水泥生產(chǎn)中，粒徑是一個關鍵參數(shù)，直接影響產(chǎn)品 質(zhì)量。激光衍射技術越來越多地被用于水泥粒徑檢測，這種技術正在取代Blaine(比表面積）測定的傳統(tǒng)技術。英國馬爾文帕納克Insitec在線粒度儀是一種穩(wěn)健的在線激光衍射粒度分析儀，特別適用于工廠過程生產(chǎn)環(huán)境，在水泥生產(chǎn)和遍布各類制造業(yè)的其他場合中滿足連續(xù)可靠監(jiān)測的工業(yè)要求，通過連續(xù)監(jiān)測水泥粉磨生產(chǎn)線，可以提供優(yōu)化生產(chǎn)能力、同時生產(chǎn)最優(yōu)質(zhì)水泥所需的數(shù)據(jù)。

在熟料、混合材等原材料的質(zhì)量和配比確定不變的情況下，水泥性能在很大程度上將由粒徑分布決定，雖然對粒徑分布與水泥特性的研究還缺乏系統(tǒng)性和完整性，但從實踐中得到的如下結論對于我們分析水泥特性很有指導意義。

(1)1μm以下細顆粒由于在和水的拌和過程中就完全水化，對強度沒有貢獻。其含量增加，說明存在過粉磨，浪費了粉磨能量；同時顯著增加了拌和的需水量，降低了澆筑性能。因此，該組分顆粒是有害的，應盡可能減少。

(2)1~3μm顆粒含量高，3d強度就高，同時需水量會相應增加，澆筑性能下降。因此，該組分顆粒在3d強度能滿足要求的前提下，也應盡可能低。

(3)澆筑28d后的水化深度約為5.46μm。這就意味著大于兩倍水化深度（約11μm)的顆粒，總是有一部分內(nèi)核未水化未被水化的內(nèi)核在混凝土中只起骨架作用，對膠凝沒有貢獻。16μm、32μm和64μm顆粒的水化率分別97%、72%和43%，因此通常認為3~32μm顆粒對28d強度起主要作用。32μm以上顆粒，尤其是在65pm以上顆粒水化率較低時，將造成熟料用量過多，既增加成本、又浪費資源，應盡可能降低。

(4)3～16μm顆粒含量越高，熟料的作用發(fā)揮得越徹底，相同條件下混合材添加量就可以越高。

(5)32μm以上顆粒含量過高，泌水性會增大。

(6) 混合材在粒度上如果能與熟料互補，形成最佳堆積，則混合材的添加不僅不會降低水泥強度，而且還能增加強度。

臨沂中聯(lián)水泥有限公司從2017年9月在2#水泥磨開始安裝英國馬爾文帕納克lnsitec在線粒度儀測試水泥顆粒級配使用至今，結合濟南大學自主研發(fā)的智能自控軟件加人工藝參數(shù)變量，形成基于粒徑分布檢測的水泥磨機智能控制系統(tǒng)。經(jīng)過4年多的不斷摸索優(yōu)化，系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠，提質(zhì)提產(chǎn)、節(jié)能降耗效果顯著，實現(xiàn)了以智能自動控制為主、人工監(jiān)控干預調(diào)整為輔的生產(chǎn)操作技術升級，取得了良好的效果。

2.1 馬爾文帕納克粒度分析儀特點

馬爾文帕納克粒度分析儀運行穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、及時，實現(xiàn)了其對水泥生產(chǎn)質(zhì)量的監(jiān)控作用。

粒度儀在線監(jiān)控、分析、上傳數(shù)據(jù)（3s測量一組數(shù)據(jù)），通過自動自控系統(tǒng)設定矣45μm、<80μm水泥顆粒含量百分比，能及時判斷細度、比表面積等指標的現(xiàn)狀及趨勢，及時對系統(tǒng)進行調(diào)整，避免了水泥質(zhì)量的大幅波動，使得水泥質(zhì)量在穩(wěn)定性得到顯著提升。通過長時間綜合分析在線粒度分析儀測量的顆粒級配分布規(guī)律，及時對磨機級配進行調(diào)整，提高3~32μm顆粒含量，同時降低>80μm顆粒含量，進而提高水泥3d、28d強度：

2.2 配套自控專家系統(tǒng)軟件運行特點

配套自控專家系統(tǒng)軟件運行趨于穩(wěn)定，減少了人工干預調(diào)整頻率，初步實現(xiàn)了自動智能化，并且系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，有助于提高產(chǎn)、質(zhì)量。

2#水泥磨為輥壓機和球磨機聯(lián)合粉磨的閉路工藝。可調(diào)整的控制變量有：喂料量、選粉機轉(zhuǎn)速、磨尾排風機轉(zhuǎn)速。被控變量有：配料斗式提升機電流、出磨斗式提升機電流、<45μm水泥粒度含量。

控制軟件分為粒度控制和喂料量控制兩個部分。根據(jù)配料斗式提升機電流、出磨斗式提升機電流、V型選風機轉(zhuǎn)速等參數(shù)自動調(diào)整喂料量；根據(jù)<45μm粒度含量、出磨斗式提升機電流自動調(diào)整選粉機轉(zhuǎn)速、磨尾排風機轉(zhuǎn)速。

下面以3個截圖實例說明喂料量自動控制的情況。

圖1為控制軟件運行截圖。在物料穩(wěn)定的情況下喂料量自動控制系統(tǒng)能夠長時間連續(xù)自動穩(wěn)定運行，出現(xiàn)異常情況，自動控制可以切換到人工手動調(diào)整。

圖2為水泥磨控制系統(tǒng)軟件結合粒度儀數(shù)據(jù)自動調(diào)整喂料量給定值，以控制配料斗式提升機電流和出磨斗式提升機電流、選粉機轉(zhuǎn)速等參數(shù)的生產(chǎn)實時數(shù)值趨于設定目標值，喂料量自動跟蹤、及時頻繁調(diào)整，各參數(shù)波動范圍較小。

自動控制與人工操作相比，自控軟件控制下系統(tǒng)調(diào) 整更加平穩(wěn)，同時水泥的質(zhì)量、穩(wěn)定性也有穩(wěn)步提升，通過多變量預測、控制器動作保證磨機系統(tǒng)物料進出平衡，消除系統(tǒng)的滯后，提前消除質(zhì)量波動對系統(tǒng)的影響。通過改變控制目標的設定值，能夠更加有效地控制產(chǎn)品的質(zhì)量和提高產(chǎn)量。

基于粒徑分布檢測的水泥磨機智能控制系統(tǒng)在投入自動控制和手動控制兩種情況下的產(chǎn)量、能耗、質(zhì)量數(shù)據(jù)對比見表1。

(1)臺時產(chǎn)量對比：自動控制217.5t/h，人工手動控制平均215.3t/h， 自動較手動增產(chǎn)1. 01%。

(2)粉磨電耗對比：自動控制平均電耗29.9kWh/t，人工手動控制平均電耗30.3kWh/t，自動較手動電耗降低0.4kWh/t。

(3)質(zhì)量對比(見表2)。

取比較穩(wěn)定的有代表性時間段2020年8月25日1：00 ～12:00點為例，合格率均為100%，但是自動控制狀態(tài)下 比手動狀態(tài)下的水泥粒度更加穩(wěn)定，波動范圍更小。

通過四年多的生產(chǎn)實踐表明：臨沂中聯(lián)水泥有限公司使用基于粒徑分布檢測的水泥磨機智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了以智能自動控制為主、人工監(jiān)控干預調(diào)整為輔的生產(chǎn)操作技術升級，對水泥粉磨提產(chǎn)節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)量都起到了一定的提升強化作用，對生產(chǎn)過程中的工藝設備參數(shù)調(diào)節(jié)、質(zhì)量控制都起到了較好的穩(wěn)定優(yōu)化作用，同時減少了中控操作人員的調(diào)節(jié)頻次和勞動強度，使操作員抽出更多時間與精力投入到生產(chǎn)監(jiān)護中，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的不足，更好地全面掌控水泥生產(chǎn)操作，為全面實現(xiàn)水泥粉磨系統(tǒng)智能制造奠定了基礎。

作者：王新路，王立剛

企業(yè)：《臨沂中聯(lián)水泥有限公司》

來源：《中國水泥》

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