水泥生料配料的计算机程序设计

随着科学技术的发展,计算机在水泥行业中的运用越来越广泛,条件较好的大中型水泥生产厂家可以用计算机直接控制生产,而在占全国水泥总产量80%的中小型水泥厂中,许多厂家连生料配料都是靠手工计算或经验估算。水泥厂家没有计算机的并不多见,而生料配料程序也有很多种。对于水泥厂家来说,一个好的配料程序应有以下几个特点:一是界面友好,甚至连不懂计算机的人都可以根据屏幕上的提示输入数据,完成计算;二是模型简单,稍有数学知识的人都应能看懂其原理;三是计算准确,这样才能正确指导生产。

1  生料配料计算的数学依据

    熟料的矿物组成及生、熟料中各氧化物含量可用饱和比KH、硅率SM、铝率IM三率值来确定,配料计算即是根据设定的率值来推导生料的配比,然后再根据生料配比验算率值,看其是否在误差范围之内。

    以100kg熟料为基准,设所需的干基物料石灰石、粘土、铁粉、煤灰分别为X、Y、Z、K kg,理论熟料中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO含量分别为S₀、A₀、F₀、C₀kg,建立方程组:

    C₀=C₁·X+C₂·Y+C₃·Z+C₄·K

    S₀=S₁·X+S₂·Y+S₃·Z+S₄·K

    A₀=A₁·X+A₂·Y+A₃·Z+A₄·K

    F₀=F₁·X+F₂·Y+F₃·Z+F₄·K

    S₀、A₀、F₀、C₀可根据所设定率值算出,K值可根据煤耗、煤热值、煤灰沉落率算出,S_i、A_i、F_i、C_i分别为石灰石、粘土、铁粉、煤灰中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO的百分含量。通过上述三元线性非齐次方程组求解X、Y、Z,即是配料计算的数学依据。

2  数学模型

    数学模型的特征是二重循环加总量控制,为区别上述模型,将其称为循环法。二重循环是指X、Z值在一定范围内循环递进,Y值可根据下式求出:

    灼烧石灰石+灼烧粘土+灼烧铁粉+煤灰掺入量=熟料
    

    式中L₁、L₂、L₃分别为石灰石、粘土、铁粉的烧失量,Y值的推导过程即为总量控制。简而言之,即是先假设X、Z值,Y值随即确定;将X、Y、Z值代入方程组1,解出S₀、A₀、F₀、C₀;再根据S₀、A₀、F₀、C₀求出三率值,看其是否在误差范围之内,如是则保留结果,如不是则继续循环,直至循环完毕,见图1。

 

图1  循环法的数学模型

    循环法的缺点是计算量大,运行速度稍慢,以DBASEⅢ编程,在Petium75型机上运行一次约5min,如不需要良好的人机对话界面,可用BASIC编程,运行一次约1min。随着计算机CPU的飞速发展,这一缺点可逐日克服。

3  运算实例

    以《水泥工艺学》提供的配料例题为例,在率值波动相同的情况下,循环法与递减法的计算结果对比见表1。

表1  循环法与递减法计算结果对比

要求率值	KH=0.89±0.01	SM=2.1±0.1	IM=1.3±0.1
递减法	0.898	2.13	1.27
循环法	0.890	2.11	1.23

　

    值得一提的是:用循环法编制程序运行该例题,其结果有几十个,表1提供的只是其中之一。将X、Y、Z值及率值打印出来,可以直观地反应原料的微小变化对率值的影响,对生产控制来说十分重要。

4  结束语

    用循环法建立数学模型、编制计算机程序进行生料配料计算,具有直观、简捷、准确等特点,与动辄以微分、最小二乘法、矩阵等求解方法相比,它更易于掌握。