微波测水仪在线检测烧结混合料水分

樊晓东 冯二莲 曹旭宾 韩建

[摘    要]文章总结在线微波测水仪在烧结生产中的应用，生产实践表明，微波测水能够较准确地跟踪反映烧结混合料水分的变化，抗干扰能力强，检测精度小于0.3%，较好地指导生产操作，具有无损耗、安全可靠、维护量小等特点，微波非接触测量技术应用于烧结水分检测效果良好。

[关键词]微波测水仪;烧结混合料;水分;检测精度

[中图分类号]TM931 [文献标志码]A [文章编号]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 现状

混合料水分是烧结生产的重要参数之一，关系到生产过程能否稳定运行和烧结矿产质量指标。混合料水分主要受原料原始水分、生石灰和返矿（极易吸水）、除尘灰（疏水性）等性质差异大的物料配加数量及其质量的影响。因为岗位员工难以及时掌控这些变化因素，所以烧结生产需要在线检测混合料水分，以指导岗位员工调整适宜的水分满足烧结机要求。

目前烧结行业使用的在线测水仪有中子法、电导法、红外法、微波法，各自特点体现在以下几个方面。

中子测水仪检测精度较高，但投资和运行费用高，核源申请困难，环评难度大，放射源到期需要重新注源，设备维护难度大，响应速度较慢，目前很少用于检测烧结混合料水分。

接触式电导测水仪适应高磁、高溫、高湿度（蒸汽）、粉尘大的工业现场，响应时间短2～5 s，运行成本低，混合料水分与其电导率具有明显的线性关系，可较准确反映混合料水分，但电导法水分检测精度受混合料成分、密度、温度、料量以及电导传感器与混合料接触状态的影响，且随着电极的磨损需要调整电极与混合料充分接触，并平整料面使检测精度<±0.3%。

红外测水仪经建模标定后静态检测精度高，但动态精度易受混合料成分、颜色、粒度、料面蒸汽、现场光照强度、粉尘（镜头积尘积土）、振动冲击等因素的干扰，系统稳定性较差，不易维护，响应速度慢且红外只能检测混合料表面水分。

近年来，在线微波测水仪以其检测水分较准确、运行维护简单、安全可靠等优点，广泛应用在烟草、化工、医药、木材、食品等行业中，乌海包钢万腾经过调研考察后应用微波在线检测烧结混合料水分，经过半年多的生产实践，微波测水仪能够较好地跟踪检测混合料水分，给岗位员工提供很好的操作依据，混合料水分±0.3稳定率由70 %提高到80 %以上。

2 在线微波测水仪的构成及其技术参数

澳大利亚戴维森在线微波测水仪技术参数见表1。

在线微波测水仪测控系统的核心部件一个是测水仪，一个是加水控制系统，即核心内容是准确检测水分和精确控制加水量，概括为测得准和控得准。现场设备/仪表主要包括测水仪、单座气动调节阀、气动活塞式切断阀、电磁流量计、压力表、手动球阀、加水管和敷设电缆。为快速调控恢复混合料水分（3 min内），要求系统所有控制阀精度≤1%，实现加水量高精度调节。

3 在线微波测水仪的安装

在线微波测水仪安装在一次混合机出口55 m（大于50 m）处，选择皮带机运行平稳、岗位工便于观察的部位，在皮带机下方安装微波发射器，皮带机上方安装微波接收器，在微波接收器旁边安装非接触超声波高度补偿探头，用于补偿混合料的高度变化，如图1和图2所示。

为了减少不平整料面对水分检测结果的影响，在微波探头前方加装一个平料器，以平整混合料料面，稳定混合料厚度。

4 在线微波测水仪的工作原理

烧结混合料在输送过程中，皮带机下方的发射器发射微波，微波穿过皮带机上的混合料后被皮带机上方的接收器接收，超声波高度补偿探头实时检测皮带机上混合料厚度，微波产生的电磁场引起共振，在此过程中微波损耗部分能量，损耗的能量随着混合料水分的增加而增加，到达接收器的能量随着混合料水分的增加而减少，通过微波穿过单位厚度混合料后功率的衰减量和相位移的改变量，即可推算出混合料水分，在微波测水仪屏幕上瞬时在线显示混合料水分值。

5 在线微波测水仪的标定流程及方法

在线微波测水仪的标定流程及方法如图3所示。

5.1 按照偏干、正常、偏湿三种水分值组建数学模型

标定前需注意数据中是否有水分为0的试验夹杂其中，试样数据的组合是不含水分0的，测水仪的零点是通过空皮带运转后在基础设置中设置好的，试样数据中不出现。

例如，混合料正常水分值为8.0 %，则设置8.6 %为湿样参考水分，7.4%为干样参考水分，在此区间取样标定，不建议将区间拉大，区间拉大后生成的数学模型跳变大，稳定性差。

5.2 取样、烘干法检测、录入水分值

一般每种水分取2～4个试样，因取样本身具有随机性，所以需要对试样进行选择性录入，保证有干、湿、正常3种试样，同种试样中水分大的其微波能量值与混合料高度比值也大，即如果两个试样烘干法检测水分大小与其微波能量值与混合料高度比值的大小一致，则这两个试样都可以录入微波测水仪，否则需要去掉一个。

6 在线微波测水仪运行情况

经过一个月的标定、筛选、反标定、优化水分值线性关系，在线微波测水仪投入运行。

从微波测水仪显示水分值看，水分瞬时值反应灵敏，原先设定的1.2 s显示1个水分值，经过观察瞬时水分数据跳动太快，岗位工不便观察到水分的变化，于是改为4 s显示1个水分值。

经过20 d微波法与烘干法检测混合料水分数据对比，做折线，如图4所示。

78个对比数据中，偏差≤±0.3的占87.18%，最大偏差0.42，最小偏差0，微波测水仪与烘干法吻合性较好，能够较好地跟踪反映混合料水分的变化。

6.1 影响微波测水仪检测结果的因素

（1）混合料厚度与微波功率衰减量呈良好的线性关系，不同料批下混合料厚度不同，尽管混合料水分未变，但微波测水相差较大。烧结受高炉限产的影响，料批在500～800 t/h大幅波动。

（2）烧结变料，混合料成分发生变化，干扰微波检测结果。

（3）微波测水仪显示的是20 s内的平均值，烘干法检测的是瞬时取样水分值，具有随机性，二者存在差异。

（4）本身混合料水分不均匀，尤其取样中有未消化的生石灰时会降低混合料水分。

6.2 总结在线微波测水仪具有以下技术特性

（1）微波法基于液态水的介电常数远远大于固体和空气介电常数的原理，微波信号穿过介质内部，分析整体介质的信息，混合料的形状、表面水蒸气不影响检测结果。

（2）微波法不受混合料颜色、阳光照射、现场环境粉尘、振动等因素的影响，抗干扰能力强。

（3）微波对混合料pH和导电性不敏感，检测干扰因素少，基本能达到测量精度≤±0.3%。

（4）微波穿透性好，检测的是混合料表面和内部物理水之和。

（5）混合料成分发生变化时，干扰微波检测结果。

（6）微波法无易耗件，运行成本低。

7 结束语

（1）微波测水仪能够较准确地在线检测跟踪烧结混合料水分，检测的是混合料表面和内部水分，检测精度≤±0.3%，提高混合料水分稳定率，满足烧结生产要求。

（2）微波非接触检测烧结混合料水分可靠性好，检测结果不受混合料颜色、粒度、表面蒸汽、现场光线、粉尘、振动冲击等因素的影响，抗干扰能力强。

（3）当烧结大幅度调整原料配比，混合料成分发生大变化時，干扰微波测水精度，必要时重新进行标定。

（4）定期筛选维护微波测水仪中的数据库，保证检测精度。

（5）在线微波测水仪具有检测较准确、无损耗、无辐射危险、维护量小等特点，应用于烧结水分检测效果良好。

参考文献

[1] 董亚锋，沙永志，曹军.微波测量烧结混合料水分的试验研究[J].烧结球团，2008，12（6）：155-156.