硅酸盐水泥生料配料调整计算及配料计算方法

1、硅酸盐水泥生料配料调整计算及配料计算方法刘玉兵 赵鹰立 游良俭中国建筑材料科学研究院水泥新材所，北京 100024摘要： 水泥熟料的性能主要取决于熟料的矿物组成。而熟料的矿物组成又是由熟料的配料方案决定的。因此，熟料的配料方案是保证水泥质量的基础。当生料三率值不符合设定值时，通过加入 或减去粘土和铁粉，使三率值符合设定值要求。设生料磨入磨物料总流量为 H ，将粘土和铁粉量分别增加X和Y后(X、Y可为负值表示减去)，生料率值则符合设定值。在原配料方案的基础上，加入 X 粘土和 Y 铁粉，则调整后新的生料三率值可以满足其设定值要求。由于 X 和 Y 的代数和一般不为 0，故生料磨的产量要发生变化，

2、 对于黑生料，煤的配比也将发生变化。为维持生料磨台时 产量和配煤的恒定，应对各原料的配比及流量进行校正。利用Excell 表格进行生料配比调整计算和生料配料计算，简洁而直观，但目前的工作还停留在理论推导和公式计算上，尚没有进行工业 性生产验证。因此，在实际水泥生料控制中的调整效果有待于实践检验。关键词：水泥生料；配料调整1、前言水泥熟料的性能主要取决于熟料的矿物组成和熟料的岩相结构。而熟料的矿物组成和熟料的 岩相结构又是由熟料的配料方案和窑的煅烧过程决定的。因此，熟料的配料方案是保证水泥质量 的基础。为了获得符合性能要求的水泥熟料，首先要设计熟料的矿物组成，然后再根据原料的化学成 分确定所用原

3、料的配合比，以获得可煅烧成矿物组成符合要求的熟料所需的生料，确定原料的配 合比的过程称为生料的配料计算。由于熟料的质量既依赖于熟料中主要矿物成份的质量分数，又 依赖于熟料中四种主要矿物的合理搭配，而熟料矿物组成的绝对值受原料和煤灰中硅、铁、铝、 钙四元素之和的制约，因此，熟料中四种主要矿物的相对比例更有实际意义。常用熟料的三率值 来表征熟料的质量，因此，配料计算一般都是以获得设定三率值熟料为目标的生料配比计算。在 实际生产过程中，按照配料计算结果配制的生料，常常不能获得三率值完全符合要求的熟料。其 原因主要在于： (1) 由于原料化学分析时试样的代表性差及试样制备过程中的污染，配料计算时所用的

4、原料分析结果与实际情况的偏离； (2) 原料化学成分的波动； (3)配料时由于计量设备漂移产生 的计量误差。因此，在实际生产中，需要对出磨生料进行控制分析，并根据控制分析结果对原料配比进行调整，以保证水泥生料化学成分符合要求，进而保证熟料三率值符合设计要求。对于全黑生料煅烧工艺，生料三率值与熟料三率值相等；对于白生料，生料与所对应熟料三 率值不相等，由于熟料的化学成分是生料灼烧基化学成分与煤灰化学成分之和，而熟料烧成过程 中煤灰量及其化学成分是确定的，因此，生料的化学成分与所对应熟料化学成分也存在确定的对 应关系，生料三率值也是确定的。控制生料三率值为该确定值即可获得在率值符合设计要求的熟 料

5、。因此，无论是黑生料还是白生料，对熟料三率值的控制都可以通过对生料三率值的控制实现。2、生料配比调整计算方法的原理当生料三率值不符合设定值时，通过加入或减去粘土和铁粉，使三率值符合设定值要求。设 生料磨入磨物料总流量为 H ,将粘土和铁粉量分别增加 X和Y后(X、Y可为负值表示减去)，生料 率值则符合设定值。各物料主成分测定结果(符号)见表1。表1 :各物料的化学成份符号表成分物料SiO2Fe2O3AI2O3CaO粘土N(1)N(2)N(3)N(4)铁粉T(1)T(2)T(3)T(4)调整前生料R(1)R(2)R(3)R(4)调整后生料C(1)C(2)C(3)C(4)调整后生料的化学组成为：1

6、C(i)(H R(i) X N(i) Y T(i);i1,2,3,4H X Y将上式代入KH和SM的化学成分数学表达式中，可求得 X和Y :b(1) a(2,2) b(2) a(1,2)a(1,1) a(2,2) a(1,2) a(2,1)b(2) a(1,1) b(1) a(2,1)a(1,1) a(2,2) a(1,2) a(2,1)a(1,1)2.8KHN(1)0.35N(2)1.65N(3)N(4)a(1,2) 2.8KH T(1) 0.35T(2) 1.65T(3) T(4)a(2, 1) N N(2)N(3)N(1)a(2 , 2) N T(2) T(3) T(1)b(1) H R

7、(4)1.65R(3)0.35R(2)2.8KHR(1)b(2) H R(1) N R(2)R(3) 将原生料中加入粘土 X和铁粉Y后，新的生料 KH和SM将与设定值完全相等，而IM与其设定值有一偏差厶IM1 , IM1的绝对值小于IM的允许偏差 IM，则X和Y分别就是对生料中 粘土和铁粉的调整值。如果|A IM1| IM且厶IM1 0,即IM值偏高，表明调整后的生料配比仍然欠妥，且原因是对 铝调整过高而对铁调整不足，正确的调整应该是适当增加铁粉而降低粘土，相应对其它二率值的 影响是KH增大而SM减小。在KH和SM的允许偏差范围内重新设定其控制值分别为KH1和IM1,且令KH仁KH KH(A

8、KH是KH的允许偏差)；SM1=SMA SM(A SM是 SM的允许偏差)，然后重新计算 X 和Y值，则可得到正确的粘土和铁粉调整值。同理，当|A IM1| A IM且A IM1 0，可分别令 KH1=KH-A KH SM1=SMASM 然后重新计算 X 和Y值，亦可得到正确的粘土和铁粉调整值。在原配料方案的基础上，加入 X粘土和Y铁粉，则调整后新的生料三率值可以满足其设定值 要求。由于X和Y的代数和一般不为 0,故生料磨的产量要发生变化，对于黑生料，煤的配比也将 发生变化。为维持生料磨台时产量和配煤的恒定，应对各原料的配比及流量进行校正。设白生料配比为：石灰石：粘土：铁粉=Z(1) : Z(

9、2) : Z(3),且有=Z(1)+Z(2)+Z(3)=1,则入磨物料总量为H单位的生料中加入 X单位的粘土和Y单位的铁粉后，各原料的比例为：H Z(1)HX YHZ(2)；HX Y ；HzHX Y ；石灰石比例： Q(1)粘土比例：Q(2)铁粉比例：Q(3)各原料的流量为生料总流量与其新配比的乘积。对于黑生料等多组分配比生料，设其配比为：石灰石：粘土：铁粉：其它=Z(1) : Z(2) : Z(3):Z(4)(其它包括矿化剂、煤等)，且有=Z(1)+Z(2)+Z(3)+Z(4)=1 ，则入磨物料总量为 H单位的生料 中加入X单位的粘土和 Y单位的铁粉后，各原料的比例的准确计算需采用递归法，当

10、X与Y之代数和小于H值的1%寸，各原料的比例可按下列式子计算：石灰石比例:Q(1)1HzZ(1)H X1 YZ(4)；粘土比例：Q(2)HZ(2)-1Z(4)；1Z(4)H XY铁粉比例：Q(3)HZ(3)-1Z(4)；1Z(4)H XY其它物料比例： Q(4)Z(4)。在实际生产控制过程中，生料中的“其它”组分可能也需要根据有关控制分析数据进行调整， 如根据生料中煤(或热)的控制分析结果进行煤的配比调整，根据生料中氟的控制分析结果进行 矿化剂配比调整。此时，可首先根据实测值与目标值的差值计算确定新的“其它”组分配比Z (4)值，并对生料中的四种化学成分测定值进行校正计算后才能进行原料针对生料

11、三率值的配比调整 计算。3、生料配比调整计算实例采用EXCEL软件可以较直观地完成生料配比调整计算的全过程。表2:原料化学成分及生料配比调整计算表A化学成分原生料B烧失量38.00SiO215.00Fe2O32.30AI2O33.704粘土质5.2770.255.4814.721.415铁质0.0034.4248.2711.533.536煤灰煤: 71.4453.524.4635.344.797校正钙质38.3315.002.293.7639.628调后生料38.8513.452.893.5240.349KHSMIM原生料量加煤量10目标值0.892.101.3099111原生料0.792.5

12、01.6112调后生料0.892.101.2213199.86118.16-478.04X=-3.2814-27.8391.16229.12Y=1.5115煤调配比新配比原配比16石灰石69.1870.6770.0017粘土9.886.7410.0018铁粉4.946.595.0019煤16.00016.00015.000表2是EXCEL表格，各单元格的内容如下：第3行是生料控制分析结果；第4、5、7行分别为粘土、铁粉和煤灰的化学成份；第 7行为校正生料的化学成分，各单元格内容为：B7: =($F$10*B$6+$E$10*B$3)/100C7： =($F$10*C$6*(1-$B$6/100

13、)+$E$10*C$3)/100D7： =($F$10*D$6*(1-$B$6/100)+$E$10*D$3)/100E7： =($F$10*E$6*(1-$B$6/100)+$E$10*E$3)/100F7: =($F$10*F$6*(1-$B$6/100)+$E$10*F$3)/100第8行为调整后生料的化学成分，各单元格内容为：B8: =(100*B$7+$E$13*B$4+$E$14*B$5)/(100+$E$13+$E$14)C8: =(100*C$7+$E$13*C$4+$E$14*B$5)/(100+$E$13+$E$14)D8: =(100*C$7+$E$13*C$4+$E$1

14、4*B$5)/(100+$E$13+$E$14)E8： =(100*C$7+$E$13*C$4+$E$14*B$5)/(100+$E$13+$E$14)F8: =(100*C$7+$E$13*C$4+$E$14*B$5)/(100+$E$13+$E$14)第10、11、12行分别为生料三率值的目标值、实测值和调整后的期望值；第13、14行为过程计算值，其中：A13 为 a(1,1)值，内容为：=(2.8*$B$10*C4+1.65*E4+0.35*D4-F4)B13 为 a(1,2)值，内容为：=(2.8*$B$10*C5+1.65*E5+0.35*D5-F5)C13 为 b(1)值，内容为：

15、=(F7-1.65*E7-0.35*D7-2.8*$B$10*C7)*100A14 为 a(2,1)值，内容为：=(C10*(D4+E4)-C4)B14 为 a(2,2)值，内容为：=(C10*(D5+E5)-C5)C14 为 b(2)值，内容为：=(C7-(D7+E7)*C10)*100E13 为 X值，内容为：=(C13*B14-C14*B13)/(A13*B14-A14*B13)E14 为 Y值，内容为：=(A13*C14-C13*A14)/(A13*B14-A14*B13)F10是调煤量，用于对煤或矿化剂的调整，其值由煤或矿化剂的测定结果确定，无需调整时， 其值为0； E10计算过程的

16、中间量，其内容为：100 F10。第16到19行是生料的配比，其中：D列为配比调整前各原料配比的百分数；B列为对煤或矿化剂调整后的各原料配比的百分数，若不对煤或矿化剂进行调整，则与D列的数值相同；C列为对生料调整后各原料配比的百分数。D列的内容就根据实际情况输入，B、C列各单元的内容如下：B16: =D16*(100-($D$19+$F$10)(100-$D$19)B17： =D17*(100-($D$19+$F$10)/(100-$D$19)B18： =D18*(100-($D$19+$F$10)/(100-$D$19)B19： =D19+F10C16： =$B16/(100-$B$19)+

17、$E$13+$E$14)*(100-$B$19)C17: =($B17+E13)/(100-$B$19)+$E$13+$E$14)*(100-$B$19)C18: =($B18+E14)/(100-$B$19)+$E$13+$E$14)*(100-$B$19)C19： =D19+F10表2的计算结果表明：对生料的控制分析结果说明生料三率值分别为：KH 0.79 , SW 2.50 ,IM= 1.61，已偏离其设定值(KH 0.89 , SW 2.10 , IM= 1.30 ),煤的控制分析结果要求对煤的配 比增加1%根据C16C19单元格的数据，可以知道新的生料配比。同时根据B12、C12、D

18、12单元格的数据可知道新配比生料的三率值期望值，其中KH和SM与设定值完全相同，IM与设定值有偏差，为0.08在允许偏差范围内。若IM的偏差超出允许偏差范围，可对KH和SM在其允许偏差范围内进行调整，即可使IM的偏差减小。若将表 2中的SM设定值调整为2.15，则IM值这1.27 ,偏差减小为0.03，见表3。表3中C16C19单元格的数据是三率值期望值分别为KH= 0.89 , SM=2.15 , IM= 1.27的生料配比。表3:调整SM设定值对IM期望值的影响ABCDEF2化学成份烧失量SiO2Fe2O3AI2O3CaO3原生料38.0015.002.303.7040.004粘土质5.2

19、770.255.4814.721.415铁质0.0034.4248.2711.533.536煤灰71.4453.524.4635.344.797校正钙质38.3315.002.293.7639.628调后生料38.9013.492.763.5140.389KHSMIM原生料量加煤量10目标值0.892.151.399111原生料0.792.501.611512调后生料0.892.151.2713199.86118.16-478.04X=-3.1214-26.8294.15198.86Y=1.2215煤调配比新配比原配比16石灰石69.1870.7770.0017粘土9.886.9210.001

20、8铁粉4.946.315.0019煤16.00016.00015.000生料三率值在实际生产过程中发生波动的重要原因是原料化学成分的波动。在生料配比调整计算中不涉及石灰石的化学成分，但将粘土、铁粉和煤灰的化学成分视为定值，而实际上它们 是存在波动的。表 3是粘土和铁粉主成分分别波动；土5%寸对调料计算结果的影响情况。表4:原料主成分波动对调料计算结果的影响待调生料三率值主成分含量%调整量调整后生料三率值KHSMIM粘土SiO2铁粉KH(0.94 )SM(2.10 )IM(1.40 )Fe2O3XY0.792.541.945565-3.631.170.942.111.330.792.541.94

21、6070-3.351.060.942.191.340.792.541.946575-3.110.970.942.171.361.091.811.0755652.90-1.100.942.081.451.091.811.0760702.681.000.942.101.431.091.811.0765752.49-0.940.942.111.430.872.271.755565-1.570.640.942.091.440.872.271.756070-1.450.580.942.091.440.872.271.756575-1.340.530.942.081.45表4结果表明：当粘土中二氧化硅和铁

22、粉中三氧化二铁分别波动5%寸，其调整量的差异分别小于0.3%和0.1%,相当于生料中0.2%的二氧化硅和0.07%的三氧化二铁，均小于生料化学分析的 允许误差，因此可以忽略不计。即粘土和铁粉化学成分的波动不会对调料计算结果产生显著影响。由于煤灰掺量本身在生料中变化很小，因此对调料计算结果影响更小。4、生料配料计算实例生料的配料计算可视为生料配比调整计算的特例。若能确定生料的掺煤量，三组分配料计算见表5:表5:三组分配料计算表ABCDEF2烧失量SiO2Fe2O3Al2O3CaO3原生料42.662.420.190.3153.134粘土质5.2770.255.4814.721.415铁质0.00

23、34.4248.2711.533.536煤灰71.4453.524.4635.344.797校正钙质45.743.800.311.3647.588调后生料38.8613.402.793.4440.059KHSMIM原生料量加煤量10目标值0.892.151.3881211原生料7.764.841.631512调后生料0.892.151.2313199.86118.163577.02X=15.2014-26.8294.1522.02Y=4.5615煤调配比新配比原配比16石灰石88.0071.86100.0017粘土0.0012.410.0018铁粉0.003.730.0019煤12.00012

24、.0000.000在表5中，用将石灰石的数据代替原生料填入第2行，将生料掺煤量代替煤和调整量填入F10单元；由于用石灰石代替原生料，显然生料的原配比为石灰石比例为100，粘土、铁粉和煤的配比均为0。ABCDEFG2烧失量SiO2Fe2O3Al2O3CaO配比%3钙质42.662.420.190.3153.1373.934粘土质5.2770.255.4814.721.4112.335铁质034.4248.2711.533.533.656煤灰053.524.4635.344.7910.097校正钙质46.113.960.321.4846.920.84018生料39.3913.252.713.483

25、9.721009煤的灰分煤的热值熟料热耗KHSMIM递归量1028.562093033500.892.141.3生料LOSS11实配值34830.892.141.290.412199.859118.163447.58X=14.68煤量煤石和13-27.02293.5510.28Y=4.350.1200430.8按照传统的生料配料计算，已知数据为：各种原料和煤灰的化学分析结果；煤的工业分析及 煤的发热量；熟料三率值与熟料热耗等。利用表4进行生料配料计算时，需首先确定生料掺煤量,根据已知条件是无法准确确定的，需先设定近视值后再进行递归计算。对应的计算表可稍作变动， 见表6:表6:根据常规已知条件进

26、行三组分配料计算表需进行数学计算的单元格内容如下:生料中石灰石配比百分数, 生料中粘土配比百分数， 生料中铁粉配比百分数，G3: =100*(1-F14)*100心00+$E$13+$E$14)G4 : =100*E13/(100+$E$13+$E$14)G5 : =100*E14/(100+$E$13+$E$14)生料中煤配比百分数,配料计算中间变量, 配料计算中间变量, 配料计算中间变量, 配料计算中间变量, 配料计算中间变量,G6 : =100*100*F14/(100+$E$13+$E$14)B7: =$F$14*(100-$A$11)+(1-$F$14)*B3C7: =$F$14*C

27、6*$A$11/100+(1-$F$14)*C3D7 : =$F$14*D6*$A$11/100+(1-$F$14)*D3E7 : =$F$14*E6*$A$11/100+(1-$F$14)*E3F7 : =$F$14*F6*$A$11/100+(1-$F$14)*F3生料中煤与石灰石配比之和，G7 : =(G3+G6)/100生料中烧失量，B8 : =($G3*B3+$G4*B4+$G5*B5+$G6*(100-$A$11)/100生料中二氧化硅百分含量， 生料中三氧化二铁百分含量, 生料中三氧化二铝百分含量,C8 : =($G3*C3+$G4*C4+$G5*C5+$G6*$A$11/100

28、*C6)/100D8 : =($G3*D3+$G4*D4+$G5*D5+$G6*$A$11/100*D6)/100E8 : =($G3*E3+$G4*E4+$G5*E5+$G6*$A$11/100*E6)/100生料中氧化钙百分含量，F8: =($G3*F3+$G4*F4+$G5*F5+$G6*$A$11/100*F6)/100生料中各组分配比百分数之和，G8 : =SUM(G3:G6)所配熟料热耗，C11: =G6/100*B10心-B8/100)所配生料 KH，D11 : =(F8-1.65*E8-0.35*D8)/2.8/C8所配生料 SM，E11: =(C8)/(D8+E8)配料计算中

29、间变量配料计算中间变量配料计算中间变量配料计算中间变量所配生料 IM , F11 : =E8/D8 a(1,1), A12 : =(2.8*$D$10*C4+1.65*E4+0.35*D4-F4) a(1,2)，B12 : =(2.8*$D$10*C5+1.65*E5+0.35*D5-F5) b(1)，C12 : (F7-1.65*E7-0.35*D7-2.8*$D$10*C7)*100 a(1,2)，A13 : =(E10*(D4+E4)-C4)配料计算中间变量 配料计算中间变量 配料计算中间变量配料计算中间变量a(2,2), B13: =(E10*(D5+E5)-C5)b(2), C13:

30、 =(C7-(D7+E7)*E10)*100X, E12 : =(C12*B13-C13*B12)/(A12*B13-A13*B12)Y, E13 : =(A12*C13-C12*A13)/(A13*B13-A13*B12)配料计算中间变量煤石混合料中煤的比例，F14: =C11/B11*(1-G12)/G14利用表6进行配料计算时，首先将各种原料和煤灰的化学分析结果，煤的工业分析及煤的发 热量，熟料三率值与熟料热耗等已知条件输入对应的单元格。G12单元格和G14单元格中分别用于输入两个递归量：生料烧失量和煤与石灰石配比之和。生料烧失量初始值为40,煤与石灰石配比之和初始值为 80。则在单元格

31、 G3、G4、G5、G6中分别显示石灰石、粘土、铁粉、煤的配比百 分数。与生料配比调整计算相同，此时所显示的配比，所得生料之KH和SM与设定值相同，而IM值可能与设定值有偏差，若IM的偏差超出允许偏差范围，可对KH和SM在其允许偏差范围内进行调整，即可使IM的偏差减小到允许的范围内，否则可认为三率值设定不合理或所用原料化学 成分不匹配，无法配成所设计的生料。此时，熟料热耗的实配值可能与其设定值有较大偏差，可 将B8单元格中的生料烧失量输入G12单元格，将G9单元格听煤与石灰石配比之和输入G14单元格进行递归计算，直到C12单元格中的熟料热耗的实配值与C11单元格中的设定值相同或相近为止。表6结果经2次递归计算可得到表 7的结果。表7 :递归法准确配煤计算表ABCDEFG2烧失量SiO2Fe2O3Al2O3CaO配比3钙质42.662.420.190.3153.1374.124粘土质5.2770.255.4814.721.4112.435铁质034.4248.