微波測(cè)水儀在線檢測(cè)燒結(jié)混合料水分

樊曉東 馮二蓮 曹旭賓 韓建

[摘? ? 要]文章總結(jié)在線微波測(cè)水儀在燒結(jié)生產(chǎn)中的應(yīng)用，生產(chǎn)實(shí)踐表明，微波測(cè)水能夠較準(zhǔn)確地跟蹤反映燒結(jié)混合料水分的變化，抗干擾能力強(qiáng)，檢測(cè)精度小于0.3%，較好地指導(dǎo)生產(chǎn)操作，具有無損耗、安全可靠、維護(hù)量小等特點(diǎn)，微波非接觸測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于燒結(jié)水分檢測(cè)效果良好。

[關(guān)鍵詞]微波測(cè)水儀;燒結(jié)混合料;水分;檢測(cè)精度

[中圖分類號(hào)]TM931 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–0–02

Microwave Water Meter online Detection Sinter Mixture Water Content

Fan Xiao-dong，F(xiàn)eng Er-lian，Cao Xu-bin，Han Jian

[Abstract]This paper summary on-line microwave Water meter Application in sintering production，Production practice shows that，Microwave water measurement can more accurate tracking reflect moisture change of sintering mixture，Strong anti-interference ability，check the accuracy less than 0.3%，better guide production operation，Have no loss、safe and reliable、small maintenance characteristic，Microwave non contact measurement technology applied to sintering moisture detection good results.

[Keywords]microwave water meter;sintering mixture;water content;check the accuracy

1 現(xiàn)狀

混合料水分是燒結(jié)生產(chǎn)的重要參數(shù)之一，關(guān)系到生產(chǎn)過程能否穩(wěn)定運(yùn)行和燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)?；旌狭纤种饕茉显妓帧⑸液头档V（極易吸水）、除塵灰（疏水性）等性質(zhì)差異大的物料配加數(shù)量及其質(zhì)量的影響。因?yàn)閸徫粏T工難以及時(shí)掌控這些變化因素，所以燒結(jié)生產(chǎn)需要在線檢測(cè)混合料水分，以指導(dǎo)崗位員工調(diào)整適宜的水分滿足燒結(jié)機(jī)要求。

目前燒結(jié)行業(yè)使用的在線測(cè)水儀有中子法、電導(dǎo)法、紅外法、微波法，各自特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

中子測(cè)水儀檢測(cè)精度較高，但投資和運(yùn)行費(fèi)用高，核源申請(qǐng)困難，環(huán)評(píng)難度大，放射源到期需要重新注源，設(shè)備維護(hù)難度大，響應(yīng)速度較慢，目前很少用于檢測(cè)燒結(jié)混合料水分。

接觸式電導(dǎo)測(cè)水儀適應(yīng)高磁、高溫、高濕度（蒸汽）、粉塵大的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，響應(yīng)時(shí)間短2～5 s，運(yùn)行成本低，混合料水分與其電導(dǎo)率具有明顯的線性關(guān)系，可較準(zhǔn)確反映混合料水分，但電導(dǎo)法水分檢測(cè)精度受混合料成分、密度、溫度、料量以及電導(dǎo)傳感器與混合料接觸狀態(tài)的影響，且隨著電極的磨損需要調(diào)整電極與混合料充分接觸，并平整料面使檢測(cè)精度<±0.3%。

紅外測(cè)水儀經(jīng)建模標(biāo)定后靜態(tài)檢測(cè)精度高，但動(dòng)態(tài)精度易受混合料成分、顏色、粒度、料面蒸汽、現(xiàn)場(chǎng)光照強(qiáng)度、粉塵（鏡頭積塵積土）、振動(dòng)沖擊等因素的干擾，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，不易維護(hù)，響應(yīng)速度慢且紅外只能檢測(cè)混合料表面水分。

近年來，在線微波測(cè)水儀以其檢測(cè)水分較準(zhǔn)確、運(yùn)行維護(hù)簡單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在煙草、化工、醫(yī)藥、木材、食品等行業(yè)中，烏海包鋼萬騰經(jīng)過調(diào)研考察后應(yīng)用微波在線檢測(cè)燒結(jié)混合料水分，經(jīng)過半年多的生產(chǎn)實(shí)踐，微波測(cè)水儀能夠較好地跟蹤檢測(cè)混合料水分，給崗位員工提供很好的操作依據(jù)，混合料水分±0.3穩(wěn)定率由70 %提高到80 %以上。

2 在線微波測(cè)水儀的構(gòu)成及其技術(shù)參數(shù)

澳大利亞戴維森在線微波測(cè)水儀技術(shù)參數(shù)見表1。

在線微波測(cè)水儀測(cè)控系統(tǒng)的核心部件一個(gè)是測(cè)水儀，一個(gè)是加水控制系統(tǒng)，即核心內(nèi)容是準(zhǔn)確檢測(cè)水分和精確控制加水量，概括為測(cè)得準(zhǔn)和控得準(zhǔn)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀表主要包括測(cè)水儀、單座氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)活塞式切斷閥、電磁流量計(jì)、壓力表、手動(dòng)球閥、加水管和敷設(shè)電纜。為快速調(diào)控恢復(fù)混合料水分（3 min內(nèi)），要求系統(tǒng)所有控制閥精度≤1%，實(shí)現(xiàn)加水量高精度調(diào)節(jié)。

3 在線微波測(cè)水儀的安裝

在線微波測(cè)水儀安裝在一次混合機(jī)出口55 m（大于50 m）處，選擇皮帶機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、崗位工便于觀察的部位，在皮帶機(jī)下方安裝微波發(fā)射器，皮帶機(jī)上方安裝微波接收器，在微波接收器旁邊安裝非接觸超聲波高度補(bǔ)償探頭，用于補(bǔ)償混合料的高度變化，如圖1和圖2所示。

為了減少不平整料面對(duì)水分檢測(cè)結(jié)果的影響，在微波探頭前方加裝一個(gè)平料器，以平整混合料料面，穩(wěn)定混合料厚度。

4 在線微波測(cè)水儀的工作原理

燒結(jié)混合料在輸送過程中，皮帶機(jī)下方的發(fā)射器發(fā)射微波，微波穿過皮帶機(jī)上的混合料后被皮帶機(jī)上方的接收器接收，超聲波高度補(bǔ)償探頭實(shí)時(shí)檢測(cè)皮帶機(jī)上混合料厚度，微波產(chǎn)生的電磁場(chǎng)引起共振，在此過程中微波損耗部分能量，損耗的能量隨著混合料水分的增加而增加，到達(dá)接收器的能量隨著混合料水分的增加而減少，通過微波穿過單位厚度混合料后功率的衰減量和相位移的改變量，即可推算出混合料水分，在微波測(cè)水儀屏幕上瞬時(shí)在線顯示混合料水分值。

5 在線微波測(cè)水儀的標(biāo)定流程及方法

在線微波測(cè)水儀的標(biāo)定流程及方法如圖3所示。

5.1 按照偏干、正常、偏濕三種水分值組建數(shù)學(xué)模型

標(biāo)定前需注意數(shù)據(jù)中是否有水分為0的試驗(yàn)夾雜其中，試樣數(shù)據(jù)的組合是不含水分0的，測(cè)水儀的零點(diǎn)是通過空皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)后在基礎(chǔ)設(shè)置中設(shè)置好的，試樣數(shù)據(jù)中不出現(xiàn)。

例如，混合料正常水分值為8.0 %，則設(shè)置8.6 %為濕樣參考水分，7.4%為干樣參考水分，在此區(qū)間取樣標(biāo)定，不建議將區(qū)間拉大，區(qū)間拉大后生成的數(shù)學(xué)模型跳變大，穩(wěn)定性差。

5.2 取樣、烘干法檢測(cè)、錄入水分值

一般每種水分取2～4個(gè)試樣，因取樣本身具有隨機(jī)性，所以需要對(duì)試樣進(jìn)行選擇性錄入，保證有干、濕、正常3種試樣，同種試樣中水分大的其微波能量值與混合料高度比值也大，即如果兩個(gè)試樣烘干法檢測(cè)水分大小與其微波能量值與混合料高度比值的大小一致，則這兩個(gè)試樣都可以錄入微波測(cè)水儀，否則需要去掉一個(gè)。

6 在線微波測(cè)水儀運(yùn)行情況

經(jīng)過一個(gè)月的標(biāo)定、篩選、反標(biāo)定、優(yōu)化水分值線性關(guān)系，在線微波測(cè)水儀投入運(yùn)行。

從微波測(cè)水儀顯示水分值看，水分瞬時(shí)值反應(yīng)靈敏，原先設(shè)定的1.2 s顯示1個(gè)水分值，經(jīng)過觀察瞬時(shí)水分?jǐn)?shù)據(jù)跳動(dòng)太快，崗位工不便觀察到水分的變化，于是改為4 s顯示1個(gè)水分值。

經(jīng)過20 d微波法與烘干法檢測(cè)混合料水分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比，做折線，如圖4所示。

78個(gè)對(duì)比數(shù)據(jù)中，偏差≤±0.3的占87.18%，最大偏差0.42，最小偏差0，微波測(cè)水儀與烘干法吻合性較好，能夠較好地跟蹤反映混合料水分的變化。

6.1 影響微波測(cè)水儀檢測(cè)結(jié)果的因素

（1）混合料厚度與微波功率衰減量呈良好的線性關(guān)系，不同料批下混合料厚度不同，盡管混合料水分未變，但微波測(cè)水相差較大。燒結(jié)受高爐限產(chǎn)的影響，料批在500～800 t/h大幅波動(dòng)。

（2）燒結(jié)變料，混合料成分發(fā)生變化，干擾微波檢測(cè)結(jié)果。

（3）微波測(cè)水儀顯示的是20 s內(nèi)的平均值，烘干法檢測(cè)的是瞬時(shí)取樣水分值，具有隨機(jī)性，二者存在差異。

（4）本身混合料水分不均勻，尤其取樣中有未消化的生石灰時(shí)會(huì)降低混合料水分。

6.2 總結(jié)在線微波測(cè)水儀具有以下技術(shù)特性

（1）微波法基于液態(tài)水的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固體和空氣介電常數(shù)的原理，微波信號(hào)穿過介質(zhì)內(nèi)部，分析整體介質(zhì)的信息，混合料的形狀、表面水蒸氣不影響檢測(cè)結(jié)果。

（2）微波法不受混合料顏色、陽光照射、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境粉塵、振動(dòng)等因素的影響，抗干擾能力強(qiáng)。

（3）微波對(duì)混合料pH和導(dǎo)電性不敏感，檢測(cè)干擾因素少，基本能達(dá)到測(cè)量精度≤±0.3%。

（4）微波穿透性好，檢測(cè)的是混合料表面和內(nèi)部物理水之和。

（5）混合料成分發(fā)生變化時(shí)，干擾微波檢測(cè)結(jié)果。

（6）微波法無易耗件，運(yùn)行成本低。

7 結(jié)束語

（1）微波測(cè)水儀能夠較準(zhǔn)確地在線檢測(cè)跟蹤燒結(jié)混合料水分，檢測(cè)的是混合料表面和內(nèi)部水分，檢測(cè)精度≤±0.3%，提高混合料水分穩(wěn)定率，滿足燒結(jié)生產(chǎn)要求。

（2）微波非接觸檢測(cè)燒結(jié)混合料水分可靠性好，檢測(cè)結(jié)果不受混合料顏色、粒度、表面蒸汽、現(xiàn)場(chǎng)光線、粉塵、振動(dòng)沖擊等因素的影響，抗干擾能力強(qiáng)。

（3）當(dāng)燒結(jié)大幅度調(diào)整原料配比，混合料成分發(fā)生大變化時(shí)，干擾微波測(cè)水精度，必要時(shí)重新進(jìn)行標(biāo)定。

（4）定期篩選維護(hù)微波測(cè)水儀中的數(shù)據(jù)庫，保證檢測(cè)精度。

（5）在線微波測(cè)水儀具有檢測(cè)較準(zhǔn)確、無損耗、無輻射危險(xiǎn)、維護(hù)量小等特點(diǎn)，應(yīng)用于燒結(jié)水分檢測(cè)效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1] 董亞鋒，沙永志，曹軍.微波測(cè)量燒結(jié)混合料水分的試驗(yàn)研究[J].燒結(jié)球團(tuán)，2008，12（6）：155-156.