硅锰炉料仓料位测量

马国强，黄源

(中国天辰工程有限公司，天津 300400)

硅锰炉料仓料位测量

马国强，黄源

(中国天辰工程有限公司，天津 300400)

为了解决硅锰炉料仓料位测量难题，提高硅锰炉上料系统的控制精度，合理分配各种物料的上料间隔，保障硅锰的安全生产和产品质量。针对影响硅锰炉料仓料位计测量的几个主要问题，如物料为混合物料且粒径不一、电磁干扰、炉料仓直径小且料位计安装空间有限、粉尘多、温度高等问题，利用雷达料位计、射频导纳料位计、微波料位开关、γ射线料位开关等各种料位测量仪表的测量原理和对其优缺点进行逐一分析比较的方法，最终确定采用微波料位开关和雷达料位计相结合的方式测量硅锰炉料仓的料位。两种料位计互补配置的测量方案不仅为硅锰炉的控制系统提供了可靠的料位控制信号，而且令安装调试空间有限的难题也迎刃而解。

硅锰炉 炉料仓 环形加料机 雷达料位计 微波料位开关

硅锰生产工艺主要包括原料储运、碳材干燥、配料、硅锰生产、破碎及筛分、炉渣破碎、炉气冷却除尘等工段。其中硅锰生产是核心工段： 从配料站送来的混合原料(硅石、烧结物、锰矿、焦炭、云母石等)经配料胶带输送机、可逆胶带输送机送至环形加料机后，根据炉料仓的料位低报警信号，对炉料仓进行加料。各种物料依靠重力，由下料管进入硅锰炉内，在还原剂焦炭存在的条件下，通过高温碳热还原反应生成硅锰，熔融态的硅锰与炉渣一起从出炉口出料，通过重力分离，硅锰金属留在钢包中，而炉渣经溢流进入渣包；然后用卷扬机牵引小车至冷却车间，用耐高温冶金吊吊起钢包，并将产品浇筑在浇筑盘中进行冷却；用扒渣机将渣包中上层渣扒出，然后用渣罐车将硅锰渣送至冷却车间外进行浇注。

1 硅锰炉料仓的工况背景

硅锰炉是硅锰生产的核心设备，炉料仓呈环形布置在硅锰炉的上方。

1.1上料系统

每台硅锰炉顶设置13只炉料仓，呈环形布置于硅锰炉上方。胶带输送机和环形加料机的设计能力较大，均为间歇操作模式。炉料仓设低料位和低低料位报警，当炉料仓出现低料位的信号达到一定数量(根据实际操作情况设定)时，开始启动输送皮带、环形加料机等加料设备，逐一将有报警的料仓加满，然后再将剩余的料仓加满；如果低报警的料仓数量没有达到设定值，但有低低报警信号出现时，启动加料系统，优先给出现低低报警信号的料仓加料，然后依次为低报警料仓和未报警料仓加料，若加料过程中再次出现低低报警信号，则再次优先给相应料仓加料。因此，料位监测系统的可靠性对硅锰炉的正常生产运行至关重要。一方面，炉料仓料位监测系统必须是可靠的，如果炉料仓一旦空仓，硅锰炉内的火焰将会上升喷出炉外，对四周的设备造成损坏，给附近的操作员带来人身安全；另一方面，由于操作员对硅锰炉操作不当，也可能造成硅锰炉内的火焰喷出炉外，特别是在开停车或操作工操作未熟练时，此类高温事故发生的频次较多，因而要求监测炉料仓料位的仪表必须能承受短暂的高温冲击，减少仪表损坏的数量。

1.2炉料仓工况

硅锰炉料仓的工况相对比较恶劣。该项目的半密闭式硅锰炉的料仓工况主要有以下几点：

1) 硅锰炉电极的大电流工作形成强电磁场对料位计产生干扰。

2) 被检测物料为多种物料的混合物(硅石、烧结物、锰矿、焦炭、云母石等两种以上的混合物)，物料的粒径范围在10～80mm。

3) 被检测物料的不均匀造成介电常数波动较大。

4) 环形炉料仓直径较小。炉料仓的直径有两种规格，分别为φ1520mm和φ1820mm。

5) 炉料仓内环境恶劣，灰尘和烟气较多，温度较高，影响仪器的使用寿命和测量结果。

2 硅锰炉料仓料位计的选择

2.1炉料仓料位计选择考虑因素

针对料仓的工况背景，环形料仓的料位计选择需满足以下几个方面： 适应复杂电磁干扰环境；抗粉尘和烟气干扰；耐高温设计，工作温度应不低于200 ℃；若选用接触式和导波式料位计除满足前两个条件外，其触料元件还需抗块料冲击和耐磨耐腐；若为射空回波检测原理，需不受环形料仓干扰回波的影响。

固体物料的物理、化学性质较复杂，且颗粒状的物料多带粉末；料仓形状不规则等情况，因而料位检测通常采用γ射线料位开关、雷达料位计、射频导纳料位开关、微波开关等。

2.2各种料位计的优缺点

2.2.1γ射线料位开关

1) 优点。在设备侧壁安装，不影响设备顶部下料；可直接测量最高料位，不受物料堆积角的影响；非接触式测量，检测元件能经受高温冲击；抗粉尘干扰能力强；能加水冷加套，其电子部件能经受短暂的高温冲击。

2) 缺点。价格昂贵；需要有专业证书的人员维护；放射源衰减后，需要做专业地回收；需要专业的运输和保存；一旦放射源的防护壳有破损，对人的危害极大。

2.2.2雷达料位计

1) 优点。抗粉尘干扰能力较好；从顶部安装可以做到非接触式测量，能减少检测元件受高温的影响；价格较合适。

2) 缺点。如果是顶部安装，需要考虑物料堆积角并选择合适的安装位置；如果侧壁安装，则不能做到非接触式测量，从而不能保证检测元件受高温的影响；发射面不清洁，将对测量有影响；电子部件没有高温防护措施，不能经受高温的冲击。

2.2.3射频导纳料位开关

1) 优点。检测元件能经受高温的冲击，可用于1000 ℃的测量场合；不受粉尘的干扰；价格低廉。

2) 缺点。不能做到非接触式测量，检测元件有被顶部落料砸坏的可能；电子部件没有高温防护措施，不能经受高温的冲击。

2.2.4微波开关

1) 优点。在设备侧壁安装，不影响设备顶部下料；非接触式测量，检测元件能经受高温；抗粉尘干扰能力强；电子部件能经受短暂的高温冲击；价格较合适。

2) 缺点。新型仪表，使用经验尚少。

2.3仪表选择

通过比较和综合考虑，该项目选择微波开关和雷达料位计用于硅锰炉料仓料位的测量，测量方案如图1所示。

2.3.1微波开关

微波开关采用德国SWR产品，安装在炉料仓侧壁的法兰接管上。与设备连接的法兰管口处填充耐高温隔热耐火材料(陶瓷适配器)，然后再安装微波开关的发射极和接收极。如此设计，微波开关的耐温能达到1 000 ℃。微波开关的频率为24.125GHz，能很好地穿透粉尘。由于炉料仓布置比较紧凑，微波开关不能装在炉料仓的正中心，而是靠近料仓边缘，如图2所示。

图1 硅锰炉料仓的料位测量

图2 微波开关在炉料仓的安装位置

微波开关采用分体式接收器，这样可以尽量减轻高温对微波开关电子部件的影响，更便于调试维护。考虑到微波开关是新型仪表，使用经验尚少，在炉料仓顶部增设雷达料位计，作为其他类型的仪表对微波开关的可靠程度起复验校正的作用，并能实时监测料位变化。

2.3.2雷达料位计

雷达料位计采用PSSR68系列产品，选择高温型，天线耐温不低于250 ℃； 采用高频(26GHz)产品，既能获得更小的发射角(全角8°)又能更好穿透灰尘。尽管环形料仓内的测量间隙较小，但料位计的喇叭口直径仅有95mm且配备可调整天线角度的万向节(可调角度为20°)，这样可以获得与料仓壁更短的安装距离(200mm)，调整天线的角度能将固定干扰的回波幅度降到最小，再加上独特的软件调整，能更好地适应环形料仓内复杂的结构和狭小的空间环境，便于安装和调试。高频、万向节、空气吹扫、软件调整等抗粉尘措施使其能更好地满足现场工况。

环形加料仓的进料口上方为环形加料机，为便于维护，雷达料位计一般都安装在料仓的靠外侧位置。为了能避免微波的大量散射，一般的雷达料位计安装时需要倾斜一定的角度，使其中心线与物料面垂直(仓内物料安息角的影响)，安装固定后却无法再进行调整。该雷达料位计带有万向节，可以根据检测信号显示强度进行实时调整，实现最佳的物面定位测量，并且采用四线制供电方式(其中两线为信号线)，其发射功率较一般的两线制雷达料位计要强得多，使其在该环境下可靠性达到最理想的状态。

由于现场电磁干扰较大，雷达料位计和微波开关容易受影响，因而选用产品都有EMC防电磁干扰认证。外壳的接地线，可考虑引至较远处的电气接地极。由于每个料仓上安装2对微波料位开关和1台雷达料位计，且本身频率比较接近，而且料仓也相对集中，很易发生仪表互相干扰的现象。笔者在设计过程中，曾进行过现场模拟测试。把雷达料位计放置于上部，2对料位开关进行多方位多角度的放置测试，微波开关进行了相应设置，未发现有互相干扰的现象。

3 结束语

综上所述，硅锰炉料仓料位计方案很好地解决了炉料仓工况复杂情况下的料位测量难题，保证了硅锰的生产安全和硅锰的产品质量。

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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。

马国强(1979—)，男，河北廊坊人，2003年毕业于河北工业大学自动化专业，获学士学位，现就职于中国天辰工程有限公司，从事石油化工自动化设计工作，任工程师。

TH816

B

1007-7324(2013)06-0069-03