红外水分仪在烧结混合料水分连续测量中的应用

李振涛，张燕云
（济南钢铁集团总公司，山东 济南 250101）

摘　要：为解决粉状物料的水分检测难题，济钢烧结厂将红外水分仪用于在线自动测量系统，并对影响红外水分仪测量精度的环境水蒸汽、环境温度、物料高度、物料形状以及环境光等因素进行了分析。实际应用表明，混合料水分稳定率在90%以上，保证了烧结生产工艺技术指标的稳定。
关键词：红外水分仪；烧结混合料；水分；在线自动测量系统；双测片技术
中图分类号：O657.33；TF046.2　　 文献标识码：A　　 文章编号：1004-4620（2005）06-0020-02

LI Zhen-tao，ZHANG Yan-yun
（Jinan Iron and Steel Group Corporation, Jinan 250101，China）

Abstract：In order to set the moisture measure of the powder materiel，infrared moisture meter is applied in the on-line automatic measure system by the Sintering Plant of Jigang. The factors of affecting the measure precision of the infrared moisture meter such as environmental vapor, ambient temperature, the height and shape of the material and the light of the surrounding etc are analyzed.The practical application shows that the stable ratio of the moisture of the mix materiel mixture is more than 90%, ensuring the stabilization of the production.
Key words：infrared moisture meter; sintering mix materiel; on-line automatic measure system; moisture; double test technique

 

 

　　烧结生产中，混合料的水分含量过高，不但直接影响点火及烧结效果，而且因制粒效果差等原因，导致料层透气性下降；而水分含量过低，则会因混合料过程中的成球差等原因，引起结块率降低，返粉量增大，最终影响烧结矿的产量和质量。对烧结过程中的水分检测及稳定虽然十分重要，但长期以来粉粒状物料的水分在线自动测量一直是个技术难题。2004年1月济南钢铁集团总公司烧结厂（简称济钢烧结厂）采用了MM710红外水分仪，并引进国外的烧结专家控制系统，投用在线自动测量系统，使得烧结混合料水分控制模型得到完善，起到了稳定生产过程、提高烧结矿产质量的作用。

 

 

　　红外水分仪是基于水分对特定波长的红外线的选择特性和吸收特性而设计的。依据在特定波长范围内，水对红外光有较强的吸收特性进行水分检测。水的红外吸收光谱如图1所示：当用这些特定波长的红外光照射物料时，物料中所含的水就会吸收部分红外光的能量，含水量越多吸收的红外光也越多，因此可通过测量反射光的减少量计算出混合料的水分含量。

 

 

　　MM710红外线水分计采用5波段技术，其工作原理如图2所示：光源发射的红外光穿过分光盘上的滤光片，经反射镜射向被测物料；分光盘上的不同滤光片只允许某一波长的红外光透过，分光盘在马达的驱动下高速旋转，使测量波长及参比波长的红外光交替射向被测物料；这些红外光部分被物料吸收，部分反射到凹面聚光镜，被光电传感器接收并转换为电信号，送至控制单元处理以计算出物料的水分含量。

 

 

　　由红外区水的吸收光谱可知，在波长1.4、1.9、2.7μm处均有水的吸收带，一般水分计传感器舍去吸收率过小和过大的吸收带，而采用1.9μm波长的光谱作粉状物料的水分测定。对于反射率低的被测物料如烧结混合料，一般在普通水分计双光束的基础上再增加一束参考光，组成多波长红外线水分计，其特点是能对被测对象的表面状态、色泽和组份等变化而产生的测定值误差进行修正。
 

3.1 环境水蒸汽的影响
　　水蒸汽是烧结混合料水分测量的最大干扰源之一。MM710水分仪是通过滤光片通带足够地窄，可躲开水蒸汽的吸收峰去除大部分水蒸汽的影响。
 

3.2 环境温度变化的影响
　　温漂是指水分仪探头在高温（仪器正常使用温度的上限）和低温（开机时的环境温度）时，测量同一样品所测得的水分值的差值。由于采用了双测片技术设计，用于收集被混合料水分吸收前后的光强能量的基准探测器紧贴在一起，这样两块测片受热温度同升同降，并且由于吸收前后的能量同时收集，确保了双测片的光强能量差值的相对值始终稳定不变，红外技术的吸收反射原理检测的正是这个相对差值。而单测片技术是分时收集红外光能，当温度变化时，会发生漂移。
 

3.3 物料高度变化的影响
　　物料高度变化在±100mm内对检测没有影响。由于MM710红外光强度高，增强了抗干扰能力，分格镜代替普通球面镜，使反射回来的红外光在基准探测器上分布更均匀，利用更充分，这样能量检测不会因物料高度变化而受影响。另外，由于5波段技术充分利用了参考波长，消除物料高度影响。而超高速马达发出高频检测信号，每秒钟的检测速度超过100次，对于低速运动的被测物料（皮带上的混合料）而言，物料处于相对静止状态，所以不均匀下料所带来的物料高度变化对检测没有影响。
 

3.4 物料形状变化的影响
　　MM710探头对物料形状的变化不敏感，不会影响检测结果。因为马达转速快使得检测速度非常快，物料形状的变化同每秒100次检测速度相比，其形状处于相对静止，最大程度地消除了物料形状影响。多波段技术是多个参考波长，有效地消除表面形状影响。而双测片技术，由于同时检测同一样品，消除了物料变化带来的影响。

 

3.5 环境光的影响
　　双测片技术及内部光路设计消除了光线影响；高频检测光信号消除了低频慢速杂光信号的干扰；探测器特殊镀膜层，滤掉杂光信号；多波长红外光强度大，抵消了弱信号的影响。因此，不用加光照保护。

4 应用效果

　　为了测试红外线水分仪的应用效果，对实际情况的混合料水分进行现场取样测试，其数据结果如表1所示。

样品 序号	仪表显示值/%	烘干前重 量值/g	烘干后 重量值/g	实际 测量值/%	误差/%
1	6.656	1000	931	6.90	-0.244
2	6.558	1000	933	6.70	-0.142
3	6.906	1000	931.5	6.85	+0.056
4	6.506	1000	933	6.70	-0.194
5	6.673	1000	931.5	6.85	-0.177

 

　　验证测试结果表明，红外水分仪的测量误差在±0.3个百分点范围内。
 

 

　　红外水分在线自动测量系统在烧结生产中应用8个月的实践证明，混合料水分真正实现了自动检测与控制，水分稳定率较手动大大提高，目前混合料水分稳定率高达90％以上。
 

　　由于水分稳定性的提高，一方面有利于混合料制粒，改善了烧结料层的透气性；一方面均匀了烧结料的导热性，促进了生产过程的均匀稳定；另一方面减少了因水分波动引起的烧结过程中返矿量大、以至造成恶性循环和停机的情况。因此烧结生产过程得到稳定和强化，各项技术经济指标明显改善（见表2）。

 

技术经济指标	应用前	应用后	对比
利用系数/t/（m2h）-1	1.628	1.665	0.037
转鼓指数/％	75.53	76.01	0.48
固体燃料/kg.t-1	54.10	53.25	－0.85
筛分指数/%	7.53	6.89	－0.64

 

 

　　烧结生产工艺流程中水分在线自动测量系统的开发应用，较好地解决了混合料水分无法在线测量的技术难题。水分在线自动测量不仅保证了生产工艺技术指标的稳定，提高了矿粉的结块率和产品质量，降低了返粉量，而且减轻了操作工的劳动强度，同时，也解决了不同环境条件对水分测量精度的影响，在冶金行业具有一定的推广应用价值。