樊曉東 馮二蓮 曹旭賓 韓建

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

[關(guān)鍵詞]微波測水儀;燒結(jié)混合料;水分;檢測精度

[中圖分類號]TM931 [文獻標志碼]A [文章編號]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)定運行和燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標?；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。因為崗位員工難以及時掌控這些變化因素，所以燒結(jié)生產(chǎn)需要在線檢測混合料水分，以指導(dǎo)崗位員工調(diào)整適宜的水分滿足燒結(jié)機要求。

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

中子測水儀檢測精度較高，但投資和運行費用高，核源申請困難，環(huán)評難度大，放射源到期需要重新注源，設(shè)備維護難度大，響應(yīng)速度較慢，目前很少用于檢測燒結(jié)混合料水分。

接觸式電導(dǎo)測水儀適應(yīng)高磁、高溫、高濕度（蒸汽）、粉塵大的工業(yè)現(xiàn)場，響應(yīng)時間短2～5 s，運行成本低，混合料水分與其電導(dǎo)率具有明顯的線性關(guān)系，可較準確反映混合料水分，但電導(dǎo)法水分檢測精度受混合料成分、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，并平整料面使檢測精度<±0.3%。

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

近年來，在線微波測水儀以其檢測水分較準確、運行維護簡單、安全可靠等優(yōu)點，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)用微波在線檢測燒結(jié)混合料水分，經(jīng)過半年多的生產(chǎn)實踐，微波測水儀能夠較好地跟蹤檢測混合料水分，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水儀技術(shù)參數(shù)見表1。

在線微波測水儀測控系統(tǒng)的核心部件一個是測水儀，一個是加水控制系統(tǒng)，即核心內(nèi)容是準確檢測水分和精確控制加水量，概括為測得準和控得準。現(xiàn)場設(shè)備/儀表主要包括測水儀、單座氣動調(diào)節(jié)閥、氣動活塞式切斷閥、電磁流量計、壓力表、手動球閥、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%，實現(xiàn)加水量高精度調(diào)節(jié)。

3 在線微波測水儀的安裝

在線微波測水儀安裝在一次混合機出口55 m（大于50 m）處，選擇皮帶機運行平穩(wěn)、崗位工便于觀察的部位，在皮帶機下方安裝微波發(fā)射器，皮帶機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償探頭，用于補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水分檢測結(jié)果的影響，在微波探頭前方加裝一個平料器，以平整混合料料面，穩(wěn)定混合料厚度。

4 在線微波測水儀的工作原理

燒結(jié)混合料在輸送過程中，皮帶機下方的發(fā)射器發(fā)射微波，微波穿過皮帶機上的混合料后被皮帶機上方的接收器接收，超聲波高度補償探頭實時檢測皮帶機上混合料厚度，微波產(chǎn)生的電磁場引起共振，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，在微波測水儀屏幕上瞬時在線顯示混合料水分值。

5 在線微波測水儀的標定流程及方法

在線微波測水儀的標定流程及方法如圖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

標定前需注意數(shù)據(jù)中是否有水分為0的試驗夾雜其中，試樣數(shù)據(jù)的組合是不含水分0的，測水儀的零點是通過空皮帶運轉(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、錄入水分值

一般每種水分取2～4個試樣，因取樣本身具有隨機性，所以需要對試樣進行選擇性錄入，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，即如果兩個試樣烘干法檢測水分大小與其微波能量值與混合料高度比值的大小一致，則這兩個試樣都可以錄入微波測水儀，否則需要去掉一個。

6 在線微波測水儀運行情況

經(jīng)過一個月的標定、篩選、反標定、優(yōu)化水分值線性關(guān)系，在線微波測水儀投入運行。

從微波測水儀顯示水分值看，水分瞬時值反應(yīng)靈敏，原先設(shè)定的1.2 s顯示1個水分值，經(jīng)過觀察瞬時水分數(shù)據(jù)跳動太快，崗位工不便觀察到水分的變化，于是改為4 s顯示1個水分值。

經(jīng)過20 d微波法與烘干法檢測混合料水分數(shù)據(jù)對比，做折線，如圖4所示。

78個對比數(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 影響微波測水儀檢測結(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。

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

（3）微波測水儀顯示的是20 s內(nèi)的平均值，烘干法檢測的是瞬時取樣水分值，具有隨機性，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會降低混合料水分。

6.2 總結(jié)在線微波測水儀具有以下技術(shù)特性

（1）微波法基于液態(tài)水的介電常數(shù)遠遠大于固體和空氣介電常數(shù)的原理，微波信號穿過介質(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結(jié)果。

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

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

（4）微波穿透性好，檢測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，干擾微波檢測結(jié)果。

（6）微波法無易耗件，運行成本低。

7 結(jié)束語

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

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

（3）當燒結(jié)大幅度調(diào)整原料配比，混合料成分發(fā)生大變化時，干擾微波測水精度，必要時重新進行標定。

（4）定期篩選維護微波測水儀中的數(shù)據(jù)庫，保證檢測精度。

（5）在線微波測水儀具有檢測較準確、無損耗、無輻射危險、維護量小等特點，應(yīng)用于燒結(jié)水分檢測效果良好。

參考文獻

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