一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]本发明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。
[0010]国内外与本专利相关的技术如下:
中国发明专利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。
[0011]中国发明专利: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。
[0012]中国发明专利: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。
[0013]中国发明专利: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。
[0014]中国发明专利: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。
[0015]中国发明专利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。该专利与本发明进行如下对比:
(I)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。
[0016](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。
[0017](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。
[0018]中国发明专利申请号: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。
[0019]荷兰专利NL-7707-178 “Device for determining charging distribut1n inblast furnace”，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。
[0020]欧洲专利ER G017-664 “Mounting Radar Antenna on Shaft Furnace，，。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。
[0021]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，和本发明的微波法原理不同。
[0022]从