优化配料方案提高熟料质量

中国水泥协会数字水泥网1优化配料方案提高熟料质量北京新港水泥制造有限公司杨德昌摘要：根据熟料强度降低的现象，通过多种数理统计方法的综合应用，探索熟料强度降低的原因，结合分析结果，达到优化熟料配料方案，提高熟料强度的目的。关键词：熟料强度；配料；因果分析；回归分析；正交分析一、引言北京新港水泥制造有限公司是一家由天津水泥设计院设计，原设计日产熟料720吨，年产水泥30万吨的中小型水泥企业，近年经多次技术改造，特别是2001年进行NMFC型分解炉改造后，已达到日产1200吨熟料、年产60万吨水泥的生产规模。此前熟料质量均较正常，但近期却出现熟料质量下滑现象（见表1）。表12001年～2004年熟料质量数据分析表年份化学分析％28天抗压强度MPaMgOf－CaOKHSMIMC3SC2S＋C2S2001年2.100.960.8832.681.6853.4676.7653.12002年2.170.840.8912.621.5853.2676.5756.32003年2.340.830.8892.711.5652.7876.4053.62004.13.290.960.8842.661.5050.8975.9653.82004.23.681.140.8812.691.4949.3275.6253.42004.32.691.060.8952.641.4851.0276.3151.42004.43.411.010.8872.741.4751.4275.8051.0从表１可看出，熟料质量从2003年开始呈日逐下降的趋势，在某种程度上影响了水泥质量的稳定性，为稳定出厂水泥强度，在水泥生产控制过程中，只好采取提高出厂水泥比表面积，降低混合材掺加量等措施，从而在一定程度上影响了企业的经营效益。本文通过数理统计等方法的综合利用，对近年的熟料质量数据进行全面分析，以期找出熟料强度降低的原因，并以分析结果来调整水泥熟料生产，达到提高熟料强度的目的。二、影响因素分析为探索影响熟料强度的规律，笔者选用了因果分析图，对影响熟料强度的因素逐一分析，从原燃材料、配料、熟料煅烧及设备、熟料检验及检验设备等项目中，共分析出大小因素30条，如图1所示原燃材料石灰石熟料煅烧熟料检验还原气氛立升重低成型比表面细度页岩MgO含量CaO含量铁粉砂岩窑温低预烧不够烧失量高养护温度小磨试验烟煤f－CaO高破型SO3含量生料秤尾煤KH影响生料细度小磨级配头煤熟料三率值石灰石砂岩振实台篦冷机冷却抗压夹具生产设备效果差n影响p影响配料原料配比检验设备图1影响熟料强度的因果分析图中国水泥协会数字水泥网2通过对2001年以来原燃材料、配料、熟料煅烧及设备、熟料检验及检验设备进行分析对比，总结出所有可能影响熟料强度的因素，并对这些可能因素进行量化分析，四年所使用的原燃材料分析数据变化见表2、表3，熟料分析数据表见表4。表2原材料使用对比化学分析表％项目日期LOSSSiO2AL2O3Fe2O3CaOMgO碱含量石灰石2001年41.723.920.970.3150.881.360.292002年41.304.231.070.4150.791.340.232003年41.264.211.510.3750.191.810.252004年41.693.910.990.4050.371.820.30页岩2001年5.1464.5018.346.350.861.201.952002年5.0665.2917.396.210.901.381.792003年5.1566.7015.847.570.511.051.742004年5.0065.2017.307.160.411.442.15砂岩2001年0.1795.202.020.600.110.150.822002年0.2695.121.780.530.280.190.792003年0.1894.792.240.610.110.080.822004年0.0893.642.520.510.090.360.81铁粉2001年5.2132.627.2049.681.660.101.432002年4.8337.814.7345.811.150.491.592003年4.9237.354.9445.670.290.581.822004年4.7236.725.0546.831.140.392.04煤灰分2001年／51.9319.3715.664.880.991.882002年／52.0018.7017.634.861.191.512003年／53.5219.6416.653.340.901.332004年／52.7222.2812.913.741.792.00表3煤工业分析表日期原煤水份%干基水份％灰分％挥发份％发热量KCal/kg发热量KJ/kg2002年7.651.7610.2728.396903.5128856.672003年6.422.0810.7227.996813.0428478.52004年8.032.3512.2528.446598.6627582.42三、熟料回归分析通过对上述因果分析诸多因素中可以量化的因素进行回归分析，发现数据变化较大的因素有熟料KH、SM、IM、f－CaO、MgO。利用数理统计方法算出熟料28天强度对上述五因素的回归分析方程及回归相关系数（见表4），以确认上述五因素对28天强度的相关性及影响程度大小。表4各因素线性回归方程及相关系数表项目回归方程相关系数熟料KH对28天强度Y28d＝117.3×KH－48.2r＝0.890熟料SM对28天强度Y28d＝1.7×SM＋51.8r＝0.807熟料IM对28天强度Y28d＝31.6×IM＋6.3r＝0.630熟料f－CaO对28天强度Y28d＝61.3－6×f－CaOr＝－0.690中国水泥协会数字水泥网3熟料MgO对28天强度Y28d＝59.4－1.4×MgOr＝－0.719熟料C3S对28天强度Y28d＝15.3＋0.8×C3Sr＝0.917熟料（C3S＋C2S）对28天强度Y28d＝2.6×（C2S＋C3S）－139.9r＝0.870从表4中可看出：1、KH、SM、IM、C3S、（C3S＋C2S）与熟料28天强度存在正相关关系，其中C3S、KH对熟料28天强度的相关系数较高，但IM对熟料28天强度的相关系数相对较低；2、f－CaO与熟料28天强度存在负相关关系；3、MgO与熟料28天强度存在较强的负相关关系。从MgO与28天强度的回归分析结果来看，MgO对熟料强度的负面影响不可低估，但这点可通过控制进厂石灰石中MgO的含量解决。由于f－CaO跟三率值及窑况联系较大，而熟料的C3S、（C3S＋C2S）又与熟料的三率值相关联。故本文仅具体针对熟料的三率值进行分析对比，通过对熟料强度及水泥适应性较好的2002年熟料质量数据进行统计分析，将这些统计分析结果进行样本分类并做正交分析，以总结出熟料强度及水泥适应性最好的熟料三率值的最佳配伍组合。四、熟料正交分析根据2002年熟料的实际质量数据情况，选用三水平正交试验表L9(34)（见表5）做优化选择，三水平试验表及分析结果分别见表5、6、7、8。表5三水平正交试验表试验号列号123111121223133421252236231731383219332表6三水平试验表项目KHSMIM10.860＜KH＜0.8802.50＜SM＜2.601.45＜IM＜1.5520.880～0.9002.60～2.701.55～1.6530.900＜KH＜0.9202.70＜SM＜2.801.65＜IM＜1.75表7正交试验综合分析表中国水泥协会数字水泥网4项目试验样本数率值28天抗压(MPa)KHSMIM0.860＜KH＜0.880370.8742.631.5855.600.880＜KH＜0.9002310.8912.621.5858.100.900＜KH＜0.920500.9072.591.5856.002.50＜SM＜2.601080.8932.561.6056.002.60＜SM＜2.701950.8862.631.5757.902.70＜SM＜2.80140.8832.721.5756.001.45＜IM＜1.55880.8912.621.5255.501.55＜IM＜1.651930.8922.621.5956.801.65＜IM＜1.75350.8892.591.6856.80表8三水平试验结果表试验水平KHSMIMR28（MPa）10.8742.561.5255.7020.8742.631.5956.7730.8742.721.6856.1340.8912.561.5956.9750.8912.631.6857.6060.8912.721.5256.9770.9072.561.6856.2780.9072.631.5256.4790.9072.721.5956.27K1168.60168.93169.13509.13K2171.53170.63169.37K3169.00169.37170.70R2.931.701.57表8中K1、K2、K3分别是因素KH、SM、IM三个水平试验结果之和（28天抗压强度Mpa）。同一因素的三个水平中K值高，则该水平就好，对强度贡献就大；相反，K值小，中国水泥协会数字水泥网5则该水平就差，对强度贡献就小；R是三个水平的极差，极差的大小反映了该因素对试验结果的重要程度。从表8的R值中可看出，三率值对熟料28天强度的影响程度，以熟料KH对强度影响最大，SM次之，IM最小。从表8的K值中可看出，其中KH因素中熟料强度最高的是2水平，即KH在0.880～0.900之间最佳，SM因素也以２水平为好，即SM在2.60～2.70之间为佳，IM因素则以３水平为好，即IM在＞1.65为好。据相关资料介绍，在水泥各组分不变情况下，如IM越高，则熟料中AL2O3含量相应较高，水泥熟料对外加剂的适应性就相对较差。考虑水泥与外加剂的适应性问题，熟料中IM不宜控制过高，以降低熟料中C3A的含量，故将目前熟料三率值的控制目标值分别调整为：KH：0.890SM：2.65IM：1.60。五、结束语按上述方案实施后，熟料强度得到明显提高，据连续二个月的质量统计，28天平均强度达到57.53Mpa（见表9）。表95月、6月熟料质量分析数据表日期化学分析％28天抗压MPaMgO%FCaO%KHSMIMC3S%C2S%C3S＋C2S5月2.880.930.8912.641.5753.5323.3276.8557.636月2.280.840.8892.661.5953.6523.0576.7057.435月、6月份共有58个熟料样本，月平均熟料28天抗压强度比2004年前四个月高了4.0～6.0MPa，其中熟料28天抗压强度＞55.0Mpa的样本超过89.0％，取得了十分可观的效果。通讯地址：北京市门头沟区北京新港水泥制造有限公司质量技术部杨德昌邮编：102300联系电话：6081331760149414e_mail:[e-mail]