冶金烧结工艺中的在线水分检测
前言
钢铁生产的过程是将铁矿石原料经过高温烧制，使之溶解，去掉杂质，最后提纯出钢材的 过程；在这个过程中，铁矿石的烧结、制球团等是重要的生产工艺；这当中的一次混合加水 和二次混合加水又是烧结工艺的重点控制环节，需要用到在线水分测量仪器对一混和二混是 否达到工艺要求的水分进行控制，这不仅关系到烧结工艺的成败和产品质量，而且也会影响 钢材最终生产的质量；因此在线水分测量对冶金烧结、球团工艺十分重要。
现在我们来结合现场需求看看近红外法和传统微波法在烧结工艺上应用的各自优缺点：
需求要点
影响因素 近红外法
传统微波法(单频率)
耐磨性\实时\连 皮带运动 非接触测量，可满足。
续测量
非接触测量,可满足
测量稳定性\
只能测量物质表面水分；
精度高
测量区域 测量结果可能与材料内部的水分 测量物质整体平均水分
(整体平均)有相当大的偏差。
精度； 5） 由于一混、二混现场都是在室外，要求测量仪表有很好的防护级别，还要求在室外恶劣
环境下能精确的测量； 6） 要求取样、校准、维护简单易用。
二、传统的测量方法及痛点:
由于一混和二混的物料都是在皮带上动态测量，而烧结料又是以矿粉为主要成份，考虑到耐 磨损的问题，所有接触式原理的水分测量仪都不适合用在这两个工艺点，因为目前还很少有 某种材料在矿粉高速日夜磨损的条件下能够长期稳定的运行。 那么就只能选择非接触式原理的水分仪了，而传统的非接触式水分仪有以下三种: 带滤镜的近红外水分仪 穿透式微波水分仪 穿透式核射线水仪
析。 多种通讯和控制模式可选，支持各种工业通讯协议通讯端口及组网方式。 可进行简单自动控制和系统组态，可与其它智能设备成套或组网。
4) 多频谱微波水分仪与传统微波水分仪的区别
类型 测量原理
MOSYE 多频谱微波技术 多频谱，微波能量衰减
传统微波技术 微波振幅衰减
测量组份 测量精度
可以测量水分、密度两个组份 只能测量水分一个组份，测量 且实现两个组份相互独立，互 水分时需假设密度不变化
物料配方变 配方变化会影响测量。
化
配方变化会影响测量
通过以上对比，我们可以看到：近红外水分仪和传统穿透式微波水分仪在烧结料上的测 量都无法很好的满足现场工艺需求。
三、一种新型的多频谱微波水分仪
目前市面的微波水分仪都是用单一频段测量的传统微波法，其使用的是 80/90 年代的微 波振幅衰减技术，单一频段的微波衰减技术受现场的物料的厚度、密度、配方、高度等因素 影响极大，从而造成技术在烧结工艺上的应用也是举步维艰，客户对于微波法的信任始终是 犹豫不决，因此，很多客户在新项目上继续沿用之前熟悉的近红外法方案，导致业主明明知
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穿透式核射线水分仪： 核射线水分仪是利用核射线穿透物质过程中，水分对射线能量的吸收，利用这种变化我 们即可推算出物质中的水分。 这三种传统的水分仪，过去应用最广泛的是近红外水分仪，传统穿透式微波水分仪由于
近年才应用于水份测量领域，又受早期技术限制，没有得到很好的应用；而穿透式核射线水 分仪由于环保问题、安全问题目前已很少有企业再用。
在原有穿透式微波技术基础上加入了 1GHZ--10GHZ 的宽频连续测量技术，微波以每 10 毫秒/100 次的扫描速度让 1GHZ 到 10GHZ 的微波依次测量，得到丰富的特征参数，然后 以独特的神经网络算法，形成数据模型；最后得出准确的测量数值。这种算法可以规避 物料的厚度、密度、重量、高度、配方等因素的影响，适合全量程测量。 2) 多频谱微波水分仪的组成： 本微波水分仪硬件包含了一对定制的宽频高增益的 CM-vivaldi 天线和一个系统主机 MS-590 组成。如下图所示：
近红外水分仪的原理： 近红外原理是由卤素灯泡发出的光线经过分光镜片和滤光镜片以及一些复杂的机械结
构过滤出符合要求的近红外光线，利用水分在一定波段上对近红外光线的吸收特性，来建立 模型并最终计算出水分含量。 传统穿透式微波水分仪(单频率)：
微波法是主要利用微波对水分较为敏感的特性。当微波穿透物质的过程中，由于水分的 吸收和反射，使微波的相位和振幅发生变化，利用这种变化我们即可推算出物质中的水分。
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道近红外法测量效果不好又不得不使用的局面。 为此德国 MOSYE 公司在数年在线水分测量研发和应用的基础之上，开创性的提出了多
频谱微波技术方案，并经过不断的实践终于使这一方案变成了现实。MOSYE 目前的在线微 波水分测量方案继承并发扬了微波技术的一切优点和长处，同时，它克服了传统微波法受密 度、重量、厚度和温度等影响的不足，从硬件和软件两方面将微波技术往前推进了一大步。 可以毫不夸张的说，目前 MOSYE 公司的多频谱微波技术可以适应绝大多数需要过程控制工 业现场，可以测量的固体物质种类遍布各个行业，无论是产品原料、烘干前、烘干后及成品 物料的检测，均能够满足要求。 1) 多频谱微波的原理简介：
测量稳定性\
物质测量表面需要尽可能的平整，
精度高
物料主高度 如果测量物质表面凸凹不平或者 物料高度的变化会影响微波的
变化
起伏较大时，近红外光线投射角度 吸收，会影响测量精度
会发生变化，影响测量。
测量稳定性\ 精度高
物质的颜色要均一且不能有太多 环境光线及
变化，经常变化的颜色对测量有较 没有影响 物料色差
适应-20 度-+60 度环境温度
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测量物形状要求 远程给维护
具有多种不同的物料厚度的测 被测量物料厚度需大于
量传感器可以选择，物质形状、 100MM 以上，对形状要求尽
颗粒大小无要求
量一致
有
无
就地取样和频谱 就地保存
多通道选择
有 8-16 个通道
无 单一通道测量
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一、冶金烧结料水分测量的需求要点：
1） 冶金烧结料的一次混合和二次混合水分测量点必须在都是在皮带上运行，所以要求在线 水分测量仪器能够动态实时测量；
2） 冶金烧结料的水分测量是为了在线配水控制而测，因此要求测量稳定、测量精度要求 0.5%以内；
3） 由于场地限制，要求水分仪能够远程监控与维护； 4） 由于皮带上物料厚度变化，要求水分仪在物料厚、密度变化情况下能够达到良好的测量
不影响 实际精度最高 0.1%，常规：0.5% 实际精度最高 0.5%，常规：1%
密度补偿 高度补偿 温度补偿
无需密度补偿
物料高低、大小、重量、形状 不影响测量精度
必须要密度补偿，否则无法区 分是水分变化还是密度变化 带来的微波相位或振幅的改
变 必须进行高度补偿才能达到
测量要求
无需温度补偿
需要进行温度补偿
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3) MS-590 多频谱微波水分仪的特点:
不受被测物质的高度、大小、密度、温度、品种、重量等因素影响的水分仪。 无需进行高度补偿、密度补偿及温度补偿就能精确测量的水分仪。 可以同时测量水分、密度两个参数的在线水分仪，且水分和密度各自有独立数据模型和
校准曲线。 拥有智能自学习功能校准模型，一次校准成功后，无需经常校准。 高可靠性：无任何可动部件和易损件，最高可达 10 年使用寿命。 高精度：最高精度 0.1%；宽量程比：水分测量范围宽至 0%-100%。 可展示被测物质的截面水分分布及密度分布，并依此推断被测物质水分含量的全面分
大影响。
测量稳定性\ 物料密度影
无影响。
精度高生影响
测量稳定性\
物料温度变 物料表面温度变化会影响近红外 不影响
精度高
化
光的吸收，影响测量。
测量稳定性\ 精度高
现场粉尘
测量视窗必须不断清理，需要通过 压缩气体将灰尘排出并定期清理，不影响 否则会产生较大测量误差。
测量稳定性\ 精度高