简捷通用的率值公式配料计算法.docx

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简捷通用的率值公式配料计算法

简捷通用的率值公式配料计算法

作者：

刘连成 

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水泥工艺操作控制设备

　　《水泥》1997年12期刊登熊辅臣同志“率值公式法计算配料有通用性”的文章（以下简称“通文”），虽然说明了由刘笃新同志推得的水泥生料配料计算公式在配料计算中具有通用、准确的特点，但公式系数计算较繁琐。

本文结合“通文”，以对比的形式介绍一种方程系数值小，计算过程简捷，结果准确，同样具有通用性的率值公式法。

1　计算公式

1.1　原燃料化学成分及配比代表符号

　　在原燃料化学成分代表符号相同的情况下，两种计算方法的配比设定对比见表1。

表1　原燃料化学成分及配比代表符号

原料

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

配比设定代号

“通文”

本文

石灰石

L1

S1

A1

F1

C1

100－X－Y－Z

－E－D－G－J

x

粘土

L2

S2

A2

F2

C2

X

y

铁粉

L3

S3

A3

F3

C3

Y

1

校正原料

L4

S4

A4

F4

C4

Z

z

萤石

L5

S5

A5

F5

C5

E

E

石膏

L6

S6

A6

F6

C6

D

D

煤灰

S7

A7

F7

C7

煤

L8

S8

A8

F8

C8

G

G

晶种

L9

S9

A9

F9

C9

J

J

生料

L0

S0

A0

F0

C0

100

100

熟料

S

A

F

C

1.2　组合料中各物料配比及其化学成分

　　黑生料中除石灰石、粘土、铁粉、校正原料以外的其它组分之和称为组合料。

（1）组合料中各物料配比的计算

　　组合料中煤、萤石、石膏在黑生料中的配比G、E、D按“通文”方法计算（其中煤的配比G在配料计算时，许多工厂是直接给出的），晶种（或某些添加剂）在黑生料中的配比J，一般由工厂依据生产实际直接给出。

（2）组合料在黑生料中的配比

　　组合料在黑生料中的配比设为T

　　T＝G＋E＋D＋J

　　（3）组合料的化学成分

　　式中：

　　　　ST、AT、FT、CT──分别为组合料中SiO2、Al2O3、Fe203和CaO的百分含量，%。

1.3　干燥基白生料化学成分及其率值的计算

（1）要求（100－T）%白生料的化学成分

　　　　　　SO′＝SO－ST

　　　　　　AO′＝AO－AT

　　　　　　FO′=FO－FT

　　　　　　CO′＝CO－CT

式中：

　　SO、AO、FO、CO──分别为配料设计生料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO的百分含量，%。

　　SO′、AO′、FO′、CO′──分别为（100－T）%白生料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO的百分含量，%。

（2）（100－T）%白生料率值分别为KHO′、nO′、PO′

1.4　率值公式

（1）满足设计要求SO、AO、FO、CO（或三率值KHO、nO、PO）的四组分配料计算方程组为：

　　当T＝0时，SO′＝SO、AO′＝AO、FO′=FO、CO′＝CO，那么，KHO′＝KHO、nO′＝nO、PO′=PO。

此时，以KHO、nO、PO代替公式中的KHO′、nO′、PO′即为回转窑（或立窑白生料法）配料计算公式（下同）。

　　公式

（1）是三元一次方程组。

（2）满足生料KHO的要求，并使nO、PO与目标值之差分布均衡的三组分配料方程组为：

　　公式

（2）是二元一次方程组。

配料计算一次成功，不需计算X、Y（见“通文”）。

当然，也可建立满足KHO、nO（或KHO、PO）的公式，本文从略。

　　在方程组

（1）、

（2）中下标1、2、3、4，分别代表石灰石、粘土、铁粉、校正原料，其它符号见表1。

　　本文方程式的建立没有把在建立方程式之前就已算出的具有确定配比的组合料中各组分的有关数值再重复计入方程组，因此，既减少了求解方程组的工作量，又不影响公式的通用性及计算结果的准确度。

方程的推导、证明，这里不赘述。

2　配料计算实例

2.1　掺复合矿化剂的四组分全黑生料配料计算

　　为便于比较，以“通文”中实例的数据进行计算。

2.1.1　原、燃料化学成分（见表2）　

表2　原、燃料化学成分（%）

原料

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

CaF2

石灰石

41.60

3.83

0.77

0.36

52.84

0.24

粘土

6.82

67.22

14.26

7.27

0.35

0.37

铁粉

11.56

6.39

6.85

71.31

0.38

1.05

粉煤灰

1.50

56.29

28.76

7.53

2.31

2.10

萤石

5.54

9.61

0.38

0.05

3.00

76.60

石膏

22.22

11.24

2.50

0.94

28.00

30.00

煤

76.54

13.76

5.73

2.15

1.01

0.11

煤灰

58.64

24.42

9.17

4.32

0.45

2.1.2　配料要求

（1）黑生料化学成分见表3。

表3　要求黑生料化学成分（%）及率值

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

KHO

nO

PO

12.45

3.74

2.99

38.93

0.91

1.85

1.25

（2）黑生料中CaF2＝0.4%，SO3＝0.6%。

　　（3）黑生料中煤的配比：

G＝10.91%

2.1.3　配料计算

（1）萤石在黑生料中的配比：

（2）石膏在黑生料中的配比：

　　（3）组合料在黑生料中的配比及其化学成分

　　组合料在黑生料中的配比：

　　T＝G＋E＋D

　　＝10.91%＋0.52%＋2.00%＝13.43%

　　组合料化学成分见表4。

表4　组合料化学成分（%）

配比

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

CaF2

SO3

0.52%萤石

0.05

-

-

0.02

0.40

-

2.00%石膏

0.22

0.05

0.02

0.56

-

0.60

10.91%煤

1.50

0.63

0.23

0.11

-

-

13.43%组合料

1.77

0.68

0.25

0.69

0.40

0.60

　　（4）要求（100－13.43）%白生料化学成分及率值

　　由前面公式计算（100－13.43）%白生料化学成分及率值为：

SO′＝10.68%，AO′＝3.06%，FO′=2.74%，CO′＝38.24%，KHO′＝1.08，nO′＝1.84，PO′＝1.12。

　　（5）欲求配比的各原料KHi值

　　由KH式计算得石灰石、粘土、铁粉和粉煤灰的KHi值见表5。

表5　几种原料的KH值

KH1

KH2

KH3

KH4

4.80

-0.14

-2.01

-0.30

　　将有关数值代入公式

（1），解方程组得：

x=32.73，y＝3.63，z＝1.92。

（6）换算为百分配比

　　配比分数总和：

∑＝x＋y＋z＋1＝39.28

百分配比为：

　　同理：

Y＝8.00，Z＝4.23，铁粉为2.20。

2.1.4　验证黑生料化学成分（或率值）

　　原、燃料配比及黑生料化学成分见表6。

表6　原燃料配比及黑生料化学成分（%）

原料

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

CaF2

SO3

72.14%石灰石

30.01

2.76

0.56

0.26

38.12

0.17

8.00%粘土

0.55

5.38

1.14

0.58

0.03

0.03

2.20%铁粉

0.25

0.14

0.15

1.57

0.01

0.02

4.23%粉煤灰

0.06

2.38

1.22

0.32

0.10

0.09

0.52%萤石

0.03

0.05

0.02

0.40

2.00%石膏

0.44

0.22

0.05

0.02

0.56

0.60

10.91%煤

8.35

1.50

0.63

0.23

0.11

0.01

100%黑生料

39.69

12.43

3.75

2.98

38.95

0.32

0.40

0.60

熟料

20.61

6.22

4.94

64.58

0.53

0.66

0.99

　　黑生料率值：

KHO＝0.91，nO＝1.85，PO＝1.26。

结果符合配料要求。

2.2　掺晶种的三组分全黑生料配料计算[3]

2.2.1　原燃料、晶种化学成分

　　原燃料、晶种化学成分见表7。

表7　原燃料、晶种化学成分（%）

原料

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

石灰石

41.08

3.94

0.99

0.35

51.85

粘土

5.72

68.16

14.42

7.32

0.68

铁粉

0.46

25.12

8.22

60.02

1.36

晶种

1.34

20.93

5.76

5.17

64.25

煤灰

45.28

36.99

8.35

6.12

2.2.2　配料要求

（1）黑生料化学成分及率值见表8。

表8　要求黑生料化学成分（%）及率值

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

KHO

nO

PO

13.16

3.59

2.99

39.68

0.89

2.0

1.2

（2）黑生料中晶种的配比：

J＝3.5%。

　　（3）黑生料中煤的配比：

G＝9.39%。

2.2.3　配料计算

（1）组合料在黑生料中的配比及其化学成分

　　组合料在黑生料中的配比：

　　T＝G十J＝9.39%十3.5%＝12.89%

　　组合料化学成分见表9。

表9　组合料化学成分（%）

配比

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

3.5%晶种

0.05

0.73

0.20

0.18

2.25

9.39%煤

7.87

0.69

0.56

0.13

0.09

12.89%组合料

7.92

1.42

0.76

0.31

2.34

（2）要求（100－12.89）%白生料化学成分及率值

　　SO′＝11.74%，AO′＝2.83%，FO′＝2.68%，CO′＝37.34%，KHO′＝0.97，nO′＝2.13，PO′＝1.06。

　　（3）欲求配比的各原料KHi值

　　KH1＝4.54，KH2=-0.13，KH3＝－0.47。

　　将有关数值代入公式

（2），解得，

　　x＝27.91，y＝4.76。

　　（4）换算为百分配比

　　配比分数总和：

∑=x＋y＋z＋1＝33.67

　　百分配比：

X＝72.21，Y＝12.31，铁粉为2.59。

2.2.4　验证黑生料化学成分（或率值）

　原燃料、晶种配比及黑生料化学成分见表10。

表10　原燃料、晶种配比及黑生料化学成分（%）

配比

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

72.21%石灰石

29.66

2.85

0.71

0.25

37.44

12.31%粘土

0.70

8.39

1.78

0.90

0.08

2.59%铁粉

0.01

0.65

0.21

1.55

0.04

3.50%晶种

0.05

0.73

0.20

0.18

2.25

9.39%煤

7.87

0.69

0.56

0.13

0.09

100%黑生料

38.29

13.31

3.46

3.01

39.80

　　黑生料率值：

KHO＝0.89，nO＝2.06，PO=1.15。

符合配料要求。

2.3　回转窑三组分配料计算

　　在回转窑厂的实际生产中，配料人员一般根据原料条件、燃料热值、灰分的变化、窑灰入窑、窑尾收尘器的开停及窑炉系统的运行等情况，综合掌握它们对熟料化学成分、热耗、质量的影响程度，然后再相应调整生料目标控制值的改变量，以便能使熟料达到或接近目标控制值的要求。

因此，依据调整后的生料目标控制值，能即时准确地求出原料的配合比，在实际生产中，更具现实意义。

下面，说明其配料计算过程。

2.3.1　原料化学成分

　　原料化学成分见表11。

表11 原料化学成分（%）

原料

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

石灰石

41.08

3.94

0.99

0.35

51.58

粘土

5.72

68.16

14.42

7.32

0.68

铁粉

0.46

25.12

8.22

60.02

1.36

2.3.2　配料要求

　　要求生料率值：

KHO＝0.97±0.01，nO＝2.12±0.1，PO＝1.05±0.1。

2.3.3　配料计算

（1）各原料KHi值

　　KH1＝4.52，KH2＝-0.13，KH3＝－0.47。

　　以KHO、nO、PO代替公式

（2）中的KHO′、nO′、PO′，并将其它有关数值代入公式

（2），解得：

x＝27.52，y＝4.64。

（2）换算为百分配比

　　配比分数总和：

∑＝x＋y＋1＝33.16

干燥基百分配比为：

　　同理：

Y＝13.99，铁粉为3.02。

2.3.4　验证生料化学成分、率值

　　原料配比、生料化学成分见表12。

表12　原料配比、生料化学成分（%）

配比

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

82.99%石灰石

34.10

3.27

0.82

0.29

42.81

13.99%粘土

0.80

9.54

2.02

1.02

0.10

3.02%铁粉

0.01

0.76

0.25

1.81

0.04

生料

34.91

13.57

3.09

3.12

42.95

　　生料率值：

KHO＝0.97，nO＝2.1，PO＝0.99。

符合配料要求。

3　几点说明

　　由于篇幅所限，其它问题作如下几点简要说明。

（1）四组分配料（不含组合料）在理论上能满足三率值的要求，但用一般代入法求解三元一次方程组时，在某些情况下，结果偏差较大。

依据数学原理，最好用主元消去法求解（“通文”公式也应用此法求解）。

（2）三组分配料，在理论上只能满足两个率值的要求。

少数水泥厂若原料成分和生产要求率值不适应（配料计算结果超出误差要求范围），同样可建立满足两个率值的配料计算公式或改变要求率值。

　　（3）在回转窑配料计算中，若已知熟料、煤灰化学成分及煤灰在熟料中的掺入量，则可计算出要求的灼烧基白生料的三率值。

因自生料灼烧率值与干燥基率值相同，故以要求灼烧基白生料率值代替公式

（1）、

（2）中的KHO′、nO′、PO′同样可求得干燥基原料的配比，从而解决了配料计算中的问题。

　　（4）公式

（1）、

（2）是以设定石灰石：

粘土：

校正原料：

铁粉＝x：

y：

z：

1（石灰石：

粘土：

铁粉=x：

y：

1）的分数之比建立的，也可以用与“通文”设定方法相同的百分配比建立配料计算公式。

　　（5）因一次计算成功，所以本法也是在调整原料结构、提高工厂整体效益时，选择原燃料的有效方法。

　　（6）在公式

（1）、

（2）的基础上，可进一步建立起与工厂配料现场完全相适应的调整入磨原料配比的计算公式，以解决在生产中更为重要的动态跟踪生料三率值的技术难题。