اندازهگیری سطح در صنایع سنگآهن و فولاد؛ اصول، مزایا و نکات مهندسی
اندازهگیری دقیق سطح مواد اولیه در صنایع سنگآهن و فولاد یکی از مهمترین بخشهای پایش فرایند در خطوط تولید است. بهویژه در انبارهای سنگآهن، سیلوی گندله، مخازن آهک و بنتونیت، کنترل سطح یکپارچه باعث کاهش توقف تولید، جلوگیری از سرریز/خالی شدن مخزن و افزایش پایداری سیستم میشود.سنسور خازنی یکی از پرکاربردترین تکنولوژیهای این حوزه است که در محیطهای سخت صنعتی عملکرد قابلاعتمادی دارد.
اصل عملکرد سنسور خازنی
سنسور خازنی بر اساس تغییر ظرفیت خازن (Capacitance) بین دو الکترود کار میکند. در ساختار این سنسورها سه عنصر اصلی وجود دارد:
1. الکترود حسگر
2. بدنه زمین (Tank Wall) بهعنوان الکترود دوم
3. ماده داخل مخزن که بین این دو الکترود قرار گرفته و باعث تغییر ثابت دیالکتریک (Dielectric Constant) میشود. هر ماده دارای مقدار مشخصی ثابت دیالکتریک است:
سنگآهن (Iron Ore) ≈ حدود 4 تا 12 بسته به رطوبت
پودر آهن/پلت خشک ≈ حدود 3 تا 6
آهک، ماسه و مواد ریزدانه ≈ 2 تا 8
هرچه ثابت دیالکتریک مواد بیشتر باشد، تغییر ظرفیت خازنی واضحتر بوده و سنسور بهراحتی سطح را تشخیص میدهد. این ویژگی باعث میشود سنسورهای خازنی برای مواد جامد فلهای (Bulk Solids) در صنعت فولاد بسیار مناسب باشند.
کاربردهای سنسور خازنی در صنعت سنگآهن و فولاد
1.اندازهگیری سطح سنگآهن خام (ROM) و دانهبندیشده
مناسب برای سیلوهای سنگ خام، هماتیت، مگنتیت
مقاوم در برابر گرد و غبار، لرزش و رطوبت
امکان نصب در بدنه سیلو یا از بالا (Top Mount)
2.کنترل سطح گندله (Pellet)
با توجه به رفتار دانهای و تراکم نسبتاً پایدار گندله، سنسور خازنی پاسخگویی بسیار دقیقی ارائه میدهد.
3.اندازهگیری سطح آهک، دولومیت و افزودنیها
سنسور خازنی بهدلیل حساسیت به تغییرات دیالکتریک، برای مواد غیررسانا مثل آهک و دولومیت مناسب است.
4.تشخیص وجود/عدم وجود بار در شوتها و فیدرها
برای جلوگیری از گرفتگی شوت (Chute Blockage Detection) بسیار کاربردی است.
مزایای سنسورهای خازنی برای صنایع فولاد
1.عدم حساسیت به گرد و غبار و ارتعاش :
در محیطهای سنگآهن و فولاد، گرد و غبار زیاد است و بسیاری از سنسورها دچار خطا میشوند، اما سنسور خازنی عملکرد پایدار دارد.
2.مناسب برای مواد بسیار سنگین و ساینده :
سنگآهن و گندله سطح پروب را میسایند؛ پروبهای خازنی با روکش PTFE ، PFA یا Ceramics در برابر سایش مقاوم هستند.
3.دقت بالا برای مواد با چگالی نامنظم :
برخلاف سنسورهای مکانیکی، خازنی به وزن ماده وابسته نیست.
4.امکان اندازهگیری در دما و فشار بالا
نسخه صنعتی Heavy Duty قابلیت کار تا +200°C و فشار بالا را دارد.
5.قابلاستفاده در فلنجهای صنعتی بزرگ و محیطهای HAZLOC
در بخش فولادسازی و کورهها، نسخههای Ex d / Ex ia قابل استفاده هستند.
چالشهای اندازهگیری سطح در سنگآهن و فولاد و راهکارهای خازنی
1.رطوبت بالای مواد
رطوبت ثابت دیالکتریک را افزایش میدهد. سنسورهای خازنی با Auto-Calibration این تغییر را جبران میکنند.
2. چسبندگی مواد به دیواره سیلو
پروبهای روکشدار PFA یا Teflon چسبندگی را کاهش داده و خطای False Trigger را کم میکنند.
3. وجود میدانهای الکترومغناطیسی
در فولادسازی EM Noise زیاد است؛ خروجی آنالوگ 4-20 mA فیلترشده و مدار ایزوله عملکرد پایدار را تضمین میکند.
انواع خروجی در سنسورهای خازنی
1.خروجی رلهای (ON/OFF)
مناسب برای کنترل سطح بالا/پایین (High/Low Level)
کاربرد: اتوماسیون ساده سیلوها
2. خروجی آنالوگ 4–20 mA
مناسب برای اندازهگیری پیوسته (Continuous Level)
کاربرد: پایش موجودی گندله، مدیریت انبار مواد خام، سیستمهای DCS/PLC
3. خروجی PNP/NPN برای سرعت بالا
مناسب کنترل لحظهای شوت و فیدر
نکات تخصصی نصب در محیطهای سنگآهن
پروب باید حداقل 10 سانتیمتر از دیواره فاصله داشته باشد تا اثر دیواره بر ظرفیت خازنی کاهش یابد.
در سیلوهای فلزی، بدنه بهعنوان الکترود دوم عمل میکند؛ در سیلوهای پلاستیکی باید الکترود زمین کمکی نصب شود.
برای مواد ساینده مثل سنگآهن دانهدرشت، پروب ترجیحاً Short Rod یا Cable Rod با محافظ سرامیکی باشد.
در خروجی 4–20 mA، کالیبراسیون بر اساس مقدار مینیمم و ماکزیمم پرشدگی انجام شود.
جمعبندی
اندازهگیری سطح به روش خازنی، یکی از قابلاعتمادترین و اقتصادیترین تکنولوژیها در صنایع سنگآهن و فولاد است. این سنسورها با مقاومت بالا در برابر گرد و غبار، دمای بالا، سایش و تغییرات رطوبت، گزینهای ایدهآل برای سیلوهای گندله، سنگآهن، آهک و سایر افزودنیها محسوب میشوند.
در سیستمهای پیشرفته، خروجی 4–20 mA امکان مانیتورینگ پیوسته سطح و یکپارچهسازی با PLC و DCS را فراهم کرده و به بهینهسازی مصرف مواد و کاهش توقفات تولید کمک میکند
.برای اطلاعات بیشتر استعلام خرید و مشاوره با ما در ارتباط باشید