[發明專利]基于工業相控陣雷達的高爐料面測量與控制系統

無效

• 申請號: 200810246701.8
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101492750A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 陳先中;尹怡欣;國宏偉;李曉理;侯慶文
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C21B7/24
• 分類號: C21B7/24;G01F23/284
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及冶金、化工及水泥建材等領域使用工業相控陣雷達，對固體料面，特別是對高爐料面進行測量和成像，并實現料面分布形狀最優閉環連鎖控制的場合。

背景技術：

高爐的測定和解剖研究表明，料面分布形狀與高爐冶煉行程有著緊密的關系，合理的布料和料面分布形狀對有效的控制高爐煤氣分布，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等方面有著重要的作用。因此，高爐料面分布形狀控制是高爐煉鐵生產自動化的重要環節，實時準確地獲得高爐料面形狀信息對于高爐煉鐵生產效益的提高具有重要價值。實時、準確地獲得高溫、高壓、全封閉的高爐內部不斷變化的料面形狀，并根據預設的料面形狀實時進行布料連鎖閉環控制，在冶金行業中是一個世界性的技術難題。

目前最普遍使用的料面檢測手段主要有四種。

(1)機械探尺測量法。通過機械料尺在不同位置直接對料位高度進行接觸式測定，通常采用三個料尺實現三個不同位置的料位高度檢測，但不能反映料面的形狀，所需測量時間較長。

(2)間接測量料面法。通過測溫十字架監測煤氣分布，間接地推測出料面形狀。這種方法精度低，延遲時間過長。

(3)紅外熱成像測量料面法。它能獲得料面的熱分布，但不能獲得料面形狀。由于高爐內粉塵對紅外介質窗口影響嚴重，紅外成像儀難以在高爐上工作。

(4)雷達料面測量法。即采用微波的原理對高爐爐內料面形狀進行非接觸式測量。目前主要有一個雷達單發單收放方式，或者兩個雷達一發一收式，對于雷達成像的方法，一般采用機械式移動天線進行料面成像。

其涉及到的國內外相關專利如下：

第一類專利主要采用單點雷達測量固體料面某一點的高度：

日本發明專利“高爐裝入物降下速度測量裝置”，(日本神戶制鐵所，昭和62年)提出雷達天線高爐爐頂沿徑向傾斜固定插入爐內，天線不做掃描。該裝置可以測量雷達天線下方料面的料位高度和下降速度，相當于一只在加料間歇期可調整測量位置的非接觸式的料尺，不能測量整個料面的形狀和沉降動態。

美國專利US4322627(APPARATUS?FOR?MONITORING?THE?SURFACE?OF?THE?CHARGE?OFA?SHAFT?FURNACE)的豎爐料面的單臺激光雷達檢測設備。

美國專利US4429309(TRACKING?FILTER?SYSTEM?FOR?USE?WITH?A?FM/CW?RADAR)描述了用單臺雷達調頻連續波測固體料位的距離值。

美國專利US5611838(PROCESS?FOR?PRODUCING?AN?IRON?MELT)，采用單臺雷達或超聲或攝像法檢測鐵水的單一點的高度值。

中國專利CN2649600，“煉鐵高爐爐膛料位檢測儀”，可以在雷達探測儀發射出的雷達波射向煉鐵高爐爐膛料面后，反射回來，為雷達探測儀的接收器接收并輸出顯示，測量出煉鐵高爐爐膛中的料位。但該發明中存在的問題是：雷達采用的是6.3GHz的低頻雷達(VEGAPULS56K)，20°角的發射角，喇叭口天線，DN150，該雷達的回波強度在測量固體料位的情況下，尤其是在有高溫粉塵狀態下，由于頻率相對26GHz回波信號較低，回波較弱，容易失波。

第二類專利主要是通過機械移動雷達來探測料面形狀：

美國發明專利US5053776(DEVICE?AND?METHOD?FOR?THE?TELEMETRIC?MEASUREMENTOF?A?DISTANCE?AND?APPLICATION?TO?A?RADAR?PROBE?FOR?DETERMINING?THE?TOPOGRAPHICMAP?OF?LOADING?SURFACE?OF?A?SHAFT?FURNACE)，(其他多國專利如LU87577，GB2236445，JP3144391等)，日本專利JP3144391A，日本專利JP2002243845A，日本公司在美國申請的專利US004744040(“DISTANCE?MEASUREMENT?METHOD?MAKING?USE?OFELECTROMAGNETIC?WAVE?AND?SYSTEM?THEREFOR”)，美國專利US005075863等等，都是采用了雷達的非接觸測量方法，即一臺雷達單發單收，或者兩臺雷達，一發一收，部分專利可以用機械移動的方法來測量物體形狀或者高爐料面的形狀。