一種能夠實時監測高爐料面變化的雷達掃描裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及冶金領域使用微波技術進行料面形狀測量的場合，目前已應用于工業生產中高溫、高壓、高粉塵等惡劣環境，特別適用于冶金行業中高爐煉鐵環境下料面形狀的測量。
【背景技術】
[0002]鋼鐵工業中高爐冶煉的過程，是不斷添加爐料進行連續冶煉的過程，其中爐頂布料形狀的控制是十分重要環節，因此實時準確地獲得高爐內料面形狀信息，對于調節布料方式、控制高爐煤氣分布、判斷爐況有著十分重要的作用，進而，使得爐缸活躍、高爐順行、降低焦比、節約能源、穩定高產、減少爐壁侵蝕和延長高爐壽命，提高高爐煉鐵生產效益。
[0003]我國是鋼鐵大國，冶金行業對國家的發展具有重大意義。高爐內部工作環境極其惡劣:高溫、高壓以及高粉塵，使得其內部工作機制一直成為黑箱，不被人們了解。高爐內料面的分布形狀對高爐生產中節能減排，提高產能，高效利用資源以及安全生產等具有重要的指導價值，因此實時準確的獲得高爐料面形狀信息，對于調節布料方式、控制高爐煤氣分布、判斷爐況有著重要的作用。
[0004]目前冶金行業高爐料面的測量主要采用三種方法:間接測量法；直接接觸測量法；直接非接觸測量法。
[0005]間接測量料面的方法主要有十字測溫法和紅外熱成像法。十字測溫法通過在測溫十字架上不同位置安裝溫度傳感器監測煤氣的分布，根據溫度信息間接推測出料面形狀，缺點是測量時間長，測量誤差大；紅外熱成像技術通過測量料面表面熱分布推算出料面信息，但受高爐內惡劣影響較大，無法長時間工作。
[0006]傳統的機械探尺對料面采用的是接觸式測量，在高爐爐頂三個不同的位置安裝機械探尺，缺點是體積巨大，只能反映料面高度的點信息，不能實時顯示料面的形狀。
[0007]目前國內外主要采用兩種直接非接觸測量方法:激光法和微波法。激光具有很強的方向性和相干性，因此垂直入射時反射信號強度高，但有在一定的入射角度時反射信號非常弱甚至于沒有反射信號接收，并且在高爐內高粉塵情況下激光測得料面信息會有很大偏差且成本較高。
[0008]另一種為微波雷達料位計，高頻微波信號具有方向性好、發射角小以及抗干擾能力強等特點，目前雷達料位計采用單點測量不能得出料面的多維信息。
[0009]本實用新型設計了一種新的機械掃描式雷達，將雷達天線深入高爐內部，通過機械設計傳動裝置控制天線的轉動，實現在選定位置，通過最優視角范圍和最優測距范圍的考慮，實現對高爐半個料面的掃描。
[0010]國內外與本專利相關的技術如下:
[0011]中國發明專利01126452.7，《高爐爐頂全料面毫米波三維成像儀》，申請單位寶鋼股份，其特點是:采用爐外安裝，加透鏡透波，存在窗口容易被污染，掃描角度有限的問題。該專利是在爐外安裝，而本設計是爐內安裝，環境比較惡劣，照射角度增大了，可以在開比較小的孔的同時增加掃描覆蓋面積，而且天線可以縮回，有效延長了雷達天線的使用壽命。
[0012]中國發明專利:200910089676.1，《一種巡回測量高爐料面的裝置》，申請單位首鋼股份，采用二維機械掃描的十字桿移動的方法，安裝在可沿固定架上某點旋轉的斜桿上，利用機械裝置的移動旋轉等使雷達能夠測量高爐料面的各點，優點是利用一臺雷達測量出高爐徑向的料面形狀和下降速度。
[0013]中國發明專利:200620150006.8，《一種用于測量高爐內料面高度的雷達探尺》，申請單位天津鋼鐵股份公司；采用波紋管的微小移動調節雷達測量角，角度可調的范圍相當有限，無法做到大范圍的料面掃描。
[0014]中國發明專利:200920014534.4，《一種高爐料面形狀雷達測量裝置》，申請單位鞍鋼股份。采用萬向球形密封裝置二維測量料面形狀，結構簡單合理，但沒有雷達的自動系統保護。
[0015]中國發明專利:200710064497.3，《高爐料面形狀動態立體監測系統及檢測方法》，是申請者在對比了多種專利方法后，提出的一種新的檢測方法，其特點是:在高爐頂部安裝多臺雷達對高爐料面形狀進行檢測，將以漸開線分布的雷達測量出的料面高度數據為基準，再以相應的算法擬合動態的料面曲線，可以擬合出較好的動態料面形狀，但該方法雷達是數個雷達固定安裝，無移動部件。
[0016]中國發明專利201010554129.9，《常駐型高爐料面量測系統》，申請單位中國鋼鐵股份有限公司。該專利與本實用新型進行如下對比:
[0017](I)該量測系統的動力單元包括動力裝置，傳動元件以及活動橋接組。該動力裝置通過滑桿、滑塊、連桿三部分連接天線，本專利采用特殊設計的轉動滑塊直接套在天線上，省去了連桿部分，結構更加簡單。另外，該量測系統的測距單元為一體化雷達，整體旋轉比較重，推動起來慣性較大。本專利測距雷達采用分體式結構，獨立的冶金高溫專用天線和微波發射盒安裝在天線頂端，圍繞萬向球旋轉。其他的雷達信號處理板盒，固定在轉臺裝置上，隨電機帶動絲杠做進給運動。
[0018](2)該系統中冷卻裝置只是通過氮氣向高爐內進行吹掃，本專利中采用氮氣冷卻裝置配合水冷裝置，冷卻作用明顯。并且，本專利氮氣是直接從套筒頂蓋的進氣孔通入，兩個出氣孔分別位于套筒最底部和微波通道，大小比例為1:1，當然也可以適當調整兩開孔大小的比例，目的是保證由天線內部向高爐內部吹掃，確保天線微波通道的通暢，同時套筒最底部的出氣孔可以帶走筒內的熱量。
[0019](3)該系統中的萬向球有可能存在自轉現象，很難達到預期的運動效果。本專利中對萬向球或滑塊進行改造設計，可以防止自轉帶來的隱患。
[0020]中國發明專利申請號:CN201210404903.7，《一種新型測量高爐料面形狀的機械式掃描雷達裝置》，申請單位北京科技大學，裝置含一個機械旋轉云臺，云臺上有兩個垂直方向的機械移動，使天線以三維任意角度旋轉運動。其機械結構較為復雜，增加了控制難度與維護成本。
[0021]荷蘭專利NL-7707-178 “Device for determining charging distribut1n inblast furnace”，為雙天線結構，安裝在球形關節上，天線指向可以隨高爐旋轉布料器轉動，具有測量料面形狀和沉降動態的能力，適用于旋轉布料式高爐。但由于雷達指向溜槽反射入料面，屬雷達波通過旋轉設備折射到料面上，間接計算料面高度的一種方法。
[0022]歐洲專利ER G017-664 “Mounting Radar Antenna on Shaft Furnace，，。為雙天線結構，安裝在圓管底部。測量是圓管穿過爐身側壁水平徑向插入爐內，通過圓管的旋轉使天線波束在爐內形成一維徑向掃描，不具備全料面形狀成像能力，且圓管笨重，圓管的伸縮時間長。
[0023]其他國內外還有一類激光掃描方法，如“激光檢測料面形狀的方法和系統”，(200810240835.9)，是基于激光與圖像處理的方法獲取料面形狀的，和本實用新型的微波法原理不同。
[0024]從與本專利相關聯的國內外相關專利可以看出，本實用新型的優點在于:
[0025]I僅在高爐上安裝一臺雷達、一臺電機即可完成料面的成像。綜合考慮天線的旋轉角度，覆蓋料面的范圍以及