绝对法在线水分检测仪及检测方法与流程

本发明涉及物料的水分检测装置及方法，具体涉及一种混合物料的绝对法在线水分检测仪及其检测方法，属于冶金烧结、球团行业原料制备领域。

背景技术：

在冶金烧结、球团领域，一般在混合制料过程中需要一定水分，用以提供必要的粘结性和附着力用于物料球团的形成。这些水分包括矿料本身含有的一部分水分，且在混合加工过程中也会有水分的加入，使各种原料均匀混合，方便物料的成球和制粒，利于后续工序中能更充分的反应。水量过低，原料的粘结性降低，会影响原料的成球和成粒性质。但是烧结原料水分过高，如精矿粉容易成团粘矿槽，影响配料的准确性，影响混合料的均匀性，烧结机尾断面产生花脸影响烧结矿产的质量，水量过高时还会使烧结球团工艺的能耗提高。为降低能耗以及使造球工艺更接近最佳含水量，矿物原料的水分检测十分必要。

传统的烧结混合料检测采用烘干法，离线检测，但分析时间长，无法实时反映水分的情况，缺乏指导工艺生产的意义。现有水分检测多采用中子法、红外线法或微波法，这些方法虽然解决了分析时间长的问题，能反映当前数据，但中子法具有电离辐射性,在生产现场应用较少；红外线法物料的外观颜色、化学成分等发生变化时,检测数据就会出现较大偏差。为此,在使用前需要针对每种物料进行水分检测参数的标定。对于在一条皮带上输送的物料不确定的情况,就很难实现不同物料的自动测水,而需要人工根据皮带上物料的变化情况调整水分仪的检测参数,当料种频繁变化时,则难以实现水分的在线检测；微波法也不能准确地检测出物质芯部的水分含量。

以上这些方法检测设备和理论方案复杂，有时需要专业人员才能解决。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种理论原理简单、可实时在线检测的水分检测仪及其检测方法。

根据本发明提供的第一种实施方案，提供一种绝对法在线水分检测仪：

一种绝对法在线水分检测仪，它包括(圆柱形)回转筒、设置在回转筒顶部的多个微波发生器、设置在回转筒底部的第一称重装置及设置在回转筒外部的第二称重装置。在回转筒的底部平台的外周边缘设置四个侧部壁板，相邻侧部壁板之间留有侧壁开口，共四个侧壁开口。这四个回转筒侧壁开口在转筒的外周上等角度或等间距分布，与侧壁开口的位置相对应，在底部平台上设置四个腔室。其中位于回转筒内部的(弧形)隔板将回转筒的内部空间分为四个腔室，腔室的(弧形)隔板的远端在回转筒侧壁的开口的两侧连接于回转筒侧壁上。回转筒具有四个工位：第一工位、第二工位、第三工位和第四工位。其中在第二工位、第三工位和第四工位对应的位置并且与回转筒停留在这些工位时的侧壁开口相对应，相应分别设有固定封闭挡板，四个腔室在四个工位的位置之间循环切换。该检测仪还包括多个(例如4-10个，优选6-8个)盛样容器，所述盛样容器分别放置在回转筒的四个腔室。

在本发明中，所述微波发生器分别设置在第二工位、第三工位和第四工位上方的回转筒顶部。第一称重装置设置在第一工位下方的回转筒底部。在本发明中，所述回转筒包括底部的平台、侧部的壁板、顶部的盖板、位于回转筒内部的隔板及设置在第二工位、第三工位和第四工位对应的回转筒侧壁处的固定封闭挡板。其中固定封闭挡板与顶部的盖板连接。多个微波发生器分别设置在第二工位、第三工位和第四工位上方的回转筒顶部盖板上。第一称重装置设置在第一工位下方的回转筒底部平台的下部。

在转筒的底板边缘设置四个侧部壁板，相邻侧部壁板之间留有侧壁开口，共四个侧壁开口。这四个回转筒侧壁开口在转筒的外周上等角度或等间距分布。与侧壁开口的位置相对应，在底部平台(或转盘)上设置四个腔室。四个腔室中的每一个腔室是由回转筒底部平台上设置的(弧形)隔板合围而成并且(弧形)隔板的远端在回转筒侧壁的开口的两侧连接于回转筒侧壁上。因此，相应地，腔室的远侧同样具有腔室开口。即，回转筒侧壁的开口也是腔室的开口。这里所述的远端或远侧是指远离回转筒的中心轴(即旋转轴心)的外侧。已装料(或样品)的盛样容器(例如利用机械抓手)经由回转筒侧壁的开口或腔室开口送入第一工位。四个工位的操作结束后，卸料的盛样容器(例如利用机械抓手)经由壁板开口或腔室开口从第一工位取出。

一般，固定封闭挡板被固定在顶部盖板的下表面。封闭挡板用于封闭腔室的开口。也就是说，封闭挡板与(弧顶)隔板合围成一个独立的腔室。因此，固定封闭挡板也看称作固定式封闭挡板。更具体地说，当由(弧形)隔板合围而成的具有开口的腔室随回转筒或随平台旋转至相应的工位(即第二、第三或第四工位)时，开口被封闭挡板所封闭，此时，由隔板、腔室底部(属于平台的一部分)、盖板和封闭挡板合围成封闭的腔室。当然，盖板的下表面与隔板的顶部之间有缝隙，以便允许回转筒或平台自由旋转。

优选的是，该检测仪还包括设置在第三工位下方且位于回转筒底部平台下部的第三称重装置。

在本发明中，该检测仪还包括电机，电机设置在回转筒底部平台的下部，用于驱动回转筒旋转。

在本发明中，所述四个腔室或四个工位以回转筒的轴心为角度的顶点，彼此之间具有相等的夹角90°。

优选的是，该检测仪还包括设置在回转筒外部的机械手，机械手用于取料并将装有物料的盛样容器送入第一工位和用于将装有物料的盛样容器从第一工位取出并进行排料。

根据本发明提供的第二种实施方案，提供一种绝对法在线水分检测仪：

一种绝对法在线水分检测方法或使用上述绝对法在线水分检测仪进行水分检测的方法，该方法包括以下步骤：

1)由第二称重装置称量尚未装料的盛样容器的重量(w0)；

2)采用机械手抓取待测物料的样品送入盛样容器内，机械手将已装料的盛样容器送入第一工位，或人工抓取待测物料的样品送入盛样容器内并将已装料的盛样容器送入第一工位；

3)位于第一工位下方的第一称重装置称量已装料的盛样容器的重量(w1)；

4)称量完后，盛样容器在回转筒底部平台的承载和带动下依次经过第二工位、第三工位和第四工位进行微波干燥；

5)干燥结束后，盛样容器旋转回第一工位，第一称重装置称量干燥后的盛样容器的重量(w2)；

6)根据公式(w1-w2)/(w1-w0)计算出所抓取样品物料的含水量(％)；

7)机械手将盛样容器从第一工位取出并进行排料(例如排料至皮带上)，或人工将盛样容器从第一工位取出并进行排料(例如排料至皮带上)。

优选的是，上述步骤1-7重复多次(例如3-7次)，通过多次含水量数据计算平均值，从而检测得出物料的真实含水量。

优选的是，步骤4)中，当盛样容器在第三工位干燥的同时，第三称重装置对盛样容器进行称重，若重量在2～10秒、优选3～5秒内未有0.05g、优选0.02g的变化，则认为样品物料已经干燥完全。

在本发明中，回转筒具有四个工位：第一工位、第二工位、第三工位及第四工位。同时，回转筒的内部空间还通过隔板分隔成四个腔室，其中隔板可以设置成弧形等多种形状的样式。所述四个腔室在四个工位的位置之间循环切换，是指四个工位的位置是固定不变的，四个工位以回转筒底部平台的轴心为角度的顶点，彼此之间具有相等的夹角90°，而四个腔室的位置是随着回转筒底部平台的转动而变化的，但四个腔室以回转筒底部平台的轴心为角度的顶点，彼此之间的夹角也是90°，因此，在腔室随着回转筒底部平台转动的过程中，某一腔室则不断与各个工位的位置匹配(或重合)，其他三个腔室也是如此。

此外，四个腔室对应的回转筒侧壁处设有四个开口。而第二工位、第三工位及第四工位的顶部分别设有微波发生器，即，第二工位、第三工位及第四工位为微波干燥位。因此，在第二工位、第三工位及第四工位对应的回转筒侧壁处分别设有固定封闭挡板。由于第一工位是盛样容器进出回转筒的进出工位，所以第一工位处没有设置固定封闭挡板。固定封闭挡板与回转筒顶部的盖板连接，即固定封闭挡板与顶部的盖板一起不随着回转筒底部平台的转动而转动，从而固定封闭挡板的设置起到了密封的作用，使得这三个微波干燥工位处于封闭的工作环境，阻挡微波向外辐射，同时减少能量损耗。

在本发明中，第一称重装置、第二称重装置和第三称重装置为电子传感器或电子天平。其中，第一称重装置与第二称重装置能够执行装置上下移动。即，第一称重装置与第二称重装置需要执行机构来实现称重托盘的上下移动或升降。另外，作为替代方案，这些称重装置的下部安装有顶升装置。即，通过顶升装置将第一称重装置或第二称重装置顶升，从而让盛样容器被第一称重装置或第二称重装置支撑(即盛样容器被顶升装置支撑而暂时离开回转筒底部平台)以便进行称重，称重之后，顶升装置下降，盛样容器再次被放置在回转筒底部平台上(即被回转筒底部平台支撑)。对于顶升装置，没有特别的限制，一般可以使用丝杆升降装置或液压升降装置。

一般，回转筒底部平台下部除了驱动电机、第一称重装置及第二称重装置的设置，还设有支撑台，用于支撑回转筒处于水平状态。优选，在检测仪的底部或在支撑台底部装有至少4个脚轮或滚轮，便于移动或搬运。

在本申请中，回转筒可以设置成圆柱形等多种立体形状的样式。对于盛样容器没有特别的要求。优选，盛样容器(如盛样匣砵)由陶瓷或玻璃(例如石英玻璃)制造。一般为敞口的。优选为碗形或杯形或钵形。

在本申请中，回转筒的平台(或转盘)的直径为0.5m-2.5m，优选0.7m-1.8m，更优选0.8m-1.5m。回转筒的壁板的高度是12cm-90cm，优选15cm-70cm。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

1、传统的烘干法测定混合物料的水分，检测分析的时间过长，无法实时反映水分的情况，不能及时起到指导生产的作用；现有的中子法具有电离辐射性，在生产现场应用较少；而红外线法的准确性低，测量精度不够；由于微波加热干燥具有快速性、选择性、均匀性、无惰性等特点，能够在很短的时间内将混合物料干燥完全，因此采用本发明的绝对法在线水分检测仪能够在很短的时间内检测出混合物料的真实含水量，即使物料种类频繁变化时，也能实现实时、在线检测；

2、本发明的绝对法在线水分检测仪的尺寸较小，便于运输及安装，维修无需大型搬运设备。

3、本发明操作简单，驱动功率小，能源消耗低。

本发明绝对法在线水分检测仪在检测出混合物料的真实含水量后，即可得出混合物料的混匀度，因此本发明检测仪可结合冶金行业球团工艺原料处理的立式强力混合机，实现球团原料混匀系统的智能化，使得混匀系统处于最佳参数下运行，是行业技术的重大突破；同时可显著降低原料处理工序的能耗与物耗，提高球团矿质量，降低生产成本，对行业的技术进步具有重要意义。

附图说明

图1为本发明绝对法在线水分检测仪一种设计的主视图；

图2为本发明绝对法在线水分检测仪另一种设计的主视图；

图3为本发明绝对法在线水分检测仪的回转筒的俯视图；

图4为本发明绝对法在线水分检测仪的回转筒的内部结构图。

附图说明：1：回转筒；101：(圆形)平台(或转盘)；102：壁板；103：盖板；104：隔板；105：固定封闭挡板；2：微波发生器；3：第一称重装置；4：第二称重装置；5：第三称重装置；6：电机；7：机械手；8：盛样容器；

c：第一工位；d：第二工位；e：第三工位；f：第四工位。

具体实施方式

根据本发明提供的第一种实施方案，提供一种绝对法在线水分检测仪：

一种绝对法在线水分检测仪，它包括(圆柱形)回转筒1、设置在回转筒1顶部的多个微波发生器2、设置在回转筒1底部的第一称重装置3及设置在回转筒1外部的第二称重装置4。在回转筒1的底部平台101的外周边缘设置四个侧部壁板102，相邻侧部壁板102之间留有侧壁开口，共四个侧壁开口。这四个回转筒侧壁开口在回转筒1的外周上等角度或等间距分布，与侧壁开口的位置相对应，在底部圆形平台(或转盘)101上设置四个腔室。其中位于回转筒1内部的(弧形)隔板104将回转筒1的内部空间分为四个腔室，腔室的(弧形)隔板104的远端在回转筒侧壁的开口的两侧连接于回转筒侧壁102上。回转筒1具有四个工位：第一工位c、第二工位d、第三工位e和第四工位f。其中在第二工位d、第三工位e和第四工位f对应的位置并且与回转筒1停留在这些工位时的侧壁开口相对应，相应分别设有固定封闭挡板105，四个腔室在四个工位的位置之间循环切换。

该检测仪还包括多个(例如4-10个，优选6-8个)盛样容器8，所述盛样容器8分别放置在回转筒1的四个腔室。

在本发明中，所述微波发生器2分别设置在第二工位d、第三工位e和第四工位f上方的回转筒1顶部。第一称重装置3设置在第一工位c下方的回转筒1底部。

在本发明中，所述回转筒1包括底部的平台101、侧部的壁板102、顶部的盖板103、位于回转筒1内部的隔板104及设置在第二工位d、第三工位e和第四工位f对应的回转筒侧壁处的固定封闭挡板105。其中固定封闭挡板105与顶部的盖板103连接。多个微波发生器3分别设置在第二工位d、第三工位e和第四工位f上方的回转筒顶部盖板103上。第一称重装置3设置在第一工位c下方的回转筒底部平台101的下部。

在回转筒的底板边缘设置四个侧部壁板102，相邻侧部壁板102之间留有侧壁开口，共四个侧壁开口。这四个回转筒侧壁开口在转筒的外周上等角度或等间距分布。与侧壁开口的位置相对应，在转盘上设置四个腔室。四个腔室中的每一个腔室是由回转筒底部平台上设置的(弧形)隔板104合围而成并且(弧形)隔板104的远端在回转筒侧壁的开口的两侧连接于回转筒侧壁上。因此，相应地，腔室的远侧同样具有腔室开口。即，回转筒侧壁的开口也是腔室的开口。这里所述的远端或远侧是指远离回转筒的中心轴(即旋转轴心)的外侧。已装料(或样品)的盛样容器(例如利用机械抓手)经由回转筒侧壁的开口或腔室开口送入第一工位。四个工位的操作结束后，卸料的盛样容器(例如利用机械抓手)经由壁板开口或腔室开口从第一工位取出。

一般，固定封闭挡板105被固定在顶部盖板103的下表面。封闭挡板105用于封闭腔室的开口。也就是说，封闭挡板105与(弧顶)隔板104合围成一个独立的腔室。因此，固定封闭挡板105也看称作固定式封闭挡板。更具体地说，当由(弧形)隔板104合围而成的具有开口的腔室随回转筒1或随平台101旋转至相应的工位(即第二工位d、第三工位e或第四工位f)时，开口被封闭挡板105所封闭，此时，由隔板104、腔室底部(属于平台的一部分)、盖板103和封闭挡板105合围成封闭的腔室。当然，盖板103的下表面与隔板104的顶部之间有缝隙，以便允许回转筒1或平台101自由旋转。

每一个腔室的底部开设有通孔。通孔上方用于放置盛样容器8。

优选的是，该检测仪还包括设置在第三工位e下方且位于回转筒底部平台101下部的第三称重装置5。

在本发明中，该检测仪还包括电机6，电机6设置在回转筒1底部平台101的下部，用于驱动回转筒1旋转。

在本发明中，所述四个腔室或四个工位以回转筒1的轴心为角度的顶点，彼此之间具有相等的夹角90°。

优选的是，该检测仪还包括设置在回转筒1外部的机械手7，机械手7用于取料并将装有物料的盛样容器8送入第一工位c和用于将装有物料的盛样容器8从第一工位c取出并进行排料。

根据本发明提供的第二种实施方案，提供一种绝对法在线水分检测仪：

一种绝对法在线水分检测方法或使用上述绝对法在线水分检测仪进行水分检测的方法，该方法包括以下步骤：

1)由第二称重装置4称量尚未装料的盛样容器8的重量(w0)；

2)采用机械手7抓取待测物料的样品送入盛样容器8内，机械手7将已装料的盛样容器8送入第一工位c，或人工抓取待测物料的样品送入盛样容器8内并将已装料的盛样容器8送入第一工位c；

3)位于第一工位c下方的第一称重装置3称量已装料的盛样容器8的重量(w1)；

4)称量完后，盛样容器8在回转筒底部平台101的承载和带动下依次经过第二工位d、第三工位e和第四工位f进行微波干燥；

5)干燥结束后，盛样容器8旋转回第一工位c，第一称重装置3称量干燥后的盛样容器8的重量(w2)；

6)根据公式(w1-w2)/(w1-w0)计算出所抓取样品物料的含水量(％)；

7)机械手7将盛样容器8从第一工位c取出并进行排料(例如排料至皮带上)，或人工将盛样容器8从第一工位c取出并进行排料(例如排料至皮带上)。

优选的是，上述步骤1-7重复多次(例如3-7次)，通过多次含水量数据计算平均值，从而检测得出物料的真实含水量。

优选的是，步骤4)中，当盛样容器8在第三工位e干燥的同时，第三称重装置5对盛样容器8进行称重，若重量在2～10秒、优选3～5秒内未有0.05g、优选0.02g的变化，则认为样品物料已经干燥完全。

实施例1

如图2-4，一种绝对法在线水分检测仪，它包括圆柱形回转筒1、设置在回转筒1顶部的3个微波发生器2、设置在回转筒1底部的第一称重装置3及设置在回转筒1外部的第二称重装置4。其中位于回转筒1内部的弧形隔板104将回转筒1的内部空间分为四个腔室。四个腔室对应的回转筒侧壁处设有开口。并且回转筒1具有四个工位：第一工位c、第二工位d、第三工位e和第四工位f。其中第二工位d、第三工位e和第四工位f对应的回转筒侧壁处分别设有固定封闭挡板105。四个腔室和四个工位以回转筒1的轴心为角度的顶点，彼此之间均具有相等的夹角90°。四个腔室在四个工位的位置之间循环切换。该检测仪还包括6个盛样容器8，所述盛样容器8分别放置在回转筒1的四个腔室。

回转筒1包括底部的平台101、侧部的壁板102、顶部的盖板103、位于回转筒1内部的弧形隔板104及设置在第二工位d、第三工位e和第四工位f对应的回转筒侧壁处的固定封闭挡板105。其中固定封闭挡板105与顶部的盖板103连接。3个微波发生器3分别设置在第二工位d、第三工位e和第四工位f上方的回转筒顶部盖板103上。第一称重装置3设置在第一工位c下方的回转筒底部平台101的下部。

该检测仪还包括电机6，电机6设置在回转筒1底部平台101的下部，用于驱动回转筒1旋转。

实施例2

重复实施例1，只是如图1，该检测仪还包括设置在回转筒1外部的机械手7，机械手7用于取料并将装有物料的盛样容器8送入第一工位c和用于将装有物料的盛样容器8从第一工位c取出并进行排料。

实施例3

重复实施例2，只是该检测仪还包括设置在第三工位e下方且位于回转筒底部平台101下部的第三称重装置5。

实施例4

一种绝对法在线水分检测方法，使用实施例2中的绝对法在线水分检测仪，该方法包括以下步骤：

1)由第二称重装置4称量尚未装料的盛样容器8的重量(w0)；

2)采用机械手7抓取待测物料的样品送入盛样容器8内，机械手7将已装料的盛样容器8送入第一工位c；

3)位于第一工位c下方的第一称重装置3称量已装料的盛样容器8的重量(w1)；

4)称量完后，盛样容器8在回转筒底部平台101的承载和带动下依次经过第二工位d、第三工位e和第四工位f进行微波干燥；

5)干燥结束后，盛样容器8旋转回第一工位c，第一称重装置3称量干燥后的盛样容器8的重量(w2)；

6)根据公式(w1-w2)/(w1-w0)计算出所抓取样品物料的含水量(％)；

7)机械手7将盛样容器8从第一工位c取出并进行排料；

8)上述步骤1-7重复3次，通过3次含水量数据计算平均值，从而检测得出物料的真实含水量。

实施例5

一种绝对法在线水分检测方法，使用实施例1中的绝对法在线水分检测仪，该方法包括以下步骤：

1)由第二称重装置4称量尚未装料的盛样容器8的重量(w0)；

2)人工抓取待测物料的样品送入盛样容器8内并将已装料的盛样容器8送入第一工位c；

3)位于第一工位c下方的第一称重装置3称量已装料的盛样容器8的重量(w1)；

4)称量完后，盛样容器8在回转筒底部平台101的承载和带动下依次经过第二工位d、第三工位e和第四工位f进行微波干燥；

5)干燥结束后，盛样容器8旋转回第一工位c，第一称重装置3称量干燥后的盛样容器8的重量(w2)；

6)根据公式(w1-w2)/(w1-w0)计算出所抓取样品物料的含水量(％)；

7)人工将盛样容器8从第一工位c取出并进行排料；

8)上述步骤1-7重复3次，通过3次含水量数据计算平均值，从而检测得出物料的真实含水量。

实施例6

重复实施例4，只是步骤4)中，当盛样容器8在第三工位e干燥的同时，第三称重装置5对盛样容器8进行称重，若重量在5秒内未有0.05g的变化，则认为样品物料已经干燥完全。