水泥工业若干重大误区的思考（七）——GB/T27978等废渣掺量检测方法中存在的突岀问题与建议

2017-02-03 丁美荣 王立新 中国水泥杂志

<<2017年2期

水泥工业资源综合利用废渣实行税收优惠是我国重要产业政策之一，但目前废渣用量计算、检测、核查方法与程序仍存在不统一等问题1，不利于行业健康有序发展。GB/T279782与NY/T11473等标准除水泥中废渣用量计算公式有明显错误，很不完整外1,所采用的特殊矩阵及线性方程组推算水泥中废渣用量的方法存在严重的技术缺陷，适应性及重演性差，很难操作执行，其中无条件使用线性方程组求解配料组分也是错误的。为推动有关部门进一步统一检测方法与制修订有关标准提供参考依据,本文对上述领域多年来存在的误区及企业关切的焦点问题进行分析探讨，提岀了相应改进措施,相信有较大实际意义与作用。

一、GB/T27978及其它采用较多的废渣掺量测定方法与原理

1、GB/T27978-2011《水泥生产原料中废渣用量的测定方法》与NY/T1147简介

GB/T27978主要内容：随机抽取水泥企业现场正常生产时所用原料、废渣、生料、熟料、水泥等样品，测定其化学成分含量，依据化学成分质量分数的相关性，分别通过矩阵法求出生料、水泥各组分比例，再计算岀水泥中废渣总掺量。即规定“生料、水泥中各组分的含量按X=A-1×B计算”，式中，X——生料、水泥中各组分含量组成的列阵；A-1——组成生料、水泥的各组分中化学成分组成的矩阵A的逆阵；B——生料、水泥中化学成分组成的列阵。且规定化学分析法与实测法结果有争议时以化学分析法的结果为准。

农业部标准NY/T1147-2006《建材产品生产中工业废渣掺加量测定方法》、部分省区相关地方标准所采用的方法与GB/T27978基本相同，但NY/T1147是由线性方程组代替GB/T27978中的矩阵。

2、湖南、黑龙江等省市区相关地方标准采用的方法

湖南、黑龙江及部分省市区选用的测定方法类似湖南省地方标准DB43/134-1999《资源综合利用建材产品废渣掺量检测鉴定方法》，通过检测原燃材料、生熟料化学成分，并参考企业提供或抽样获取的生熟料三率值及波动范围，采用各原料成分、三率值通过配料计算反推生料组分及废渣配比。检测水泥组分采用GB/T 12960《水泥组分的定量测定》，然后再计算水泥中废渣总掺量。

3、实测法

部分省市区对生料制备、水泥粉磨工序均使用实测法分别测定生料、水泥配比。也有部分地方检测机构仅对生料组分选用实测法测定，而水泥组分仍选用GB/T12960进行测定，再计算水泥中废渣总掺比。现场实测法指在生产现场，通过测定单位时间内组成水泥生料、水泥中各组分的投入量，从而计算出各组分的用量及配比。主要有二种实测方法：一是直接称重法，即在相同的称量时间内取各组分物料并称重，计算各组分物料的配比。二是实时监测配料微机各物料累计量读数法，即先标定配料秤，间隔一至二、三小时，利用其生料、水泥微机各物料累计量的差值，计算出各组分物料的配比。

二、GB/T27978与NY/T1147中存在的突出问题与误区分析

1、简约介绍GB/T27978和NY/T1147运用的数学原理：通过检测各组分原料及生料、水泥的化学成分，采用矩阵的方法来解多元一次线性方程组，求出各组分配比。系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩且等于未知量个数，有唯一解。系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩且小于未知量个数，有无穷多解。系数矩阵的秩不等于增广矩阵的秩无解。由于矩阵的秩不便于理解,换用较易理解的线性方程组来说明：在一组多元一次方程中，共有几元（即几个未知数），若不能合并消除掉且相容方程式个数与未知数个数相等，该多元一次方程组就一定有唯一解（即能求出唯一的各未知数）。若未知数个数比相容方程式个数多，则这组线性方程有无穷多解。若方程不相容（注：若未知数个数比不能合并消除掉方程式个数少，必有方程不相容),该线性方程组就会无解。应当说明的是，这里的解是指唯一解，不是指近似解。

2、GB/T27978中特殊矩阵及NY/T1147特殊线性方程组不能普遍用于通过成分求解生料水泥组分

或者说，上述两个标准分别釆用了特殊矩阵与特殊线性方程组，水泥企业三、四组分原料配料等情况下，不能通过成分及特殊矩阵（或线性方程组）求解生料组分。其所用矩阵或线性方程组只有在特定条件下方可用于通过成分求解生料、水泥组分，但不能普遍应用即没有通用性。

2.1、GB/T27978中“5.1.4.3生料、水泥中各组分含量的计算”的符号注释中： “ n —— 表示生料、水泥中掺加的组分数目”。分析A矩阵中元素的脚码即得岀：A矩阵的行数与列数相等。因此，A矩阵实际上变成了普遍矩阵中的特殊矩阵（即方阵），A矩阵中表示某组分化学成分序号的“i”与表示物料组分序号的“j”就规定了一种特殊的约定关系，即“i”的最大值必须比“j”的最大值少1，亦即此条注释中已有的“j=（1，2，……n）”，“i =（1，2，……n-1）”。在此特定前提下，才能使用这个特殊矩阵求解物料组分。即只有化学成分项目总数少于物料组分总数为一个时，才能使用这个矩阵求解物料组分。

2.2、NY/T1147标准中“5.3.1白生料中废渣掺加量 按式(3 )、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、（11）计算。按水泥生料中掺加的原材料组分数目i，选择原材料之间相差较大的化学成分列出i元方程组，解出各原材料组分的掺加量N1、N2……Ni-1、Ni值”。

深入分析以上表述即可发现其问题与矛盾之处：式(3)是所有原材料组分之和等于100%。其余的式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、（11）是分别关于组分含量CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、烧失量、CaF2、SO3的方程式，每一个组分含量对应一个方程式，方程式总数i值是根据生料中实际掺加的原材料组分数目来确定。再观察表示组分序号与组分含量序号的脚码,二者最大值均为i。由于每一个组分含量可以列一个方程式，这样可以根据组分含量总个数i列岀i个方程式，再加上表示所有原材料组分之和等于100%的式（3），则共有i+1个方程式。这就与该标准中“按水泥生料中掺加的原材料组分数目i，选择原材料之间相差较大的化学成分列出i元方程组”相矛盾。所以表示组分含量序号的脚码最大值为i是错误的。分析标准中“5.3.1”条款规定的本意，表示组分含量序号脚码的最大值应为i-1，其结果NY/T1147中的线性方程组就变成与GB/T27978中特殊矩阵相同的特殊线性方程组。

2.3、因此，釆用GB/T27978中的特殊矩阵与NY/T1147中的特殊线性方程组求解三组分物料配比只能满足两项化学成分要求。而与生料KH、n、P有关的化学成分至少有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四项（有的企业还考虑了SO3含量等），意味着使用GB/T27978与NY/T1147只能求解五组分配比（若考虑了S O 3，则是六组分配比）。实际上，水泥企业生料使用三组分、四组分原料配料是普遍情况，但此特殊矩阵与特殊线性方程组则无法使用。

另一方面，在GB/T27978“5.1.4.3”的符号注释中，对矩阵B中元素规定,“……且有C1≥C2≥…≥Ci≥…≥Cn-1”是错误的。水泥、生料化学成分CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3、MgO等含量没有必要非规定某种排序，只要A、B两矩阵中同一行元素是同种化学成分对应关系,且要求B中各化学成分含量大于0就可以,应为“……且有C1、C2…Ci…Cn-1＞0”。

3、无条件使用线性方程组或矩阵求解生料配比方法中的重大缺陷分析

3.1、将GB/T27978中特殊矩阵修改为普通矩阵与NY/T1147修改为普通线性方程组的案例

如姜胜平等在《水泥企业资源综合有关检测方法和计算模型的纠正及探讨》4中没有使用GB/T27978中的特殊矩阵及NY/T1147的特殊线性方程，而是“设生料由N种原料组成”, “Ci为生料中氧化物i的质量百分数（i=1、2、3、……n-1）”。从此文中三组分配料举例并分析其所列线性方程组，表示原料个数的N值与表示生料中氧化物含量的项目个数n-1中的n值不相同，相当于解除了GB/T27978的A矩阵中表示某组分化学成分含量序号的“i”与表示物料组分序号的“j”的特殊约定关系。即将特殊矩阵修改为普通矩阵（普通线性方程组）。直接使用线性方程组求组分配比，若这种直接使用而不是有条件的使用是错误的，也不能用于求解生料配比。

3.2、配料计算案例讨论分析

选用《水泥企业化验室工作手册》5配料计算案例， 预设计的熟料三率值，KH= 0 . 89±0.02,n=2.0±0.1，P=1.5±0.1，原燃材料化学分析、煤发热量、热耗等均使用《手册》5表1-4-18中数据。按预设计熟料率值、煤灰掺入量等推算的设计生料化学成分，以及同案例按预设三率值采用递减试凑法所得生料配比其验算的生料化学成分如下表：