宁国市启星粉磨科技有限公司

0引言

水泥作为当今世界应用最广泛的建筑材料，一直受到人们的广泛关注。水泥的生产对于一个国家的基础设施建设起着至关重要的作用。随着科学技术的发展，制造业转型升级的迫切需要，水泥行业智能化生产成为水泥行业内的前沿趋势。近几年在水泥生产智能化方面，熟料煅烧研究较多，但作为水泥生产关键环节的水泥粉磨工序研究相对较少，然而下游企业的发展对水泥品质的适应性、稳定性提出了更高的要求，智能粉磨控制系统便应运而生。水泥细度是影响水泥使用性能的主要指标之一，对下游混凝土的坍落度、外加剂适应性、凝结和硬化等过程具有重要的影响。在水泥的生产过程中，对于水泥粒度的检测一直是行业内关注的重点。智能粉磨控制系统以在线粒度分析仪为载体，可以对粉磨过程中水泥的粒度进行实时检测，及时对风机、选粉机和喂料量等进行调整，使其达到一个最佳的平衡状态，可以有效地稳定产品质量和降低电耗。

1智能粉磨控制系统与在线粒度分析仪

智能粉磨控制系统可以简单地分为检测分析模块和系统控制模块。其中，检测分析模块是整个智能粉磨控制系统的基础。智能粉磨系统以水泥细度作为优化调控的主要目标，通过调节粉磨系统的参数变量，使水泥的细度在合格的范围内，实现卡边优化，能最大限度地降低能耗。传统的粉磨控制是通过人工实验方法分析水泥粒度后再对粉磨系统进行调节，具有明显的滞后性。因此，为了降低粉磨系统的能耗，实现粉磨系统的及时调节，水泥细度的在线检测成了智能粉磨系统的关键技术。目前，水泥细度的在线检测主要分为两种方法。一种是基于激光衍射法分析粒度的直接测量方法，另一种是基于人工神经网络等算法的软测量方法[1]。直接测量的方法与软测量方法相比，测量偏差相对较小，具有更强的客观性和可复现性。

在线粒度分析仪使用激光衍射技术和MIE散射理论，其工作原理如图1所示，由半导体光纤激光器发出一束激光，经过付氏镜聚焦穿过测试窗口照射到水泥颗粒上，由于粒径大小的差异，会产生不同角度的散射光。散射光信号由主探测器和辅助探测器收并转换为光强电信号传送至计算机，计算机统计计算之后得到粒子的分布信息。

在线粒径分析仪可以对生产线上成品斜槽输送的水泥等粉状物料进行连续实时的粒径分布检测及粒径变化趋势的统计，以便操作人员根据这些信息，快速、及时地调节选粉机转速等工艺参数，生产出优质稳定的水泥产品，同时，智能控制系统也可以根据颗粒分布检测数据，自动对各工艺参数进行调整，实现智能化控制。

2在线粒度分析仪在各水泥厂生产中的应用现状

水泥细度是水泥生产控制的重要指标之一，对水泥及下游混凝土的各项物理性能起着重要作用。目前行业内对水泥细度有三种表述：比表面积、80μm方孔筛筛余或45μm筛筛余和颗粒组成。传统实验方法测量比表面积多采用透气法或者勃氏法，对于筛余的测量采用筛析法。随着激光技术和计算机技术的进步，水泥在线粒度分析仪越来越被更多厂家采用。

在线粒度分析仪作为智能粉磨控制系统的重要载体为智能粉磨控制系统提供实时的颗粒粒度分布数据，已经在部分水泥厂进行了一系列的应用。其中，海盐秦山南方水泥公司使用秋淇分析提供的在线粒度分析仪对粉磨过程中的水泥粒度进行实时在线检测，将11个样本的检测结果与化验室人工实验检测的结果进行对比。可以看出，采用在线粒度分析仪对样品检测的比表面积与人工测量的比表面积相对误差较小，数据可信度高。

所示，通过对在线粒度分析仪检测数据与化验室人工检测数据对比分析得出，在线粒度仪比表面积和45μm筛筛余与化验结果误差较小，相关性较高，分析结果比较准确。专家优化系统采用比表面积为目标值（CV），45μm筛余结果为约束变量（CCV），来控制选粉机转速和磨机的负荷等参数，控制逻辑。

说明：（1）以出磨水泥比表面积为控制目标，结合45μm以上颗粒含量结果，通过模型预测控制，控制选粉机转速。当预测比表面积低于控制目标值后，选粉机进行加转速，同时预测磨机负荷会上升磨电流下降，循环风机根据磨机负荷变化进行减转速，并预测小仓仓重会增加，减少喂料量稳定小仓仓重。

（2）反之当预测比表面积高于控制目标值后，选粉机进行减转速，同时预测磨机负荷会下降磨电流上升，循环风机根据磨机负荷变化进行加转速，并预测小仓仓重会减少，增加喂料量稳定小仓仓重。

（3）通过多变量预测控制器动作保证磨机系统物料进出平衡，消除系统的滞后，提前消除质量波动对系统的影响。通过改变控制目标的设定值，能够更加有效地控制产品的质量和提高产量。

在线粒度分析仪的优势在于能够对磨机内的水泥细度进行实时检测，能够实现操作人员对磨机的及时调节，消除了滞后性，并且能够避免人工化验的随机误差。目前1#磨实现实时自动控制，缩小了水泥细度的波动，水泥磨产量也趋于稳定和提高。

TZ水泥公司使用的是在线粒度分析仪与智能粉磨控制系统结合，对水泥粉磨过程进行调控，对运行期间的相关数据进行了统计。统计结果表明：智能控制的平均台时产量比手动控制提高了约5t/h，产品的比表面积合格率提高了约10%。由于手动控制波动较大，而智能控制系统结合在线粒度分析仪可以及时控制，减少滞后性，水泥强度标准偏差也有了很大的改善。XZ水泥公司使用粉磨专家控制系统一个月与往期年平均数据进行对比，平均磨机台时产量提高0.91t/h，电耗降低0.3kWh/t。

从在线粒度分析仪在几家水泥厂的应用情况可知，智能粉磨系统结合在线粒度分析仪可以有效实时地检测水泥细度，明显改善人工操作过程中磨机经常出现的大幅度波动和系统失控的情况，明显提高磨机台时产量且减小磨机系统的台时产量波动，使风量、料量等达到一个最佳的平衡状态，提高出磨水泥的比表面积合格率，实现了提高产量、降低电耗和优化岗位人员结构的目标，增加了企业的经济效益。

3智能粉磨控制系统的应用前景

随着现代建筑施工工程的逐步规范，用户对水泥质量的要求越来越高。颗粒级配分布合理、质量稳定的水泥受到用户的青睐。提高水泥质量稳定性的传统方法是提高水泥粉磨细度，将细度控制在80μm方孔筛筛余1%~3％左右、比表面积控制在350~380m2/kg左右。但是这种做法会在一定程度上导致过粉磨，使得小于3μm的颗粒含量过多，不利于水泥后期强度的增长，且对混凝土的外加剂适应性影响较大。同时，由于磨机操作人员无法实时得知水泥的粒度情况，为了达到质量要求，不得不故意研磨得细一些，这样就必然导致过粉磨现象的出现，从而导致能耗居高不下。因此，采用传统方法无法解决水泥质量稳定性的波动问题。

采用智能粉磨控制系统结合在线粒度分析仪可以实时监测、调控水泥的比表面积，可以在适度粉磨的情况下，让水泥质量曲线最大限度接近客户要求的界限，从而达到节能降耗的目的。而且随着智能读取数据量越大，智能系统控制越准确，生产会越稳定。同时，使用在线粒度分析仪自动取样测量，既减少了人力劳动，也避免了人工测量过程中误差的导入。总之，使用智能粉磨控制系统能够优化生产工艺，提高生产的自动化程度，保证产品质量，降低能耗，提高企业的核心竞争力。

目前，水泥行业的自动化、智能化程度也越来越高，智慧工厂、智能制造也是当前水泥行业转型升级的热点，国内及国外进入智能粉磨系统专业领域开展研究的团队也在快速发展，功能将会更加丰富，应用前景更加广阔，将给水泥企业带来更大的经济效益和社会效益。