Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве
Приведены результаты промышленного внедрения радаров в металлургии. 
 Полученные результаты позволили сделать вывод о целесообразности использования их в качестве основного компонента для реализации непрерывного контроля и управления....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22304 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве / О.Н. Кукушин, В.И. Головко, Н.В. Михайловский, А.А. Верховская, В.П. Радченко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2008. — Вип. 16. — С. 380-385. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860270662539542528 |
|---|---|
| author | Кукушкин, О.Н. Головко, В.И. Михайловский, Н.В. Верховская, А.А. Радченко, В.П. |
| author_facet | Кукушкин, О.Н. Головко, В.И. Михайловский, Н.В. Верховская, А.А. Радченко, В.П. |
| citation_txt | Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве / О.Н. Кукушин, В.И. Головко, Н.В. Михайловский, А.А. Верховская, В.П. Радченко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2008. — Вип. 16. — С. 380-385. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description | Приведены результаты промышленного внедрения радаров в металлургии. 
Полученные результаты позволили сделать вывод о целесообразности использования их в качестве основного компонента для реализации непрерывного контроля и управления.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:06:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
380
УДК 621.369.029.64:669
О.Н.Кукушкин, В.И.Головко, Н.В.Михайловский, А.А.Верховская,
В.П.Радченко
РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ В ДОМЕННОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
Национальная металлургическая академия Украины
Приведены результаты промышленного внедрения радаров в металлургии.
Полученные результаты позволили сделать вывод о целесообразности использо-
вания их в качестве основного компонента для реализации непрерывного контро-
ля и управления.
В последней четверти XX века наблюдалось бурное развитие вычис-
лительной и микропроцессорной техники, что, однако, не вызвало суще-
ственного прогресса в автоматизации технологических процессов. Прак-
тическое применение эта новая техника нашла в вооружениях, в автома-
тизации бизнес-процессов и в быту. Между тем, системы АСУ ТП, даже
разрабатываемые на новейшей технической базе, по существу не решали
новых технологических задач, во всяком случае, в металлургии, несмотря
на общеизвестную их актуальность и технико-экономическую эффектив-
ность. Застой в АСУ металлургическими процессами вызван отсутствием
новых средств контроля технологических процессов. Эта задача весьма
сложна из-за жестких условий эксплуатации этих средств на металлурги-
ческих объектах, больших расходов на разработку и доводку новой тех-
ники перед постановкой ее на производство и медленной окупаемости
вследствие малого объема потребления приборов.
Выход из этой проблемной ситуации появился с началом конверсии
оборонной промышленности. На международный рынок стали поступать,
в частности, радиолокационные дальномеры ближнего действия (до 50 м)
производства шведских, германских, американских и др. фирм. В СССР
этот сегмент рынка с 1987 г. занимает продукция НПО «Исток»
(г.Фрязино, Россия) - радиолокационные уровнемеры РДУ-Х1, РДУ-Х2 и
измерители скорости РИС.
Суть микроволновых методов заключается в следующем. В качестве
зондирующего сигнала используются сверхвысокочастотные радиоволны
длиной 5…30 мм, излучаемые непрерывно. Приемо-передатчик с антен-
ной конструктивно объединены в единый модуль с максимальным габа-
ритом 300 мм вместе с системой обработки и передачи сигналов по кабе-
лю. Мощность МКВ-излучения не превышает 50 мВт, что вполне безо-
пасно для человека. Амплитуда МКВ-излучения постоянна, а его частота
периодически изменяется по линейному закону в диапазоне нескольких
сотен мегагерц. В приемнике сравниваются частоты излученного и отра-
женного от зондируемой поверхности радиосигналов, а разностная (низ-
кая) частота, пропорциональная дальности до цели, используется в каче-
381
стве информативного параметра. Радиолокатор, основанный на этом
принципе, является радиодальномером ближнего действия. В отличие от
широко известных импульсных радиодальномеров дальнего действия, он
позволяет измерять малые дальности (1...30 м) с высокой точностью и
обеспечивает меньшую чувствительность к помехам из-за отражений и
переотражений радиолуча от металлоконструкций и технологического
оборудования. Другим информативным параметром отраженного сигнала
является амплитуда (или мощность), которая обратно пропорциональна
квадрату дальности и зависит от рельефа поверхности цели и ее электро-
физических характеристик.
Наиболее полная информация о свойствах отражающей поверхности
содержится в спектральной плотности мощности отраженного сигнала, и
во многих случаях приходится анализировать не только положение мак-
симума и величину уровня главной спектральной линии, но и форму всего
спектра. Применяемая длина радиоволны (8 мм) существенно больше
размеров пылевых частиц, что обеспечивает малый габарит антенны, а
также минимальные рассеивание и затухание излучения в запыленных
газовых средах, свойственных металлургическим агрегатам.
С 1987 г. над разработкой и применением в металлургии этих методов
работает творческий коллектив сотрудников Института черной металлур-
гии (с 1994 г. это коллектив лаборатории «Микроволновая техника для
металлургии» при кафедре автоматизации производственных процессов
НМетАУ) и ГНПО «Исток» (г. Фрязино, Россия).
Новейший образец радиоуровнемера РДУ-Х2, выпускаемый ГНПО
«Исток», имеет следующие технические характеристики: диапазон изме-
ряемых уровней 1 ... 20 м; максимальная погрешность измерений дально-
сти не более ± 0,05 м; излучаемая частота 37,5 ГГц; излучаемая мощность
20 мВт; угол раскрытия диаграммы направленности 6о; диапазон выход-
ного сигнала 0 - 5; 0 - 20; 4-20 мА пост.тока; потребляемая мощность 50
Вт; напряжение питания 220 В переменного тока; масса 7 кг.
Использование радиолокационного метода для определения уровня
материалов потребовало предварительного изучения их отражательной
способности. Основным показателем отражательной способности мате-
риала является коэффициент отражения – отношение мощностей отра-
женного и падающего на поверхность радиосигналов.
Результаты экспериментальных исследований отражательной способ-
ности различных металлургических сыпучих материалов и расплавов по-
зволили сделать следующие выводы:
1. Коэффициенты отражения микроволнового излучения выбранного
частотного диапазона материалами достаточно велики, что позволяет реа-
лизовать измерение их уровней в емкостях МКВ - средствами.
2. При отклонении радиолокационного дальномера от вертикальной
плоскости наблюдается снижение амплитуды отраженного сигнала, вы-
званное его рассеянием.
382
3. Существенные различия коэффициентов отражения кокса, агло-
мерата и окатышей, имеющих разные гранулометрический состав и фор-
му поверхности, свидетельствуют о возможности определения вида сыпу-
чих материалов МКВ-средствами.
Нами выполнен широкий спектр теоретических и экспериментальных
исследований, лабораторных и промышленных, направленных на:
• поиск возможных областей применения микроволновой техники радиодаль-
номеров и скаттерометров (измерителей ослабления радиоволн в различных сре-
дах);
• адаптацию универсального радара РДУ-Х2 к специфическим условиям при-
менения:
• выявление рациональных мест установки приборов на технологическом обо-
рудовании;
• защиту приборов от теплового излучения, выбросов пыли и газов;
• передачу сигналов по линиям связи;
• представление информации технологическому персоналу;
• разработка способы обработки сигналов.
Последняя задача оказалась наиболее сложной и потребовала привле-
чения не только традиционного спектрального анализа, но и самого ново-
го математического аппарата: вейвлет-анализа, нелинейной фильтрации,
распознавания образов и др.
Мощный математический арсенал позволил решить ряд принципи-
ально новых задач дистанционного контроля технологических процессов,
для которых радиодальномеры изначально не предназначены.
Новые методики:
• Измерение макрорельефа (формы) засыпи сыпучих материалов.
• Измерение углов склонов засыпи.
• Распознавание вида компонентов шихты.
• Оценка крупности шихтовых компонентов на конвейере.
• Определение толщины слоя шихты на конвейере, аглоленте или грохоте.
• Зондирование шахты доменной печи для определения скорости схода ших-
ты; толщины слоев руды и кокса, окружной неравномерности хода.
• Определение остаточной влажности наливной футеровки при сушке ковшей.
• Оценка состояния конверторной ванны при продувке (уровень и его колеба-
ния) и предупреждение о вероятных выбросах;
• Оценка изменения химсостава конверторного шлака при продувке.
• Оценка износа футеровки конвертора или ковша.
Наиболее продвинулись мы в основном применении радаров – изме-
рении уровня шихтовых материалов и расплавов в металлургических аг-
регатах и сосудах. Даже в условиях кризиса 90-х годов на базе радаров
РДУ-Х2 были разработаны и внедрены с участием ряда организаций и
предприятий следующие системы:
• Система автоматического контроля уровня шихты в шахтной печи обжига
известняка на металлургическом заводе им. Петровского (1993 г.).
• Система автоматического контроля уровня расплава при вакуумировании
стали в ковше на Нижнеднепровском трубном заводе (1995 г.).
383
• Система автоматического контроля уровня конверторной ванны, в том числе
при продувке, с прогнозированием вероятных выбросов расплава в 150-тонном
конверторе на Челябинском метзаводе (1992 г.).
В связи с кризисом 90-х годов многие другие разработки лаборатории
не были внедрены в производство, хотя успешно прошли опытно-
промышленную проверку и были использованы УКРГИПРОМЕЗом в
проектах реконструкции и строительства ряда доменных и сталеплавиль-
ных цехов.
Главный результат работы лаборатории – установлено, что микровол-
новые средства измерения в комплексе с микропроцессорными средства-
ми обработки сигналов являются универсальным и надежным инструмен-
том автоматического бесконтактного контроля многих металлургических
процессов, они открывают новые горизонты в развитии АСУ ТП.
С 2002 г. лаборатория работает с меткомбинатом «Криворожсталь» в
направлении решения задач автоматического контроля технологических
процессов в доменном производстве. Существующая автоматическая сис-
тема управления (АСУ) шихтоподачей ДП-9 на меткомбинате «Криво-
рожсталь» охватывает круг задач, направленных на обеспечение заданно-
го уровня засыпи, а также решает задачу коррекции доз шихтовых мате-
риалов с учетом их химического состава, влажности и точности набора
предыдущей дозы. Однако, оперативный учет количества материалов в
бункерах, уровня и формы их поверхности, с учетом образующихся углов
откоса, не представляется возможным из-за отсутствия соответствующих
измерительных средств.
Для получения достоверной информации об уровне (расстоянии) по-
верхности шихты в ее статическом и динамическом состоянии в прием-
ных бункерах шихтоподачи наиболее предпочтительным является бескон-
тактный метод контроля. Поэтому установка радарных индикаторов уров-
ня (РИУ) и дальнейшая их интеграция в АСУ обеспечивает решение цело-
го ряда задач:
• обеспечения бесперебойной и ритмичной загрузки в доменную печь компо-
нентов шихты в заданной последовательности и в установленном количестве;
• выполнения требований техники безопасности обслуживающим персоналом
на передвижном реверсивном конвейере агломерата;
• бесконтактного непрерывного контроля заполнения и опорожнения прием-
ных бункеров с материалами на основе реализации оперативного прогноза их рас-
хода и управления запасами сырья;
• фиксации критических углов откоса для предотвращения аварийных ситуа-
ций при загрузке шихтовых материалов.
В результате промышленных испытаний установлено, что техниче-
ские характеристики РИУ типа РДУ-Х2 позволяют успешно использовать
его в составе системы шихтоподачи в качестве стационарного средства
оперативного контроля уровня шихты в приемных бункерах. Полученные
при испытаниях данные об изменении уровня материала в бункере соот-
ветствуют технологическим представлениям. В 2003 г. при капитальном
384
ремонте ДП-9 на всех 14 приемных бункерах системы шихтоподачи были
установлены по два радара, а информация от них поступает по кабельным
линиям на пост управления участком.
Уверенное определение уровня является следствием формирования на
поверхности материала элементарных отражателей (фацетов), размеры
которых соизмеримы с длиной волны РИУ (8 мм). Генерация этими фаце-
тами вторичного радиоизлучения формирует устойчивый сигнал отраже-
ния. Поскольку положение фацетов, находящихся в радиолуче случайно, в
каждый момент времени осуществляется генерация вторичного излучения
электромагнитной энергии с широкой диаграммой обратного рассеяния. В
силу этих особенностей отражения электромагнитной энергии возможно
определение расстояния до наклонных поверхностей сыпучего тела с
весьма значительными углами откоса в пятне радиолуча. При малых углах
откоса погрешность измерений дальности не превышает ± 0,03 м.
Для оперативного прогноза теплового состояния печи, своевременной
реализации обоснованных управляющих воздействий на ход доменного
процесса и, вследствие этого, улучшения технико-экономических показа-
телей работы доменной печи необходима информация об изменении
уровня и формы поверхности засыпи шихтовых материалов по ходу плав-
ки. Профиль поверхности шихтовых материалов на колошнике доменной
печи возможно определять при сканировании радиолучом засыпи. Эта
информация является основой для расчета скорости схода шихты, толщи-
ны ее слоев, рассогласования начальных профилей и окружной неравно-
мерности засыпи. Исследованиями на агломерате, окатышах и коксе уста-
новлено, что уверенное определение профиля поверхности достигается с
погрешностью измерения меньше допустимой (0,2 м) при угле падения
радиолуча до 40°. Определение углов откоса сводится к поиску законо-
мерности изменения поверхности, которая характеризует тенденцию
формирования угла откоса с заданной технологом точностью.
С целью создания радиолокационного профилемера засыпи шихты на
колошнике впервые проведены испытания радиолокационного дальноме-
ра-уровнемера РДУ-Х2 на ДП-9 непрерывно в течение 6 месяцев в 2002-
2003 гг. Основной задачей испытаний было определение надежности ра-
боты РДУ в условиях колошника ДП. РДУ был установлен на куполе печи
на расстоянии 2,3 м от оси печи. Радиолуч был направлен к центру печи,
что обеспечивало получение информации о глубине воронки засыпи ших-
ты. Предполагаемый диапазон изменения уровня засыпи – от 0,5 до 6 м.
Для защиты РДУ от воздействия высокотемпературных (до 300°С) га-
зопылевых потоков из рабочего пространства печи (избыточное давление
до 0,18 МПа) было специально разработано и изготовлено устройство те-
плопылезащиты (УТПЗ). Охлаждение УТПЗ и отдув доменных газов осу-
ществлялись азотом из цеховой магистрали (давление 0,55...0,6 МПа).
Температура в полости между апертурой антенны РДУ и защитной пла-
стиной непрерывно фиксировалась на самописце. Для обеспечения воз-
385
можности отсечки УТПЗ от рабочего пространства печи с целью демон-
тажа размещенного в нем РДУ использован шаровой кран.
Информация, поступающая от РДУ, передавалась на центральный
пост управления по последовательному цифровому интерфейсу RS-485.
Анализ сигнала РДУ показал, что уровень радиосигнала, отраженного от
поверхности шихтовых материалов, на 15...25 дБ превышает уровень шу-
мов в радиолокационном канале, что позволяет надежно определять по-
ложение засыпи на колошнике доменной печи. Сопоставлялись показания
РДУ по центру печи и уровни засыпи на периферии, измеренного двумя
штатными механическими зондами. Оба метода измерения зафиксировали
согласованное опускание поверхности засыпи на периферии и в центре
печи со средней скоростью схода около 3 мм/с. Полученные данные соот-
ветствуют существующим техно-логическим представлениям о ходе до-
менной плавки.
Основываясь на положительных результатах испытаний радара в ре-
альных условиях эксплуатации, было принято решение о создании радио-
локационного профилемера с использованием радаров РДУ-Х2, стацио-
нарно установленных на куполе ДП-9. 20 радаров профилемера зондиру-
ют поверхность засыпи в отдельных участках засыпи, информация от них
по кабельным линиям поступает в ЦПУ, где в промышленном компьюте-
ре обрабатывается для представления техническому персоналу в удобной
форме – в виде кривых в вертикальных сечениях колошника по двум пер-
пендикулярным диаметрам, либо в виде линий уровня. Кроме формы за-
сыпи, можно наблюдать информацию об эпюрах скоростей схода шихты
и о толщине слоев засыпи, образованных последовательными порциями
шихты.
Радиолокационный профилемер на ДП-9 был введен в эксплуатацию
при капитальном ремонте в декабре 2003 г. и надежно работает, облегчая
автоматизированное управление загрузкой и решение новых технологиче-
ских задач. С использованием полученных результатов разработаны тех-
нологические и технические требования к применению радиолокационной
техники на колошнике доменных печей меньшего объема с использовани-
ем 12-16 радаров, а также отработаны алгоритмы обработки радиолокаци-
онных сигналов в условиях мощных техногенных помех доменной плав-
ки.
Сведения о докладчике:
Кукушкин Олег Николаевич, докт.техн.наук, профессор Национальной метал-
лургической академии Украины;
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22304 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0070 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:06:02Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кукушкин, О.Н. Головко, В.И. Михайловский, Н.В. Верховская, А.А. Радченко, В.П. 2011-06-21T17:54:56Z 2011-06-21T17:54:56Z 2008 Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве / О.Н. Кукушин, В.И. Головко, Н.В. Михайловский, А.А. Верховская, В.П. Радченко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2008. — Вип. 16. — С. 380-385. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22304 621.369.029.64:669 Приведены результаты промышленного внедрения радаров в металлургии. 
 Полученные результаты позволили сделать вывод о целесообразности использования их в качестве основного компонента для реализации непрерывного контроля и управления. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Приветствия Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве Article published earlier |
| spellingShingle | Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве Кукушкин, О.Н. Головко, В.И. Михайловский, Н.В. Верховская, А.А. Радченко, В.П. Приветствия |
| title | Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве |
| title_full | Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве |
| title_fullStr | Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве |
| title_full_unstemmed | Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве |
| title_short | Радиолокационный контроль процессов в доменном производстве |
| title_sort | радиолокационный контроль процессов в доменном производстве |
| topic | Приветствия |
| topic_facet | Приветствия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22304 |
| work_keys_str_mv | AT kukuškinon radiolokacionnyikontrolʹprocessovvdomennomproizvodstve AT golovkovi radiolokacionnyikontrolʹprocessovvdomennomproizvodstve AT mihailovskiinv radiolokacionnyikontrolʹprocessovvdomennomproizvodstve AT verhovskaâaa radiolokacionnyikontrolʹprocessovvdomennomproizvodstve AT radčenkovp radiolokacionnyikontrolʹprocessovvdomennomproizvodstve |