微波測水儀在線檢測燒結混合料水分

樊曉東 馮二蓮 曹旭賓 韓建

[摘? ? 要]文章總結在線微波測水儀在燒結生產中的應用，生產實踐表明，微波測水能夠較準確地跟蹤反映燒結混合料水分的變化，抗干擾能力強，檢測精度小于0.3%，較好地指導生產操作，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應用于燒結水分檢測效果良好。

[關鍵詞]微波測水儀;燒結混合料;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，Feng 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 現狀

混合料水分是燒結生產的重要參數之一，關系到生產過程能否穩定運行和燒結礦產質量指標。混合料水分主要受原料原始水分、生石灰和返礦（極易吸水）、除塵灰（疏水性）等性質差異大的物料配加數量及其質量的影響。因為崗位員工難以及時掌控這些變化因素，所以燒結生產需要在線檢測混合料水分，以指導崗位員工調整適宜的水分滿足燒結機要求。

目前燒結行業使用的在線測水儀有中子法、電導法、紅外法、微波法，各自特點體現在以下幾個方面。

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，環評難度大，放射源到期需要重新注源，設備維護難度大，響應速度較慢，目前很少用于檢測燒結混合料水分。

接觸式電導測水儀適應高磁、高溫、高濕度（蒸汽）、粉塵大的工業現場，響應時間短2～5 s，運行成本低，混合料水分與其電導率具有明顯的線性關系，可較準確反映混合料水分，但電導法水分檢測精度受混合料成分、密度、溫度、料量以及電導傳感器與混合料接觸狀態的影響，且隨著電極的磨損需要調整電極與混合料充分接觸，并平整料面使檢測精度<±0.3%。

紅外測水儀經建模標定后靜態檢測精度高，但動態精度易受混合料成分、顏色、粒度、料面蒸汽、現場光照強度、粉塵（鏡頭積塵積土）、振動沖擊等因素的干擾，系統穩定性較差，不易維護，響應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、安全可靠等優點，廣泛應用在煙草、化工、醫藥、木材、食品等行業中，烏海包鋼萬騰經過調研考察后應用微波在線檢測燒結混合料水分，經過半年多的生產實踐，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，混合料水分±0.3穩定率由70 %提高到80 %以上。

2 在線微波測水儀的構成及其技術參數

澳大利亞戴維森在線微波測水儀技術參數見表1。

在線微波測水儀測控系統的核心部件一個是測水儀，一個是加水控制系統，即核心內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。現場設備/儀表主要包括測水儀、單座氣動調節閥、氣動活塞式切斷閥、電磁流量計、壓力表、手動球閥、加水管和敷設電纜。為快速調控恢復混合料水分（3 min內），要求系統所有控制閥精度≤1%，實現加水量高精度調節。

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、崗位工便于觀察的部位，在皮帶機下方安裝微波發射器，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，穩定混合料厚度。

4 在線微波測水儀的工作原理

燒結混合料在輸送過程中，皮帶機下方的發射器發射微波，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學模型

標定前需注意數據中是否有水分為0的試驗夾雜其中，試樣數據的組合是不含水分0的，測水儀的零點是通過空皮帶運轉后在基礎設置中設置好的，試樣數據中不出現。

例如，混合料正常水分值為8.0 %，則設置8.6 %為濕樣參考水分，7.4%為干樣參考水分，在此區間取樣標定，不建議將區間拉大，區間拉大后生成的數學模型跳變大，穩定性差。

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

經過一個月的標定、篩選、反標定、優化水分值線性關系，在線微波測水儀投入運行。

從微波測水儀顯示水分值看，水分瞬時值反應靈敏，原先設定的1.2 s顯示1個水分值，經過觀察瞬時水分數據跳動太快，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。

經過20 d微波法與烘干法檢測混合料水分數據對比，做折線，如圖4所示。

78個對比數據中，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。燒結受高爐限產的影響，料批在500～800 t/h大幅波動。

（2）燒結變料，混合料成分發生變化，干擾微波檢測結果。

（3）微波測水儀顯示的是20 s內的平均值，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 總結在線微波測水儀具有以下技術特性

（1）微波法基于液態水的介電常數遠遠大于固體和空氣介電常數的原理，微波信號穿過介質內部，分析整體介質的信息，混合料的形狀、表面水蒸氣不影響檢測結果。

（2）微波法不受混合料顏色、陽光照射、現場環境粉塵、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部物理水之和。

（5）混合料成分發生變化時，干擾微波檢測結果。

（6）微波法無易耗件，運行成本低。

7 結束語

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

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

（3）當燒結大幅度調整原料配比，混合料成分發生大變化時，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據庫，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，應用于燒結水分檢測效果良好。

參考文獻

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