新型干法水泥配料计算与配料调整.docx
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新型干法水泥配料计算与配料调整
新型干法水泥配料计算与配料调整
0前言
配料计算是为了确定生料的三率值，生料三率值是过程控制目标，熟料三率值是最终控制目标。
已知生料三率值和原料成分求原料配比比较简单，难的是当出磨生料三率值不符合要求时如何调整原料的配比。
通过对影响生料三率值变化因素的研究，提出了水泥生料反馈调整的计算方法，并进行了模拟验证和与率值公式法的对比验证。
最后介绍了当生料目标值不符合要求时，如何进行调整计算，确定生料的三率值。
1生料目标值计算
1．1熟料化学成分计算
Fe2O3＝（M－0.7×SO3）÷[（2.8×KH＋1）（P＋1）N＋2.65×P＋1.35]
A12O3＝P×Fe2O3
SiO2＝N×（A12O3＋Fe2O3）
CaO＝M－SiO2－A12O3－Fe2O3公式
（1）
式中：
SO3表示熟料中的三氧化硫
M＝CaO＋SiO2＋A12O3＋Fe2O3
熟料SO3通常为0.3～0.7，M值用实际生产中的数据，初次计算时可以假设一个数据。
1．2熟料中煤灰掺入量计算
Ah＝Q×Aad÷Qnet,ad
式中：
Ah表示熟料中煤灰的掺入量
Q表示熟料热耗
Aad表示煤的空气干燥基灰分
Qnet,ad表示煤的空气干燥基发热量，有些教科书上含糊不清，一定不要用收到基发热量Qnet,ar计算
1．3熟料中煤灰带入成分计算
（熟料中煤灰带入成分）＝（煤灰成分）×Ah
1．4生料目标值计算
KH＝[（C－C0）－1.65×（A－A0）－0.35×（F－F0）]/[2.8×（S－S0）]
N＝（S－S0）/[（A－A0）＋（F－F0）]
N＝（A－A0）/（F－F0）
式中：
S、S0分别表示熟料和熟料中煤灰带入的SiO2
A、A0分别表示熟料和熟料中煤灰带入的A12O3
F、F0分别表示熟料和熟料中煤灰带入的Fe2O3
C、C0分别表示熟料和熟料中煤灰带入的CaO
1．5干湿基换算（G表示干基配比，g表示湿基配比，W表示原料水分）
1．5．1湿基配比换算成干基配比
G1＝g1（100－W1）×100÷KG2＝g2（100－W2）×100÷K
G3＝g3（100－W3）×100÷KG4＝g4（100－W4）×100÷K
其中K＝g1（100－W1）＋g2（100－W2）＋g3（100－W3）＋g4（100－W4）公式
（2）
1．5．2干基配比换算成湿基配比
g1＝G1×100÷（100－W1）÷Kg2＝G2×100÷（100－W2）÷K
g3＝G3×100÷（100－W3）÷Kg4＝G4×100÷（100－W4）÷K
其中K＝G1÷（100－W1）＋G2÷（100－W2）＋G3÷（100－W3）＋G4÷（100－W4）公式（3）
2已知生料目标值求原料配比
2．1四组分配料（同时满足KH、N、P）
已知下列关系式：
S＝G1×S1＋G2×S2＋G3×S3＋G4×S4
A＝G1×A1＋G2×A2＋G3×A3＋G4×A4
F＝G1×F1＋G2×F2＋G3×F3＋G4×F4
C＝G1×C1＋G2×C2＋G3×C3＋G4×C4
G1＋G2＋G3＋G4＝1
KH＝（C－1.65×A－0.35×F）/（2.8×S）
N＝S/（A＋F）
P＝A/F
设：
a1＝C1－1.65×A1－0.35×F1－2.8×KH×S1b1＝S1－（A1＋F1）×N
a2＝C2－1.65×A2－0.35×F2－2.8×KH×S2b2＝S2－（A2＋F2）×N
a3＝C3－1.65×A3－0.35×F3－2.8×KH×S3b3＝S3－（A3＋F3）×N
a4＝C4－1.65×A4－0.35×F4－2.8×KH×S4b4＝S4－（A4＋F4）×N
d1＝A1－P×F1d2＝A2－P×F2d3＝A3－P×F3d4＝A4－P×F4
X1＝a1－a2X2＝a1－a3X3＝a1－a4Y1＝b1－b1Y2＝b1－b3Y3＝b1－b4
Z1＝d1－d2Z2＝d1－d3Z3＝d1－d4
B1＝X2×Y1－Y2×X1B2＝X3×Y1－Y3×X1B＝a1×Y1－b1×X1
E1＝X2×Z1－Z2×X1E2＝X3×Z1－Z3×X1E＝a1×Z1－d1×X1
则有：
G4＝（B×E1－E×B1）÷（B2×E1－E2×B1）
G3＝（B－B2×G4）÷B1
G2＝（a1－X2×G3－X3×G4）÷X1
G1＝1－G2－G3－G4公式（4）
式中：
S、S1、S2、S3、S4：
分别代表生料、石灰石、页岩、砂岩、硫酸渣的SiO2
A、A1、A2、A3、A45：
分别代表生料、石灰石、页岩、砂岩、硫酸渣的A12O3
F、F1、F2、F3、F4：
分别代表生料、石灰石、页岩、砂岩、硫酸渣的Fe2O3
C、C1、C2、C3、C4：
分别代表生料、石灰石、页岩、砂岩、硫酸渣的CaO
G1、G2、G3、G4：
分别代表石灰石、页岩、砂岩、硫酸渣的干基配比
2．2三组分配料（满足KH同时兼顾N、P）
已知下列关系式：
S＝G1×S1＋G2×S2＋G3×S3
A＝G1×A1＋G2×A2＋G3×A3
F＝G1×F1＋G2×F2＋G3×F3
C1＝G1×C1＋G2×C2＋G3×C3
G1＋G2＋G3＝1
KH＝（C－1.65×A－0.35×F）/（2.8×S）
N＝S/（A＋F）
P＝A/F
设：
a1＝C1－1.65×A1－0.35×F1－2.8×KH×S1
a2＝C2－1.65×A2－0.35×F2－2.8×KH×S2
a3＝C3－1.65×A3－0.35×F3－2.8×KH×S3
b1＝[S1－（A1+F1）×N＋A1－P×F1]÷2
b2＝[S2－（A2+F2）×N＋A2－P×F2]÷2
b3＝[S3－（A3+F3）×N＋A3－P×F3]÷2
E1＝a1－a2E2＝a1－a3B1＝b1－b2B2＝b1－b3
则有：
G3＝（a1×B1－E1×b1）÷（A2×B1－B2×A1）
G2＝（a1－E2×G3）÷E1
G1＝1－G2－G3
式中：
S、S1、S2、S3分别代表生料、石灰石、粘土、硫酸渣的SiO2
A、A1、A2、A3分别代表生料、石灰石、粘土、硫酸渣的A12O3
F、F1、F2、F3分别代表生料、石灰石、粘土、硫酸渣的Fe2O3
C、C1、C2、C3分别代表生料、石灰石、粘土、硫酸渣的CaO
G1、G2、G3分别代表石灰石、粘土、硫酸渣的干基配比
3影响生料三率值变化的因素
在本节中主要通过两个方面进行分析，其一：
假设原料化学成分不变，通过调整原料的配比，来看一下生料三率值的变化情况，知道当生料三率值不符合要求时，该调整什么，如何调整。
其二：
假设原料的配比不变，通过变化原料的化学成分，来看一下对生料三率值的影响，以便抓住主要矛盾，找出配料调整的有效方法。
3．1生料化学成分稳定性对生料三率值的影响
表1原料化学成分
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
Loss
M
石灰石
11.57
2.67
0.87
45.48
1.16
37.44
99.19
页岩
59.28
19.17
10.00
0.84
2.40
3.89
95.58
砂岩
87.45
5.74
2.66
0.62
0.00
1.03
97.50
硫酸渣
23.59
4.96
60.08
3.89
1.82
3.93
98.27
表2原料配比及对应的生料化学成分
（一）
石灰石
页岩
砂岩
硫酸渣
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
KH
N
P
Si/A1
93.41
3.46
1.58
1.55
14.57
3.32
2.13
42.58
1.19
0.891
2.67
1.56
4.38
93.61
3.32
1.52
1.55
14.46
3.30
2.12
42.67
1.19
0.901
2.67
1.56
4.38
93.81
3.18
1.46
1.55
14.35
3.28
2.10
42.76
1.19
0.911
2.67
1.56
4.38
94.01
3.05
1.39
1.55
14.24
3.25
2.09
42.85
1.19
0.922
2.67
1.56
4.38
94.21
2.91
1.33
1.55
14.12
3.23
2.08
42.94
1.19
0.933
2.66
1.55
4.37
94.41
2.77
1.27
1.55
14.01
3.20
2.06
43.03
1.19
0.944
2.66
1.55
4.38
94.61
2.64
1.20
1.55
13.90
3.18
2.05
43.12
1.19
0.955
2.66
1.55
4.37
94.81
2.50
1.14
1.55
13.79
3.15
2.04
43.21
1.19
0.966
2.66
1.54
4.38
95.01
2.36
1.08
1.55
13.68
3.13
2.02
43.30
1.19
0.977
2.66
1.55
4.38
上表中，硫酸渣的配比不变，页岩和砂岩的比例（2.91：
1.33）不变。
通过数据可看出，在生料MgO基本稳定的情况下：
1）生料CaO和生料KH呈正比例关系；2）保证生料Fe2O3及SiO2和A12O3的比值稳定，生料N、P基本稳定。
表3原料配比及对应的生料化学成分
（二）
石灰石
页岩
砂岩
硫酸渣
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
KH
N
P
Si/A1
94.21
3.71
0.53
1.55
13.93
3.33
2.14
42.94
1.21
0.941
2.55
1.55
4.18
94.21
3.51
0.73
1.55
13.99
3.31
2.12
42.94
1.21
0.938
2.58
1.56
4.23
94.21
3.31
0.93
1.55
14.04
3.28
2.11
42.94
1.20
0.936
2.60
1.55
4.29
94.21
3.11
1.13
1.55
14.10
3.25
2.09
42.94
1.20
0.933
2.64
1.56
4.34
94.21
2.91
1.33
1.55
14.12
3.23
2.08
42.94
1.19
0.933
2.66
1.55
4.37
94.21
2.71
1.53
1.55
14.21
3.20
2.06
42.94
1.19
0.928
2.70
1.55
4.44
94.21
2.51
1.73
1.55
14.27
3.17
2.05
42.94
1.18
0.926
2.73
1.55
4.50
94.21
2.31
1.93
1.55
14.32
3.15
2.03
42.94
1.18
0.924
2.76
1.55
4.55
94.21
2.11
2.13
1.55
14.38
3.12
2.02
42.94
1.17
0.921
2.80
1.54
4.61
上表中，石灰石和硫酸渣的配比不变，页岩配比逐渐减少，砂岩配比逐渐增加。
通过数据可看出，在生料MgO基本稳定的情况下：
1）生料CaO稳定，生料KH基本稳定；2）生料Fe2O3稳定，生料P基本稳定；3）在生料Fe2O3基本稳定的情况下，如果SiO2和A12O3的比值不稳定，则生料N也不稳定。
表4原料配比及对应的生料化学成分（三）
石灰石
页岩
砂岩
硫酸渣
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
KH
N
P
Si/A1
94.21
3.18
1.46
1.15
14.30
3.27
1.87
42.93
1.19
0.921
2.78
1.75
4.37
94.21
3.05
1.39
1.35
14.21
3.25
1.97
42.93
1.19
0.927
2.72
1.65
4.37
94.21
2.91
1.33
1.55
14.12
3.23
2.08
42.94
1.19
0.933
2.66
1.55
4.37
94.21
2.77
1.27
1.75
14.04
3.21
2.18
42.94
1.19
0.938
2.60
1.47
4.37
94.21
2.64
1.20
1.95
13.95
3.19
2.29
42.95
1.19
0.944
2.55
1.39
4.37
上表中，石灰石的配比不变，页岩和砂岩的比例（2.91：
1.33）不变，硫酸渣的配比逐渐增加，页岩和砂岩按固定比例逐渐减少。
通过数据可看出，在生料MgO基本稳定的情况下：
1）生料CaO稳定，生料KH基本稳定；2）随着生料Fe2O3的逐渐增加，生料N、P逐渐减少；3）在生料Fe2O3不稳定的情况下，，，，，，，保证SiO2和A12O3的比值稳定，不能保证生料N稳定。
通过上面的分析可得出以下结论：
在生料MgO基本稳定的情况下，生料CaO和生料KH成正比例关系，生料CaO稳定则生料KH基本稳定。
生料N不稳定，主要是由于SiO2和A12O3的比值不稳定。
保证不了生料Fe2O3稳定就保证不了生料N、P的稳定。
3．2原料化学成分变化对生料三率值的影响
3．2．1石灰石化学成分变化对生料三率值的影响
表5原料配比及原料化学成分
配比
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
1#石灰石
94.47
11.54
2.40
1.03
45.09
2#石灰石
94.47
12.42
2.62
1.26
44.45
3#石灰石
94.47
11.82
2.43
1.20
44.89
4#石灰石
94.47
12.33
2.41
1.24
45.14
5#石灰石
94.47
11.10
2.18
1.04
45.48
页岩
3.25
59.75
20.04
9.06
0.42
砂岩
0.49
81.50
9.13
2.87
0.55
硫酸渣
1.79
37.06
7.78
41.87
2.99
假设原料配比及辅料化学成分不变，分别用1#—5#石灰石进行配料计算，得五种生料，其化学成分见下表。
表6用不同石灰石进行配料计算的生料化学成分
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
KH
N
P
1#生料
13.91
3.10
2.03
42.67
0.946
2.71
1.53
2#生料
14.74
3.31
2.25
42.06
0.868
2.65
1.47
3#生料
14.17
3.13
2.19
42.48
0.921
2.66
1.43
4#生料
14.65
3.11
2.23
42.71
0.897
2.74
1.40
5#生料
13.49
2.89
2.04
43.04
0.994
2.73
1.42
可见：
当石灰石化学成分发生变化时，生料KH发生很大的变化，Ｎ、Ｐ无很大变化。
3．2．2页岩化学成分变化对生料三率值的影响
表7原料配比及原料化学成分
配比
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
石灰石
94.47
11.54
2.40
1.03
45.09
砂岩
0.49
81.50
9.13
2.87
0.55
硫酸渣
1.79
37.06
7.78
41.87
2.99
1#页岩
3.25
59.75
20.04
9.06
0.42
2#页岩
3.25
61.32
18.18
8.75
1.33
3#页岩
3.25
62.14
17.47
8.48
1.88
假设石灰石、砂岩、硫酸渣的化学成分不变，原料配比也不变，分别用1#—3#页岩进行配料计算，得三种生料，其化学成分见下表。
表8用不同页岩进行配料计算的生料化学成分
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
KH
N
P
1#生料
13.91
3.10
2.03
42.67
0.946
2.71
1.53
2#生料
13.96
3.04
2.02
42.70
0.946
2.76
1.51
3#生料
13.98
3.02
2.01
42.72
0.946
2.78
1.50
可见：
当页岩化学成分发生变化时，生料KH、Ｎ、Ｐ无很大变化。
3．2．3砂岩化学成分变化对生料三率值的影响
表9原料配比及原料化学成分
配比
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
石灰石
94.47
11.54
2.40
1.03
45.09
页岩
3.25
59.75
20.04
9.06
0.42
硫酸渣
1.79
37.06
7.78
41.87
2.99
1#砂岩
0.49
81.50
9.13
2.87
0.55
2#砂岩
0.49
85.41
7.45
1.49
0.44
假设石灰石、页岩、硫酸渣的化学成分不变，原料配比也不变，分别用1#—2#砂岩进行配料计算，得两种生料，其化学成分见下表。
表10用不同砂岩进行配料计算的生料化学成分
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
KH
N
P
1#生料
13.91
3.10
2.03
42.67
0.946
2.71
1.53
2#生料
13.93
3.09
2.02
42.67
0.945
2.72
1.53
可见：
当砂岩化学成分发生变化时，生料KH、Ｎ、Ｐ无很大变化。
3．2．4硫酸渣化学成份变化对生料三率值的影响
表11原料配比及原料化学成分
配比
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
石灰石
94.47
11.54
2.40
1.03
45.09
页岩
3.25
59.75
20.04
9.06
0.42
砂岩
0.49
81.50
9.13
2.87
0.55
1#硫酸渣
1.79
37.06
7.78
41.87
2.99
2#硫酸渣
1.79
35.38
7.88
43.80
2.54
假设石灰石、页岩、砂岩的化学成分不变，原料配比也不变，分别用1#—2#硫酸渣进行配料计算，得两种生料，其化学成分见下表。
表12用不同硫酸渣进行配料计算的生料化学成分
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
KH
N
P
1#生料
13.91
3.10
2.03
42.67
0.946
2.71
1.53
2#生料
13.88
3.10
2.07
42.66
0.947
2.68
1.50
可见：
当硫酸渣化学成分发生变化时，生料KH、Ｎ、Ｐ无很大变化。
3．2．5原料水分变化对生料三率值的影响
表13原料配比、水分及原料化学成分
湿基配比
水分
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
石灰石
94.40
0.8
11.57
2.67
0.87
45.48
页岩
1.50
3.0
59.28
19.17
10.00
0.84
砂岩
1.40
2.5
80.45
9.55
3.36
0.62
硫酸渣
2.70
15.5
37.06
7.78
41.87
2.99
采用上表的原料配比及原料化学成分，按下列五种情况进行配料计算：
1）水分都不变；2）石灰石水分变为1.5；3）页岩水分变为5.0；4）砂岩水分变为5.0；5）硫酸渣水分变为19.5；五种情况的生料成份见下表。
表14原料水分变化对应的生料化学成分
水分变化情况
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
KH
N
P
1#生料
不变
13.81
3.13
1.99
43.22
0.966
2.70
1.57
2#生料
石灰石1.5
13.83
3.13
1.99
43.21
0.964
2.70
1.57
3#生料
页岩5.0
13.80
3.12
1.98
43.23
0.968
2.70
1.57
4#生料
砂岩5.0
13.79
3.12
1.99
43.24
0.968
2.70
1.57
5#生料
硫酸渣19.5
13.79
3.12
1.94
43.26
0.970
2.72
1.61
可见：
原料水分变化对生料KH、Ｎ、Ｐ无很大影响。
通过上面的分析可得出以下结论：
1）石灰石化学成分变化是影响生料KH变化的主要因素，生料KH变化是因为石灰石化学成分发生变化。
2）生料Ｎ、Ｐ不符合要求，并不是因为石灰石和辅助原料的化学成分发生变化，而是辅助原料之间的配比不合适。
4分析数据和生产数据
出磨生料配料调整计算是一项复杂和高难度的工作，为了便于分析和研究，充分说明问题，引入了分析数据与生产数据两个概念。
4．1分析数据
表示原料与生料之间理论对应关系的数据称为分析数据，所对应的成分称为分析成分。
如：
要完成一项生料配料试验工作，需经过原料取样、制样和测定原料的水分及原料的化学成分、确定原料配比、计算生料化学成分。
这其中，原料水分、原料化学成分、原料配比、生料化学成分一系列数据都是分析数据，它们之间的对应关系在理论上成立。
4．2生产数据
表示生料与原料之间生产对应关系的数据称为生产数据，所对应的成分称为生产成分，它表示在一定生产工艺条件下的对应关系。
如：
在生料粉磨过程中，荧光仪测定的生料化学成分、和生料相对应的原料水分以及原料的化学成分、微机显示的原料配比，这一系列数据都是生产数据，它们之间的对应关系在一定生产工艺条件下成立。
4．3分析数据和生产数据之间的关系
水泥生料的生产分为配料设计和配料调整两个过程，分析数据用于配料设计，生产数据则用于配料调整。
原料的分析数据是在试验条件下具体存在的
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