1 61 0 71 0 49 35 1 熟料中的f - c a 0 含量 2 1 21 4 81 2 31 0 40 9 5o 7 30 6 2o 4 2 2 3 3 生料的均匀程度 生料的均匀程度的高低在很大程度上决定着生料质量。小型水泥企业的熟 料质量差的主要原因之一就是生料均匀程度差，没有进行原料的预均化和生料 均化，影响熟料的煅烧质量。新型干法窑的优势之一就是生料均匀程度高，从 设计时就注重原料的预均化处理和生料均化效果，为熟料的煅烧提供了强有力 的质量保证。 2 4 熟料的质量控制项目 水泥成品质量主要取决于水泥熟料的质量，优质熟料应具有合适的化学成 分和矿物组成且岩相结构优良。因此，熟料的质量控制是水泥生产质量管理中 极为重要的一环。水泥熟料的质量控制在不同生产工艺、煅烧设备条件下也不 一样。回转窑生产，除常规化学全分析、物理检验和控制有力氧化钙含量外， 一般还要控制烧成带的温度、窑尾废气温度及各点负压，同时还要控制熟料的 容积密度，有的企业还进行岩相结构的检验和控制。一般新型干法水泥企业熟 料质量控制项目有：熟料化学成分( 包括k h 、n 、p 三个率值) 、烧失量、游离 氧化钙含量、氧化镁含量、安定性、岩相分析以及强度等物理性能。 ( 1 ) 熟料的化学成分 对熟料化学成分的控制目的在与检验其矿物组成是否符合配料设计的要 求，从而判断前道工序的工艺状况和熟料质量，并作为调整前道工序的依据。 水泥熟料中各氧化物之间的不同比例，决定着熟料中各种矿物组成的差异，以 及由此而影响到熟料本身的物理性能特点和其煅烧的难易程度。中国通常用石 灰饱和系数( k h 值) 、硅酸率( n ) 和铝氧率( p ) 来表示熟料中各氧化物含量 之间的关系。熟料的三个率值，应根据各厂原料成分、工艺条件、技术水平以 及生产水泥的品种、标号、季节等因素来综合考虑，合理选择，以保证熟料的 质量。一般情况下，生产条件不发生变化，游离氧化钙含量相同时，熟料强度 武汉理工大学硕士学位论文 随k h 值和c ，s 含量的增大而提高。当熟料化学成分一定时，其强度随游离氧 化钙含量增加而降低；增大熟料k h 值，熟料中游离氧化钙含量也会随之上升。 因此，对熟料k h 值控制是非常重要的。 控制k h 值应做到以下几点：采用矿化剂尤其是复合矿化剂时，k h 值可 略高些。一般情况下，掺复合矿化剂的k h 值比单掺时高0 0 2 - - 0 0 4 ，单掺比 不掺矿化剂时可高0 0 1 - 一0 0 3 。原料易烧性好，生料质量比较均匀且粗颗粒 少时，k h 值控制指标可略高，反之应低些。生料n 低时，k h 值可高些，反 之应低些。煅烧工艺稳定，操作人员素质好时，k h 值可略高，反之应降低。 夏季生产时k h 值可略高于冬季。 k h 值控制范围为目标值0 0 2 ；合格率：湿法回转窑及日产2 0 0 0 t 以上的 预分解窑8 0 ，其他窑型的k h 合格率7 0 ；标准偏差：回转窑0 0 2 0 ， 立窑0 0 3 0 。熟料的n 和p 值也应合理、稳定，减小波动。一般而言，n 和p 值的控制范围为目标值0 0 2 ，合格率8 5 。熟料化学成分的测定，应进行连 续自动取样，取样要具有代表性。 ( 2 ) 游离氧化钙含量 游离氧化钙即f - c a o ，是熟料中没有参加化学反应而是以游离态存在的氧 化钙。熟料中的f - c a o 是有害成分，水化速度很慢，要在水泥硬化并形成一定 强度后才开始水化，由于体积膨胀不均匀，超过一定数量时会影响水泥强度和 安定性。 从理论上讲，熟料中游离氧化钙含量越低越好，但在确定其控制指标时， 要与本厂生产工艺、原料、设备、操作水平、技术经济效果等综合考虑，确定 一个即经济又合理的指标，过高的要求往往会带来操作困难并使能耗增加。 造成熟料中游离氧化钙含量高的主要原因有：配料不当，k h 值过高； 煤料比不准确、不均匀，煤中灰分突然变化，没及时发现和调整配料，或煤颗 粒太粗；入窑生料c a c 0 3 滴定值不稳定，或生料太粗，窑内煅烧不完全； 熟料煅烧时，热工制度不稳定，卸料太快，立窑煅烧时底火下移造成熟料煅烧 时间不足，或偏火漏生，生烧料增多；熟料冷却慢，产生二次厂c a o 。 对已生产出的厂c a o 含量过高、安定性不合格的熟料，可采用下列方法适 当处理。加入适量活性混合材料共同磨制水泥。陈化熟料。将掺入适当湿 混合材料的熟料存放一段时间，或往熟料上均匀喷淋适量的水后再存放起来， 待熟料中的f c a o 充分消解后再磨制水泥。筛选。将块状和粒状熟料分堆存 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 放，然后再根据质量好坏搭配使用。立即生产出一批质量好、f - c a o 含量低 的熟料与厂c a o 含量高的熟料搭配使用。 一般厂c a o 含量控制指标为：回转窑熟料a , k f c a o ) 1 5 ，合格率8 5 ， 测定次数自定；立窑熟料c o ( f c a o ) 2 5 ，合格率8 5 ，分窑每4 h 测定一 次。检验厂c a o 含量，不仅可以鉴别配料的成分是否合理，还可以在一定成都 上鉴别整个工艺过程是否完善，热工制度是否稳定。因此，测定熟料厂c a o 含 量的样品一定要有代表性，要取平均样，每班每窑测定厂c a o 含量两次。 ( 3 ) 熟料的烧失量 熟料的烧失量也是衡量其质量好坏的一个重要指标。烧失量高，说明窑内 物料反应不完全，还有部分c a c 0 3 没有分解或部分煤粒未燃烧，或部分c a c 0 3 虽已分解，但还来不及继续完成熟料的化学反应。若由于煤粒未燃烧造成烧失 量高，不仅增加了熟料热耗，而且影响粉磨后的水泥质量。 ( 4 ) 熟料中氧化镁的含量 熟料中有以部分未化合的游离氧化镁即方镁石也是有害成分，方镁石水化 速度很慢，m g o 含量过高时会严重影响水泥安定性，所以，对熟料的m g o 含 量应控制在国家标准规定的范围内。熟料中的m g o 主要来自石灰石，对含m g o 较高的石灰石，要事先控制，搭配使用，以保证熟料中m g o 含量不超过国家标 准的规定。国家标准规定，水泥熟料中m g o 含量必须小于5 o 。对m g o 含量 高于5 o 而低于6 0 的熟料，应进行其水泥压蒸安定性试验，试验合格，熟 料中m g o 含量允许放宽到6