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0 引言
柳鋼現(xiàn)有8座，年產(chǎn)鐵水約600萬t，大部分高爐使用的是無料鐘爐頂方式，在高爐的生產(chǎn)中，高爐料面、高爐布料倉料位和魚雷罐液面等都是非常重要的數(shù)據(jù)，它們對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，高爐物位測量一直是個難題。過去高爐的料位都采用了機械式的料位測量，安裝復(fù)雜，維護困難，測量的數(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、性能可靠、維護量低、測量精確度高的經(jīng)濟性的解決方案，
高爐的生產(chǎn)中，為了保證魚雷罐和鐵路的安全，還需要測量魚雷罐車的鐵水液位，使操作工能時時掌握魚雷罐內(nèi)鐵水的容量。
經(jīng)過幾年的實踐，柳鋼的高爐生產(chǎn)逐步采用了多種雷達(dá)物位計進行料位和鐵水罐位的測量，并取得了較好的測量效果。本文以Siemens的Sitrans LR400型雷達(dá)物位計為例，介紹雷達(dá)料位計在柳鋼高爐的應(yīng)用。
1、 高爐料位的測量系統(tǒng)組成
高爐的料位測量測量有3部分，如圖1所示.
(1) 高爐料面測量。需要使用物位計測量準(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，這一測量點需要的測量范圍最大約為5~6m。
(2) 高爐布料倉的礦渣料位測量的主要的困難是,倉頂頂部的溫度非常高，一般超過600℃，倉頂頂部厚度較大，約在1~1.5m左右。
(3)、對魚雷罐鐵水的測量。鐵水溫度達(dá)1000℃以上。被測量的介質(zhì)是液體，因此主要問題是如何解決高溫問題。
2 測量原理
柳鋼魚雷罐液面測量采用了Siemens的Sitrans LR400型雷達(dá)物位計，它是專門針對粉狀固體的測量特點而研發(fā)的非接觸式雷達(dá)物位計。使用24GHz微波作為測量信號。其波長較其他頻段的雷達(dá)波的波長要短得多。一般來講，固體料面的形狀傾斜而且粗糙，較小的波長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。其基本測量原理是，探頭同時進行雷達(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)生一個相位差，這個相位差通過快速傅立葉的轉(zhuǎn)換后，形成一個頻譜，這個頻譜與雷達(dá)物位計測量的距離呈線性關(guān)系。因此，通過對鋸齒波相位的檢測即可得到一個高精度的物位信號。依據(jù)FMCW測量原理，雷達(dá)波能夠源源不斷地“射”向測量介質(zhì)，使其抗干擾能力加強，“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。四線制的設(shè)計保證了儀表有足夠的功率來發(fā)射足夠強的能量來滿足惡劣的測量條件，LR400能夠測量介電常數(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，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，這些改進是：
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的信號。
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)場的要求。
⑶改進了LR400的固體算法，能夠?qū)ｉT適用于各種復(fù)雜的固體測量。
⑷采用了新的算法，導(dǎo)波性能得到很大提高，增加了延長管（最長至592mm的天線設(shè)計）的選項，使其能夠滿足一些安裝立管較長、倉頂過厚的安裝條件。
⑸設(shè)計了新的PTFE平面防塵窗口，在粉塵揚氣非常大的工況工作也能非常穩(wěn)定。
值得一提的是，現(xiàn)場的工況比較惡劣，常有礦石掉落在現(xiàn)場，由于LR400的標(biāo)準(zhǔn)配置是堅實的鋁外殼設(shè)計，因此即使在惡劣的現(xiàn)場工況，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，主要有三個物位測量點：高爐料面測量；高爐布料倉料位測量；魚雷罐鐵水液面測量。以魚雷罐鐵水液面測量為例，測量效果是不錯的。
在這一測量點上，應(yīng)用Siemens雷達(dá)物位計嘗試了三種不同的方法解決高溫問題，均取得良好效果。
（1）在加長的安裝立管上安裝氮氣通道，注入氮氣以降低雷達(dá)液位計的喇叭天線口過程溫度。
（2）采用導(dǎo)波彎管的設(shè)計，避開由于輻射引起的超高溫。利用LR400的導(dǎo)波特性，設(shè)計制作導(dǎo)波彎管來避開倉頂安裝出口處的高溫氣體；為了降低傳導(dǎo)熱的影響，整個導(dǎo)波管的長度超過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)場使用，物位測量結(jié)果基本準(zhǔn)確,見圖3所示。
圖八：雷達(dá)液位計高溫應(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量中，由于罐口結(jié)渣以后可視面積比較小，會造成導(dǎo)波管無法對準(zhǔn)罐口進行測量；并且由于魚雷罐車進料口不斷揚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間后，出現(xiàn)信號漂移直至出現(xiàn)高位報警的現(xiàn)象。
如果制作一個帶大喇叭口的導(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)，且費用較高。
因此，通過對西門子Sitrans系列雷達(dá)液位計的了解，西門子雷達(dá)液位計集成了最先進的聲智能回波處理技術(shù)，可以通過對復(fù)雜的回波修正的方式來消除雜波的干擾。因此，可以考慮直接在除塵罩上安裝雷達(dá)物位計，把探頭至罐口這段距離的干擾回波通過西門子PDM軟件來消除，直接讀取罐口以下的波形進行測量。這種優(yōu)化的方案相對而言，既有使用和安裝成本低；無需壓縮氣體吹掃，提高了系統(tǒng)的可靠性等優(yōu)點。
5 結(jié)束語
高爐料位的測量比較特殊，很多單位使用過不同的測量方法，從柳鋼的測量效果看，雷達(dá)料位計在高爐上的應(yīng)用可以充分發(fā)揮固體型雷達(dá)的特點，減少維護工作量，保證高爐的安全生產(chǎn)。
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