一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置制造方法及图纸

一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置，将其设置在合适的位置保证了料面成像的实时性和真实性，将雷达天线深入高炉内部，通过机械设计传动装置控制天线的转动，实现在选定位置，通过最优视角范围和最优测距范围的考虑，实现对高炉半个料面的扫描。

【技术实现步骤摘要】
一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置
本专利技术涉及冶金领域使用微波技术进行料面形状测量的场合，目前已应用于工业生产中高温、高压、高粉尘等恶劣环境，特别适用于冶金行业中高炉炼铁环境下料面形状的测量。
技术介绍
钢铁工业中高炉冶炼的过程，是不断添加炉料进行连续冶炼的过程，其中炉顶布料形状的控制是十分重要环节，因此实时准确地获得高炉内料面形状信息，对于调节布料方式、控制高炉煤气分布、判断炉况有着十分重要的作用，进而，使得炉缸活跃、高炉顺行、降低焦比、节约能源、稳定高产、减少炉壁侵蚀和延长高炉寿命，提高高炉炼铁生产效益。我国是钢铁大国，冶金行业对国家的发展具有重大意义。高炉内部工作环境极其恶劣：高温、高压以及高粉尘，使得其内部工作机制一直成为黑箱，不被人们了解。高炉内料面的分布形状对高炉生产中节能减排，提高产能，高效利用资源以及安全生产等具有重要的指导价值，因此实时准确的获得高炉料面形状信息，对于调节布料方式、控制高炉煤气分布、判断炉况有着重要的作用。目前冶金行业高炉料面的测量主要采用三种方法：间接测量法；直接接触测量法；直接非接触测量法。间接测量料面的方法主要有十字测温法和红外热成像法。十字测温法通过在测温十字架上不同位置安装温度传感器监测煤气的分布，根据温度信息间接推测出料面形状，缺点是测量时间长，测量误差大；红外热成像技术通过测量料面表面热分布推算出料面信息，但受高炉内恶劣影响较大，无法长时间工作。传统的机械探尺对料面采用的是接触式测量，在高炉炉顶三个不同的位置安装机械探尺，缺点是体积巨大，只能反映料面高度的点信息，不能实时显示料面的形状。目前国内外主要采用两种直接非接触测量方法：激光法和微波法。激光具有很强的方向性和相干性，因此垂直入射时反射信号强度高，但有在一定的入射角度时反射信号非常弱甚至于没有反射信号接收，并且在高炉内高粉尘情况下激光测得料面信息会有很大偏差且成本较高。另一种为微波雷达料位计，高频微波信号具有方向性好、发射角小以及抗干扰能力强等特点，目前雷达料位计采用单点测量不能得出料面的多维信息。本专利技术设计了一种新的机械扫描式雷达，将雷达天线深入高炉内部，通过机械设计传动装置控制天线的转动，实现在选定位置，通过最优视角范围和最优测距范围的考虑，实现对高炉半个料面的扫描。国内外与本专利相关的技术如下：中国专利技术专利01126452.7，《高炉炉顶全料面毫米波三维成像仪》，申请单位宝钢股份，其特点是：采用炉外安装，加透镜透波，存在窗口容易被污染，扫描角度有限的问题。该专利是在炉外安装，而本设计是炉内安装，环境比较恶劣，照射角度增大了，可以在开比较小的孔的同时增加扫描覆盖面积，而且天线可以缩回，有效延长了雷达天线的使用寿命。中国专利技术专利：200910089676.1，《一种巡回测量高炉料面的装置》，申请单位首钢股份，采用二维机械扫描的十字杆移动的方法，安装在可沿固定架上某点旋转的斜杆上，利用机械装置的移动旋转等使雷达能够测量高炉料面的各点，优点是利用一台雷达测量出高炉径向的料面形状和下降速度。中国专利技术专利：200620150006.8，《一种用于测量高炉内料面高度的雷达探尺》，申请单位天津钢铁股份公司；采用波纹管的微小移动调节雷达测量角，角度可调的范围相当有限，无法做到大范围的料面扫描。中国专利技术专利：200920014534.4，《一种高炉料面形状雷达测量装置》，申请单位鞍钢股份。采用万向球形密封装置二维测量料面形状，结构简单合理，但没有雷达的自动系统保护。中国专利技术专利：200710064497.3，《高炉料面形状动态立体监测系统及检测方法》，是申请者在对比了多种专利方法后，提出的一种新的检测方法，其特点是：在高炉顶部安装多台雷达对高炉料面形状进行检测，将以渐开线分布的雷达测量出的料面高度数据为基准，再以相应的算法拟合动态的料面曲线，可以拟合出较好的动态料面形状，但该方法雷达是数个雷达固定安装，无移动部件。中国专利技术专利201010554129.9，《常驻型高炉料面量测系统》，申请单位中国钢铁股份有限公司。该专利与本专利技术进行如下对比：（1）该量测系统的动力单元包括动力装置，传动元件以及活动桥接组。该动力装置通过滑杆、滑块、连杆三部分连接天线，本专利采用特殊设计的转动滑块直接套在天线上，省去了连杆部分，结构更加简单。另外，该量测系统的测距单元为一体化雷达，整体旋转比较重，推动起来惯性较大。本专利测距雷达采用分体式结构，独立的冶金高温专用天线和微波发射盒安装在天线顶端，围绕万向球旋转。其他的雷达信号处理板盒，固定在转台装置上，随电机带动丝杠做进给运动。（2）该系统中冷却装置只是通过氮气向高炉内进行吹扫，本专利中采用氮气冷却装置配合水冷装置，冷却作用明显。并且，本专利氮气是直接从套筒顶盖的进气孔通入，两个出气孔分别位于套筒最底部和微波通道，大小比例为1：1，当然也可以适当调整两开孔大小的比例，目的是保证由天线内部向高炉内部吹扫，确保天线微波通道的通畅，同时套筒最底部的出气孔可以带走筒内的热量。（3）该系统中的万向球有可能存在自转现象，很难达到预期的运动效果。本专利中对万向球或滑块进行改造设计，可以防止自转带来的隐患。中国专利技术专利申请号：CN201210404903.7，《一种新型测量高炉料面形状的机械式扫描雷达装置》，申请单位北京科技大学，装置含一个机械旋转云台，云台上有两个垂直方向的机械移动，使天线以三维任意角度旋转运动。其机械结构较为复杂，增加了控制难度与维护成本。荷兰专利NL-7707-178“Devicefordeterminingchargingdistributioninblastfurnace”，为双天线结构，安装在球形关节上，天线指向可以随高炉旋转布料器转动，具有测量料面形状和沉降动态的能力，适用于旋转布料式高炉。但由于雷达指向溜槽反射入料面，属雷达波通过旋转设备折射到料面上，间接计算料面高度的一种方法。欧洲专利ERG017-664“MountingRadarAntennaonShaftFurnace”。为双天线结构，安装在圆管底部。测量是圆管穿过炉身侧壁水平径向插入炉内，通过圆管的旋转使天线波束在炉内形成一维径向扫描，不具备全料面形状成像能力，且圆管笨重，圆管的伸缩时间长。其他国内外还有一类激光扫描方法，如“激光检测料面形状的方法和系统”，（200810240835.9），是基于激光与图像处理的方法获取料面形状的，和本专利技术的微波法原理不同。从与本专利相关联的国内外相关专利可以看出，本专利技术的优点在于：1仅在高炉上安装一台雷达、一台电机即可完成料面的成像。综合考虑天线的旋转角度，覆盖料面的范围以及高炉内部溜槽及十字测温的安装或运动位置，合理选取雷达套筒偏离垂直方向0-12°倾斜安装，并且在高炉径向半径中心的正上方，保证料面的成像的实时性和真实性。2天线的特殊止转设计，即万向球以及滑块的特殊设计，均可以避免天线径向运动时可能会发生的自转现象。从而微波发射盒可以直接与微波通道相连，省去微波线环节，提高微波利用率；并且防止与其他装置之间的碰撞或线路缠绕，保证系统的可靠性。3密封转台装置，该装置将电机与丝杠组合进行密封，构成一套电机模组，防止丝杠进灰而出现卡死等机械故障。并且在转台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置，其特征在于，该雷达扫描装置安装位置选择靠近高炉风罩上部位置，保证垂直入射料面时，其机械扫描的左右夹角相等或相近，垂直夹角控制在±30度以内；该雷达扫描装置包括雷达固定支撑套筒，机械扫描雷达本体；其中，所述机械扫描雷达本体包括：雷达本体套筒和冷却装置，机械扫描装置；所述雷达本体套筒为上下两个筒的阶梯型圆筒结构，上部为大筒，下部是小筒，大筒底部固定机械传动装置，雷达天线由小筒底部深入高炉内部，雷达本体套筒与高炉内部由旋转关节隔离；所述雷达天线包括了天线止转结构，该天线止转结构通过对万向球或滑块进行改造，以防止天线自转；所述机械传动装置结构为将内部镶嵌PTFE材料的转动滑块直接与雷达天线的外径相配合，通过滑杆带动滑块做轴向进给运动，同时天线随滑块做径向扫描运动；所述雷达扫描装置还包括监控装置，该监控装置包括视频采集装置和温度采集装置。

【技术特征摘要】
1.一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置，其特征在于，该雷达扫描装置安装位置选择靠近高炉风罩上部位置，保证垂直入射料面时，其机械扫描的左右夹角相等或相近，垂直夹角控制在±30度以内；该雷达扫描装置包括雷达固定支撑套筒，机械扫描雷达本体；其中，所述机械扫描雷达本体包括：雷达本体套筒和冷却装置，机械扫描装置；所述雷达本体套筒为上下两个筒的阶梯型圆筒结构，上部为大筒，下部是小筒，大筒底部固定机械传动装置，雷达天线由小筒底部深入高炉内部，雷达本体套筒与高炉内部由旋转关节隔离；所述雷达天线包括了天线止转结构，该天线止转结构通过对万向球或滑块进行改造，以防止天线自转；所述机械传动装置结构为将内部镶嵌PTFE材料的转动滑块直接与雷达天线的外径相配合，通过滑杆带动滑块做轴向进给运动，同时天线随滑块做径向扫描运动；所述雷达扫描装置还包括监控装置，该监控装置包括视频采集装置和温度采集装置；采用万向球防止天线自转的结构为：万向球对称两侧加工两个侧耳，并在下托盘与上盖板上分别开槽与万向节侧耳配合，由此限定万向节只在高炉径向扫描方向转动；或者，对万向节上半部分直接切掉一部分，并在上盖板上加工配合面，保证万向节只在高炉径向扫描方向转动；采用滑块防止天线自转的结构为：在滑块上增加一个止转的突起或者凹陷结构，将天线微波通道运动方向固定，即天线只能沿固定好的方向转动，而不能围绕天线轴心自己转动。2.如权利要求1所述的雷达扫描装置，其特征在于，所述雷达固定支撑套筒设计上部为阶梯型，下部为马蹄形碳钢支撑套筒焊接在高炉上，阶梯型套筒焊接筋板提高支撑应力强度并与雷达本体套筒配合安装节省空间；马蹄形套筒深入高炉内部30-50mm且与高炉内壁平行。3.如权利要求1所述的雷达扫描装置，其特征在于，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈先中，马金芳，万雷，郑敬先，贾国利，史东磊，
申请(专利权)人：北京科技大学，北京首钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11