馬國(guó)強(qiáng)，黃源

(中國(guó)天辰工程有限公司，天津 300400)

硅錳爐料倉(cāng)料位測(cè)量

馬國(guó)強(qiáng)，黃源

(中國(guó)天辰工程有限公司，天津 300400)

為了解決硅錳爐料倉(cāng)料位測(cè)量難題，提高硅錳爐上料系統(tǒng)的控制精度，合理分配各種物料的上料間隔，保障硅錳的安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。針對(duì)影響硅錳爐料倉(cāng)料位計(jì)測(cè)量的幾個(gè)主要問(wèn)題，如物料為混合物料且粒徑不一、電磁干擾、爐料倉(cāng)直徑小且料位計(jì)安裝空間有限、粉塵多、溫度高等問(wèn)題，利用雷達(dá)料位計(jì)、射頻導(dǎo)納料位計(jì)、微波料位開(kāi)關(guān)、γ射線料位開(kāi)關(guān)等各種料位測(cè)量?jī)x表的測(cè)量原理和對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行逐一分析比較的方法，最終確定采用微波料位開(kāi)關(guān)和雷達(dá)料位計(jì)相結(jié)合的方式測(cè)量硅錳爐料倉(cāng)的料位。兩種料位計(jì)互補(bǔ)配置的測(cè)量方案不僅為硅錳爐的控制系統(tǒng)提供了可靠的料位控制信號(hào)，而且令安裝調(diào)試空間有限的難題也迎刃而解。

硅錳爐 爐料倉(cāng) 環(huán)形加料機(jī) 雷達(dá)料位計(jì) 微波料位開(kāi)關(guān)

硅錳生產(chǎn)工藝主要包括原料儲(chǔ)運(yùn)、碳材干燥、配料、硅錳生產(chǎn)、破碎及篩分、爐渣破碎、爐氣冷卻除塵等工段。其中硅錳生產(chǎn)是核心工段： 從配料站送來(lái)的混合原料(硅石、燒結(jié)物、錳礦、焦炭、云母石等)經(jīng)配料膠帶輸送機(jī)、可逆膠帶輸送機(jī)送至環(huán)形加料機(jī)后，根據(jù)爐料倉(cāng)的料位低報(bào)警信號(hào)，對(duì)爐料倉(cāng)進(jìn)行加料。各種物料依靠重力，由下料管進(jìn)入硅錳爐內(nèi)，在還原劑焦炭存在的條件下，通過(guò)高溫碳熱還原反應(yīng)生成硅錳，熔融態(tài)的硅錳與爐渣一起從出爐口出料，通過(guò)重力分離，硅錳金屬留在鋼包中，而爐渣經(jīng)溢流進(jìn)入渣包；然后用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引小車至冷卻車間，用耐高溫冶金吊吊起鋼包，并將產(chǎn)品澆筑在澆筑盤中進(jìn)行冷卻；用扒渣機(jī)將渣包中上層渣扒出，然后用渣罐車將硅錳渣送至冷卻車間外進(jìn)行澆注。

1 硅錳爐料倉(cāng)的工況背景

硅錳爐是硅錳生產(chǎn)的核心設(shè)備，爐料倉(cāng)呈環(huán)形布置在硅錳爐的上方。

1.1上料系統(tǒng)

每臺(tái)硅錳爐頂設(shè)置13只爐料倉(cāng)，呈環(huán)形布置于硅錳爐上方。膠帶輸送機(jī)和環(huán)形加料機(jī)的設(shè)計(jì)能力較大，均為間歇操作模式。爐料倉(cāng)設(shè)低料位和低低料位報(bào)警，當(dāng)爐料倉(cāng)出現(xiàn)低料位的信號(hào)達(dá)到一定數(shù)量(根據(jù)實(shí)際操作情況設(shè)定)時(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)輸送皮帶、環(huán)形加料機(jī)等加料設(shè)備，逐一將有報(bào)警的料倉(cāng)加滿，然后再將剩余的料倉(cāng)加滿；如果低報(bào)警的料倉(cāng)數(shù)量沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，但有低低報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，啟動(dòng)加料系統(tǒng)，優(yōu)先給出現(xiàn)低低報(bào)警信號(hào)的料倉(cāng)加料，然后依次為低報(bào)警料倉(cāng)和未報(bào)警料倉(cāng)加料，若加料過(guò)程中再次出現(xiàn)低低報(bào)警信號(hào)，則再次優(yōu)先給相應(yīng)料倉(cāng)加料。因此，料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性對(duì)硅錳爐的正常生產(chǎn)運(yùn)行至關(guān)重要。一方面，爐料倉(cāng)料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須是可靠的，如果爐料倉(cāng)一旦空倉(cāng)，硅錳爐內(nèi)的火焰將會(huì)上升噴出爐外，對(duì)四周的設(shè)備造成損壞，給附近的操作員帶來(lái)人身安全；另一方面，由于操作員對(duì)硅錳爐操作不當(dāng)，也可能造成硅錳爐內(nèi)的火焰噴出爐外，特別是在開(kāi)停車或操作工操作未熟練時(shí)，此類高溫事故發(fā)生的頻次較多，因而要求監(jiān)測(cè)爐料倉(cāng)料位的儀表必須能承受短暫的高溫沖擊，減少儀表?yè)p壞的數(shù)量。

1.2爐料倉(cāng)工況

硅錳爐料倉(cāng)的工況相對(duì)比較惡劣。該項(xiàng)目的半密閉式硅錳爐的料倉(cāng)工況主要有以下幾點(diǎn)：

1) 硅錳爐電極的大電流工作形成強(qiáng)電磁場(chǎng)對(duì)料位計(jì)產(chǎn)生干擾。

2) 被檢測(cè)物料為多種物料的混合物(硅石、燒結(jié)物、錳礦、焦炭、云母石等兩種以上的混合物)，物料的粒徑范圍在10～80mm。

3) 被檢測(cè)物料的不均勻造成介電常數(shù)波動(dòng)較大。

4) 環(huán)形爐料倉(cāng)直徑較小。爐料倉(cāng)的直徑有兩種規(guī)格，分別為φ1520mm和φ1820mm。

5) 爐料倉(cāng)內(nèi)環(huán)境惡劣，灰塵和煙氣較多，溫度較高，影響儀器的使用壽命和測(cè)量結(jié)果。

2 硅錳爐料倉(cāng)料位計(jì)的選擇

2.1爐料倉(cāng)料位計(jì)選擇考慮因素

針對(duì)料倉(cāng)的工況背景，環(huán)形料倉(cāng)的料位計(jì)選擇需滿足以下幾個(gè)方面： 適應(yīng)復(fù)雜電磁干擾環(huán)境；抗粉塵和煙氣干擾；耐高溫設(shè)計(jì)，工作溫度應(yīng)不低于200 ℃；若選用接觸式和導(dǎo)波式料位計(jì)除滿足前兩個(gè)條件外，其觸料元件還需抗塊料沖擊和耐磨耐腐；若為射空回波檢測(cè)原理，需不受環(huán)形料倉(cāng)干擾回波的影響。

固體物料的物理、化學(xué)性質(zhì)較復(fù)雜，且顆粒狀的物料多帶粉末；料倉(cāng)形狀不規(guī)則等情況，因而料位檢測(cè)通常采用γ射線料位開(kāi)關(guān)、雷達(dá)料位計(jì)、射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)、微波開(kāi)關(guān)等。

2.2各種料位計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.1γ射線料位開(kāi)關(guān)

1) 優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)備側(cè)壁安裝，不影響設(shè)備頂部下料；可直接測(cè)量最高料位，不受物料堆積角的影響；非接觸式測(cè)量，檢測(cè)元件能經(jīng)受高溫沖擊；抗粉塵干擾能力強(qiáng)；能加水冷加套，其電子部件能經(jīng)受短暫的高溫沖擊。

2) 缺點(diǎn)。價(jià)格昂貴；需要有專業(yè)證書(shū)的人員維護(hù)；放射源衰減后，需要做專業(yè)地回收；需要專業(yè)的運(yùn)輸和保存；一旦放射源的防護(hù)殼有破損，對(duì)人的危害極大。

2.2.2雷達(dá)料位計(jì)

1) 優(yōu)點(diǎn)?？狗蹓m干擾能力較好；從頂部安裝可以做到非接觸式測(cè)量，能減少檢測(cè)元件受高溫的影響；價(jià)格較合適。

2) 缺點(diǎn)。如果是頂部安裝，需要考慮物料堆積角并選擇合適的安裝位置；如果側(cè)壁安裝，則不能做到非接觸式測(cè)量，從而不能保證檢測(cè)元件受高溫的影響；發(fā)射面不清潔，將對(duì)測(cè)量有影響；電子部件沒(méi)有高溫防護(hù)措施，不能經(jīng)受高溫的沖擊。

2.2.3射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)

1) 優(yōu)點(diǎn)。檢測(cè)元件能經(jīng)受高溫的沖擊，可用于1000 ℃的測(cè)量場(chǎng)合；不受粉塵的干擾；價(jià)格低廉。

2) 缺點(diǎn)。不能做到非接觸式測(cè)量，檢測(cè)元件有被頂部落料砸壞的可能；電子部件沒(méi)有高溫防護(hù)措施，不能經(jīng)受高溫的沖擊。

2.2.4微波開(kāi)關(guān)

1) 優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)備側(cè)壁安裝，不影響設(shè)備頂部下料；非接觸式測(cè)量，檢測(cè)元件能經(jīng)受高溫；抗粉塵干擾能力強(qiáng)；電子部件能經(jīng)受短暫的高溫沖擊；價(jià)格較合適。

2) 缺點(diǎn)。新型儀表，使用經(jīng)驗(yàn)尚少。

2.3儀表選擇

通過(guò)比較和綜合考慮，該項(xiàng)目選擇微波開(kāi)關(guān)和雷達(dá)料位計(jì)用于硅錳爐料倉(cāng)料位的測(cè)量，測(cè)量方案如圖1所示。

2.3.1微波開(kāi)關(guān)

微波開(kāi)關(guān)采用德國(guó)SWR產(chǎn)品，安裝在爐料倉(cāng)側(cè)壁的法蘭接管上。與設(shè)備連接的法蘭管口處填充耐高溫隔熱耐火材料(陶瓷適配器)，然后再安裝微波開(kāi)關(guān)的發(fā)射極和接收極。如此設(shè)計(jì)，微波開(kāi)關(guān)的耐溫能達(dá)到1 000 ℃。微波開(kāi)關(guān)的頻率為24.125GHz，能很好地穿透粉塵。由于爐料倉(cāng)布置比較緊湊，微波開(kāi)關(guān)不能裝在爐料倉(cāng)的正中心，而是靠近料倉(cāng)邊緣，如圖2所示。

圖1 硅錳爐料倉(cāng)的料位測(cè)量

圖2 微波開(kāi)關(guān)在爐料倉(cāng)的安裝位置

微波開(kāi)關(guān)采用分體式接收器，這樣可以盡量減輕高溫對(duì)微波開(kāi)關(guān)電子部件的影響，更便于調(diào)試維護(hù)?？紤]到微波開(kāi)關(guān)是新型儀表，使用經(jīng)驗(yàn)尚少，在爐料倉(cāng)頂部增設(shè)雷達(dá)料位計(jì)，作為其他類型的儀表對(duì)微波開(kāi)關(guān)的可靠程度起復(fù)驗(yàn)校正的作用，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)料位變化。

2.3.2雷達(dá)料位計(jì)

雷達(dá)料位計(jì)采用PSSR68系列產(chǎn)品，選擇高溫型，天線耐溫不低于250 ℃； 采用高頻(26GHz)產(chǎn)品，既能獲得更小的發(fā)射角(全角8°)又能更好穿透灰塵。盡管環(huán)形料倉(cāng)內(nèi)的測(cè)量間隙較小，但料位計(jì)的喇叭口直徑僅有95mm且配備可調(diào)整天線角度的萬(wàn)向節(jié)(可調(diào)角度為20°)，這樣可以獲得與料倉(cāng)壁更短的安裝距離(200mm)，調(diào)整天線的角度能將固定干擾的回波幅度降到最小，再加上獨(dú)特的軟件調(diào)整，能更好地適應(yīng)環(huán)形料倉(cāng)內(nèi)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和狹小的空間環(huán)境，便于安裝和調(diào)試。高頻、萬(wàn)向節(jié)、空氣吹掃、軟件調(diào)整等抗粉塵措施使其能更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)工況。

環(huán)形加料倉(cāng)的進(jìn)料口上方為環(huán)形加料機(jī)，為便于維護(hù)，雷達(dá)料位計(jì)一般都安裝在料倉(cāng)的靠外側(cè)位置。為了能避免微波的大量散射，一般的雷達(dá)料位計(jì)安裝時(shí)需要傾斜一定的角度，使其中心線與物料面垂直(倉(cāng)內(nèi)物料安息角的影響)，安裝固定后卻無(wú)法再進(jìn)行調(diào)整。該雷達(dá)料位計(jì)帶有萬(wàn)向節(jié)，可以根據(jù)檢測(cè)信號(hào)顯示強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最佳的物面定位測(cè)量，并且采用四線制供電方式(其中兩線為信號(hào)線)，其發(fā)射功率較一般的兩線制雷達(dá)料位計(jì)要強(qiáng)得多，使其在該環(huán)境下可靠性達(dá)到最理想的狀態(tài)。

由于現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾較大，雷達(dá)料位計(jì)和微波開(kāi)關(guān)容易受影響，因而選用產(chǎn)品都有EMC防電磁干擾認(rèn)證。外殼的接地線，可考慮引至較遠(yuǎn)處的電氣接地極。由于每個(gè)料倉(cāng)上安裝2對(duì)微波料位開(kāi)關(guān)和1臺(tái)雷達(dá)料位計(jì)，且本身頻率比較接近，而且料倉(cāng)也相對(duì)集中，很易發(fā)生儀表互相干擾的現(xiàn)象。筆者在設(shè)計(jì)過(guò)程中，曾進(jìn)行過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬測(cè)試。把雷達(dá)料位計(jì)放置于上部，2對(duì)料位開(kāi)關(guān)進(jìn)行多方位多角度的放置測(cè)試，微波開(kāi)關(guān)進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)置，未發(fā)現(xiàn)有互相干擾的現(xiàn)象。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，硅錳爐料倉(cāng)料位計(jì)方案很好地解決了爐料倉(cāng)工況復(fù)雜情況下的料位測(cè)量難題，保證了硅錳的生產(chǎn)安全和硅錳的產(chǎn)品質(zhì)量。

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LevelMeasurementofSiMnFurnaceSilo

Ma Guoqiang， Huang Yuan

(China Tianchen Engineering Corporation， Tianjin， 300400， China)

To solve the problem of difficult measurement of SiMn silo， increase the control accuracy of SiMn feeding system， allocate reasonably the feeding interval for all kinds of material， and ensure the safe production and product quality， aiming at several key problems of influencing SiMn furnace silo level measurement， such as mixed material with different particle sizes， electromagnetic interference， small diameter of furnace silo with limited installation space， too much dust， and high temperature and so on， the working principle, advantage and disadvantage for all kinds of level measurement instruments are discussed and compared with radar level gauge， radio frequency admittance level meter， microwave material level switch and γ ray level switch one by one. It is finally determined to adopt the combination mode of microwave level switch and radar level meter to measure lever of SiMn furnace silo. The measurement scheme of two complementary configurations not only provides reliable level control signal for SiMn furnace control system， but also solves the problem of limited installation and commissioning space easily.

SiMn furnace； furnace material silo； ring feeder； radar level meter； microwave level switch

稿件收到日期： 2013-06-18，修改稿收到日期2013-09-25。

馬國(guó)強(qiáng)(1979—)，男，河北廊坊人，2003年畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國(guó)天辰工程有限公司，從事石油化工自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作，任工程師。

TH816

B

1007-7324(2013)06-0069-03