CN104611494A - 一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：

（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。

荷兰专利NL-7707-178“Device for determining charging distribution in blast 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。

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。

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。

从与本专利相关联的国内外相关专利可以看出，本发明的优点在于：

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。并且在转台外部安装光电开关，能够准确判断天线的零位，便于复位调试。

4机械传动装置，特殊设计的转动滑块直接连接天线微波通道，电机丝杠转台装置通过滑杆带动滑块做轴向进给运动，同时天线随转动滑块做径向扫描运动。

发明内容

本发明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。

具体技术方案如下：

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。

其中，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。

其中，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。

其中，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。

其中，在所述大筒两侧焊接两个方形盒，分别安装伺服电机和雷达硬件电路，方形盒与雷达套筒内部采用密封方法隔绝。

其中，所述机械传动装置和雷达天线，安装在套筒内，天线通过滑块与连接板和高温丝杠相连，丝杠固定在滑动导轨滑块上两端由轴承及轴承座支撑，由伺服电机传动力矩实现滑动导轨滑块的左右进给运动及天线滑块沿微波通道的上下滑动，从而带动天线对料面进行径向扫描。

其中，将所述丝杠与电机组合密封，构成一套电机模组转台装置，不仅能够遮挡灰尘，对丝杠进行有效防护，而且能够在其外部安装光电开关，来指示天线的零位，该转台装置有利于减少故障、保证丝杠精度，并且便于电机的调试。

其中，所述视频采集装置采用带有夜视功能的摄像头，实时观察雷达内部机械装置的运动状态，机械装置有无故障等；此外，将视频信号采集装置配合冷却装置安装于小筒底部，面向高炉内部，传回高炉内部溜槽和料面视频图像。

其中，所述温度采集装置在雷达本体套筒内部安装温度传感器，实时监控雷达信号采集装置的工作温度，当温度过高时电机回停止位，系统保护性断电；此外，将温度传感器置于小筒底部，可以实时监测炉顶高炉内部温度信息。

其中，所述冷却装置包括氮气冷却装置以及水冷装置；所述氮气冷却装置由雷达套筒法兰盘吹入氮气，对高温丝杠及轴承直接吹扫实现降温，雷达套筒为密封装置，氮气经由微波通道上的孔吹入喇叭形天线内部对天线实现降温并最终吹入高炉内部；所述水冷装置将小筒内部用水冷套冷却整个金属腔体，包括对万向球的冷却，防止高温金属膨胀抱死现象的发生。

附图说明

图1  雷达安装位置示意图

图2  雷达装配及内部示意图

图3  万向节旋转密封及水冷示意图

图4  万向节改造方案

图5  机械扫描机构示意图

图6  机械扫描滑动部分示意图

图7  机械传动装置总体示意图

图8  微波通道滑块

图9  滑块轴承固定零件

图10 雷达专用天线示意图

图11 水冷箱

【主要元件符号说明】

1        雷达套筒盖

2        大筒

3        小筒

4        雷达焊接套筒

5        高温天线

6        万向球

7        水冷套

8        套筒底

9        下托盘

10    上盖板

11    开槽

12    左侧耳

13    右侧耳

14    切槽

15    高温丝杠

16    丝杠轴承

17    轴承座

18    转台底座

19    滑动导轨

20    滑动滑块

21    连接板固定件

22    天线滑块

23    丝杠固定法兰

24    电机固定法兰

25    伺服电机

26    固定密封块

27    连接板

28    轴承座固定件

29    滑块轴承

30    微波通道

31    密封转台装置

32    信号处理板盒

33    微波发射盒

34    滑杆

35    滑块凹槽

36    微波通道顶端连接杆

37    微波通道滑动段

38    PTFE微波介质卡件

39    微波通道延长管

40    喇叭形天线

41    氮气孔

42    水冷套外壳

43    冷却水进水管

44    万向球套

45    冷却水出水管。

具体实施方式

下面从各个方面大致阐述说明本发明的发明构思：

选择机械扫描雷达安装位置

选择高炉炉顶的一个位置安装，选择位置的依据是：和目前现有的单点高炉雷达安装区别在于：普通高炉雷达安装在封罩上机械探尺附近，测量一个点的料位变化，而机械扫描雷达也安装在封罩上，但位置必须选择与料面垂直照射到沿高炉半径的中心点位置，保证开孔的入射夹角对料面的覆盖区域左右夹角相等，可以扫描到炉心和炉壁位置。雷达的安装角度也可以选择和料面垂直夹角0-12度，目的是防止机械装置与高炉炉皮互相干扰碰上，合理的安装位置以左右雷达波入射夹角相等为佳。安装位置还应避开高炉上升管，大方孔和人孔，在靠近高炉风罩最上部位置打直径为300-500mm的孔。

机械扫描雷达包括以下两个组成部分：雷达固定支撑套筒，机械扫描雷达本体。

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可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，其应力强度较不伸入炉内提高三倍。支撑套筒与高炉焊接方式为满焊防止高炉内气体溢出，内部焊接倒钩用于涂抹防火泥防止套筒受热开裂。

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，数据通讯装置。

雷达本体套筒结构：圆筒为上下两个筒的阶梯型设计，上面为大筒，便于有空间安装机械扫描装置，下部是小筒，和雷达固定套筒法兰配对连接，小筒尺寸小，这样在高炉上的开孔尺寸也小，减少危险系数。大套筒底部固定机械传动装置，雷达天线由小套筒底部深入高炉内部，套筒与高炉内部由旋转关节隔离；套筒内充入3-6公斤氮气，冷却机械旋转装置，并经由微波通道将氮气吹至天线，PTFE棒为微波传输介质且起到承压作用，使氮气冷却并吹扫喇叭形天线内部，防止高炉内气体进入套筒内部堵塞天线。

大筒的结构：在筒两侧焊接两个方形盒，分别安装伺服电机和雷达硬件电路，方形盒与雷达套筒内部采用密封方法隔绝，目的为防止氮气溢出及隔绝高温；在大筒的底部位置，可以安装机械传动装置，包括高温丝杠、轴承及轴承座，上述机械装置实现了天线的往复循环扫描。

机械旋转装置与天线的微波通道之间的配合结构：设计一种电机轴向往复移动变转动的机械结构，即丝杠进给运动，经过特殊设计的转动滑块，滑块内部镶嵌PTFE材料为润滑块，与天线微波通道的外径相配合，使往复运动变成天线以万向球为支点在高炉内部做径向扫描转动，一般选择0.2-0.4米的水平往复运动，转换为小于±30度的旋转扫描运动。

天线止转结构：万向球的两种消除天线自转设计的特征：方案一，万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；方案二，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。滑块的消除天线自转设计的特征：方案三，在经过特殊设计的圆形转动滑块里面增加一个止转的突起或凹陷结构，可以设计成各种形状，只要起到防止圆形天线自转的目的即可。由于增加了止转结构设计，微波发射盒就可直接与微波通道相连，减少中间微波线的环节，也可解决装置摩擦碰撞和线路缠绕等问题。

雷达机械往复运动装置：采用密封转台装置，将电机与丝杠制作成一套模组，通过密封阻挡外部杂质，保持丝杠的精度，减少机械故障。并且在转台外部安装光电开关，解决在密封不可拆情况下查找零点及雷达天线复位等问题。

雷达本体结构的总体冷却结构：本发明采用氮气吹扫配合水冷装置对机械扫描雷达实现降温，保证机械及雷达正常工作。由雷达套筒法兰盘吹入3-6公斤压力氮气，对高温丝杠及轴承直接吹扫实现降温，雷达套筒为密封装置，氮气经由微波通道上的孔吹入喇叭形天线内部对天线实现降温并最终吹入高炉内部；小筒内部用水冷套冷却整个金属腔体，尤其是对万向球的冷却，防止高温金属膨胀抱死现象的发生。

在大筒位置上的视频监控装置：采用带有夜视功能的摄像头，或者已知的任何视频监控功能的摄像头，在雷达后盖完全密封后，提取视频信号，可以实时观察雷达内部机械装置的运动状态，机械装置有无故障等。

视频监控装置：将视频信号采集装置配合冷却装置安装于小筒底部，面向高炉内部，传回高炉内部溜槽和料面视频图像。

在雷达本体套筒上安装温度信号测量装置：本发明雷达套筒内部安装2-3路温度传感器，分别安装在电机盒及雷达套筒内部，实时监控雷达信号采集装置的工作温度，温度高于电机工作上限后自动断电并报警，防止电机被损坏；此外，将温度传感器置于小筒底部，可以实时监测炉顶高炉内部温度信息。

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

图1为雷达在高炉上的安装位置及角度，雷达安装在高炉外侧的实例。炉顶开孔按总体高炉安装图开孔，直径Φ300-600m之间的通孔，开孔位置为：高度为距炉顶下沿1650mm，水平方向位于距大人孔对面左侧煤气上升管800mm处，俯仰角度θ按现场要求计算确定为133°(与垂直方向夹角为9°)。

图2为机械扫描雷达系统基本构成，主要包括：雷达本体套筒（包括大筒2和小筒3），雷达焊接套筒4，机械结构以及现场控制箱。雷达焊接套筒焊接在高炉炉顶打孔处，焊接方式为满焊，防止高炉内气体溢出；雷达套筒内部有水冷及气冷结构装置，氮气通过安装在法兰盘上气孔吹入雷达套筒内部，经由微波通道处的排气孔吹入高炉内部，实现对雷达本体套筒及天线5降温，并对天线进行吹扫防止堵塞而影响信号质量，在小筒底部设计水冷套7，主要用于对旋转密封装置万向球6的冷却，防止出现金属高温膨胀抱死现象。

图3为万向球旋转密封及水冷装置，万向球6为不锈钢材质，由于万向球旋转方向没有自由度的限制，实际生产中万向球在不需要的方向转动会对图7中天线带动的微波发射盒33产生碰撞、以及线路缠绕的隐患。因此进行方案的改进设计：方案一，万向球对称两侧加工两个侧耳12、13，并在下托盘9与上盖板10上分别开槽11与万向节侧耳配合，由此限定万向球只在高炉径向扫描方向转动；方案二，对万向球上半部分直接切掉一部分，形成切槽14，并在上盖板上加工配合面，保证万向球只在高炉径向扫描方向转动，两种方案对万向球的改造见图4。方案三，在经过特殊设计的圆形转动的天线滑块里面增加一个止转的结构，可以设计成各种形状，配对的高温天线上也设计相同的形状，只有起到防止圆形天线自转的目的即可。

采用下托盘9、上盖板10的方式进行固定密封，在盖板与托盘与万向节接触处加工凹槽填充高温润滑介质PTFE，并保证金属之间的间隙；上盖板10设计为水冷套，为深入高炉内部小筒部分降温，尤其是对万向球处的降温，与高温润滑垫圈PTFE配合防止高温抱死双保险。

图5为机械传动结构和高温天线，安装在雷达套筒内。天线通过滑块22与连接板27和高温丝杠15相连，丝杠固定在滑动导轨滑块19、20上两端由轴承16及轴承座17支撑，由伺服电机25传动力矩实现滑动导轨滑块19、20的左右进给运动及天线滑块22沿微波通道的上下滑动，从而带动天线对料面进行径向扫描。实际机械传动结构成品为电机与丝杠组合的密封防尘转台装置，保障系统运行的可靠性与稳定性。

图6为天线转动滑块设计，连接板移动带动滑块22在微波通道30上进行上下滑动，滑块22通过轴承座固定件28固定在轴承29上，最终实现天线在高炉内的径向扫描。

图7为机械传动装置总体示意图，31为密封转台装置横截面，信号处理板盒32固定在转台上部，随丝杠15做垂直纸面方向的进给运动。微波发射盒33固定在天线微波通道30的顶端，直接与微波通道相连，随天线做垂直纸面方向的旋转运动，与信号处理板盒32通过控制线相连。滑杆34与转动滑块22相连，转动滑块22固定在天线微波通道上，电机丝杠通过滑杆34带动滑块22做垂直纸面方向的进给运动，从而带动天线沿垂直纸面方向转动。例如，当丝杠向进入纸面的方向运动时，天线微波通道位于万向球6上部的部分向进入纸面的方向运动，位于万向球6下部的部分向远离纸面的方向运动，带动天线实现往复扫描。

图8为滑块示意图，其中凹槽35内嵌PTFE材料，PTFE材料直接与微波通道30接触摩擦滑动，防止金属之间直接摩擦发生高温抱死现象。另一种设计方法：去除凹槽35内嵌的PTFE材料，此时微波通道滑动段37和轴承座固定件之间会出现0.5-1mm的空隙，在对扫描精度要求不是要求特别高的情况下，出现小的空隙，电机运行也可以长期稳定地完成任务。图9为轴承座固定件。

机械扫描高温雷达天线如图10，考虑天线微波通道加工难度问题，微波通道延长为三段：微波通道滑动段37、万向球部分6以及微波通道延长管39；38为PTFE微波介质卡件，改善微波信号质量及防止高炉内部气体从微波通道内溢出；41为在同一高度以一定角度入射的氮气孔，雷达套筒为密封结构，氮气只能从氮气孔旋转吹出，冷却微波通道天线以及对天线进行吹扫除尘。

水冷套的具体设计见图11，水冷套为雷达天线预留出了扫描路径，水箱底设计万向球套44，边缘开槽填充PTFE介质，固定于小筒底部；冷却水由进水管43进入水箱环绕万向球，并冷却雷达本体套筒，后经由出水管45流出水箱，起到冷却降温的目的。水套的大小可以根据小筒的大小适当变化。

本发明公开一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置，解决高炉生产状态下料面形状不能实时监测的问题，为高炉生产布料控制提供可视化的参考依据，从而实现高炉生产中资源的高效利用，节能减排的目的。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

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。

2.如权利要求1所述的雷达扫描装置，其特征在于，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。

3.如权利要求1所述的雷达扫描装置，其特征在于，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。

4.如权利要求1-3之一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。

5.如权利要求1-3之一所述的雷达扫描装置，其特征在于，在所述大筒两侧焊接两个方形盒，分别安装伺服电机和雷达硬件电路，方形盒与雷达套筒内部采用密封方法隔绝。

6.如权利要求1-3之一所述的雷达扫描装置，其特征在于，所述机械传动装置和雷达天线，安装在套筒内，天线通过滑块与连接板和高温丝杠相连，丝杠固定在滑动导轨滑块上两端由轴承及轴承座支撑，由伺服电机传动力矩实现滑动导轨滑块的左右进给运动及天线滑块沿微波通道的上下滑动，从而带动天线对料面进行径向扫描。

7.如权利要求6所述的雷达扫描装置，其特征在于，将所述丝杠与电机组合密封，构成一套电机模组转台装置，不仅能够遮挡灰尘，对丝杠进行有效防护，而且能够在其外部安装光电开关，来指示天线的零位，该转台装置有利于减少故障、保证丝杠精度，并且便于电机的调试。

8.如权利要求1-3之一所述的雷达扫描装置，其特征在于，所述视频采集装置采用带有夜视功能的摄像头，实时观察雷达内部机械装置的运动状态，机械装置有无故障等；此外，将视频信号采集装置配合冷却装置安装于小筒底部，面向高炉内部，传回高炉内部溜槽和料面视频图像。

9.如权利要求1-3之一所述的雷达扫描装置，其特征在于，所述温度采集装置在雷达本体套筒内部安装温度传感器，实时监控雷达信号采集装置的工作温度，当温度过高时电机回停止位，系统保护性断电；此外，将温度传感器置于小筒底部，可以实时监测炉顶高炉内部温度信息。

10.如权利要求1-3之一所述的雷达扫描装置，其特征在于，所述冷却装置包括氮气冷却装置以及水冷装置；所述氮气冷却装置由雷达套筒法兰盘吹入氮气，对高温丝杠及轴承直接吹扫实现降温，雷达套筒为密封装置，氮气经由微波通道上的孔吹入喇叭形天线内部对天线实现降温并最终吹入高炉内部；所述水冷装置将小筒内部用水冷套冷却整个金属腔体，包括对万向球的冷却，防止高温金属膨胀抱死现象的发生。