一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)高爐料面變化的雷達(dá)掃描裝置，將其設(shè)置在合適的位置保證了料面成像的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性，將雷達(dá)天線深入高爐內(nèi)部，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置控制天線的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在選定位置，通過(guò)最優(yōu)視角范圍和最優(yōu)測(cè)距范圍的考慮，實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐半個(gè)料面的掃描。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及冶金領(lǐng)域使用微波技術(shù)進(jìn)行料面形狀測(cè)量的場(chǎng)合，目前已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中高溫、高壓、高粉塵等惡劣環(huán)境，特別適用于冶金行業(yè)中高爐煉鐵環(huán)境下料面形狀的測(cè)量。
技術(shù)介紹
鋼鐵工業(yè)中高爐冶煉的過(guò)程，是不斷添加爐料進(jìn)行連續(xù)冶煉的過(guò)程，其中爐頂布料形狀的控制是十分重要環(huán)節(jié)，因此實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲得高爐內(nèi)料面形狀信息，對(duì)于調(diào)節(jié)布料方式、控制高爐煤氣分布、判斷爐況有著十分重要的作用，進(jìn)而，使得爐缸活躍、高爐順行、降低焦比、節(jié)約能源、穩(wěn)定高產(chǎn)、減少爐壁侵蝕和延長(zhǎng)高爐壽命，提高高爐煉鐵生產(chǎn)效益。我國(guó)是鋼鐵大國(guó)，冶金行業(yè)對(duì)國(guó)家的發(fā)展具有重大意義。高爐內(nèi)部工作環(huán)境極其惡劣:高溫、高壓以及高粉塵，使得其內(nèi)部工作機(jī)制一直成為黑箱，不被人們了解。高爐內(nèi)料面的分布形狀對(duì)高爐生產(chǎn)中節(jié)能減排，提高產(chǎn)能，高效利用資源以及安全生產(chǎn)等具有重要的指導(dǎo)價(jià)值，因此實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的獲得高爐料面形狀信息，對(duì)于調(diào)節(jié)布料方式、控制高爐煤氣分布、判斷爐況有著重要的作用。目前冶金行業(yè)高爐料面的測(cè)量主要采用三種方法:間接測(cè)量法；直接接觸測(cè)量法；直接非接觸測(cè)量法。間接測(cè)量料面的方法主要有十字測(cè)溫法和紅外熱成像法。十字測(cè)溫法通過(guò)在測(cè)溫十字架上不同位置安裝溫度傳感器監(jiān)測(cè)煤氣的分布，根據(jù)溫度信息間接推測(cè)出料面形狀，缺點(diǎn)是測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量誤差大；紅外熱成像技術(shù)通過(guò)測(cè)量料面表面熱分布推算出料面信息，但受高爐內(nèi)惡劣影響較大，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作。傳統(tǒng)的機(jī)械探尺對(duì)料面采用的是接觸式測(cè)量，在高爐爐頂三個(gè)不同的位置安裝機(jī)械探尺，缺點(diǎn)是體積巨大，只能反映料面高度的點(diǎn)信息，不能實(shí)時(shí)顯示料面的形狀。目前國(guó)內(nèi)外主要采用兩種直接非接觸測(cè)量方法:激光法和微波法。激光具有很強(qiáng)的方向性和相干性，因此垂直入射時(shí)反射信號(hào)強(qiáng)度高，但有在一定的入射角度時(shí)反射信號(hào)非常弱甚至于沒(méi)有反射信號(hào)接收，并且在高爐內(nèi)高粉塵情況下激光測(cè)得料面信息會(huì)有很大偏差且成本較高。另一種為微波雷達(dá)料位計(jì)，高頻微波信號(hào)具有方向性好、發(fā)射角小以及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前雷達(dá)料位計(jì)采用單點(diǎn)測(cè)量不能得出料面的多維信息。本技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新的機(jī)械掃描式雷達(dá)，將雷達(dá)天線深入高爐內(nèi)部，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置控制天線的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在選定位置，通過(guò)最優(yōu)視角范圍和最優(yōu)測(cè)距范圍的考慮，實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐半個(gè)料面的掃描。國(guó)內(nèi)外與本專利相關(guān)的技術(shù)如下:中國(guó)專利技術(shù)專利01126452.7，《高爐爐頂全料面毫米波三維成像儀》，申請(qǐng)單位寶鋼股份，其特點(diǎn)是:采用爐外安裝，加透鏡透波，存在窗口容易被污染，掃描角度有限的問(wèn)題。該專利是在爐外安裝，而本設(shè)計(jì)是爐內(nèi)安裝，環(huán)境比較惡劣，照射角度增大了，可以在開(kāi)比較小的孔的同時(shí)增加掃描覆蓋面積，而且天線可以縮回，有效延長(zhǎng)了雷達(dá)天線的使用壽命。中國(guó)專利技術(shù)專利:200910089676.1，《一種巡回測(cè)量高爐料面的裝置》，申請(qǐng)單位首鋼股份，采用二維機(jī)械掃描的十字桿移動(dòng)的方法，安裝在可沿固定架上某點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的斜桿上，利用機(jī)械裝置的移動(dòng)旋轉(zhuǎn)等使雷達(dá)能夠測(cè)量高爐料面的各點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是利用一臺(tái)雷達(dá)測(cè)量出高爐徑向的料面形狀和下降速度。中國(guó)專利技術(shù)專利:200620150006.8，《一種用于測(cè)量高爐內(nèi)料面高度的雷達(dá)探尺》，申請(qǐng)單位天津鋼鐵股份公司；采用波紋管的微小移動(dòng)調(diào)節(jié)雷達(dá)測(cè)量角，角度可調(diào)的范圍相當(dāng)有限，無(wú)法做到大范圍的料面掃描。中國(guó)專利技術(shù)專利:200920014534.4，《一種高爐料面形狀雷達(dá)測(cè)量裝置》，申請(qǐng)單位鞍鋼股份。采用萬(wàn)向球形密封裝置二維測(cè)量料面形狀，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，但沒(méi)有雷達(dá)的自動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)。中國(guó)專利技術(shù)專利:200710064497.3，《高爐料面形狀動(dòng)態(tài)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法》，是申請(qǐng)者在對(duì)比了多種專利方法后，提出的一種新的檢測(cè)方法，其特點(diǎn)是:在高爐頂部安裝多臺(tái)雷達(dá)對(duì)高爐料面形狀進(jìn)行檢測(cè)，將以漸開(kāi)線分布的雷達(dá)測(cè)量出的料面高度數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，再以相應(yīng)的算法擬合動(dòng)態(tài)的料面曲線，可以擬合出較好的動(dòng)態(tài)料面形狀，但該方法雷達(dá)是數(shù)個(gè)雷達(dá)固定安裝，無(wú)移動(dòng)部件。中國(guó)專利技術(shù)專利201010554129.9，《常駐型高爐料面量測(cè)系統(tǒng)》，申請(qǐng)單位中國(guó)鋼鐵股份有限公司。該專利與本技術(shù)進(jìn)行如下對(duì)比:(I)該量測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)力單元包括動(dòng)力裝置，傳動(dòng)元件以及活動(dòng)橋接組。該動(dòng)力裝置通過(guò)滑桿、滑塊、連桿三部分連接天線，本專利采用特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊直接套在天線上，省去了連桿部分，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。另外，該量測(cè)系統(tǒng)的測(cè)距單元為一體化雷達(dá)，整體旋轉(zhuǎn)比較重，推動(dòng)起來(lái)慣性較大。本專利測(cè)距雷達(dá)采用分體式結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的冶金高溫專用天線和微波發(fā)射盒安裝在天線頂端，圍繞萬(wàn)向球旋轉(zhuǎn)。其他的雷達(dá)信號(hào)處理板盒，固定在轉(zhuǎn)臺(tái)裝置上，隨電機(jī)帶動(dòng)絲杠做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。(2)該系統(tǒng)中冷卻裝置只是通過(guò)氮?dú)庀蚋郀t內(nèi)進(jìn)行吹掃，本專利中采用氮?dú)饫鋮s裝置配合水冷裝置，冷卻作用明顯。并且，本專利氮?dú)馐侵苯訌奶淄岔斏w的進(jìn)氣孔通入，兩個(gè)出氣孔分別位于套筒最底部和微波通道，大小比例為1:1，當(dāng)然也可以適當(dāng)調(diào)整兩開(kāi)孔大小的比例，目的是保證由天線內(nèi)部向高爐內(nèi)部吹掃，確保天線微波通道的通暢，同時(shí)套筒最底部的出氣孔可以帶走筒內(nèi)的熱量。(3)該系統(tǒng)中的萬(wàn)向球有可能存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，很難達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)效果。本專利中對(duì)萬(wàn)向球或滑塊進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，可以防止自轉(zhuǎn)帶來(lái)的隱患。中國(guó)專利技術(shù)專利申請(qǐng)?zhí)?CN201210404903.7，《一種新型測(cè)量高爐料面形狀的機(jī)械式掃描雷達(dá)裝置》，申請(qǐng)單位北京科技大學(xué)，裝置含一個(gè)機(jī)械旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，云臺(tái)上有兩個(gè)垂直方向的機(jī)械移動(dòng)，使天線以三維任意角度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，增加了控制難度與維護(hù)成本。荷蘭專利NL-7707-178 “Device for determining charging distribut1n inblast furnace”，為雙天線結(jié)構(gòu)，安裝在球形關(guān)節(jié)上，天線指向可以隨高爐旋轉(zhuǎn)布料器轉(zhuǎn)動(dòng)，具有測(cè)量料面形狀和沉降動(dòng)態(tài)的能力，適用于旋轉(zhuǎn)布料式高爐。但由于雷達(dá)指向溜槽反射入料面，屬雷達(dá)波通過(guò)旋轉(zhuǎn)設(shè)備折射到料面上，間接計(jì)算料面高度的一種方法。歐洲專利ER G017-664 “Mounting Radar Antenna on Shaft Furnace，，。為雙天線結(jié)構(gòu)，安裝在圓管底部。測(cè)量是圓管穿過(guò)爐身側(cè)壁水平徑向插入爐內(nèi)，通過(guò)圓管的旋轉(zhuǎn)使天線波束在爐內(nèi)形成一維徑向掃描，不具備全料面形狀成像能力，且圓管笨重，圓管的伸縮時(shí)間長(zhǎng)。其他國(guó)內(nèi)外還有一類激光掃描方法，如“激光檢測(cè)料面形狀的方法和系統(tǒng)”，(200810240835.9)，是基于激光與圖像處理的方法獲取料面形狀的，和本技術(shù)的微波法原理不同。從與本專利相關(guān)聯(lián)的國(guó)內(nèi)外相關(guān)專利可以看出，本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:I僅在高爐上安裝一臺(tái)雷達(dá)、一臺(tái)電機(jī)即可完成料面的成像。綜合考慮天線的旋轉(zhuǎn)角度，覆蓋料面的范圍以及當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 4 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)高爐料面變化的雷達(dá)掃描裝置，其特征在于，該雷達(dá)掃描裝置安裝位置選擇靠近高爐風(fēng)罩上部位置，保證垂直入射料面時(shí)，其機(jī)械掃描的左右?jiàn)A角相等或相近，垂直夾角控制在±30度以內(nèi)；該雷達(dá)掃描裝置包括雷達(dá)固定支撐套筒，機(jī)械掃描雷達(dá)本體；其中，所述機(jī)械掃描雷達(dá)本體包括：雷達(dá)本體套筒和冷卻裝置，機(jī)械掃描裝置；所述雷達(dá)本體套筒為上下兩個(gè)筒的階梯型圓筒結(jié)構(gòu)，上部為大筒，下部是小筒，大筒底部固定機(jī)械傳動(dòng)裝置，雷達(dá)天線由小筒底部深入高爐內(nèi)部，雷達(dá)本體套筒與高爐內(nèi)部由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)隔離；所述雷達(dá)天線包括了天線止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，該天線止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)萬(wàn)向球或滑塊進(jìn)行改造，以防止天線自轉(zhuǎn)；所述機(jī)械傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)為將內(nèi)部鑲嵌PTFE材料的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊直接與雷達(dá)天線的外徑相配合，通過(guò)滑桿帶動(dòng)滑塊做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，同時(shí)天線隨滑塊做徑向掃描運(yùn)動(dòng)；所述雷達(dá)掃描裝置還包括監(jiān)控裝置，該監(jiān)控裝置包括視頻采集裝置和溫度采集裝置。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳先中，馬金芳，萬(wàn)雷，鄭敬先，賈國(guó)利，史東磊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京科技大學(xué)，北京首鋼股份有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：北京;11
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