專利名稱：一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像裝置，尤其涉及ー種應(yīng)用于高爐內(nèi)的安裝多臺雷達進行三維成像系統(tǒng)及其安裝方法。
背景技術(shù)：
鋼鐵生產(chǎn)過程中的高爐冶煉エ序與爐內(nèi)料面形狀有著十分緊密的關(guān)系。必須實時準確地獲得高爐內(nèi)三維料面形狀信息對于調(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高爐壽命，對高爐煉鐵生產(chǎn)效益的提高有著十分重要的價值。而高爐生產(chǎn)中的料面形狀檢測一直是ー個難題，而合理的布料形狀影響著高爐生產(chǎn)的效益。申請?zhí)?00620150006. 8，申請日2006年11月27日的中國專利，公開了ー種用于測量高爐爐內(nèi)料面高度的雷達探尺，由雷達傳感器和角度調(diào)整器組成；角度調(diào)整器由下法蘭、波紋管、變徑管、帶有傳感器安裝ロ的上法蘭、調(diào)整螺桿組成，下法蘭連接在波紋管的下端，變徑管連接在波紋管的上端，變徑管的另一端與上法蘭相連，上法蘭上帶有傳感器安裝ロ，在波紋管的外周相隔90°設(shè)置有4組調(diào)整螺桿；雷達傳感器通過傳感器安裝ロ固定安裝在上法蘭中。采用雷達探尺，減少了設(shè)備一次性設(shè)資，便于維護，使用壽命長，測量準確。該專利實質(zhì)在于設(shè)計了一個可調(diào)角度的波紋導(dǎo)波管，可以調(diào)節(jié)雷達入射的角度，設(shè)計思路是好的，但在實際應(yīng)用過程中，波紋管在高爐高溫高壓高粉塵情況下，本身的密封和壽命就有問題,加上開的孔太大,對高爐的壽命,實際的安裝空間等都存在問題，因此很難在現(xiàn)場得到推廣和使用。申請?zhí)?1126452. 7，申請日2001年8月13日的中國專利，公開了ー種高爐爐頂全料面毫米波三維成像儀。它采用爐外安裝方式和外置式ニ維掃描方式工作，并用毫米波段調(diào)頻連續(xù)波雷達測量料面距離。在發(fā)明方案中，成像儀安裝在爐外，以介質(zhì)窗ロ將成像儀與爐內(nèi)高溫粉塵隔離，測量過程中沒有任何部件插入爐內(nèi)，通過雷達天線在爐外的ニ維掃描，測量爐內(nèi)全料面形狀，具有全料面實時三維成像能力。此專利由于雷達在爐外，當(dāng)雷達波穿透介質(zhì)窗ロ時，如果窗ロ內(nèi)外有粘結(jié)物，水汽等，就會失波；同時在爐外的ニ維掃描，得到三維圖象本身也靠計算和假設(shè)，計算難度大，且存在介質(zhì)窗ロ密封等一系列安全環(huán)保問題，因此該方法具體實施難度較大。申請?zhí)?00710064497. 3，申請日2007年03月16日的中國專利，公開了ー種高爐料面形狀動態(tài)立體監(jiān)測系統(tǒng)及檢測方法，屬于電子測量技術(shù)及計算機三維技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)包括雷達，套筒，閥門，套筒、高爐，雷達安裝至連接套筒的法蘭處；ー套雷達數(shù)據(jù)采集單元包括24路信號接入端子板，以及和端子板相連接的安裝于エ控機總線上的數(shù)據(jù)采集卡；一臺エ控計算機，及其配套的高爐料面立體監(jiān)測軟件組成成像系統(tǒng)。檢測步驟為雷達與數(shù)據(jù)采集單元實時通訊，計算機將傾斜測量到的數(shù)值轉(zhuǎn)化成高爐料面的垂直高度值，并送入到計算機成像系統(tǒng)(8)，結(jié)合高爐內(nèi)部的尺寸參數(shù)，生成所需3D料層的曲面數(shù)據(jù)。但是該系統(tǒng)雷達測量單元和輔助安裝単元比較復(fù)雜，并且套筒部分沒有明確的安裝方法，因此本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法中，采用更加簡化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，增加了多雷達計算機輔助虛擬設(shè)計系統(tǒng)，并提出一套基于雷達套筒的多雷達安裝方法。美國專利號US5053776，公開了《DEVICE AND METHOD FOR THE TELEMETRICMEASUREMENT OF A DISTANCE AND APPLICATION TO A RADAR PROBE FOR DETERMINING THETOPOGRAPHIC MAP OF LOADING SURFACE OF A SHAFT FURNACE》，采用了雷達的非接觸測量方法，測量高爐料面，對雷達的具體組成和原理，即由一臺雷達，天線，回波處理電路的硬件電路組成的高爐雷達對料面準確距離的測量系統(tǒng)，類似的US4322627、US4429309、US5611838均涉及高爐雷達對對料面準確距離的測量，但是上述專利涉及到了高爐雷達本身的工作原理，而對多臺雷達在爐頂對料面的三維成像，以及多臺雷達的安裝方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成都未有涉及
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)下安裝高爐雷達的種種問題，本發(fā)明提供一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法，應(yīng)用于高爐多雷達成像系統(tǒng)，它不僅使整個系統(tǒng)大大簡化，安裝更加方便，而且雷達經(jīng)過虛擬技術(shù)的驗證后，安裝結(jié)果十分直觀，安裝后獲得的數(shù)據(jù)點更加準確，有效，并最大程度地攜帶了盡可能多的料面信息。本發(fā)明的具體情況如下所述一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)，包括高爐爐體，其特征在于所述的高爐爐體的爐頂外部安裝設(shè)置有3 20個打通至爐頂內(nèi)部的雷達套筒；所述的雷達套筒內(nèi)部上方均連接設(shè)置有高爐雷達。根據(jù)本發(fā)明的一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的高爐雷達與雷達套筒的接觸處均設(shè)置有高溫隔熱管。由于高爐雷達是安裝在雷達套筒內(nèi)，故需安裝有高溫隔熱管，使套筒的溫度無法傳遞到雷達的電子部分，延長了雷達工作壽命。根據(jù)本發(fā)明的一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的雷達套筒，該雷達套筒的為中空式設(shè)計，套筒的頂端為一連接高爐雷達的高溫隔熱管的固定法蘭，在套筒的中部設(shè)置有兩個打通至套筒內(nèi)部的氮氣吹掃孔，在套筒的下部連接設(shè)置有一溫度傳感器。此處設(shè)計的目的在于，固定法蘭起到了將高爐雷達固定安裝的作用；兩個安裝在套筒中部的氮氣吹掃孔，氮氣吹掃時的氮氣壓力一般在0. 4MPa，起冷卻器以及阻擋粉塵和防止結(jié)垢的作用；套筒下部連接設(shè)置的溫度傳感器用于監(jiān)控雷達附近溫度的變化，防止溫度突變給高爐雷達測量造成的不利影響，從整體而言，高爐雷達和雷達套筒配合使用，將雷達測量值和溫度值現(xiàn)場顯示并進入后續(xù)PLC (可編程控制器)進行數(shù)據(jù)處理。根據(jù)本發(fā)明的一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的設(shè)置于套筒的中部并打通至套筒內(nèi)部的氮氣吹掃孔，其位置為相對180°，其設(shè)置角度為向下對吹的30。至 60°。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，兩個孔成30°至60°向下對吹時，冷卻效果最佳，兩個孔的位置要求為相對180度，其安裝位置距離上法蘭面相同，通過管接頭，將氮氣接入套筒，起冷卻和吹掃的作用。
根據(jù)本發(fā)明的ー種 高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)的安裝方法，其特征在干，所述的安裝方法步驟包括(I)使用三維虛擬軟件模擬高爐雷達的安裝位置，將高爐爐頂，爐頂上的設(shè)備按尺寸畫出比例圖，將爐頂上影響雷達布置和雷達波入射反射的設(shè)備都一一標出，輸入相關(guān)的雷達位置角度參數(shù)，則雷達的圖形效果就能在三維環(huán)境中顯示出來。(2)根據(jù)雷達波束角度，實現(xiàn)雷達波束的模擬顯示，可直觀地看到雷達波束在高爐內(nèi)部傳播的效果及反射途徑，從而確定出雷達在虛擬高爐上的位置和角度。(3)雷達布置后，通過軟件手動調(diào)整雷達位置和角度，遇到障礙物等阻擋物吋，可以在圓環(huán)上繞圓周方向調(diào)整雷達的位置和角度，直到無障礙物和找到最為合理的參數(shù)為止，并由軟件生成相關(guān)的技術(shù)報告，提出具體的安裝數(shù)據(jù)、量化的標準和規(guī)范，得到高爐雷達的最優(yōu)化布置效果圖。該方法運用三維技木，實現(xiàn)了雷達虛擬安裝過程，使得技術(shù)人員參與施工之前，能夠預(yù)先可以了解雷達布置的效果，為エ業(yè)現(xiàn)場的實際安裝工作提供了仿真手段和數(shù)據(jù)支持。(4)根據(jù)步驟3中所得的最優(yōu)化布置效果圖的所選定的位置選擇雷達套筒的安裝地點并加工和安裝雷達套筒，雷達套筒采用不銹鋼或鑄鋼等金屬或其他材料加工，雷達套筒設(shè)計長度一般在750_左右，直徑在133_至159_左右。雷達套筒深入到高爐內(nèi)部的位置處的套筒下端為斜坡狀，和高爐渣料層平行，雷達套筒的外壁和高爐本體焊接密封。為了使回波夠強，又保證雷達的天線部分，不受到高溫的影響，對套筒的長度有要求，太長，回波弱，鋼管壁容易被粘結(jié)物粘結(jié)，出現(xiàn)多次回波，或信號帶很多的毛刺，效果不佳。太短，回波會增強，但是，高溫的氣流容易上沖，瞬間造成雷達發(fā)射頭的破壞，因此套筒設(shè)計長度一般在750mm左右,直徑在133mm到159mm左右。而雷達套筒的套筒下端加工成斜坡狀，使得套筒下端的底面和高爐渣料層平行，其目的在于，使高爐壁附近的高溫氣流不能通過鋼管傳導(dǎo)到上部，從而可以減少冷卻的氮氣用量。此外應(yīng)注意無論雷達套筒在垂直安裝吋，或者傾斜安裝吋，套筒下端的底面需始終和高爐內(nèi)部渣料層的面相持平。(5)根據(jù)步驟3中所得的最優(yōu)化布置效果圖及步驟4的所選定的雷達套筒的位置布置高爐雷達，將高爐雷達安裝至雷達套筒的內(nèi)部上方的頂端，雷達套筒的固定法蘭與高爐雷達上設(shè)置的高溫隔熱管相連接并固定，高爐雷達下部的雷達發(fā)射端則伸入雷達套筒內(nèi)部。至此安裝完畢，待調(diào)試無誤后即可開機使用。使用本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法，獲得如下有益效果I.本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，在此提供ー種應(yīng)用于高爐多雷達成像系統(tǒng)的雷達安裝方法和裝置，它不僅使整個系統(tǒng)大大簡化，安裝更加方便.2.本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法，其高爐雷達的具體安裝位置經(jīng)過虛擬技術(shù)的驗證，安裝結(jié)果十分直觀，安裝后獲得的數(shù)據(jù)點更加準確，有效，并最大程度地攜帯了盡可能多的料面信息。



圖I為高爐雷達測點實際可安裝地點的分布圖；圖2為本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法的多雷達計算機輔助虛擬設(shè)計系統(tǒng)示意圖；圖3為本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法的多雷達實際數(shù)學(xué)建模與仿真顯示示意圖；圖4為本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法的高爐雷達安裝5為本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法的高爐雷達用的雷達套筒的具體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-高爐爐體，2-雷達套筒，2a_固定法蘭，2b_氮氣吹掃孔，2c-溫度傳感器，3-高爐雷達，3a-高溫隔熱管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法做進一步的描述。實施例如圖1，多雷達安裝方法，原來是沿徑向等距離分布，理論上覆蓋效果好。但實際上，由于高爐上有高爐的布料筒和布料溜槽(圖I中陰影處)，因此能安裝雷達的位置，就去掉了中心圓這一大塊，剩下就是一個圓環(huán)可以布置雷達，圓環(huán)中，有噴水口，高爐探尺，攝像頭，人孔，檢修孔等，實際上有效的能布雷達的位置和空間十分有限，因此。如圖2所示，為本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法的多雷達計算機輔助虛擬設(shè)計系統(tǒng)示意圖，根據(jù)如圖2所提出的雷達安裝原則，將雷達安裝3布置在高爐爐體I的垂直投影面的料面圓環(huán)上，本實施例中設(shè)該圓環(huán)分為4個環(huán)區(qū)，在高爐斜面上的水平投影位置，用等間隔的方法，布置了 3個雷達，即垂直安裝2臺雷達，另外I個雷達，在內(nèi)環(huán)位置，靠近爐中心位置，傾斜安裝該臺雷達，實行料面的全覆蓋。雷達傾角的選擇一般在30°以內(nèi)，都可以得到有效的回波，但一般建議在10°以內(nèi)。雷達布置后，用三維軟件，如3DMAX，PRO/E, UG或者其他軟件進行修正，遇到障礙物時，可以在環(huán)上的繞圓周方向調(diào)整，直到無障礙物為止。接著采用多雷達計算機輔助虛擬設(shè)計系統(tǒng)。如圖2所示，觀察在最高位置的平面A和最低位置的平面C，3個雷達在料面上分別形成的有效的投影區(qū)域，在平面B上投影區(qū)域保持等間隔，不重疊。在平面B和C之間，一般受到傾斜影響的就是這個雷達，我們設(shè)最低位置C，其雷達投影區(qū)域的外圓到達高爐的中心線，當(dāng)雷達探尺低于設(shè)定料面時C時，圓面將會出現(xiàn)在料面的另一側(cè)，在數(shù)學(xué)建模與仿真顯示中，軟件會根據(jù)垂直雷達的事先設(shè)定數(shù)值，自動將此傾斜的雷達，修正成數(shù)學(xué)建模所需的垂直距離，依然可以三維成像。而垂直安裝的兩個雷達都可以相當(dāng)于探尺使用，用0-50米的測距探尺，可以一直跟蹤料面的變化。如圖2所示，設(shè)置了距離LI，L2，L3是多個高爐雷達3到高爐設(shè)置平面A，B，C的距離，HI, H2，H3是不同雷達到機械探尺(即平面D)的距離，通過這些數(shù)據(jù)，采用三維成像的方法，可以實現(xiàn)高爐的多雷達計算機輔助虛擬三維成像。
實際中，如圖3所示，一般以機械探尺的零距離起點為高爐測距測量的起點(即平面D)，則平面D距實際料面(即平面B)的垂直距離設(shè)為高程SI，S2，S3。高程值可以方便地和探尺比較結(jié)果。通過高程值的計算，即可建立高爐料面的三維實時圖像。
如圖4和圖5所示，本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法的應(yīng)用實例，是ー種典型的高爐雷達垂直安裝方法。根據(jù)上述的高爐料面的三維實時圖像，選定安裝雷達套筒2，高爐雷達則安裝至雷達套筒的內(nèi)部上方的頂端，雷達套筒的固定法蘭2a與高爐雷達上設(shè)置的高溫隔熱管3a相連接并固定，高爐雷達下部的雷達發(fā)射端則伸入雷達套筒內(nèi)部。而對于需要傾斜安裝的高爐雷達，其安裝方法與裝置與垂直方式相同，不同的是，雷達套筒2深入到高爐內(nèi)部的位置處的套筒下端為斜坡狀，和高爐渣料層平行，雷達套筒的外壁和高爐爐體I焊接密封，滿足我們制定的雷達安裝位置的優(yōu)先原則與順序的方法。本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，不僅使整個系統(tǒng)大大簡化，安裝更加方便，其高爐雷達的具體安裝位置經(jīng)過虛擬技術(shù)的驗證，安裝結(jié)果十分直觀，安裝后獲得的數(shù)據(jù)點更加準確，有效，并最大程度地攜帯了盡可能多的料面信息，此外應(yīng)用本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法可以設(shè)計出任意雷達安裝方法，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于冶金、化工，水泥建材等眾多料面成像系統(tǒng)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)，包括高爐爐體(I)，其特征在于 所述的高爐爐體(I)的爐頂外部安裝設(shè)置有3 20個打通至爐頂內(nèi)部的雷達套筒(2)； 所述的雷達套筒(2)內(nèi)部上方均連接設(shè)置有高爐雷達(3)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的高爐雷達(3)與雷達套筒(2)的接觸處均設(shè)置有高溫隔熱管(3a)。
3.如權(quán)利要求I所述的一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的雷達套筒(2)，該雷達套筒的為中空式設(shè)計，套筒的頂端為一連接高爐雷達(3)的高溫隔熱管(3a)的固定法蘭(2a)，在套筒的中部設(shè)置有兩個打通至套筒內(nèi)部的氮氣吹掃孔(2b)，在套筒的下部連接設(shè)置有一溫度傳感器(2c)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的設(shè)置于套筒的中部并打通至套筒內(nèi)部的氮氣吹掃孔(2b)，其位置為相對180°式設(shè)置，其設(shè)置角度為向下對吹的30°至60°。
5.如權(quán)利要求I所述的一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)的安裝方法，其特征在于，所述的安裝方法步驟包括 (1)使用三維虛擬軟件模擬高爐雷達(3)的安裝位置，將高爐爐頂，爐頂上的設(shè)備按尺寸畫出比例圖，將爐頂上影響雷達布置和雷達波入射反射的設(shè)備都一一標出，輸入相關(guān)的雷達位置角度參數(shù)，則雷達的圖形效果在三維環(huán)境中顯示； (2)根據(jù)雷達波束角度，實現(xiàn)雷達波束的模擬顯示，可直觀地看到雷達波束在高爐內(nèi)部傳播的效果及反射途徑，從而確定出雷達在虛擬高爐上的位置和角度； (3)雷達布置后，通過軟件手動調(diào)整雷達位置和角度，遇到障礙物等阻擋物時，可以在圓環(huán)上繞圓周方向調(diào)整雷達的位置和角度，直到無障礙物和找到最為合理的參數(shù)為止，并由軟件生成相關(guān)的技術(shù)報告，提出具體的安裝數(shù)據(jù)、量化的標準和規(guī)范，得到高爐雷達的最優(yōu)化布置效果圖； (4)根據(jù)步驟3中所得的最優(yōu)化布置效果圖的所選定的位置選擇雷達套筒(2)的安裝地點并加工和安裝雷達套筒，雷達套筒采用不銹鋼或鑄鋼等金屬或其他材料加工，雷達套筒設(shè)計長度一般在750_左右，直徑在133_至159_左右，雷達套筒深入到高爐內(nèi)部的位置處的套筒下端為斜坡狀，和高爐渣料層平行，雷達套筒的外壁和高爐本體焊接密封； (5)根據(jù)步驟3中所得的最優(yōu)化布置效果圖及步驟4的所選定的雷達套筒(2)的位置布置高爐雷達(3)，將高爐雷達安裝至雷達套筒的內(nèi)部上方的頂端，雷達套筒的固定法蘭(2a)與高爐雷達上設(shè)置的高溫隔熱管(3a)相連接并固定，高爐雷達下部的雷達發(fā)射端則伸入雷達套筒內(nèi)部。
全文摘要
一種高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法，使用三維虛擬軟件模擬高爐雷達的安裝位置，根據(jù)最優(yōu)化布置效果圖在高爐爐體的爐頂外部安裝設(shè)置垂直或傾斜的3～20個打通至爐頂內(nèi)部的雷達套筒，在雷達套筒內(nèi)部上方均連接設(shè)置有高爐雷達。本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，不僅使整個系統(tǒng)大大簡化，安裝更加方便，其高爐雷達的具體安裝位置經(jīng)過虛擬技術(shù)的驗證，安裝結(jié)果十分直觀，安裝后獲得的數(shù)據(jù)點更加準確，有效，并最大程度地攜帶了盡可能多的料面信息，此外應(yīng)用本發(fā)明的高爐爐頂雷達料面成像系統(tǒng)及安裝方法可以設(shè)計出任意雷達安裝方法，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于冶金、化工，水泥建材等眾多料面成像系統(tǒng)領(lǐng)域。
文檔編號C21B7/24GK102618680SQ201110029328
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者儲濱, 周盈, 唐培 , 杜洪縉, 肖陽, 趙健 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司