均衡与均化是水泥生产管理的基础_生产管理基础知识

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均衡与均化是水泥生产管理的基础

天瑞水泥集团公司 贾华平

一、引言

水泥成份，硅铝铁钙；水泥工艺，两磨一烧。把料配合理，在合理的工艺线上生产，就能生产出好的产品——事情就是这么简单。问题是如何把料配合理，如何确定合理的工艺线，正是这两个问题把水泥生产给搞复杂了——而这两个问题的实质是时间上的均衡与空间上的均化。

不论是最终产品水泥的生产，还是半成品熟料的生产，稳定生产是产品稳定的基础。大家都有了“几稳保一稳”的经验，所谓的“几稳”实际上可以归结为量稳与质稳——实质上又是时间上的均衡与空间上的均化。

均衡的理念比较简单，一是要均衡的组织生产，二是避免物流的失控和断料现象，三是要有准确的计量设施。当然，要得到理想状态也是很难的。

均化的理念既简单又复杂，简单点说容易，就是对“一定的” 物料通过横铺侧取、侧铺横取、反复混合，使其质量趋于均一；复杂的说就难了，水泥生产是一个动态的过程，需要一个连续的物料流，而且边进边出，量上又没有“一定的”这个前提，实际上是要求物料流在均衡中获取均化。

那么，是否一定要搞这么复杂呢？水泥生产过程中，要经过原、燃材料配料，粉磨煅烧等一系列复杂物理变化和化学反应过程，要生产出高质量、性能好、成本低的水泥关键要有优质熟料，煅烧优质熟料最基本的条件是制备合格而稳定的生料，制备合格稳定的生料又需要合格稳定的原燃材料，而这种合格稳定的原燃材料越来越少，且价格高昂。

随着水泥技术的发展和提高，不是对均衡与均化减小了压力，而是提出了更高的要求。所以，均衡与均化不是权宜之计，在技术和管理上也需要长期的发展与完善。

大家知道，沸腾煅烧是水泥行业继预分解工艺之后的又一次重大的技术进步，我国在上世纪80年代就做了一些研究，虽然成效不大，但毕竟指明了发展的一个方向。

在国际上，日本川崎重工业株式会社于1984年开始沸腾窑基础研究,首先进行了2t/d试验窑试验,1989年又进行了20t/d中试窑4年的运行试验,发展了关键的造粒技术和设备，1996年2月至1997年底进行了2年的200t/d窑工业试验，看到了巨大的发展希望：投资与预分解窑基本相当，占地面积大幅度降低，维护管理更加简单，吨熟料煤耗降低约20%，吨水泥电耗降低约20%。

2009年11月该技术在我国淄博市建成1000t/d生产线，但经投料试运行无法正常生产，这么好的一项技术就放在了那里。

卡在了那里呢，就卡在均化上—— 该技术的关键是在分解炉与烧成炉之间有一个造粒炉，造粒炉的造粒要求控制温度在±2 ℃，低了造不成粒，高了又结团堵塞—— 要满足这一要求，就要实现煤和料在量和质上的稳定，一是对计量和喂料的均衡要求高，二是对原燃材料的成分均化要求高。新技术对均衡与均化提出了更高的要求！

淄博市建设中的1000t/d流化床窑

二，均衡与均化的意义

为了稳定水泥窑的正常热工操作制度，提高熟料质量，增加产量，保证窑系统的长期安全运行，水泥生产对入窑生料成分的均匀性提出了严格的要求。

生料的均化过程贯穿于生料制备的全过程。一般认为，矿山搭配开采、原料预均化堆场、生料粉磨过程的均化作用和生料均化库等四个环节构成生料均化链。每经过一个环节都会使原料或半成品进一步得到均化。各个环节的均化作用不同，均化效果也不一样。

原料预均化堆场和生料均化库是均化过程的主要环节，它们占全部均化工作量的80％。那么剩余的20%呢？熟料以后的生产是否也需要均化呢？回答是肯定的，我们有必要将均衡与均化贯穿于水泥生产的全面及全过程中。全方面与全过程的均衡与均化可给生产带来如下好处：

1，有利于稳定水泥窑热工制度，提高产量，维持长期安全运转。降低能耗和维修维护费用；

2，能有效降低对原料品位的要求，充分利用低品位原料和废料，延长矿山使用年限，减少废料剥离。降低开采费用和采购费用；

3，有利于提高产品质量，提高产品在市场上的竞争力。扩大销售市场和提高销售利润； 4，降低出厂水泥的标准偏差，压低出厂水泥的超标率，减少不必要的浪费，降低生产成本；

5，水泥在库内均化后，可提高多库搭配出厂的准确性，加快库存水泥的周转次数，减少库存水泥的资金占用；

6，水泥在库内均化后，可直接在库底或库侧散装装车，不必另建专用的散装水泥库，降低基建投资；

7，均衡可缩小袋重偏差，提高袋重合格率，压低每袋水泥的富裕重量，减少不必要的浪费，降低生产成本；

8，均衡实际上是时间上的均化，他能使空间上的均化产生更好的效果； 9，通过全方面与全过程的均衡与均化，减小对原燃材料预均化堆场和生料均化库的依赖，缩小或取消这两种库，大幅度降低基建投资。

三，全方面全过程的均化

这个题目太大，技术上并不高深，谈起来难度较大。只好粗浅的谈点自己的认识，只能起一个抛砖引玉的作用了。

1，均化效果的概念与考究

目前对一个均化系统，通常用进料和出料的标准偏差之比e = S1／S2来衡量其均化能力，这个定义不尽合理。

比如同一个生料均化库，它的均化能力e应该是一定的。但实践告诉我们，当S1大时，e就会大；当S1小时，e就跟着变小—— 同样是这个库，怎么会有不同的均化能力呢？

这个定义无法对不同的库进行其均化能力的比较，没有实际意义。这个院吹嘘他的库在某厂的均化能力达到13，能说明他设计的好码？那个厂抱怨某院给他们设计的库均化能力不到3，能说明人家设计的差吗？不问究竟的你说我说，把均化技术的评价搞的混乱不堪。

如果硬要比较一下，应该有个比较，首先要有个合理点的比较准则。本人认为一下两个定义都比现有定义更合理些，可供参考：

① e =（S1-S2）／S1 ② 就像检验水泥强度要用标准砂一样，检验均化能力也要用一种标准物料。为了有操作性，也可简化为用一定标准偏差的物料，即将S1设为定值，仍采用现有定义公式：e = S1／S2 2，均化的终极目标与措施

均化为了什么，比如生料，就是要使在一定空间内的生料，实现其化学成分的均一。其过程是配料和搅拌，两者是相辅相成的，配得好可以少搅拌，配得差就得多搅拌，可见配料也是个关键环节。

配料的最佳方法是什么呢？就是我们在质量管理上提出多年的“先检验后使用”原则。这对连续性的大工业生产而言，要确实做到“先检验后使用”是不现实的，但这给我们指明了方向，我们可以向这个方向趋近。

在线检测就是一个很好的方法，它可以在5-20秒内提供一个检测结果，根据检测结果每分钟可以调整一下配料比例，基本接近了“先检验后使用”。

理想的在线分析配料系统是：在每个组分的配料秤前加一台在线分析仪，以及时检测该组分的化学成分，根据各组分的检测结果，通过计算机及时调整各组分的配料比例，使配料的各组分基本实现“先检验后使用”，并在出磨生料上保留现有荧光分析仪检测，以最终检验配出的生料到底怎样，对在线分析仪配料系统进行校正。

该系统能大大的减小对各组分原料预均化堆场、生料均化库的依赖，减小甚至取消这两种库的建设，节约占地、减少投资。

十几年来，国内已陆续有少数生产线配置了在线分析仪，并取得了越来越多的成功经验，与已广泛使用的X萤光分析仪相比，它对原料成分控制的水平和能力要主动、准确、均匀得多。

云南祥云建材有限公司使用在线分析仪的效果

云南祥云建材有限公司的在线分析仪控制系统

遗憾的是，国内大部分在线分析仪用于事后检验，仍然没有在配料上前馈使用，原因主要是比荧光分析仪投资要高得多。实际上这是一个误区，与单一的荧光分析仪比确实贵了不少，但与原料预均化堆场比，它实在是太便宜了。

3，先检验后使用的生料均化库

生料均化库是目前预分解窑生产系统的一个重要设施，他的均化效果好坏对入窑生料质的稳定影响很大，由于它用于大工业生产的物料流上，各研究单位对其下了很大的功夫，设计了多种上进下出、边进边出的生料均化库，但结果都不尽理想。

前面讲过，均化效果取决于时间上的均衡与空间上的均化，在一种设施不能同时满足两者时，应用“先检验后使用” 的基本理念将两者割裂开来，先解决空间上的均化，再解决时间上的均衡，就简单多了。

德国的polysius公司是世界上著名的水泥装备公司，他对一些工厂的设计，大部分仍然采用了“先检验后使用”的原始库型，但却具有良好的均化效果。

Polysius给某3200t/d线设计的生料均化库是两个双层库，由此将入库、均化、出库从时间上分割开来；双层库的上层为间歇式搅拌库，配料系统累积调整实现库满时最终平均值合格，停止入库后用气力搅拌至质量基本均一，然后将上层搅拌库的合格生料卸入下层的储存库待用。

这种设计好像是繁琐了点，但非常实用。不但具有良好的均化效果，而且对生产管理带来诸多便利。

4，关于窑灰的去向问题

窑灰的化学成分与生料不同，对易磨性好的石灰石窑灰的KH高，对易磨性差的石灰石其KH又低，特别是窑灰的有害成分含量比生料高许多；窑灰的量也在随时波动，其高值可以达到其低值的两倍以上。窑灰往哪里去，直接影响到入窑生料的稳定性，特别对有害成分高的原燃材料，是一个非常值得关注的问题。

目前设计的烧成系统，多数设计了入窑和入库两条通道；多数水泥厂有两种用法，一是①不管开不开磨都入库，二是②开磨时入库，停磨时入窑；少数工厂采用③开不开磨都入窑。

这三种方案都存在弊端：方案①在停磨时入库，入进去的是纯窑灰，如何与库内现有的生料进行均化；方案②开磨时入库使入窑生料中含有一份窑灰，停磨时入窑使入窑生料中变成了两份窑灰；方案③的好处是恒定了入窑生料中一份生料一份窑灰不变，谁跑的窑灰谁吃进去，这似乎是合理的，但无法解决由于窑灰量的波动导致的入窑生料总量的波动。

实际上原来曾经有④窑灰入喂料仓的方案，这等于对方案③进行了完善，遗憾的是随着生料均化库的改进，使得方案④行不通了。

如果继续采用方案①和②，又要取得较高的入窑生料稳定性，就必须强调窑磨的联动率，尽量保持窑磨的同步运行。

一般设计中，磨的能力总是大于窑的能力，磨的高产运行与库满停磨就成了一项节电措施，导致事实上没人在抓窑磨联动率。还有一个方案⑤在生料均化库侧建设窑灰小仓，这实际上是方案③的变通与完善。

方案⑤的窑灰仓无需过大，能存储一个班的窑灰量足以，他的作用不是存储窑灰，而是缓冲窑灰在量上的波动；窑灰仓下要设卸料装置，其开度比正常的窑灰量略大即可，起到在量上的滤波作用；窑灰仓下要设计量装置，以便与喂料仓下的计量器具合成控制总的入窑量。5，浅谈生料均化链

如图所示，一个完整的生料均化系统应包括四个环节：①原料矿山的搭配开采、②原燃材料的预均化、③生料磨的配料控制、④入窑生料的均化。

四个环节相互连接，组成一条完整的生料均化链。这个概念已经强调了十几年，这里就不再赘述。

6，熟料以后的均化问题

熟料的均化：熟料是生产水泥的主要组分，而且是水泥活性的主要来源，熟料质量的波动必将导致水泥质量的波动。由于影响熟料生产的因素很多，熟料不可能没有波动，因此对熟料的均化必须给予高度重视。

一般每台窑都有自己的熟料库，库底均设有若干卸料口。①利用库底多口同时卸料进行搭配均化；②利用多库搭配向水泥磨头仓供料均化；③采用机械倒库的方法进行均化；④建设专用的次品库搭配好料使用均化。

水泥的均化：我国水泥企业质量管理规程规定，水泥28d抗压强度的标准偏差应不大于1.65MPa，这不但保证了水泥强度的稳定，而且保证了其它质量指标(安定性、细度、凝结时间、有害化学成分等)均趋稳定。也为水泥制品、构件、建筑工程质量提供了方便和保证。

水泥均化与生料均化同属粉状物料均化，可用的均化手段有：多磨入库、多库配出、机械倒库、间歇式空气搅拌库、连续式空气搅拌库等。

水泥包装质量：要努力提高袋装水泥的袋重合格率，缩小袋重的标准偏差。①袋装水泥出厂一般均按袋数计算发货质量，每袋水泥超量或不足都会给供需双方带来经济损失；②在施工中，往往是按每袋水泥50kg 计算配制混凝土，质量不足会降低混凝土的标号影响工程质量，超量则造成水泥不应有的浪费。