3 Применение рду для измерения параметров технологических

Наиболее простым и очевидным применением радиоуровнемеров является измерение уровня сыпучих материалов в бункерах. Коллектив научно-исследовательской лаборатории "Микроволновая техника для металлургии" кафедры автоматизации производственных процессов НМетАУ разработал методы успешного применения радиолокаторов ближнего действия с учетом специфических особенностей этих металлургических объектов.

В рабочем положении РДУ устанавливается над контролирующей веществом в верхней части технологической емкости (бункере, вагранке, ковши, конвертере, доменной печи и т.п.). В случае, если емкость открыта, РДУ устанавливается на специальных приспособлениях (консолях, подвесах) над контролирующей поверхностью, как показано на рис. 4а.

Высота установки РДУ в этом случае ограничивается только его максимальным рабочим диапазоном. РДУ может устанавливаться на проем или без всякого крепления, или на врезанный патрубок с помощью болтового соединения. Высота патрубка, штуцера, на котором крепится РДУ, не должна превышать 0,5 м. Расстояние между антенным фланцем и верхним контролируемой чертой уровня вещества в емкости не должна быть меньше 1 м. Это расстояние является зоной нечувствительности датчика, называемой «мертвой» зоны (рис. 4, а).

Рис. 4. Установка РДУ на технологических емкостях

При выборе места установки РДУ на емкости, необходимо обеспечить максимальное расстояние его от устройств которые подают материал (Рис. 4, б), с тем, чтобы поток материала не пересекал радиолуч РДУ. При этом необходимо обеспечить такое размещение РДУ, чтобы радиолуч при минимальном уровне вещества в емкости не попадал на ее стенки. Диаметр D радиолуча РДУ-Х2 рассчитывается по формулах D = 0,15 R. Так, на расстоянии R = 5 м от РДУ ширина луча будет 0,75 м, а при R = 10 м ширина луча D = 1,5 м.

Для более эффективной работы датчика по поверхностям со сложным рельефом (например, при образовании воронок или конусов материала) допускается устанавливать РДУ с небольшим (5 ... 10 градусов) наклоном к вертикали (рис.4, б).

2 . Размещение радиолокаторов на технологических емкостях обычно проводится в довольно ограниченных условиях. Поэтому, кроме очевидного

Рис. 5. Измерение расстояния до поверхности материала с использованием отражателя

метода крепления радара в верхней части агрегата, разработаны технические решения [6], основанные на повороте оси радиолуча с помощью отражателей или угловых волноводов (рис. 5). В этом случае для прицеливания радара используют угловой отражатель, установленный в заданном месте над емкостью.

3. Основная погрешность определения расстояния связана с уклонами поверхности материала. Мощность радиоволны, отражается ближней к антенне зоной эллипсообразной площадки (рис. 6), превышает мощность радиоволны, отражается дальней зоной. Поэтому при определении расстояния возникает систематическая ошибка «в минус».

Рис. 6. Измерение расстояния до наклонной поверхности материала

4. Уклон поверхности материала образуется за счет присущих ему углов естественного откоса. При этом, как показали эксперименты, мощность отраженного сигнала зависит не только от расстояния до облучаемой поверхности, но и от угла встречи радиолуча с поверхностью. На практике это может привести к значительному ослаблению отраженного сигнала при больших уклонах зондирующей поверхности. Для определения расстояния в таких случаях созданы специальные алгоритмы обработки радиолокационных данных [6].

5. Требования к точности определения расстояния до поверхности материала ограничены, естественно, максимальным его кусков (рис. 7). По законам радиофизики, погрешность измерения расстояния при частотно-модулируемой излучении радара не превышает длины его волны. Поэтому для обычных в металлургии материалов с размером кусков в диапазоне 5 ... 80 мм и длине волны излучения 8 мм такая точность обеспечивается простой электронной схемой вторичного (низкочастотного) блока радиолокатора РДУ [6]. Следует учитывать, что при этом в зоне радиолуча естественные колебания рельефа поверхности усредняются.

Рис. 7. Измерение расстояния до материала разного размера

6. Радиолокатор может не только определять расстояние, но и распознавать вид материала в зависимости от его электрофизических свойств. Так, при проведении экспериментов с использованием кокса размером 5 ... 80 мм, агломерата фракцией 5 ... 40 мм и окатышей диаметром 5 ... 15 мм была обнаружена возможность различения вида материалов [6].

7. Большие исследования проведены с целью определения возможности микроволнового контроля грануляционного состава кусковых и сыпучих материалов при их движении на конвейере [6]. Эта задача, важная для совершенствования и автоматизации технологических режимов горнодобывающих, обогатительных производств, доменного процесса, до сих пор не имеет удовлетворительного решения. Отдаленным аналогом этой научной проблемы является дистанционное радиолокационное зондирование рельефа земной поверхности. Однако, существенной разницей задачи контроля грансостава от моделей отражения радиоволн является соизмеримость размеров гранул материала с расстоянием от них до антенны, диктуемая конструктивной необходимостью размещения антенны в непосредственной близости от контролируемого потока материала.

8. Радары применяют также для измерения уровня металлургических расплавов (металла, шлака) на кислородном конвертере, который характеризуется интенсивными пылевыделениями и газовыделениями, высокой температурой, ограниченными возможностями размещения аппаратуры, а также для измерения уровня жидкого металла в чугуновозном ковше, миксере, вакууматоре и др. [6].

9. Условия эксплуатации радаров в металлургическом производстве во многих случаях связаны с наличием негативных техногенных воздействий (высоких температур и давлений, мощных пылевых и газовых потоков, вибраций, ударов и т.п.) Так, температура на колошнике доменной печи или на крышке вакууматора может превышать 100 °С, а в верхней части конвертера-еще ​​выше. Это требует применения специальных устройств для тепловой защиты РДУ [6].

Запыленность среды в бункерах может быть весьма значительной (до 250г/м3). Хотя затухания отраженного сигнала при этом не превышает 3 дБ, реальную опасность представляет опыления поверхности антенны. Поэтому необходимо применять защитные пластины с радиопрозрачного теплостойкого материала. Кроме того, следует организовать или аэродинамический отдува пыли по радиоканалу с одновременным обдувом поверхности защитной пластины, или аэростатических наддув полости между антенной РДУ и защитной пластиной [6]. При этом желательно использовать для обдува осушенный сжатый газ, поскольку частицы водяного пара могут конденсироваться на защитной пластине в виде пленки, что создаст препятствия для радиоизлучения.