馬國強(qiáng)，黃源

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

硅錳爐料倉料位測量

馬國強(qiáng)，黃源

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

為了解決硅錳爐料倉料位測量難題，提高硅錳爐上料系統(tǒng)的控制精度，合理分配各種物料的上料間隔，保障硅錳的安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。針對影響硅錳爐料倉料位計(jì)測量的幾個(gè)主要問題，如物料為混合物料且粒徑不一、電磁干擾、爐料倉直徑小且料位計(jì)安裝空間有限、粉塵多、溫度高等問題，利用雷達(dá)料位計(jì)、射頻導(dǎo)納料位計(jì)、微波料位開關(guān)、γ射線料位開關(guān)等各種料位測量儀表的測量原理和對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行逐一分析比較的方法，最終確定采用微波料位開關(guān)和雷達(dá)料位計(jì)相結(jié)合的方式測量硅錳爐料倉的料位。兩種料位計(jì)互補(bǔ)配置的測量方案不僅為硅錳爐的控制系統(tǒng)提供了可靠的料位控制信號，而且令安裝調(diào)試空間有限的難題也迎刃而解。

硅錳爐 爐料倉 環(huán)形加料機(jī) 雷達(dá)料位計(jì) 微波料位開關(guān)

硅錳生產(chǎn)工藝主要包括原料儲運(yùn)、碳材干燥、配料、硅錳生產(chǎn)、破碎及篩分、爐渣破碎、爐氣冷卻除塵等工段。其中硅錳生產(chǎn)是核心工段： 從配料站送來的混合原料(硅石、燒結(jié)物、錳礦、焦炭、云母石等)經(jīng)配料膠帶輸送機(jī)、可逆膠帶輸送機(jī)送至環(huán)形加料機(jī)后，根據(jù)爐料倉的料位低報(bào)警信號，對爐料倉進(jìn)行加料。各種物料依靠重力，由下料管進(jìn)入硅錳爐內(nèi)，在還原劑焦炭存在的條件下，通過高溫碳熱還原反應(yīng)生成硅錳，熔融態(tài)的硅錳與爐渣一起從出爐口出料，通過重力分離，硅錳金屬留在鋼包中，而爐渣經(jīng)溢流進(jìn)入渣包；然后用卷揚(yáng)機(jī)牽引小車至冷卻車間，用耐高溫冶金吊吊起鋼包，并將產(chǎn)品澆筑在澆筑盤中進(jìn)行冷卻；用扒渣機(jī)將渣包中上層渣扒出，然后用渣罐車將硅錳渣送至冷卻車間外進(jìn)行澆注。

1 硅錳爐料倉的工況背景

硅錳爐是硅錳生產(chǎn)的核心設(shè)備，爐料倉呈環(huán)形布置在硅錳爐的上方。

1.1上料系統(tǒng)

每臺硅錳爐頂設(shè)置13只爐料倉，呈環(huán)形布置于硅錳爐上方。膠帶輸送機(jī)和環(huán)形加料機(jī)的設(shè)計(jì)能力較大，均為間歇操作模式。爐料倉設(shè)低料位和低低料位報(bào)警，當(dāng)爐料倉出現(xiàn)低料位的信號達(dá)到一定數(shù)量(根據(jù)實(shí)際操作情況設(shè)定)時(shí)，開始啟動(dòng)輸送皮帶、環(huán)形加料機(jī)等加料設(shè)備，逐一將有報(bào)警的料倉加滿，然后再將剩余的料倉加滿；如果低報(bào)警的料倉數(shù)量沒有達(dá)到設(shè)定值，但有低低報(bào)警信號出現(xiàn)時(shí)，啟動(dòng)加料系統(tǒng)，優(yōu)先給出現(xiàn)低低報(bào)警信號的料倉加料，然后依次為低報(bào)警料倉和未報(bào)警料倉加料，若加料過程中再次出現(xiàn)低低報(bào)警信號，則再次優(yōu)先給相應(yīng)料倉加料。因此，料位監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性對硅錳爐的正常生產(chǎn)運(yùn)行至關(guān)重要。一方面，爐料倉料位監(jiān)測系統(tǒng)必須是可靠的，如果爐料倉一旦空倉，硅錳爐內(nèi)的火焰將會上升噴出爐外，對四周的設(shè)備造成損壞，給附近的操作員帶來人身安全；另一方面，由于操作員對硅錳爐操作不當(dāng)，也可能造成硅錳爐內(nèi)的火焰噴出爐外，特別是在開停車或操作工操作未熟練時(shí)，此類高溫事故發(fā)生的頻次較多，因而要求監(jiān)測爐料倉料位的儀表必須能承受短暫的高溫沖擊，減少儀表損壞的數(shù)量。

1.2爐料倉工況

硅錳爐料倉的工況相對比較惡劣。該項(xiàng)目的半密閉式硅錳爐的料倉工況主要有以下幾點(diǎn)：

1) 硅錳爐電極的大電流工作形成強(qiáng)電磁場對料位計(jì)產(chǎn)生干擾。

2) 被檢測物料為多種物料的混合物(硅石、燒結(jié)物、錳礦、焦炭、云母石等兩種以上的混合物)，物料的粒徑范圍在10～80mm。

3) 被檢測物料的不均勻造成介電常數(shù)波動(dòng)較大。

4) 環(huán)形爐料倉直徑較小。爐料倉的直徑有兩種規(guī)格，分別為φ1520mm和φ1820mm。

5) 爐料倉內(nèi)環(huán)境惡劣，灰塵和煙氣較多，溫度較高，影響儀器的使用壽命和測量結(jié)果。

2 硅錳爐料倉料位計(jì)的選擇

2.1爐料倉料位計(jì)選擇考慮因素

針對料倉的工況背景，環(huán)形料倉的料位計(jì)選擇需滿足以下幾個(gè)方面： 適應(yīng)復(fù)雜電磁干擾環(huán)境；抗粉塵和煙氣干擾；耐高溫設(shè)計(jì)，工作溫度應(yīng)不低于200 ℃；若選用接觸式和導(dǎo)波式料位計(jì)除滿足前兩個(gè)條件外，其觸料元件還需抗塊料沖擊和耐磨耐腐；若為射空回波檢測原理，需不受環(huán)形料倉干擾回波的影響。

固體物料的物理、化學(xué)性質(zhì)較復(fù)雜，且顆粒狀的物料多帶粉末；料倉形狀不規(guī)則等情況，因而料位檢測通常采用γ射線料位開關(guān)、雷達(dá)料位計(jì)、射頻導(dǎo)納料位開關(guān)、微波開關(guān)等。

2.2各種料位計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.1γ射線料位開關(guān)

1) 優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)備側(cè)壁安裝，不影響設(shè)備頂部下料；可直接測量最高料位，不受物料堆積角的影響；非接觸式測量，檢測元件能經(jīng)受高溫沖擊；抗粉塵干擾能力強(qiáng)；能加水冷加套，其電子部件能經(jīng)受短暫的高溫沖擊。

2) 缺點(diǎn)。價(jià)格昂貴；需要有專業(yè)證書的人員維護(hù)；放射源衰減后，需要做專業(yè)地回收；需要專業(yè)的運(yùn)輸和保存；一旦放射源的防護(hù)殼有破損，對人的危害極大。

2.2.2雷達(dá)料位計(jì)

1) 優(yōu)點(diǎn)?？狗蹓m干擾能力較好；從頂部安裝可以做到非接觸式測量，能減少檢測元件受高溫的影響；價(jià)格較合適。

2) 缺點(diǎn)。如果是頂部安裝，需要考慮物料堆積角并選擇合適的安裝位置；如果側(cè)壁安裝，則不能做到非接觸式測量，從而不能保證檢測元件受高溫的影響；發(fā)射面不清潔，將對測量有影響；電子部件沒有高溫防護(hù)措施，不能經(jīng)受高溫的沖擊。

2.2.3射頻導(dǎo)納料位開關(guān)

1) 優(yōu)點(diǎn)。檢測元件能經(jīng)受高溫的沖擊，可用于1000 ℃的測量場合；不受粉塵的干擾；價(jià)格低廉。

2) 缺點(diǎn)。不能做到非接觸式測量，檢測元件有被頂部落料砸壞的可能；電子部件沒有高溫防護(hù)措施，不能經(jīng)受高溫的沖擊。

2.2.4微波開關(guān)

1) 優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)備側(cè)壁安裝，不影響設(shè)備頂部下料；非接觸式測量，檢測元件能經(jīng)受高溫；抗粉塵干擾能力強(qiáng)；電子部件能經(jīng)受短暫的高溫沖擊；價(jià)格較合適。

2) 缺點(diǎn)。新型儀表，使用經(jīng)驗(yàn)尚少。

2.3儀表選擇

通過比較和綜合考慮，該項(xiàng)目選擇微波開關(guān)和雷達(dá)料位計(jì)用于硅錳爐料倉料位的測量，測量方案如圖1所示。

2.3.1微波開關(guān)

微波開關(guān)采用德國SWR產(chǎn)品，安裝在爐料倉側(cè)壁的法蘭接管上。與設(shè)備連接的法蘭管口處填充耐高溫隔熱耐火材料(陶瓷適配器)，然后再安裝微波開關(guān)的發(fā)射極和接收極。如此設(shè)計(jì)，微波開關(guān)的耐溫能達(dá)到1 000 ℃。微波開關(guān)的頻率為24.125GHz，能很好地穿透粉塵。由于爐料倉布置比較緊湊，微波開關(guān)不能裝在爐料倉的正中心，而是靠近料倉邊緣，如圖2所示。

圖1 硅錳爐料倉的料位測量

圖2 微波開關(guān)在爐料倉的安裝位置

微波開關(guān)采用分體式接收器，這樣可以盡量減輕高溫對微波開關(guān)電子部件的影響，更便于調(diào)試維護(hù)?？紤]到微波開關(guān)是新型儀表，使用經(jīng)驗(yàn)尚少，在爐料倉頂部增設(shè)雷達(dá)料位計(jì)，作為其他類型的儀表對微波開關(guān)的可靠程度起復(fù)驗(yàn)校正的作用，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測料位變化。

2.3.2雷達(dá)料位計(jì)

雷達(dá)料位計(jì)采用PSSR68系列產(chǎn)品，選擇高溫型，天線耐溫不低于250 ℃； 采用高頻(26GHz)產(chǎn)品，既能獲得更小的發(fā)射角(全角8°)又能更好穿透灰塵。盡管環(huán)形料倉內(nèi)的測量間隙較小，但料位計(jì)的喇叭口直徑僅有95mm且配備可調(diào)整天線角度的萬向節(jié)(可調(diào)角度為20°)，這樣可以獲得與料倉壁更短的安裝距離(200mm)，調(diào)整天線的角度能將固定干擾的回波幅度降到最小，再加上獨(dú)特的軟件調(diào)整，能更好地適應(yīng)環(huán)形料倉內(nèi)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和狹小的空間環(huán)境，便于安裝和調(diào)試。高頻、萬向節(jié)、空氣吹掃、軟件調(diào)整等抗粉塵措施使其能更好地滿足現(xiàn)場工況。

環(huán)形加料倉的進(jìn)料口上方為環(huán)形加料機(jī)，為便于維護(hù)，雷達(dá)料位計(jì)一般都安裝在料倉的靠外側(cè)位置。為了能避免微波的大量散射，一般的雷達(dá)料位計(jì)安裝時(shí)需要傾斜一定的角度，使其中心線與物料面垂直(倉內(nèi)物料安息角的影響)，安裝固定后卻無法再進(jìn)行調(diào)整。該雷達(dá)料位計(jì)帶有萬向節(jié)，可以根據(jù)檢測信號顯示強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最佳的物面定位測量，并且采用四線制供電方式(其中兩線為信號線)，其發(fā)射功率較一般的兩線制雷達(dá)料位計(jì)要強(qiáng)得多，使其在該環(huán)境下可靠性達(dá)到最理想的狀態(tài)。

由于現(xiàn)場電磁干擾較大，雷達(dá)料位計(jì)和微波開關(guān)容易受影響，因而選用產(chǎn)品都有EMC防電磁干擾認(rèn)證。外殼的接地線，可考慮引至較遠(yuǎn)處的電氣接地極。由于每個(gè)料倉上安裝2對微波料位開關(guān)和1臺雷達(dá)料位計(jì)，且本身頻率比較接近，而且料倉也相對集中，很易發(fā)生儀表互相干擾的現(xiàn)象。筆者在設(shè)計(jì)過程中，曾進(jìn)行過現(xiàn)場模擬測試。把雷達(dá)料位計(jì)放置于上部，2對料位開關(guān)進(jìn)行多方位多角度的放置測試，微波開關(guān)進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)置，未發(fā)現(xiàn)有互相干擾的現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

綜上所述，硅錳爐料倉料位計(jì)方案很好地解決了爐料倉工況復(fù)雜情況下的料位測量難題，保證了硅錳的生產(chǎn)安全和硅錳的產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] 譚 策衡，方麗雅，康金林. 硅錳電爐自動(dòng)化上料系統(tǒng)[J].上海金屬，1992，13(02)： 46-48.

[2] 張傳偉，劉庚. 硅錳爐自動(dòng)配料系統(tǒng)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器，2012(10)： 65-69.

[3] 崔金鵬. 降低硅錳合金爐渣含錳量的探討[J]. 鐵合金，1999(03)： 8-12.

[4] 陸德民，張振基，黃步余. 石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊[M].3 版. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2000： 125-147.

[5] 赴慶驥.γ射線料位開關(guān)在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表，1988，13(05)： 46-48.

[6] 張衛(wèi)民.雷達(dá)料位計(jì)在水泥廠的應(yīng)用和選型[C]//第二屆水泥物料計(jì)量與自動(dòng)給料技術(shù)交流會論文集.中國硅酸鹽學(xué)會，2010： 135-137.

[7] 黎寧. 射頻導(dǎo)納式物位儀表的測量原理及應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2007，43(05)： 75-77.

[8] 蘇菲，李競武. 微波(雷達(dá))液位計(jì)的比較與工程選用[J].石油化工自動(dòng)化，2009， 45(04)： 19-22.

[9] 王巍，劉繼兵，郜賓賓，等.VEGA雷達(dá)料位計(jì)在種分工藝的卓越性能[J]. 儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2009 (02)： 43-44.

[10] 李琪. 雷達(dá)物位計(jì)在電廠灰倉中的應(yīng)用[J]. 儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2011(03)： 56-57.

LevelMeasurementofSiMnFurnaceSilo

Ma Guoqiang， Huang Yuan

(China Tianchen Engineering Corporation， Tianjin， 300400， China)

To solve the problem of difficult measurement of SiMn silo， increase the control accuracy of SiMn feeding system， allocate reasonably the feeding interval for all kinds of material， and ensure the safe production and product quality， aiming at several key problems of influencing SiMn furnace silo level measurement， such as mixed material with different particle sizes， electromagnetic interference， small diameter of furnace silo with limited installation space， too much dust， and high temperature and so on， the working principle, advantage and disadvantage for all kinds of level measurement instruments are discussed and compared with radar level gauge， radio frequency admittance level meter， microwave material level switch and γ ray level switch one by one. It is finally determined to adopt the combination mode of microwave level switch and radar level meter to measure lever of SiMn furnace silo. The measurement scheme of two complementary configurations not only provides reliable level control signal for SiMn furnace control system， but also solves the problem of limited installation and commissioning space easily.

SiMn furnace； furnace material silo； ring feeder； radar level meter； microwave level switch

稿件收到日期： 2013-06-18，修改稿收到日期2013-09-25。

馬國強(qiáng)(1979—)，男，河北廊坊人，2003年畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國天辰工程有限公司，從事石油化工自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作，任工程師。

TH816

B

1007-7324(2013)06-0069-03