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0 引言
柳鋼現有8座，年產鐵水約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據，它們對于保證高爐爐況的順行、提高生產效率和提高生產安全性起著非常重要的作用。由于高爐爐內溫度非常高（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，安裝復雜，維護困難，測量的數據精度不夠準確，隨著一些新技術的應用，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、測量精確度高的經濟性的解決方案，
高爐的生產中，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鐵水的容量。
經過幾年的實踐，柳鋼的高爐生產逐步采用了多種雷達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型雷達物位計為例，介紹雷達料位計在柳鋼高爐的應用。
1、 高爐料位的測量系統組成
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備添加到高爐內的礦料，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1000℃以上。被測量的介質是液體，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型雷達物位計，它是專門針對粉狀固體的測量特點而研發的非接觸式雷達物位計。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射出去的雷達波能夠在粗糙的固體表面最大程度地被反射回雷達探頭。
采用FMCW連續調頻的工作方式,如圖2所示。其基本測量原理是，探頭同時進行雷達波的發射和接受，類似通信中的“全雙工”；LR400采用了波形為鋸齒型的微波，發射波及經固體表面反射后形成的回波之間產生一個相位差，這個相位差通過快速傅立葉的轉換后，形成一個頻譜，這個頻譜與雷達物位計測量的距離呈線性關系。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FMCW測量原理，雷達波能夠源源不斷地“射”向測量介質，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  | 采用四線制設計。四線制的設計保證了儀表有足夠的功率來發射足夠強的能量來滿足惡劣的測量條件，LR400能夠測量介電常數低至1.5的介質（自然界絕大部分的介質的介
電常數大于1.5），最大量程50m。
由于使用高頻信號，因此，發射角度最小可到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雷達在以往的基礎上，作了很多改進，這些改進是：
⑴新瞄準器，將瞄準器作為新的固體型雷達的標準配置。瞄準器可保證LR400即使用于介質表面傾斜角度較大的工況，介電常數較低的化學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，能夠滿足不同的現場的要求。
⑶改進了LR400的固體算法，能夠專門適用于各種復雜的固體測量。
⑷采用了新的算法，導波性能得到很大提高，增加了延長管（最長至592mm的天線設計）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定。
值得一提的是，現場的工況比較惡劣，常有礦石掉落在現場，由于LR400的標準配置是堅實的鋁外殼設計，因此即使在惡劣的現場工況，LR400也能正常工作
3 在高爐上的應用效果
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，應用Siemens雷達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液位計的喇叭天線口過程溫度。
（2）采用導波彎管的設計，避開由于輻射引起的超高溫。利用LR400的導波特性，設計制作導波彎管來避開倉頂安裝出口處的高溫氣體；為了降低傳導熱的影響，整個導波管的長度超過2m，使管內高溫氣體能夠得到足夠的降低。安裝了導波彎管后，安裝法蘭口的溫度小于100℃，經過2~3星期的現場使用，物位測量結果基本準確,見圖3所示。
圖八：雷達液位計高溫應用三  | （3）由于LR400具有很小的發射角度（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 方案優化
在魚雷罐鐵水液面的測量中，由于罐口結渣以后可視面積比較小，會造成導波管無法對準罐口進行測量；并且由于魚雷罐車進料口不斷揚起的灰塵容易粘附在導波彎管管口上，造成儀表在使用一段時間后，出現信號漂移直至出現高位報警的現象。
如果制作一個帶大喇叭口的導波彎管從理論上講，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系列雷達液位計的了解，西門子雷達液位計集成了最先進的聲智能回波處理技術，可以通過對復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，提高了系統的可靠性等優點。
5 結束語
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，雷達料位計在高爐上的應用可以充分發揮固體型雷達的特點，減少維護工作量，保證高爐的安全生產。
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