ПРИМЕНЕНИЕ МКВТЕХНИКИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ

В сталеплавильном производстве подавляющее количество операций как подготовительных, так и технологических связано с необходимостью измерения уровня материалов и жидких расплавов в различного рода агрегатах и емкостях. Однако большинство датчиков, применяемых для этой цели, дают лишь качественную картину, имеют недостаточную точность (например, акустические методы контроля хода конвертерной плавки) или основаны на источниках радиоактивного излучения, что небезопасно для персонала.

Новое поколение измерительных средств XXI в. для указанных целей может быть основано на применении микроволновой техники. В качестве зондирующего используется непрерывно излучаемый МКВсигнал миллиметрового диапазона с периодической линейной частотной модуляцией. Такой метод в условиях индустриальных помех и многократных отражений является более точным в сравнении с импульсным. Мощность МКВизлучения не превышает 50 мВт.

Характеристики отраженного сигнала такой измерительной аппаратуры определяются физическими свойствами материала (вещества). Исследования показали, что коэффициент отражения МКВизлучения широкой гаммы материалов, применяемых в сталеплавильном производстве (извести, известняка, плавикового шпата, песка, кокса, угля, различных ферросплавов и раскислителей), даже в крайне запыленных условиях (до 210220 г/м3) как в статическом, так и в динамическом состояниях достаточно велики. Это позволяет реализовать измерение их уровней МКВсредствами.

Структура системы определяется технологическими функциональными задачами и в общем виде включает в себя МКВблок с антенной частью, который является одновременно излучателем и приемником; блоки аналоговой и цифровой обработки сигналов; устройство для защиты и юстировки МКВ блока, а также линии связи между устройствами и блоками.

Наиболее простая система реализована для измерения уровня известняка в шахтной печи на металлургическом заводе им. Петровского (Украина). В состав системы входит МКВ блок, установленный над отверстием в футеровке печи, аналоговый блок обработки сигналов, защитное устройство и вторичный прибор РП160.

Более сложной для реализации являлась система для измерения уровня жидкой ванны в конвертере. Такой объект характеризуется высокой запыленностью газовой среды, высокой температурой с развитием плазменных явлений и распространением радиоволн, мощным тепловым потоком и повышенными требованиями к защитному устройству. Вспененный конвертерный шлак имеет при этом весьма низкую отражательную способность — 0,0015 по ре

зультатам наших исследований и 0,0045 по данным работы .

МКВблок в нашей системе устанавливается в водоохлаждаемом термостате, располагаемом над смотровым отверстием горловины конвертера. Выходное отверстие термостата в направлении радиоизмерения закрывается термоизолирующей радиопрозрачной пластиной. Защита нижней части термостата от выносов плавильной пыли обеспечивается отдувом высокоскоростных газовых струй определенной направленности. Кроме защитных, термостат выполняет также функции юстировки датчика.

Схема расположения термостата с СВЧ блоком над конвертером представлена на рис. 1.

Система измерения уровня ванны в конвертере может быть осуществлена в двух модификациях: для измерения уровня в любой период плавки, включая продувку, либо только в межпродувочные периоды. В последнем случае сигналы с блока аналоговой обработки поступают на вторичный прибор (типа "Диск250"), на котором регистрируется уровень футеровки днища, жидкой ванны после заливки чугуна, процесс осаждения ванны после окончания продувки, уровень спокойной ванны. По разнице между расстояниями от датчика до зеркала спокойной ванны перед сливом металла на первой плавке и любой последующей определяется корректировка положения кислородной фурмы конвертера.

Погрешность измерений дальности составляет ±355 см, где нижний предел относится к твердой поверхности, верхний — к поверхности расплава. Для измерения уровня ванны в процессе продувки требуется применение ПЭВМ, компьютерная технология обработки отраженного сигнала, включающая его спектральный анализ и подавление помех. Такая система испытана на 150т конвертере. Информация выводится с ПЭВМ на дисплей, установленный непосредственно в пульте управления.

На рис. 2 показана кривая изменения уровня конвертерной ванны. Пики на кривой в начальный момент продувки отвечают присадкам сыпучих материалов, которые при их подаче в конвертер экранируют луч локатора. Надежность информации по вспененной ванне определяется соответствием показаний системы в районе 6,5—7,0 м при выбросах и переливах шлака через горловину в процессе продувки.

Система измерения уровня ванны в конвертере позволяет определять уровень спокойной ванны в конвертере; износ футеровки днища в процессе кампании; высоту расположения фурмы над зеркалом металла в зависимости от износа футеровки; уровень ванны в процессе ее осаждения после продувки и вспененной ванны при продувке с прогнозированием вероятных выбросов; глубину погружения фурмы зонда.

Выполнены разработки повышения точности и надежности системы. К ним относятся использование конструкции антенны диаметром 250 мм с остронаправленным лучом шириной менее 2 град для проведения пространственной селекции отраженного сигнала; применение двухканального приемнопередающего модуля с автоматической калибровкой прибора и исключением температурных дрейфов и трендов изза старения элементов МКВблока.

Разработаны также системы измерения уровня металла при непрерывной разливке в промковше, на установках ковшевого вакууми рования, в передвижных миксеровозах. Погрешность измерения в этих системах уменьшается до 8—10 мм.

Перспективным направлением применения МКВтехники является также индикация наличия сыпучих материалов в конвейернотранспортных системах, с целью замены опасных радиоизотЬпных реле наличия металлургических материалов.

Применение новой измерительной техники на основе МКВсредств для контроля уровня материалов и расплавов в различных емкостях й агрегатах дает возможность решать новые задачи в управлении технологическими процессами. Разработаны применительно к сталеплавильному производству системы непрерывного бесконтактного измерения уровня расплавов в конвертере, промковше МНЛЗ, при ковшевом вакуумировании, в передвижных миксеровозах, сыпучих материалов в бункерах и шахтных печах.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м I, Москва 1994