一种冶金原料水分实时监测系统的制作方法

本发明属于冶金原料监测，具体涉及一种冶金原料水分实时监测系统。

背景技术：

1、兰炭是冶炼硅铁的碳质还原剂，在实际冶炼中需通过配料系统以一定的配比将兰炭、硅石、球团矿等冶炼原料通过上料皮带输送至矿热炉冶炼。然而兰炭的水分含量变化范围较大，变化范围约为12％-22％，这就使得兰炭中固定碳的含量不稳定。如果按照固定的冶炼原料配比加入兰炭，冶炼原料中实际配碳会存在过剩或不足的情况，导致炉况恶化，电耗增加，硅回收率降低。兰炭水分监测是冶炼原料入炉前必不可少的步骤，一些硅铁生厂商会对入厂兰炭进行人工取样和化验，然后对水分含量进行分析，再根据分析结果调整配比或对兰炭进行烘干。但这种方式耗时较长，并且无法对兰炭水分进行实时监测。

2、行业中常用的水分监测设备是微波水分仪，其测量原理是根据微波穿透介质时产生的微波能量衰减量来计算水分的百分比含量，微波发射探头从皮带上方发射微波能量，穿透整个皮带后被皮带下方的微波接收探头接收剩余的微波能量，根据微波能量值的衰减计算损失的微波总能量，用超声波高度补偿探头计算物料高度的变化，得出瞬间高度值，根据计算损失的微波总能量和瞬时高度值的比值利用微电脑系统软件即可计算出物料的水分含量。

3、现有技术cn215115968u公开了一种在线炭材检测装置，包括炭材输送带，还包括跨设于炭材输送带上方的安装架，炭材输送带内侧设有左右两端与安装架固定安装在一起的下水平杆，下水平杆中部固定安装有微波发射探头，对应微波发射探头位置的炭材输送带上方设有固定安装于安装架上的微波接收探头。该现有技术缩短了兰炭水分监测的时间，满足了时效性。但由于硅铁冶炼用的兰炭在送料皮带上是分批次进行给料，皮带属于间断性运行，使得兰炭上料过程存在间断性、料层厚度变化大的特点，增加了兰炭水分监测的难度，在使用现有技术对兰炭水分进行监测的过程中会产生大量的无效数据，使得数据难以得到有效利用，行业内也无微波水分仪实时监测兰炭水分的成熟案例。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种冶金原料水分实时监测系统，通过微波发射探头、微波接收探头、高度补偿探头、分析模块对冶金原料中的水分进行实时监测，并对获取的水分含量数据进行筛选和存储，剔除无效数据，同时对存储的水分含量监测值进一步求平均值，获得上料期物料的水分含量平均值；本发明可以对每一批物料的水分含量进行实时监测，并且去除了大量无效数据，为工艺生产分析提供有效的数据支撑，同时根据每一批物料的水分含量平均值，可以实现精准配料，避免兰炭过剩或不足，改善炉况，降低冶炼能耗。

2、为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种冶金原料水分实时监测系统，包括微波发射探头、微波接收探头、高度补偿探头、分析模块；

4、所述微波发射探头设置在送料皮带的上方，所述微波接收探头设置在送料皮带的下方，所述高度补偿探头设置在送料皮带的上方，所述微波发射探头、所述微波接收探头分别与所述分析模块连接；

5、所述冶金原料水分实时监测系统的监测步骤如下：

6、s1、所述分析模块通过所述高度补偿探头获取送料皮带上的物料厚度；

7、s2、所述分析模块通过所述微波发射探头和所述微波接收探头获取单位物料厚度信号衰减值；

8、s3、所述分析模块根据所述单位物料厚度信号衰减值获取水分含量；

9、s4、所述分析模块判断当前是否为上料期，如果当前为上料期，对水分含量数据进行筛选得到上料期的水分含量有效数据，根据水分含量有效数据获得水分监测值。

10、优选地，所述物料厚度的计算公式为：

11、h＝h0-v·δt·0.5，

12、其中，h为物料厚度，h0为高度补偿探头与送料皮带的距离，v为超声波速度，δt为所述微波发射探头发射微波信号与所述微波接收探头接收微波信号的时间差值。

13、优选地，所述微波发射探头发射的微波信号与所述微波接收探头接收的微波信号之间的差值为信号衰减值，所述信号衰减值的计算公式为：

14、δβ＝β-β'，

15、其中，δβ为信号衰减值，β为所述微波发射探头发射的微波信号，β'为所述微波接收探头接收的微波信号。

16、优选地，所述单位物料厚度信号衰减值的计算公式为：

17、

18、其中为单位物料厚度信号衰减值，δβ为信号衰减值，h为物料厚度。

19、优选地，所述水分含量的计算公式为：

20、

21、其中，an为水分含量，a、b为常数。

22、优选地，当所述水分含量an大于0时，判断当前为上料期。

23、优选地，步骤s4中，所述水分含量有效数据的筛选过程包括如下步骤：

24、p1、读取第n次监测到的所述水分含量an，将所述水分含量an与0进行比较，存储所述水分含量an大于0时的数据；

25、p2、计算所述水分含量an与前一次监测到的所述水分含量an-1的差值，当所述差值落在预设范围时，存储所述水分含量an的数据；

26、p3、读取所述水分含量an的数据，读取所述水分含量an与前一次监测到的所述水分含量an-1的差值，当所述水分含量an的值等于0且所述差值等于0时，结束数据读取和存储。

27、优选地，步骤p1中，当所述水分含量an等于0时，不进行所述水分含量an的数据存储。

28、优选地，步骤p2中，所述预设范围为[-0.5,0)∪(0,0.5]。

29、优选地，对所述水分监测值求平均值，获得上料期物料的水分含量平均值。

30、与现有技术相比，本发明所产生的有益效果是：

31、(1)本发明的一种冶金原料水分实时监测系统，通过对送料皮带上每一批的物料进行水分含量实时监测，无需人工取样，实现冶金原料入炉前的数字化和信息化，并且获取物料水分含量的时效性好、准确性高，可以为工艺生产分析提供有效的数据支撑；

32、(2)本发明的一种冶金原料水分实时监测系统，通过对水分含量数据进行筛选，得到上料期的水分含量有效数据，使得在实时监测原料水分含量的同时去除了大量无效数据，同时创新性地提出只统计上料期的水分含量，提高水分含量数据的精准度和效率；

33、(3)本发明的一种冶金原料水分实时监测系统，通过计算所存储的水分含量有效数据的平均值，可以获得上料期物料的水分含量平均值，进而可以获得每一批物料的水分含量平均值，实现冶金原料入炉时的精准配比，避免冶炼原料中实际配碳过剩或不足的情况，改善炉况，降低冶炼耗能；

34、(4)本发明的一种冶金原料水分实时监测系统，通过微波发射探头、微波接收探头进行非接触式测量，减少检测人员的安全风险，实现人机隔离，并且引入高度补偿探头，排出物料厚度对测量精度的影响，避免数据失真，进一步提高物料水分含量的精准度。

技术特征：

1.一种冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，包括微波发射探头、微波接收探头、高度补偿探头、分析模块；

2.根据权利要求1所述的冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，所述物料厚度的计算公式为：

3.根据权利要求2所述的冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，所述水分含量的计算公式为：

6.根据权利要求5所述的冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，当所述水分含量an大于0时，判断当前为上料期。

7.根据权利要求6所述的冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，步骤s4中，所述水分含量有效数据的筛选过程包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，步骤p1中，当所述水分含量an等于0时，不进行所述水分含量an的数据存储。

9.根据权利要求8所述的冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，步骤p2中，所述预设范围为[-0.5,0)∪(0,0.5]。

10.根据权利要求9所述的冶金原料水分实时监测系统，其特征在于，对所述水分监测值求平均值，获得上料期物料的水分含量平均值。

技术总结
本发明属于冶金原料监测技术领域，公开了一种冶金原料水分实时监测系统，包括微波发射探头、微波接收探头、高度补偿探头、分析模块，具体监测步骤为：S1、通过高度补偿探头获取送料皮带上的物料厚度；S2、通过微波发射探头和微波接收探头获取单位物料厚度信号衰减值；S3、根据单位物料厚度信号衰减值获取水分含量；S4、判断当前是否为上料期，对水分含量数据进行筛选得到上料期的水分含量有效数据，获得水分监测值。本发明可以对冶金原料的水分含量进行实时监测，并且去除了大量无效数据，根据水分监测值进一步求平均值获得每一批物料的水分平均值，为冶金原料精准配比提供有效的数据支撑，避免兰炭配比过剩或不足，改善炉况，降低冶炼能耗。

技术研发人员：颜艺专,姚海英,刘雷,牛强
受保护的技术使用者：内蒙古低碳铁合金科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5