|
0 引言
柳鋼現(xiàn)有8座，年產(chǎn)鐵水約600萬(wàn)t，大部分高爐使用的是無(wú)料鐘爐頂方式，在高爐的生產(chǎn)中，高爐料面、高爐布料倉(cāng)料位和魚雷罐液面等都是非常重要的數(shù)據(jù)，它們對(duì)于保證高爐爐況的順行、提高生產(chǎn)效率和提高生產(chǎn)安全性起著非常重要的作用。由于高爐爐內(nèi)溫度非常高（一般都超過300℃），因此，高爐物位測(cè)量一直是個(gè)難題。過去高爐的料位都采用了機(jī)械式的料位測(cè)量，安裝復(fù)雜，維護(hù)困難，測(cè)量的數(shù)據(jù)精度不夠準(zhǔn)確，隨著一些新技術(shù)的應(yīng)用，一些鋼鐵公司一直致力于尋找一種使用壽命長(zhǎng)、性能可靠、維護(hù)量低、測(cè)量精確度高的經(jīng)濟(jì)性的解決方案，
高爐的生產(chǎn)中，為了保證魚雷罐和鐵路的安全，還需要測(cè)量魚雷罐車的鐵水液位，使操作工能時(shí)時(shí)掌握魚雷罐內(nèi)鐵水的容量。
經(jīng)過幾年的實(shí)踐，柳鋼的高爐生產(chǎn)逐步采用了多種雷達(dá)物位計(jì)進(jìn)行料位和鐵水罐位的測(cè)量，并取得了較好的測(cè)量效果。本文以Siemens的Sitrans LR400型雷達(dá)物位計(jì)為例，介紹雷達(dá)料位計(jì)在柳鋼高爐的應(yīng)用。
1、 高爐料位的測(cè)量系統(tǒng)組成
高爐的料位測(cè)量測(cè)量有3部分，如圖1所示.
(1) 高爐料面測(cè)量。需要使用物位計(jì)測(cè)量準(zhǔn)備添加到高爐內(nèi)的礦料，料位控制需要保證料位維持在一定的高度，這一測(cè)量點(diǎn)需要的測(cè)量范圍最大約為5~6m。
(2) 高爐布料倉(cāng)的礦渣料位測(cè)量的主要的困難是,倉(cāng)頂頂部的溫度非常高，一般超過600℃，倉(cāng)頂頂部厚度較大，約在1~1.5m左右。
(3)、對(duì)魚雷罐鐵水的測(cè)量。鐵水溫度達(dá)1000℃以上。被測(cè)量的介質(zhì)是液體，因此主要問題是如何解決高溫問題。
2 測(cè)量原理
柳鋼魚雷罐液面測(cè)量采用了Siemens的Sitrans LR400型雷達(dá)物位計(jì)，它是專門針對(duì)粉狀固體的測(cè)量特點(diǎn)而研發(fā)的非接觸式雷達(dá)物位計(jì)。使用24GHz微波作為測(cè)量信號(hào)。其波長(zhǎng)較其他頻段的雷達(dá)波的波長(zhǎng)要短得多。一般來(lái)講，固體料面的形狀傾斜而且粗糙，較小的波長(zhǎng)可以最大程度保證發(fā)射出去的雷達(dá)波能夠在粗糙的固體表面最大程度地被反射回雷達(dá)探頭。
采用FMCW連續(xù)調(diào)頻的工作方式,如圖2所示。其基本測(cè)量原理是，探頭同時(shí)進(jìn)行雷達(dá)波的發(fā)射和接受，類似通信中的“全雙工”；LR400采用了波形為鋸齒型的微波，發(fā)射波及經(jīng)固體表面反射后形成的回波之間產(chǎn)生一個(gè)相位差，這個(gè)相位差通過快速傅立葉的轉(zhuǎn)換后，形成一個(gè)頻譜，這個(gè)頻譜與雷達(dá)物位計(jì)測(cè)量的距離呈線性關(guān)系。因此，通過對(duì)鋸齒波相位的檢測(cè)即可得到一個(gè)高精度的物位信號(hào)。依據(jù)FMCW測(cè)量原理，雷達(dá)波能夠源源不斷地“射”向測(cè)量介質(zhì)，使其抗干擾能力加強(qiáng)，“失波”的可能性降到最低，從而提高了它的可靠性。
圖二：FMCW工作原理  | 采用四線制設(shè)計(jì)。四線制的設(shè)計(jì)保證了儀表有足夠的功率來(lái)發(fā)射足夠強(qiáng)的能量來(lái)滿足惡劣的測(cè)量條件，LR400能夠測(cè)量介電常數(shù)低至1.5的介質(zhì)（自然界絕大部分的介質(zhì)的介
電常數(shù)大于1.5），最大量程50m。
由于使用高頻信號(hào)，因此，發(fā)射角度最小可到8°，能夠最大程度地避開固定干擾的影響。
最新推出的固體型LR400雷達(dá)在以往的基礎(chǔ)上，作了很多改進(jìn)，這些改進(jìn)是：
⑴新瞄準(zhǔn)器，將瞄準(zhǔn)器作為新的固體型雷達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)配置。瞄準(zhǔn)器可保證LR400即使用于介質(zhì)表面傾斜角度較大的工況，介電常數(shù)較低的化學(xué)品粉末也能得到較強(qiáng)的信號(hào)。
⑵提供了2”、3”、4”（5.8,7.62,10.16 cm）三種不同尺寸的喇叭天線的選擇，能夠滿足不同的現(xiàn)場(chǎng)的要求。
⑶改進(jìn)了LR400的固體算法，能夠?qū)ｉT適用于各種復(fù)雜的固體測(cè)量。
⑷采用了新的算法，導(dǎo)波性能得到很大提高，增加了延長(zhǎng)管（最長(zhǎng)至592mm的天線設(shè)計(jì)）的選項(xiàng)，使其能夠滿足一些安裝立管較長(zhǎng)、倉(cāng)頂過厚的安裝條件。
⑸設(shè)計(jì)了新的PTFE平面防塵窗口，在粉塵揚(yáng)氣非常大的工況工作也能非常穩(wěn)定。
值得一提的是，現(xiàn)場(chǎng)的工況比較惡劣，常有礦石掉落在現(xiàn)場(chǎng)，由于LR400的標(biāo)準(zhǔn)配置是堅(jiān)實(shí)的鋁外殼設(shè)計(jì)，因此即使在惡劣的現(xiàn)場(chǎng)工況，LR400也能正常工作
3 在高爐上的應(yīng)用效果
如圖1所示，在高爐中，主要有三個(gè)物位測(cè)量點(diǎn)：高爐料面測(cè)量；高爐布料倉(cāng)料位測(cè)量；魚雷罐鐵水液面測(cè)量。以魚雷罐鐵水液面測(cè)量為例，測(cè)量效果是不錯(cuò)的。
在這一測(cè)量點(diǎn)上，應(yīng)用Siemens雷達(dá)物位計(jì)嘗試了三種不同的方法解決高溫問題，均取得良好效果。
（1）在加長(zhǎng)的安裝立管上安裝氮?dú)馔ǖ�，注入氮�(dú)庖越档屠走_(dá)液位計(jì)的喇叭天線口過程溫度。
（2）采用導(dǎo)波彎管的設(shè)計(jì)，避開由于輻射引起的超高溫。利用LR400的導(dǎo)波特性，設(shè)計(jì)制作導(dǎo)波彎管來(lái)避開倉(cāng)頂安裝出口處的高溫氣體；為了降低傳導(dǎo)熱的影響，整個(gè)導(dǎo)波管的長(zhǎng)度超過2m，使管內(nèi)高溫氣體能夠得到足夠的降低。安裝了導(dǎo)波彎管后，安裝法蘭口的溫度小于100℃，經(jīng)過2~3星期的現(xiàn)場(chǎng)使用，物位測(cè)量結(jié)果基本準(zhǔn)確,見圖3所示。
圖八：雷達(dá)液位計(jì)高溫應(yīng)用三  | （3）由于LR400具有很小的發(fā)射角度（8°），因此，使LR400的喇叭天線與安裝口保持一定的距離，以降低過程中的超高溫。
4 方案優(yōu)化
在魚雷罐鐵水液面的測(cè)量中，由于罐口結(jié)渣以后可視面積比較小，會(huì)造成導(dǎo)波管無(wú)法對(duì)準(zhǔn)罐口進(jìn)行測(cè)量；并且由于魚雷罐車進(jìn)料口不斷揚(yáng)起的灰塵容易粘附在導(dǎo)波彎管管口上，造成儀表在使用一段時(shí)間后，出現(xiàn)信號(hào)漂移直至出現(xiàn)高位報(bào)警的現(xiàn)象。
如果制作一個(gè)帶大喇叭口的導(dǎo)波彎管從理論上講，是可以解決如上問題，但是制作代喇叭口的導(dǎo)波彎管難度較大(不允許有明顯的焊縫)，且費(fèi)用較高。
因此，通過對(duì)西門子Sitrans系列雷達(dá)液位計(jì)的了解，西門子雷達(dá)液位計(jì)集成了最先進(jìn)的聲智能回波處理技術(shù)，可以通過對(duì)復(fù)雜的回波修正的方式來(lái)消除雜波的干擾。因此，可以考慮直接在除塵罩上安裝雷達(dá)物位計(jì)，把探頭至罐口這段距離的干擾回波通過西門子PDM軟件來(lái)消除，直接讀取罐口以下的波形進(jìn)行測(cè)量。這種優(yōu)化的方案相對(duì)而言，既有使用和安裝成本低；無(wú)需壓縮氣體吹掃，提高了系統(tǒng)的可靠性等優(yōu)點(diǎn)。
5 結(jié)束語(yǔ)
高爐料位的測(cè)量比較特殊，很多單位使用過不同的測(cè)量方法，從柳鋼的測(cè)量效果看，雷達(dá)料位計(jì)在高爐上的應(yīng)用可以充分發(fā)揮固體型雷達(dá)的特點(diǎn)，減少維護(hù)工作量，保證高爐的安全生產(chǎn)。
|
