天瑞BX系列波长色散X荧光分析仪在水泥成分检测解决方案

BX系列波长色散X荧光分析仪是北京邦鑫伟业技术开发有限公司在国家“九·五”攻关项目的基础上，总结我国多年来研制X荧光分析仪的经验和教训，并吸收国际先进技术基础上，深入进行产业化研发形成的高科技产品，各项技术性能指标均已达到国际同类产品先进水平。

X射线荧光光谱分析技术作为常规分析手段，开始于20世纪50年代；经历了50多年的发展，现在已经成为物质组成分析的必备方法之一。随着分析方法和相关技术（特别是计算机技术和电子技术）的不断发展和进步，目前X射线荧光光谱分析不仅成为地质、冶金、石油化工、半导体工业和医药卫生等领域的重要分析手段，也是材料科学、生命科学、环境科学等普遍采用的一种快速、准确而又经济的多元素分析方法；特别是在工业常规成份分析领域，X射线荧光光谱仪是国际上公认的占主导地位的分析仪器，广泛应用于钢铁、冶金、建材、石油化工、地矿等材料工业；同时，X射线荧光光谱仪更是野外现场分析和过程控制分析等方面的首选仪器。

长期以来，适用于水泥生产企业使用的波长色散型X射线荧光分析仪全部依赖进口；昂贵的购买费用、备件费用、维护维修及技术服务费用使我国的水泥生产企业不堪重负；同时，8周以上的备件供货周期给水泥厂的正常生产带来了严重的影响。

BX系列波长色散X荧光分析仪的研制成功，彻底打破了国外仪器公司对此项技术的垄断，为国内的广大水泥生产企业提供了一种高性能价格比的过程控制解决方案，并且在技术支持和技术服务方面均优于进口仪器，而相关费用则大大低于进口仪器。

二、项目内容以及项目实施的目的和意义

新型干法水泥生产技术是以悬浮预热和预分解技术为核心，并把现代科学技术广泛应用于水泥干法生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、节约资源、清洁生产、符合环境保护要求和工艺装备大型化、生产控制自动化、实行科学管理的现代化水泥生产方法；其中，生料配料和熟料煅烧是整个生产过程的两大核心环节。一般来说，在新型干法水泥生产技术中，为保证煅烧过程的稳定，提高窑的熟料产量和质量，生料的均匀性（稳定性）要求及各元素含量的控制要求远比其他窑型要严格的多；大量的实践经验也证明，只有这样才能够充分发挥和体现新型干法水泥生产技术的先进性。

因此，在新型干法水泥生产线的工艺设计中，对原燃料中各种元素的控制指标提出了更高的要求：

1、控制原燃料的化学成份，避免有害物质进入。
由于生料中的R2O（K2O＋Na2O）、SO3－2、Cl－会对新型干法生产中的预热器分解炉系统的结皮堵塞现象产生影响，所以在确定了原料的种类及配合比后，一定要随时验证生料中的有害成分是否符合要求，否则就应考虑改换原料或率值，或者是采取旁路放风措施以减少碱、硫、氯的循环富集对新型干法窑系统带来的不良影响。
（1）氧化镁（MgO）
当熟料中含有少量MgO时，能降低熟料的烧成温度，增加液相数量，降低液相粘度，有利于熟料烧成；在硅酸盐水泥中，MgO与主要熟料矿物相化合的最大含量为2％（以质量计），超过该数量的部分就在熟料中呈游离状态，从而导致已经硬化的凝固体内部发生体积膨胀而开裂。
（2）游离二氧化硅（f-SiO2）
燧石是原料中的有害杂质，燧石对设备的磨损严重，对窑磨操作均有不良影响。
（3）氯
氯在烧成系统中主要生成CaCl2或氯化碱，其挥发性特别高，在窑内几乎全部再次挥发，在预热器出口遇冷凝结，形成氯、碱循环富集，致使预热器生料中氯化物的含量提高近百倍，引起预热器结皮堵塞。为此，国际上生料中氯含量的通用的控制阈值≤0．015％。
（4）碱（K2O＋Na2O）
碱对水泥的生产的影响主要有两方面：一是影响新型干法熟料烧成系统的正常生产；二是影响熟料的质量。煅烧含碱过高的生料，容易引起烟道、分解炉、预热器中结皮堵塞；回转窑内烧结温度范围缩小，热工制度不稳，飞砂严重，窑皮疏松，烧成带衬料寿命缩短，致使熟料质量下降，严重时将无法正常生产。如果熟料含碱量过高，则其凝结时间将缩短，以致急凝，水泥标准稠度需水量增加，熟料中游离氧化钙增高，安定性不良，抗折强度降低，并出现1天、3天的抗压强度略有升高，而7天、28天的抗压强度明显下降的现象。
（5）硫
硫碱比是水泥煅烧过程一个重要的控制指标。如果SO2含量有富裕，则往往容易引起预热器结皮堵塞或窑内结圈；反之，如果碱含量有富裕，则会影响到预热器的正常运转。

2、控制原燃材料的各种成份的波动，加强原燃料的分析与配料，严格控制各种率值的波动范围。

表1某水泥厂原燃材料质量控制标准（化学成份分析相关部分）

表2某水泥厂新型干法过程质量控制标准（化学成份分析相关部分）

综上所述，为了满足新型干法水泥生产工艺条件的要求，必须全部对生产过程中的原燃料的化学成分进行及时、准确的分析和控制，传统的化学分析方法已经完全不能满足生产过程的需要；目前众多新型干法水泥厂为了达到良好的质量控制指标，大都配备了相应的多道X荧光分析仪。由于化学分析方法分析速度的限制，实际上，采用化学分析方法对于生产过程来说只有事后监测的意义，而没有控制意义，往往是当我们发现某个控制环节有问题时，已经造成了严重的后果，给工厂带来了很大的损失。 [p]

以生料配料过程为例：化学分析方法对生料的全分析一般是一次/8小时（少数水泥生产企业采用一次/4小时，但分析人员劳动强度大、人数多、费用高），当配料出现问题时，一般要等到全分析结果出来以后才能发现，这时距离出问题的时刻可能已经好几个小时了，即使是日产1000吨的水泥生产线，也会有上百吨的问题料出现，直接影响煅烧过程的稳定性，特别对于使用连续式生料均化库的生产线，这种情况导致的后果非常严重。而采用X荧光分析仪以后，我们可以每一个小时（如果需要，可以做到每半个小时）就提供一次生料全分析的准确数据，这样可以随时对配料过程、配料的目标值及相关的设备进行控制、调整和监测，保证入窑生料成分的稳定性，从而保证煅烧过程的稳定性和连续性。

采用X荧光分析仪的目的，就是充分利用X荧光分析仪快速准确的优点，对各种原燃材料、生料、熟料、水泥进行全过程的跟踪检测，并针对不同的情况由DCS系统进行实时的调整，实现真正意义上的事前和事中控制；如果没有X荧光分析仪提供的及时准确的物料中各元素的分析数据，DCS系统也无法充分发挥作用。因此，采用X荧光分析仪的真正意义在于：减少工艺事故，稳定质量，提高产量；同时，X荧光分析仪的使用也有助于全面强化和提高水泥生产企业整体管理水平，并且可以大大减少分析人员编制，节省化学试剂费用。

表3应用实例：X荧光分析仪在北京水泥厂的应用明细

1、从表中可以看出仪器分析结果的用途可分为三类：

1、直接用于生产控制：如出磨生料分析、出磨水泥中SO3分析、煤粉分析等。
2、用于生产过程监控：如入窑生料分析、出磨水泥成分分析（监控混合材掺加量）、出窑熟料等。可迅速发现有关工艺环节出现的差错或设备故障情况。
3、用于质量管理：如出窑熟料分析、出厂水泥分析、原料分析等。

2、测量元素种类确定：
除SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO必须测量之外，需要与工厂的技术人员共同讨论，根据原料和工艺上的具体情况，在MgO、SO3、K2O等元素中任意选择两种；如果石灰石中MgO含量不高时，应倾向于选择测量SO3、K2O；如果石灰石中MgO含量较高，应确定MgO、SO3作为测量元素；

四、项目实施后经济效益分析

水泥生产企业采用X荧光分析仪，它所产生的经济效益决不是仅仅限于节省化学药品、减少化验室分析人员编制；更重要的，使用X荧光分析仪以后，可以在很大程度上减少工艺事故和质量事故的发生，大幅度提高工艺设备的正常运转率，为提高产量、提高熟料强度标号提供保证；同时，提高熟料标号，就可以适当增加混合材的掺加量，直接降低水泥生产成本。因此，我们很难具体计算由此而产生的经济效益；但可以肯定的是：X荧光分析仪作为水泥生产过程控制中一个核心的检测手段，对水泥生产的全过程具有不可或缺的重要意义。

五、后续技术支持及技术服务

X荧光分析仪是一个涉及核物理学、光学、机械、电子学、自动化控制、计算机技术、分析化学、统计物理学等众多科学领域的高科技产品；水泥生产企业作为最终用户，不可能，也没有必要全面细致的了解仪器的具体结构、复杂的维修技术等等，仪器生产商有责任、同时也必须为用户提供及时、周到、全面的技术支持和技术服务。北京邦鑫伟业公司有多名技术人员来自中国建筑材料科学研究院，对水泥生产工艺过程有较为全面的了解；因此，不仅对于仪器本身，而且对于仪器在水泥生产过程中的实际应用也有深刻的认识；我们有能力根据每个水泥生产企业不同的原料和工艺条件，为水泥企业提供最佳的仪器配置方案和全面的技术支持。