Limaco雷達(dá)在煉鐵廠的應(yīng)用

1、Limaco雷達(dá)在鋼鐵高爐中的應(yīng)用摘要:本文主要介紹了目前鋼鐵行業(yè)中煉鐵高爐部分的工藝流程和料位測(cè)量的難點(diǎn)，并闡述 了俄羅斯Limaco雷達(dá)在高爐部分料位的應(yīng)用。一、 概述鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志，鋼鐵發(fā) 展直接影響著與其相關(guān)的國(guó)防工業(yè)及建筑、機(jī)械、造船、汽車、家電等行業(yè)。隨著國(guó)際產(chǎn)業(yè) 的轉(zhuǎn)移和中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)鋼鐵工業(yè)取得了巨大成就。我國(guó)是鋼鐵生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，粗鋼產(chǎn)量連續(xù)多年居世界第一。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó) 鋼鐵產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。十一五”期間，我國(guó)粗鋼總產(chǎn)量超過(guò)26億噸，是十五”期間粗鋼總產(chǎn) 量的2.2倍以上。與此同時(shí)，粗鋼消費(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng)，

2、2006-2010年中國(guó)粗鋼表觀消費(fèi)量平均 增幅達(dá)到11.41%。同時(shí)伴隨著全球煤炭能源價(jià)格、原料的價(jià)格等生產(chǎn)資源的增幅，同時(shí)也 受到全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，中國(guó)鋼鐵受到了前所未有的挑戰(zhàn)。這就要求我國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)在滿 足國(guó)內(nèi)對(duì)于鋼材數(shù)量需求的前提下，要不斷的優(yōu)化生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。所以提高工業(yè) 自動(dòng)化水平也是重中之重。鋼鐵廠中煉鐵高爐部分可以說(shuō)是全場(chǎng)的核心和基石。完全實(shí)現(xiàn)高爐自動(dòng)化也就迫在眉睫， 首當(dāng)其沖的就是高爐的眼睛一料位。然而由于高爐內(nèi)的粉塵大、溫度高等復(fù)雜工況使得目前 高爐料位測(cè)量十分困難?，F(xiàn)有的雷達(dá)物位計(jì)很難在高爐上得到充分的發(fā)揮，煉鐵廠里的領(lǐng)導(dǎo)、 專業(yè)技術(shù)人員及各廠家一直在苦苦尋求能

3、夠解決此問題的辦法?，F(xiàn)在我公司與俄羅斯軍轉(zhuǎn)民 企業(yè)LIMACO公司合作，終于找到了可以完全解決高爐料位、液位的全套解決方案：由俄羅 斯Limaco公司生產(chǎn)的ULM系列雷達(dá)。它采用全球首款最高頻率94GHz，加上特殊制作的適 配器，耐高溫1500.耐壓60MPa等多項(xiàng)高端技術(shù)。使得現(xiàn)有的問題全變成了 “沒問題”。 比如爐頂料罐料位、高爐本體內(nèi)部料位、高爐魚雷罐車鐵水液位等，都完美的解決了，并且 真正的免維護(hù)，設(shè)計(jì)壽命達(dá)10年以上。鋼鐵廠煉鐵高爐工藝由于各個(gè)工廠在高爐的設(shè)計(jì)上有些細(xì)節(jié)略有差異，但基本工藝大多一致的。如下圖中的結(jié)構(gòu)圖可以看出。主要分為三大部分，第一部分是原料轉(zhuǎn)運(yùn)，第二部分是高爐煉 鐵

4、，第三部分為鋼水轉(zhuǎn)運(yùn)鐵礦石、焦炭等原料經(jīng)過(guò)運(yùn)輸斗車進(jìn)入到混合料斗內(nèi)。 經(jīng)過(guò)大小料斗的混合、均化進(jìn)入到高爐內(nèi)部。高爐冶煉用的焦炭、礦石、燒結(jié)礦、球團(tuán)在原料場(chǎng) 加工處理合格后，用皮帶機(jī)運(yùn)至高爐料倉(cāng)貯存使用；各 種原料在槽下經(jīng)篩分、計(jì)量后，按程序用皮帶機(jī)輸送到 高爐料車中，再由料車?yán)綘t頂加入爐內(nèi)；從高爐下部 風(fēng)口鼓入熱風(fēng)(1150 1200C)，高爐中的物料中的焦炭在 熱風(fēng)中發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生具有高溫的還原性氣體(CO、 H2)。熾熱的氣流在上升過(guò)程中將下降的爐料加熱，并與 礦石發(fā)生還原反應(yīng)。高溫氣流中的CO、H2和部分熾熱 的固定碳奪取礦石中的氧，將鐵還原出來(lái)。還原出來(lái)的 還原鐵進(jìn)一步熔化和滲碳

5、，最后形成鐵水。鐵水定期從 鐵口放出。礦石中的脈石變成爐渣浮在液態(tài)的鐵面上， 定期從渣口排出。反應(yīng)的氣態(tài)物質(zhì)為煤氣，從爐頂排出。三、目前高爐料位計(jì)現(xiàn)狀在大小料斗中，需要安裝料位計(jì)對(duì)斗內(nèi)的原料進(jìn)行測(cè)量。由于非高爐內(nèi)部且有隔板等隔 溫設(shè)施，所以斗內(nèi)溫度不是很高，幾乎常溫常壓。但在實(shí)際應(yīng)用中由于工藝和誤差的原因會(huì) 從高爐內(nèi)部涌上一定的熱量，所以斗內(nèi)的瞬間溫度可能會(huì)達(dá)到200左右。而且由于原料本身 含有一定水分，并且粉塵非常大，且高爐內(nèi)部的熱氣向上涌，就會(huì)攜帶大量粉塵涌向料位計(jì)。 目前應(yīng)用的料位計(jì)大部分為加有機(jī)械防高溫、防粉塵設(shè)備的雷達(dá)（加氮?dú)獯祾叩龋＿@樣的 組合設(shè)備不但操作復(fù)雜、維護(hù)困難，而且造價(jià)

6、昂貴，而且并不能保證料位的連續(xù)性與穩(wěn)定性， 經(jīng)常出現(xiàn)天線堵塞，或因?yàn)榉蹓m太大而信號(hào)丟失的現(xiàn)象。高爐內(nèi)部不用多說(shuō)、由于復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)加上上千度的高溫環(huán)境如果普通雷達(dá)安裝早已 融化。所以現(xiàn)有的料位計(jì)同樣是加有機(jī)械開關(guān)、氮?dú)獯祾?、各種冷卻設(shè)置等的組合設(shè)備。同 樣操作復(fù)雜、維護(hù)困難。最重要的是即便加裝如此設(shè)備，依然不能夠準(zhǔn)確測(cè)量。并且設(shè)備的 使用壽命短，這樣就給工廠帶來(lái)了巨大的不便。同樣在鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)的魚雷罐中，需要在高爐平臺(tái)上部安裝雷達(dá)。魚雷罐中的鐵水溫度極高， 熱量上升全部集中在上部，所以魚雷罐中鐵水液位的測(cè)量也是一個(gè)難題。四、Limaco雷達(dá)完美解決高爐料位問題公司及簡(jiǎn)介俄羅斯Limaco公司坐落于

7、俄羅斯首都莫斯科，是一家專業(yè)從事研發(fā)、生產(chǎn)工業(yè)自動(dòng)化儀器 公司。公司的前身是俄羅斯軍事研發(fā)公司，公司擁有一支具有高水準(zhǔn)的研發(fā)創(chuàng)造團(tuán)隊(duì)，他們 的諸多成果是俄羅斯成為軍事強(qiáng)國(guó)的基石。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，公司戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，成為一 家研發(fā)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域民用公司。依靠公司強(qiáng)大的軍事技術(shù)基礎(chǔ)，公司如今的各項(xiàng)技術(shù)都是 世界領(lǐng)先的。ULM系列雷達(dá)物位計(jì)就是Limaco公司的旗艦產(chǎn)品。擁有世界先進(jìn)的技術(shù):超高頻率94GHz、 超高溫度測(cè)量1000C、調(diào)頻技術(shù)、超高精度1mm等。廣泛的應(yīng)用在俄羅斯各個(gè)領(lǐng)域。食品、 化工、鋼鐵、能源等。得到廣大客戶的認(rèn)可。具有有各種高科技產(chǎn)品的他們?nèi)缃衽c北京金德創(chuàng)業(yè)測(cè)控技術(shù)有限公司

8、合作來(lái)到中國(guó)市場(chǎng)，旨在解決國(guó)內(nèi)物、液位市場(chǎng)的各種復(fù)雜問題! 并委托北京金德公司做為L(zhǎng)imaco公司在中國(guó)的總代理。2.為什么選用Limaco雷達(dá)如今煉鐵高爐料位測(cè)量這個(gè)世界性的難題，還沒有一個(gè)完美的解決方案。但是LImaco公司 的ULM系列雷達(dá)帶來(lái)了全新的解決方案，它有如下技術(shù)特點(diǎn)1）調(diào)頻技術(shù)雷達(dá)物位計(jì)按工作原理來(lái)說(shuō)分為兩類，一種是脈沖式雷達(dá)，另一種是調(diào)頻式雷達(dá)。L20mA100%4mA 0%脈沖式雷達(dá)物位計(jì)工作原理是：物位計(jì)天線發(fā)射微波脈沖，這個(gè)脈沖以光速在空間傳 播，遇到被測(cè)介質(zhì)表面，其部分能量被反射回來(lái)，被同一天線接收。發(fā)射脈沖與接收脈沖的 時(shí)間間隔與天線到被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比，從

9、而計(jì)算出天線到被測(cè)介質(zhì)表面的距離。距離物料表面的距離D與脈 沖的時(shí)間行程T成正比：D=CXT/2其中C為光速因空罐的距離E已知，則物位L為：L=E-D而調(diào)頻式雷達(dá)物位計(jì)工作原理是：物位計(jì)天線向液面發(fā)射經(jīng)頻率調(diào)制的電磁波信號(hào)，被 測(cè)表面返回的信號(hào)被發(fā)射天線接收，并與天線發(fā)射的瞬時(shí)頻率信號(hào)比較。由于信號(hào)的頻率按 照一定規(guī)律不斷變化，因此比較信號(hào)頻率與天線到液面的直線距離成比例。兩者原理的比較可以看出，脈沖雷達(dá)的信號(hào)檢測(cè)是回波必須達(dá)到一定的強(qiáng)度，天線才可 以檢測(cè)到，并引起內(nèi)部電路晶體的震動(dòng)，從而計(jì)算出距離。但是，在粉塵較大，蒸汽較大等 惡劣工礦條件下，脈沖雷達(dá)的回波強(qiáng)度受粉塵、蒸汽影響有時(shí)達(dá)不到晶體

10、震動(dòng)的強(qiáng)度，此時(shí)， 就會(huì)產(chǎn)生眾所周知的回波丟失、顯示死數(shù)、滿量程等現(xiàn)象。而調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)不是靠檢測(cè)回 波強(qiáng)度來(lái)計(jì)算距離的，而是比較回波頻率的，所以只要有一點(diǎn)點(diǎn)回波，它就可以比較出發(fā)射 波與回波的頻差，從而計(jì)算出距離。所以，粉塵、蒸汽等惡劣條件對(duì)它的影響幾乎可以忽略?？梢哉f(shuō)調(diào)頻技術(shù)是脈沖技術(shù)的一個(gè)升級(jí)，使得料位計(jì)上升到另一個(gè)技術(shù)層面。無(wú)論是從 精度、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性都有了大幅提升。調(diào)頻技術(shù)的使用讓雷達(dá)的響應(yīng)速率更快，這樣即便 是高爐的緩沖料斗快速進(jìn)出料也能夠進(jìn)行測(cè)量。同樣調(diào)頻技術(shù)的使用也讓雷達(dá)的測(cè)量精度也 達(dá)到了計(jì)量的級(jí)別。這樣使得雷達(dá)在像高爐這樣的惡劣環(huán)境中也能達(dá)到更高的側(cè)量精度， ULM系類雷

11、達(dá)的最高精度可達(dá)到1m。由于眾多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的原因，Limaco公司ULM系列 雷達(dá)采用調(diào)頻連續(xù)測(cè)量技術(shù)（FMCW）。2）超高頻率目前市場(chǎng)上的雷達(dá)物位計(jì)有很多的進(jìn)口產(chǎn)品，也有部分國(guó)產(chǎn)的雷達(dá)。但這些雷達(dá)大部分 采用的是發(fā)射頻率6.326GHZ的脈沖技術(shù)。對(duì)于常用的圓錐形喇叭天線來(lái)說(shuō)，微波的頻率越 高，波束的聚焦性能越好，即波束角小，在實(shí)際使用中這是十分重要的，低頻微波物位計(jì)有 較寬的波束，如果安裝不得當(dāng)，將會(huì)收到內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的較多的虛假回波，例如：采用4” 喇叭天線的26GHz雷達(dá)的典型波束角為8，而5.8GHz的典型波束角為17。并且，微波的 頻率越高，其喇叭尺寸也可以做的越小，更易于開孔安裝。

12、Limaco公司ULM系類雷達(dá)采用了目前世界最高的頻率：94GHz調(diào)頻連續(xù)波進(jìn)行測(cè)量。 因此，在高爐這樣復(fù)雜的固體介質(zhì)測(cè)量中，如果采用頻率較低的雷達(dá)測(cè)量，其發(fā)射的微波頻 率低、波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，在發(fā)射到斜面或者不平的介質(zhì)上后，會(huì)有大量的信號(hào)反射到其他地方， 使得信號(hào)反射回的比較弱，容易形成虛假回波造成錯(cuò)誤測(cè)量。Limaco的94G雷達(dá)發(fā)送的波 長(zhǎng)非常短，因此即使是從反應(yīng)角度非常陡峭的固體上，也可以獲得優(yōu)質(zhì)的信號(hào)反射，同時(shí)得 到精確的測(cè)量值。且由于超高的頻率，所以ULM系列雷達(dá)的最小波束角為4，采用特殊 的適配器之后，波束角可以減小到幾乎和激光一樣的1.5，。也是因?yàn)槌哳l率的應(yīng)用， ULM系列雷達(dá)采

13、用透鏡天線設(shè)計(jì)，這也方便了一些特殊場(chǎng)合，無(wú)法更改安裝位置，現(xiàn)有的 安裝位置孔徑比較小等。I透鏡天線Lens antenna3）超高耐溫耐壓ULM系列雷達(dá)在像高爐這樣的高溫環(huán)境，像壓力容器這樣的高壓環(huán)境有著一套全面的解決 方案。不需要各種復(fù)雜的機(jī)械防護(hù)設(shè)備，就能夠準(zhǔn)確的測(cè)量料位。3.Limaco雷達(dá)對(duì)高爐的解決方案由于以上技術(shù)特點(diǎn)，才能夠讓ULM系列雷達(dá)在煉鐵高爐得意完美的應(yīng)用。ULM雷達(dá)不會(huì)采 取以往普通雷達(dá)探尺的機(jī)械防護(hù)設(shè)備。Limaco公司采用了最新型的復(fù)合材料作為法蘭夾板 材料使用。這種特殊材料的引用讓Limaco雷達(dá)功能達(dá)到最大的發(fā)揮。對(duì)于安裝方式，我們采用夾板隔開料位計(jì)與料倉(cāng)的方式。

14、（如圖4）在料倉(cāng)料位計(jì)安裝孔安裝耐高溫法蘭底座，上面是上法蘭與儀表，中間為耐高溫隔板裝置。 隔板裝置采用特殊的安裝形式。且根據(jù)不同的環(huán)境采用不同的材質(zhì)。隔板材質(zhì)按壓力分，從 060MPa有不同的型號(hào)。耐溫也有從651600C不同的型號(hào)。隔板材質(zhì)的引用具有以下優(yōu)勢(shì)：安裝簡(jiǎn)易，省去了以往安裝高爐雷達(dá)探尺時(shí)的復(fù)雜過(guò)程，不需要工廠提供各種附加工作。 如提供氮?dú)庠矗峁├鋮s源，提供另外的冷卻控制接線，控制閥門，溫度傳感器等等復(fù) 雜裝置。只需要上下兩片法蘭和隔板，在加上儀表的接線就可以安裝。維護(hù)簡(jiǎn)易、使用壽命長(zhǎng)，由于高爐復(fù)雜惡劣的環(huán)境，雷達(dá)的使用壽命也隨之減少，同時(shí) 還需要定期的維護(hù)檢修。檢修雷達(dá)就需要停

15、止生產(chǎn)，也就影響了工廠生產(chǎn)效率。ULM雷 達(dá)的隔板裝置的安裝，其實(shí)本身高爐的密閉容器是沒有變化的。這樣使得雷達(dá)的使用壽 命不受影響，且如果雷達(dá)需要維護(hù)，完全可以在生產(chǎn)當(dāng)中進(jìn)行不停產(chǎn)維護(hù)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以往雷達(dá)探尺只能在某個(gè)時(shí)刻對(duì)高爐內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，時(shí)間不能維持太長(zhǎng)然后就 關(guān)閉。ULM可以實(shí)時(shí)的對(duì)高爐內(nèi)的料位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，透過(guò)隔板無(wú)間斷的對(duì)高爐內(nèi)的料位進(jìn) 行監(jiān)測(cè)。也可以采用兩臺(tái)配合旋轉(zhuǎn)器使用，通過(guò)軟件模擬出高爐內(nèi)部料位的分布及爐內(nèi) 物料堆積形狀。五、Limaco雷達(dá)在鋼鐵中的其他應(yīng)用由以上可以看出，Limaco雷達(dá)以其本身的巨大優(yōu)勢(shì)不僅僅可以應(yīng)用在煉鐵高爐料位，也可 以應(yīng)用到其他任何需要物位檢測(cè)的地方。1、高爐頂部的料斗，可以采用耐溫300型ULM雷達(dá)進(jìn)行測(cè)量。2、鋼鐵高爐的鐵水鋼包車，在進(jìn)行鋼水傾注的時(shí)候