生料成分的穩定是水泥窯系統穩產、優質高產的基礎和前提條件，為此新型干法窯生產中，通過原料預均化、生料配料控制、生料均化等一系列工藝環節來保證生料的化學成分符合設計需要，并維持其穩定。在實際生產過程中，大部分工廠的生料質量由化驗室進行控制，而生料產量由生產車間完成。生產車間的人員在操作中往往只關注磨機產量，根據磨機工作狀況頻繁大幅度加減產量，磨機工況時常變化，甚至出現飽磨等非正常工況，認為生料成分的波動全是由于原料成分變化或原料配比調整失誤造成，忽視了粉磨過程對生料成分的影響，給化驗室的生料質量控制帶來很大困難。
本文分析和討論了生料粉磨過程中，磨機操作和工況等非原料化學成分因素所造成生料成分波動的原因，通過實際生產數據比較了這些因素對立磨和閉路球磨影響的大小，并提出了在粉磨過程中減少生料成分波動的措施。
1 磨機操作和工況對生料成分穩定性的影響
1.1開停磨對生料成分穩定性的影響
生料的粉磨過程包括了各種原料(石灰石、頁巖和硫酸渣等)的配料、磨細以及混合均勻的過程。由于各種原料的化學成分和易磨性不一致，在磨內完成破碎、磨細直至達到生料細度要求所需的時間也不一樣，所以生料成分從開始喂料至達到穩定需要一定時間。
以石灰石、頁巖和硫酸渣三組分配料為例，硫酸渣和頁巖的易磨性好，在磨機內粉磨很短時間便可達到細度要求出磨，而石灰石易磨性相對較差，粉磨時間較長。因此空磨剛開始喂料時，先出磨的生料中Fe2O3、Si02、Al2O3含量高，而Ca0含量低，并且出磨的生料量也很小，隨著繼續喂料和粉磨，越來越多的石灰石磨細并出磨，生料中Ca0含量逐漸升高，并最終達到穩定，磨機進入平衡狀態。
圖1為立磨和閉路球磨開始喂料后，每5min取樣1次，生料Ca0含量隨時間的變化趨勢，由XRF測定得到。
圖1 立磨和閉路球磨喂料后出磨生料Ca0含量變化
由圖l可見，無論立磨或者球磨，喂料后都需要一定時間才能達到平衡粉磨，立磨達到平衡所需要時間短，約l5min，而閉路球磨所需要時間長，約35min。
磨機進入平衡粉磨后，如果考察磨內積存物料的比例，難磨原料所占比例最多，而易磨物料所占的比例較少。保持原料比例和喂料量不變，磨內物料不斷粉磨好出磨，新喂入的物料進入磨內，兩者達到一個動態平衡。如果停止喂料，磨機保持運轉，磨內未粉磨好的石灰石磨細并出磨，出磨生料中Ca0含量會突然升高。如果大幅度增加或者減少喂料量也會使平衡打破，而建立新的平衡狀態需要一段時間，將造成出磨生料化學成分的波動。
由以上分析可知，盡管粉磨過程遵循著物質守恒定律，但由于各種原料的成分和易磨性不同，使得開始喂料后到磨機達到平衡狀態需要一定的時間，達到平衡狀態后的出磨生料成分才能真實反映原料配合比。停止喂料、大幅度增加或減少喂料量都將使平衡狀態發生變化，造成生料成分的波動。
1.2 飽磨對生料成分穩定性的影響
磨機飽磨后，磨內的料球比失衡，料多球少，粉磨效率則嚴重下降。此時易磨性差的原料難以得到粉磨，積累在磨內，而部分易磨性好的原料還可磨細出磨，出磨生料成分將發生變化。一般處理飽磨的辦法是強化通風、減少喂料甚至停料，直到磨內料球比恢復正常，于是原先積累的難磨物料逐漸被磨細出磨。因此隨著出現飽磨、停止喂料處理到恢復正常喂料，出磨生料成分將出現一次劇烈波動。
以石灰石、頁巖和硫酸渣配料為例，剛開始飽磨時，生料Ca0含量偏低，而Si02、Al2O3、Fe203含量偏高。發現飽磨停止喂料后，出磨生料的Ca0含量又會突然升高，而Si02、Al2O3、Fe203含量偏低。對于磨內流速快的粉磨系統如風掃磨，飽磨處理較快，一般1-2h左右能恢復正常，而對于磨內流速較慢的中卸磨系統，需要2～3h甚至更長時間生料成分才能恢復正常。
圖2為某廠生料閉路球磨出現飽磨時，生料LSF的變化。圖中LSF由XRF測定生料成分計算得到，磨機產量為實際喂料量，每小時記錄1次DCS系統的累積喂料量后計算得到。
圖2 磨機飽磨后生料LSF和磨機臺時產量變化
由圖2可見，剛飽磨時，LSF先下降，隨著減少喂料量操作，LSF突然升高，并持續2h。經過3h調整后生料成分才恢復正常。
1.3 增減喂料量對生料成分穩定性的影響
目前，生料的配料計量一般采用電子皮帶秤，其 原理是通過標定建立喂料量與皮帶轉速、壓力之間關系系數，工作時測定皮帶轉速和壓力，從而計算出喂料量，并通過調整皮帶轉速來控制物料的給料量。在實際應用中，壓力傳感器的輸入輸出特性大都存在非線性，且易受工作環境溫度的影響，皮帶秤標定一般都采用靜態標定而并不是整個計量區問的動態標定，使得其在整個計量區間中存在著非線性誤差。
生料配料時，通常是3臺或者4臺電子皮帶秤同時進行配料，化驗室通過測定化學成分后對生料配合比進行調整，盡管每個秤都有一定誤差，在幾次測定和調整后仍然可獲得所設計成分的生料。此時實際原料配比和理論配比往往存在較大差別，其原因除了實際原料的化學成分和水分與理論計算的差異外，計量設備的誤差也是其中一個重要因素。在原料成分和原料配比都沒有變化的情況下，如果大幅度增加或者減少磨機的總喂料量，由于電子皮帶秤的非線性誤差，將使實際人磨的配比發生改變，從而造成出磨生料成分的變化。
以石灰石、頁巖和硫酸渣配料為例，假如原配比為石灰石85%、頁巖10%和硫酸渣5%，當磨機總喂料量為300t/h時，石灰石秤的喂料量為255t/h、頁巖30t/h和硫酸渣15t/h。如果配比不變，磨機喂料量由300t/h調整為200t/h，配料秤無誤差時各種原料的喂料量應變為石灰石170t/h、頁巖20t/h和硫酸渣l0t/h。實際配料秤或多或少都存在一定的非線性誤差，尤其是石灰石秤，喂料量由255t/h大幅度調整為170t/h時，很難精確調整到位。假設石灰石秤調整后實際的喂料量為l80t/h而非理想的170t/h，頁巖和硫酸渣無誤差，則調整后磨機的實際總喂料量為210t/h，其中各原料配比為：石灰石85.7%、頁巖9.5%和硫酸渣4.8%，已經發生了改變。
某水泥廠生料粉磨系統采用破碎機加閉路球磨機，破碎機突然故障后僅用球磨機粉磨時，喂料量由220t/h降為120t/h，當時預均化堆場取料正常，各原料無異常變化，生料成分卻突然發生較大波動，經化驗室3次調整后生料成分恢復正常，前后石灰石配比相差達6%之多，事后經分析確認是由于石灰石秤的非線性誤差所造成。該廠磨機喂料量對生料配比的影響見表1。
由此可見，由于計量誤差的存在，大幅度調整產量后將使生料的實際配比產生變化。而實際上每個秤在大幅度調整喂料量時都會有一定的非線性誤差，使實際配比的變化更加復雜，造成生料成分的波動。
2.磨機操作和工況影響生料成分穩定性的相應措施
2.1減少磨機啟停次數
在實際生產中，如果磨機能保持長時間正常運轉，剛開始喂料尚未達到平衡粉磨狀態時的10-30min內出磨生料成分的異常可忽略不計。但如果磨機頻繁啟停(例如剛開始磨機運行調試時)，對生料成分的穩定必然造成影響。有些工廠磨機富余能力大，避峰電價時進行生料粉磨，每天都要啟停一次磨機，這時，可縮短停磨前的停止喂料時間，磨內剩余的存料可以減少下次開機重新達到平衡粉磨的時間。
2.2 保持磨機正常運行狀態和穩定的喂料量
保持磨機正常運行狀態，對于使用球磨機進行生料粉磨的水泥廠尤為重要，操作員應注意觀察磨音信號、磨機運行電流、入磨物料的性質變化，保持適當的喂料量，避免出現飽磨等非正常粉磨狀況。
立磨運行時可通過風量、磨輥壓力、噴水量、喂料量、選粉機轉速等的多種手段進行調整，立磨物料在磨內流速快，達到平衡所需要時間短，但生產中操作員往往不注意保持喂料量的穩定。實際上，頻繁增加或減少磨機喂料量不但造成生料成分波動，而且對設備的長期安全運轉也不利。
2.3 化驗室與生產部門之間加強協調
化驗室進行生料質量控制時，每小時取1次生料的平均樣進行成分檢測，并以此為依據對原料的配比進行調整。如果由于磨機工況或操作的變化導致生料成分突然波動，化驗室依據異常生料樣進行調整，會導致生料成分忽高忽低，難以穩定下來。
為避免開停機的異常生料成分對調整的干擾，應合理安排開停機時間，在開機15min或30min后清取樣桶，將異常樣倒掉，取磨機達到粉磨平衡后的出磨生料樣作為調整的依據。
生產車間在磨機出現飽磨等異常工況時，應及時通知化驗室，以防誤調整。在磨機出現不正常，被迫大幅度減少或增加產量時，也應通知化驗室，以便根據實際情況做出合理調整。
3.結論
1)由于原料易磨性和化學成分的差別，各種物料同時喂入磨機后，需要一定時間才能達到粉磨平衡。在生產中如果粉磨平衡狀態不能保持，將導致非原料成分變化因素造成的生料成分波動。
2)磨機飽磨和飽磨后的停止喂料處理，將嚴重破壞磨機內部的粉磨平衡狀態，使出磨生料成分出現劇烈波動。
3)大幅度增減磨機喂料量，不但破壞了磨機粉磨的平衡狀態，而且計量設備的非線性誤差將使實際入磨原料配比發生變化，從而造成生料成分的波動。
4)穩定的磨機工況和喂料量，是生料質量控制的基礎，化驗室質量控制與生產車間操作必須密切配合，才能提高生料化學成分的穩定性和控制水平。
