再论生料均化链的基本概念

　　为了稳定水泥窑的正常热工操作制度，提高熟料质量，增加产量，保证窑系统的长期安全运行，水泥生产对入窑生料成分的均匀性提出了严格的要求。

　　生料均化过程实际贯穿于生料制备的全过程。一般认为；矿山搭配开采、原料预均化堆场、生料粉磨过程的均化作用和生料均化库等四个环节构成生料均化链。每经过一个环节都会使原料或半成品进一步得到均化。各个环节的均化作用不同，均化效果也不一样。原料预均化堆场和生料均化库是均化过程的主要环节，它们占全部均化工作量的80％，以下就均化作业的基本概念作一些说明。

1　评价均匀性的指标

　　我国不少水泥厂采用计算合格率的方法来评价原料、半成品、成品的质量与均匀性。合格率的含义是：若干个样品在规定质量标准上下限之内的百分率，称之为该一定范围内的合格率。这种计算方法虽然可以反映物料成分的均匀性，但它并不能反映全部样品的波动幅度及其成分的分布特性。下面的例子可以说明这一点。

　　假设有两组石灰石样品，其CaCO₃含量介于90％～94％的合格率均为60％，每组10个样品的CaCO₃含量（％）如表1。

表1　　两组石灰石CaCO₃含量（％）

　　第一组和第二组样品的平均值分别为92.58％和92.03％，两者比较接近，而且合格率也相同（60％），两者的均匀性似乎差别不大。但实际上这两组样品的波动幅度相差很大。第一组中有两个样品的波动幅度都在平均值±7％左右，即使是合格的样品，其成分不是偏近上限，就是偏近下限；而第二组样品的成分波动就小得多。两者的标准偏差分别为4.88和1.96，相差较大。显然用合格率来衡量物料成分均匀性的方法是有较大缺陷的，需要改进。

　　为此，根据质量控制和数理统计学原理，在探讨生料均化系统时，我们引用三个主要的参数——标准偏差S、变异系数R和均化倍数（又称均化效果）H，作为评价物料成分均匀性的指标。

　　标准偏差是数理统计学中的一个概念，是随着高斯定律的发现而提出的。它应用于水泥工业时可扼要地理解为：

　　（l）标准偏差是一项表示物料成分（例如CaCO₃、SiO₂含量）均匀性的指标，其值越小，成分越均匀；　　　

　　（2）标准偏差和算术平均值一起构成变异系数，可以表示物料成分为相对波动情况；

（3）成分波动于标准偏差范围内的物料，在总量中大约占70％，还有近30％的物料其成分的波动比标准偏差还要大，标准偏差S可由下式求得：

　　　　　　(1)

式中：S——一标准偏差；

　　　n——试样总数，一般n不应少于20～30个；

　　　X_i——每一个试样的成分，X₁～X_n；

　　　X——各X_i的总算术平均值。

          (2) 

        (3) 

              (4) 

      式中：R——变异系数；

　　　　  　H——均化效果或均化倍数；

　　　　  　S₁、S₂——进料和出料，即均化前后的标准偏差值。

　　变异系数R值越小，物料越均匀；均化倍数H值越大，均化效果越好，关于标准偏差的概念如图1和图2所示。

图1　 正态分布曲线

图2 　S的直观意义

　　应该指出，当进料成分围绕其平均值的波动符合高斯定律的正态分布时，上述三条简单的理解是正确的。如果进料成分的波动偏离正态分布较远时，由上式求得的标准偏差只能是一个近似值，往往比它的真值偏大。然而，均化过程出料成分的波动基本上接近正态分布，因此计算所得出的出料标准偏差值较接近于其真值。这样求得的均化倍数就会偏大。所以在一定条件下，直接用出料的标准偏差来表示均化作业的好坏，比单纯采用均化倍数来表示要切合实际。并且工艺生产的要求也不在于追求表面的“倍数”，而是要控制其出料的标准偏差值，保证其成分的均匀性。

2　生料均化链

　　近十余年来均化技术在水泥工业中获得迅速的发展与广泛的应用，并且结合水泥生产的特点逐渐形成了一个与生料制备系统并存的生料均化系统——生料均化链。 　

图3　水泥厂的生料均化链（原料预均化与生料均化系统）

　　前已述及，一个完整的生料均化系统必须包括四个环节，即原料矿山的搭配开采、原料预均化、生料磨的配料控制和入窑生料的均化。这四个环节相互连接而组成一条生料均化链，如图3所示。设计好水泥厂生料均化链的技术经济意义主要体现于以下四个方面：

　　（1）可以扩大原料资源，利用矿石夹层，提高资源的综合利用率；

　　（2）可以尽量利用矿山的覆盖或废石，减少剥离，降低开采成本，延长矿山服务年限；

　　（3）确保水泥窑入窑生料的质量与均匀性，以稳定窑的正常热工制度和操作，便于实现自动控制，提高熟料质量、产量及窑的运转率；

　　（4）我国地方水泥工业以立窑为主要窑型，理应对生料的均匀性要求更高。提高均化链的作用有利于小水泥厂的技术进步与技术改造。

　　兹将生料均化链的组成及其相互之间的匹配关系扼要阐述之。