超聲波濃度計(jì)在鐵礦廠的研究與實(shí)踐

Research and Practice on Ultrasonic Densitometer in Iron Ore Plant

郎進(jìn)平

(太鋼集團(tuán)嵐縣礦業(yè)有限公司，山西 呂梁　035200)

超聲波濃度計(jì)在鐵礦廠的研究與實(shí)踐

Research and Practice on Ultrasonic Densitometer in Iron Ore Plant

郎進(jìn)平

(太鋼集團(tuán)嵐縣礦業(yè)有限公司，山西 呂梁035200)

摘要：針對(duì)鐵礦生產(chǎn)工藝的多樣性，采用礦漿管道與傳感器一一對(duì)應(yīng)原則，對(duì)超聲波濃度計(jì)傳感器重新選型。考慮到礦漿粒度的粗細(xì)，對(duì)傳感器間距進(jìn)行調(diào)整。按照實(shí)際工藝化驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)超聲波濃度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。試驗(yàn)結(jié)果證明，超聲波濃度計(jì)在鐵礦廠中的測(cè)量精確度得到提升，使用零點(diǎn)校準(zhǔn)法及三點(diǎn)標(biāo)定法對(duì)超聲波濃度計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定將成為鐵礦廠應(yīng)用的方向。

關(guān)鍵詞：工藝參數(shù)傳感器選型 零點(diǎn)校準(zhǔn)兩點(diǎn)標(biāo)定三點(diǎn)標(biāo)定精確測(cè)量

Abstract：Aiming at the diversity of iron ore production processes, by using the one to one principle for slurry pipeline and sensor, the model of ultrasonic concentration sensor is re-selected. Considering the thickness degree of slurry granularity, the spacing of sensors is adjusted. In accordance with the assay data of practical technological process, the ultrasonic densitometer is calibrated. The test results prove that the measurement accuracy of ultrasonic densitometer in iron ore plant is upgraded, and the zero point calibrating method and three-point calibrating method will become the applicable direction for data calibration of ultrasonic densitometers in iron ore plant.

Keywords：Process parametersSensor selectionZero calibrationTwo point calibrationThree point calibrationAccurate measurement

0引 言

超聲波在穿過(guò)介質(zhì)后其幅值隨著濃度增加呈現(xiàn)指數(shù)衰減，通過(guò)公式系數(shù)對(duì)其測(cè)量準(zhǔn)確度進(jìn)行校準(zhǔn)。根據(jù)礦漿及尾礦濃度監(jiān)測(cè)的實(shí)際工況，調(diào)整傳感器相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。超聲波濃度計(jì)是金屬礦山礦漿濃度監(jiān)測(cè)的主流設(shè)備。

1測(cè)量精度影響因素

1.1　測(cè)量介質(zhì)性質(zhì)

測(cè)量介質(zhì)性質(zhì)包括礦漿的組成及其所占比例、礦漿的粒度大小、礦漿瞬時(shí)流量、礦漿中氣泡的存量。以上因素對(duì)濃度計(jì)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)起指導(dǎo)作用。

1.2　傳感器選型

傳感器的選型包括測(cè)量能力(測(cè)量超聲波頻率的大小)、傳感器收發(fā)兩端的間距及其耐磨強(qiáng)度。傳感器選型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況必須匹配，匹配度越高，其測(cè)量結(jié)果利用價(jià)值越強(qiáng)。

1.3　標(biāo)定和校準(zhǔn)

標(biāo)定和校準(zhǔn)包括標(biāo)定樣的有效性、標(biāo)定樣的化驗(yàn)精度、超聲波濃度計(jì)零點(diǎn)信號(hào)值的有效性和測(cè)量方式的正確選取。標(biāo)定與校準(zhǔn)工作對(duì)技術(shù)人員的操作標(biāo)準(zhǔn)的要求性較強(qiáng)，實(shí)際操作越縝密，其結(jié)果更可觀。

2測(cè)量精度提升措施

2.1　工藝參數(shù)

鐵礦廠主要處理資源為磁鐵礦、赤(鏡)鐵礦及褐鐵礦，其次為菱鐵礦，另含微量黃鐵礦、黃銅礦及朱砂；脈石礦物主要為石英，鎂鐵閃石、陽(yáng)起石、鐵滑石、綠泥石及鐵黑硬綠泥石等，其次為碳酸鹽類(lèi)礦物，包括白云石、方解石等[5]。原礦化學(xué)多元素成分分析如表1所示。

鐵礦生產(chǎn)線(xiàn)相關(guān)工藝指標(biāo)如表2所示。

表2　鐵礦生產(chǎn)線(xiàn)相關(guān)工藝指標(biāo)

在傳感器測(cè)量間距不變的情況下，發(fā)射頻率越小，測(cè)量能力越大(頻率最小為500 kHz)；在傳感器測(cè)量頻率不變的情況下，測(cè)量間距越小，測(cè)量能力越大(間距最小為25 mm)[1]。流經(jīng)傳感器的礦漿粒度和瞬時(shí)流量則直接影響傳感器的磨損情況。

綜合生產(chǎn)工藝參數(shù)分析與實(shí)踐生產(chǎn)中超聲波濃度計(jì)的測(cè)量情況，超聲波濃度計(jì)實(shí)際運(yùn)用中會(huì)出現(xiàn)濃度測(cè)量不穩(wěn)定或無(wú)法測(cè)量的現(xiàn)象，原因在于儀器測(cè)量能力無(wú)法滿(mǎn)足此鐵礦粉生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際工況的要求。

鑒于上述情況，將超聲波傳感器測(cè)量頻率從原來(lái)的1 MHz變更為500 kHz；傳感器收發(fā)間距從原來(lái)的100~293 mm更改為25~80 mm；傳感器探頭材質(zhì)在不銹鋼表面再加耐磨涂層，以防其磨損過(guò)快[6]。

2.2　濃度計(jì)參數(shù)校準(zhǔn)

超聲波濃度計(jì)傳感器與轉(zhuǎn)換器具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，相應(yīng)參數(shù)已在轉(zhuǎn)換器電路板中預(yù)先設(shè)置，不同傳感器在工廠進(jìn)行校準(zhǔn)情況都不一樣[2]。

國(guó)內(nèi)暫無(wú)超聲波濃度計(jì)檢定規(guī)程，校準(zhǔn)工作以實(shí)際工況與儀器自身校準(zhǔn)程序相結(jié)合的方式進(jìn)行。首先進(jìn)行傳感器收發(fā)端間距的準(zhǔn)確測(cè)量，其間距是毫米級(jí)，安裝過(guò)程中需采用卡尺和測(cè)量精度為0.001級(jí)的紅外測(cè)距儀多次測(cè)量，取平均值并將結(jié)果設(shè)置于轉(zhuǎn)換器中；然后進(jìn)行超聲波濃度計(jì)零點(diǎn)信號(hào)值校準(zhǔn)，濃度計(jì)出廠校準(zhǔn)值是在清水和泥漿中進(jìn)行，并不符合鐵礦選廠環(huán)水和礦漿環(huán)境，需重新進(jìn)行校準(zhǔn)[4]。

校準(zhǔn)方法是基于濃度計(jì)兩點(diǎn)標(biāo)定方式，濃度計(jì)測(cè)量曲線(xiàn)的方程為y=ka+D(y為實(shí)際的濃度值，a為信號(hào)值,k為斜率,D為常數(shù)，可通過(guò)計(jì)算獲得)。在測(cè)量波形良好情況下，信號(hào)值可以正確反映測(cè)量介質(zhì)的實(shí)際濃度值。在脈沖測(cè)量方式下具有良好的波形，首先要根據(jù)實(shí)際測(cè)量工況建立正確方程式。

為使建立的曲線(xiàn)最大程度接近實(shí)際，則需要盡可能多取樣，并且樣本濃度差值越大越好，如礦漿的濃度值在(0~5%)、(20%~25%)、(40%~45%)、(60%~65%)。

生產(chǎn)管道內(nèi)開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)會(huì)打環(huán)水，同時(shí)礦漿濃度有一個(gè)逐步提升的過(guò)程，而生產(chǎn)正常后，礦漿的濃度值比較穩(wěn)定[7]。經(jīng)研究，在管道內(nèi)打環(huán)水或是礦漿濃度較低情況下取樣化驗(yàn)，記錄當(dāng)時(shí)的信號(hào)值；在生產(chǎn)正常的時(shí)候取樣化驗(yàn)，記錄當(dāng)時(shí)的信號(hào)值。分別得到濃度較低時(shí)樣品的化驗(yàn)值yL(最少為連續(xù)兩個(gè)樣品平均值)、對(duì)應(yīng)取樣時(shí)信號(hào)值XL(取樣過(guò)程中信號(hào)變化平均值)、濃度較高時(shí)樣品的化驗(yàn)值yH(最少為連續(xù)兩個(gè)樣平均值)、對(duì)應(yīng)取樣時(shí)信號(hào)值XH(取樣過(guò)程中信號(hào)變化平均值)。

將數(shù)值代入到y(tǒng)=ka+D的方程中,yL、yH與y對(duì)應(yīng)，XL、XH與a對(duì)應(yīng)，從而得到k、D的值。將k、D代入到0=ka0+D，得到a0的值則為X0′(校準(zhǔn)的零點(diǎn)信號(hào)值)，將零點(diǎn)信號(hào)值錄入儀表設(shè)置。

在兩點(diǎn)標(biāo)定基礎(chǔ)上，進(jìn)行三點(diǎn)標(biāo)定：測(cè)量值為連續(xù)取樣儀表測(cè)量平均值，化驗(yàn)值為樣品平均值，偏差是以化驗(yàn)值為真值測(cè)量值與化驗(yàn)值的相對(duì)誤差。人工化驗(yàn)值的精度一般在0.7%，超聲波濃度計(jì)的測(cè)量精度為2.5%，其本身與化驗(yàn)值的精度有關(guān)。

以下為5組樣品的測(cè)量比對(duì)分析，分別如表3~表6所示[3]。

表3　一段旋流器給礦濃度數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

表4　二段旋流器給礦濃度數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

表5　浮選給礦濃度數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

表6　精礦輸送濃度數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

3結(jié)束語(yǔ)

超聲波濃度計(jì)測(cè)量趨勢(shì)與選礦廠生產(chǎn)實(shí)際濃度變化趨勢(shì)相符前提下，測(cè)量偏差滿(mǎn)足2.5%，實(shí)踐取得了成功。經(jīng)過(guò)在鐵礦選廠長(zhǎng)期研究與實(shí)踐，超聲波濃度計(jì)已真正服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，測(cè)量精度滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，對(duì)金屬礦山選廠有很好地指導(dǎo)意義。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝選擇合適傳感器頻率和間距、出廠零點(diǎn)標(biāo)定矯正、采用三點(diǎn)標(biāo)定法設(shè)備標(biāo)定、周期性標(biāo)定檢驗(yàn)并跟蹤比對(duì)；通過(guò)超聲波濃度計(jì)在鐵礦廠的研究與實(shí)踐，進(jìn)一步推進(jìn)了超聲波濃度計(jì)在廠礦企業(yè)精確測(cè)量并穩(wěn)定使用。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TH83

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201507026

修改稿收到日期：2015-01-04。

作者郎進(jìn)平(1973-),男，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)機(jī)械及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工程師；主要從事電氣和自動(dòng)化控制技術(shù)管理和應(yīng)用工作。