水泥工業若干重大誤區的思考（七）——GB/T27978等廢渣摻量檢測方法中存在的突岀問題與建議

2017-02-03 丁美榮 王立新 中國水泥雜志

<<2017年2期

水泥工業資源綜合利用廢渣實行稅收優惠是我國重要產業政策之一，但目前廢渣用量計算、檢測、核查方法與程序仍存在不統一等問題1，不利于行業健康有序發展。GB/T279782與NY/T11473等標準除水泥中廢渣用量計算公式有明顯錯誤，很不完整外1,所采用的特殊矩陣及線性方程組推算水泥中廢渣用量的方法存在嚴重的技術缺陷，適應性及重演性差，很難操作執行，其中無條件使用線性方程組求解配料組分也是錯誤的。為推動有關部門進一步統一檢測方法與制修訂有關標準提供參考依據,本文對上述領域多年來存在的誤區及企業關切的焦點問題進行分析探討，提岀了相應改進措施,相信有較大實際意義與作用。

一、GB/T27978及其它采用較多的廢渣摻量測定方法與原理

1、GB/T27978-2011《水泥生產原料中廢渣用量的測定方法》與NY/T1147簡介

GB/T27978主要內容：隨機抽取水泥企業現場正常生產時所用原料、廢渣、生料、熟料、水泥等樣品，測定其化學成分含量，依據化學成分質量分數的相關性，分別通過矩陣法求出生料、水泥各組分比例，再計算岀水泥中廢渣總摻量。即規定“生料、水泥中各組分的含量按X=A-1×B計算”，式中，X——生料、水泥中各組分含量組成的列陣；A-1——組成生料、水泥的各組分中化學成分組成的矩陣A的逆陣；B——生料、水泥中化學成分組成的列陣。且規定化學分析法與實測法結果有爭議時以化學分析法的結果為準。

農業部標準NY/T1147-2006《建材產品生產中工業廢渣摻加量測定方法》、部分省區相關地方標準所采用的方法與GB/T27978基本相同，但NY/T1147是由線性方程組代替GB/T27978中的矩陣。

2、湖南、黑龍江等省市區相關地方標準采用的方法

湖南、黑龍江及部分省市區選用的測定方法類似湖南省地方標準DB43/134-1999《資源綜合利用建材產品廢渣摻量檢測鑒定方法》，通過檢測原燃材料、生熟料化學成分，并參考企業提供或抽樣獲取的生熟料三率值及波動范圍，采用各原料成分、三率值通過配料計算反推生料組分及廢渣配比。檢測水泥組分采用GB/T 12960《水泥組分的定量測定》，然后再計算水泥中廢渣總摻量。

3、實測法

部分省市區對生料制備、水泥粉磨工序均使用實測法分別測定生料、水泥配比。也有部分地方檢測機構僅對生料組分選用實測法測定，而水泥組分仍選用GB/T12960進行測定，再計算水泥中廢渣總摻比?，F場實測法指在生產現場，通過測定單位時間內組成水泥生料、水泥中各組分的投入量，從而計算出各組分的用量及配比。主要有二種實測方法：一是直接稱重法，即在相同的稱量時間內取各組分物料并稱重，計算各組分物料的配比。二是實時監測配料微機各物料累計量讀數法，即先標定配料秤，間隔一至二、三小時，利用其生料、水泥微機各物料累計量的差值，計算出各組分物料的配比。

二、GB/T27978與NY/T1147中存在的突出問題與誤區分析

1、簡約介紹GB/T27978和NY/T1147運用的數學原理：通過檢測各組分原料及生料、水泥的化學成分，采用矩陣的方法來解多元一次線性方程組，求出各組分配比。系數矩陣的秩等于增廣矩陣的秩且等于未知量個數，有唯一解。系數矩陣的秩等于增廣矩陣的秩且小于未知量個數，有無窮多解。系數矩陣的秩不等于增廣矩陣的秩無解。由于矩陣的秩不便于理解,換用較易理解的線性方程組來說明：在一組多元一次方程中，共有幾元（即幾個未知數），若不能合并消除掉且相容方程式個數與未知數個數相等，該多元一次方程組就一定有唯一解（即能求出唯一的各未知數）。若未知數個數比相容方程式個數多，則這組線性方程有無窮多解。若方程不相容（注：若未知數個數比不能合并消除掉方程式個數少，必有方程不相容),該線性方程組就會無解。應當說明的是，這里的解是指唯一解，不是指近似解。

2、GB/T27978中特殊矩陣及NY/T1147特殊線性方程組不能普遍用于通過成分求解生料水泥組分

或者說，上述兩個標準分別釆用了特殊矩陣與特殊線性方程組，水泥企業三、四組分原料配料等情況下，不能通過成分及特殊矩陣（或線性方程組）求解生料組分。其所用矩陣或線性方程組只有在特定條件下方可用于通過成分求解生料、水泥組分，但不能普遍應用即沒有通用性。

2.1、GB/T27978中“5.1.4.3生料、水泥中各組分含量的計算”的符號注釋中： “ n —— 表示生料、水泥中摻加的組分數目”。分析A矩陣中元素的腳碼即得岀：A矩陣的行數與列數相等。因此，A矩陣實際上變成了普遍矩陣中的特殊矩陣（即方陣），A矩陣中表示某組分化學成分序號的“i”與表示物料組分序號的“j”就規定了一種特殊的約定關系，即“i”的最大值必須比“j”的最大值少1，亦即此條注釋中已有的“j=（1，2，……n）”，“i =（1，2，……n-1）”。在此特定前提下，才能使用這個特殊矩陣求解物料組分。即只有化學成分項目總數少于物料組分總數為一個時，才能使用這個矩陣求解物料組分。

2.2、NY/T1147標準中“5.3.1白生料中廢渣摻加量 按式(3 )、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、（11）計算。按水泥生料中摻加的原材料組分數目i，選擇原材料之間相差較大的化學成分列出i元方程組，解出各原材料組分的摻加量N1、N2……Ni-1、Ni值”。

深入分析以上表述即可發現其問題與矛盾之處：式(3)是所有原材料組分之和等于100%。其余的式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、（11）是分別關于組分含量CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、燒失量、CaF2、SO3的方程式，每一個組分含量對應一個方程式，方程式總數i值是根據生料中實際摻加的原材料組分數目來確定。再觀察表示組分序號與組分含量序號的腳碼,二者最大值均為i。由于每一個組分含量可以列一個方程式，這樣可以根據組分含量總個數i列岀i個方程式，再加上表示所有原材料組分之和等于100%的式（3），則共有i+1個方程式。這就與該標準中“按水泥生料中摻加的原材料組分數目i，選擇原材料之間相差較大的化學成分列出i元方程組”相矛盾。所以表示組分含量序號的腳碼最大值為i是錯誤的。分析標準中“5.3.1”條款規定的本意，表示組分含量序號腳碼的最大值應為i-1，其結果NY/T1147中的線性方程組就變成與GB/T27978中特殊矩陣相同的特殊線性方程組。

2.3、因此，釆用GB/T27978中的特殊矩陣與NY/T1147中的特殊線性方程組求解三組分物料配比只能滿足兩項化學成分要求。而與生料KH、n、P有關的化學成分至少有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四項（有的企業還考慮了SO3含量等），意味著使用GB/T27978與NY/T1147只能求解五組分配比（若考慮了S O 3，則是六組分配比）。實際上，水泥企業生料使用三組分、四組分原料配料是普遍情況，但此特殊矩陣與特殊線性方程組則無法使用。

另一方面，在GB/T27978“5.1.4.3”的符號注釋中，對矩陣B中元素規定,“……且有C1≥C2≥…≥Ci≥…≥Cn-1”是錯誤的。水泥、生料化學成分CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3、MgO等含量沒有必要非規定某種排序，只要A、B兩矩陣中同一行元素是同種化學成分對應關系,且要求B中各化學成分含量大于0就可以,應為“……且有C1、C2…Ci…Cn-1＞0”。

3、無條件使用線性方程組或矩陣求解生料配比方法中的重大缺陷分析

3.1、將GB/T27978中特殊矩陣修改為普通矩陣與NY/T1147修改為普通線性方程組的案例

如姜勝平等在《水泥企業資源綜合有關檢測方法和計算模型的糾正及探討》4中沒有使用GB/T27978中的特殊矩陣及NY/T1147的特殊線性方程，而是“設生料由N種原料組成”, “Ci為生料中氧化物i的質量百分數（i=1、2、3、……n-1）”。從此文中三組分配料舉例并分析其所列線性方程組，表示原料個數的N值與表示生料中氧化物含量的項目個數n-1中的n值不相同，相當于解除了GB/T27978的A矩陣中表示某組分化學成分含量序號的“i”與表示物料組分序號的“j”的特殊約定關系。即將特殊矩陣修改為普通矩陣（普通線性方程組）。直接使用線性方程組求組分配比，若這種直接使用而不是有條件的使用是錯誤的，也不能用于求解生料配比。

3.2、配料計算案例討論分析

選用《水泥企業化驗室工作手冊》5配料計算案例， 預設計的熟料三率值，KH= 0 . 89±0.02,n=2.0±0.1，P=1.5±0.1，原燃材料化學分析、煤發熱量、熱耗等均使用《手冊》5表1-4-18中數據。按預設計熟料率值、煤灰摻入量等推算的設計生料化學成分，以及同案例按預設三率值采用遞減試湊法所得生料配比其驗算的生料化學成分如下表：