我國水泥業物料成份分析儀器的現狀與發展

水泥生產是固態物料的熱化學反應過程，為保證產品質量，必須嚴格控制物料細度、成份、均勻性及降低有害物料的混入量，所以對各工序物料的成份進行測定非常重要。

質量控制是為產品質量達到要求所采取的技術作業和活動。

水泥生產質量控制對象主要包括：原材料、燃料、生料、熟料和出磨水泥及出廠水泥等。水泥生產質量控制要以配料為綱，努力提高熟料質量，確保出廠水泥符合國家標準及有關規定。

1.我國水泥工業物料成份分析儀器的發展概況

70年代以前水泥的主要生產方式是濕法，料漿的物料成分很均勻，容易控制，調庫、倒庫的時間長，用傳統的化學分析法就能夠很好的控制入窯生料成分。

70年代以后，各國水泥工業的生產方式以新型干法窯外分解窯為主，我國地方水泥則大力發展機立窯，其生料均為干粉狀態，生料成分及均勻性都難于控制。特別在新型干法水泥生產線中，窯、磨等主機產量大，時效性強，而且每個工序都要控制物料成份。傳統的化學分析方法只能每天做一次生料全分析，每小時生料成份控制僅能用鈣鐵滴定值控制，完全不能滿足現代化、大規模水泥生產對質量控制的需要，必須以快速、準確的儀器分析來代替化學分析。

國內為解決物料儀器分析問題，早在60年代中國建材研究院與上海躍進儀器廠合作研制出Ｘ射線熒光分析儀，70年代日本展覽會上有一臺同位素在線鈣量儀，被國家建材總局收購并以此為樣機，由中國建材研究院、合肥水泥研究院和琉璃河水泥廠聯合研制在線鈣鐵分析儀和生料配料控制系統，并一直在琉璃河水泥廠使用。80年代中國建材研究院在原在線鈣鐵分析儀的基礎上又研制出同位素離線鈣鐵分析儀和同位素多元素分析儀，目前國內已有好幾家企業生產這類儀器并在水泥廠廣泛應用，進行生料成分控制和率值控制。

2.我國水泥工業物料成份儀器分析的現狀

目前1000t/d以上的水泥生產線均有以Ｘ射線熒光分析儀為主體的生料質量控制系統（QCX），過去大多數是配備菲利浦和日本的分析儀。90年代出現Ｘ射線能譜儀，最近一段時期已有部分國產的多元素分析儀獲得應用。我國水泥工業應用的物料成份分析儀器有：

(1)X射線熒光分析儀：適用于大中型水泥廠，均為進口儀器；

(2)X射線熒光能譜儀：適用于所有水泥廠，用于率值控制；

(3)同位素多元素分析儀：主要用于中型和機立窯水泥廠，用于率值控制；

(4)同位素在線、離線鈣鐵分析儀：主要用于生料成分控制，其中離線分析儀在機立窯水泥廠應用比較廣泛；

(5)在線中子活化分析儀：可以在線分析塊、粉狀物料，宜于前饋控制，可降低均化庫和預均化庫的投資。華新水泥公司已引進一套，即將投入運行；

(6)自動化學分析儀。

就生料質量控制而言，我國配料成分要求控制三個率值（KH、SM、IM），所以至少要測量生料中的Ca、Fe、Si、AL及燒失量，降低有害成分（K、Na、CL、S、Mg）的混入量，需用多道熒光分析儀。過去分析儀器均需引進國外產品，價格高，除新建和技術改造的大、中型水泥廠應用這種大型分析儀器外，其他水泥廠均用每天一次化學全分析和每小時一次鈣鐵分析生料成分控制方法。其中又有利用離線鈣鐵儀的成分控制和化學滴定法僅控制入磨物料的重量控制方法，這類方法雖然不能完全滿足生料質量控制的需要，但限于條件也僅能如此，它是目前通用的控制方法。

3.大力促進分析儀器的國產化

物料成分用儀器分析代替傳統的化學分析方法來進行生產控制，已被國內外的水泥企業實踐證明是有效的，已成為現代水泥生產線的必備設備。它的優越性為分析速度快、分析精度高、穩定性好、自動化程度高、不受人為因素的干擾、無化學試劑對人的危害、減少化學試劑的損耗、減少操作分析人員、降低勞動強度等。但大型分析儀器均需進口，價格高、備配件既貴又供應不及時、使用條件要求高、培訓費高等。雖然有些大公司在國內設有維修部門，但費用高，而且國外儀器更新快，不少備件過一段時間就難于供應，也不適合我國國情。

為了大力推廣儀器分析技術，提高熟料和水泥質量，以及降低水泥生產線的投資，國家科委組織了物料成分分析儀器的國產化的研究開發項目（Ｘ射線熒光光譜分析儀），其樣機和商品化尚需一段時間。目前我國一些合資公司已有利用國外的元器件組裝、國內配套測試、控制軟件的熒光分析儀，也有利用同位素的多元素分析儀進行物料成份的分析、控制水泥質量，已取得較好的效果。

國產化儀器在滿足分析精度、穩定性與可靠性的前提下，其價格優勢明顯，一般為進口儀器的一半，有的甚至更低，備配件易保證，維修、培訓方便，其設計使用條件也都盡量考慮了結合國情。物料成分分析儀器的市場是很大的，雖然2000t/d以上的已投產的30余條線大部分都配有進口的分析儀，但許多100t/d的干法生產線和以前建設的干法水泥生產線，大多數尚未配置分析儀器，這些廠將陸續進行技術改造，其中一項重要內容就是建立以分析儀器為主的生料質量控制系統；已經有分析儀器的企業為保證生產都有增加備用儀器的需要；不少大型機立窯企業為提高產品質量，也是需要配置成份分析儀的。可見大力促進物料成份分析儀器的國產化已勢在必行。

4.對國產化分析儀器的建議

水泥生產過程是連續化大生產，所以對在生產線上應用的所有設備首要的要求是穩定、可靠，否則將影響生產，造成很大損失，如一條4000t/d的水泥生產線停產一天的損失至少120萬元（300元／t熟料計），每小時就損失5萬元。物料成份分析儀的使用需要有配套的其他設備。因此儀器供應廠商應能配套供應，大致包括：

(1)自動連續取樣器：適用螺旋輸送機、皮帶輸送機、空氣斜槽、溜子等設備設施和塊狀、粉狀物料；

(2)制樣設備：包括物料的粉磨、壓片、制片；

(3)樣品的輸送設備；

(4)生料質量控制系統：包括物料喂料計量設備、控制計算機、通訊和應用軟件。

由于我國地域廣闊，各地原料不同，所以會有多種配料方案，根據均化條件又有不同的控制方案才能滿足生產的要求。磨機又具有長時滯、時變特性，采用常規的調節方法不能滿足要求。因此，需要用近代控制理論編制軟件。

國家水泥標準中尚無儀器分析方法的標準。儀器分析方法不同于化學分析方法，它是一種對比方法，又受物料晶體結構的影響，沒有統一的標準試樣等，所以為了企業的應用和儀器的國產化均需要制定相應儀器分析方法標準。