CN106030337A - 用于确定竖炉中的炉料表面的形貌的装置 - Google Patents

用于确定竖炉中的炉料表面的形貌的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定竖炉(10)中的炉料表面的形貌的设备，所述设备具有雷达装置(20)，雷达装置扫描炉料表面(18)并且具有布置在炉盖(13)的区域中的天线装置(22)，其中天线装置布置在相对于竖炉的竖向轴线(15)以倾斜角α倾斜的旋转轴线(24)上，并且能够借助于驱动装置围绕旋转轴线旋转，使得通过天线装置发射的雷达辐射形成的雷达扇区(28)沿着轮廓线p入射到炉料表面上，并且在天线装置旋转时扫掠炉料表面。

Description

用于确定竖炉中的炉料表面的形貌的装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定竖炉中的炉料表面的形貌的装置，该装置具有雷达装置，雷达装置扫描炉料表面并且具有布置在炉盖的区域中的天线装置。
背景技术
竖炉中发生的过程主要通过布置在炉膛中的、由焦炭和炉料层构成的分层的结构来确定。为了构成所述层，炉通过装料开口装以焦炭和炉料，该装料口布置在炉盖中，并且在该装料开口中设置有装料装置，该装料装置能够绕竖炉的竖向轴线旋转，该装料装置的专业术语称作转动滑道(Drehschurre)，该转动滑道具有倾倒斜面，该倾倒斜面相对于竖向轴线的倾斜是可调节的。转动滑道实现对竖炉交替地供以焦炭层和炉料层，其中寻求尽可能精确限定的层，以实现可复现的高炉过程。
为此需要在装给后续层之前尽可能精确地确定相应最顶层的表面形貌。在这个方面下，已知的是使用雷达装置，借助于雷达装置能够检测出表面形貌。
从EP 0 291 751 A1已知一种雷达装置，该雷达装置布置在在炉盖下方穿过炉膛壁的矛管的端部处，并且该雷达装置通过如下方式实现检测炉料的表面轮廓，即通过借助于矛管将雷达装置径向移动至竖炉的中轴线。为了检测炉料的其他径向表面轮廓，在EP 0 291 751 A1中提出：将雷达装置以下述方式布置在矛管的端部处：雷达装置附加地能够围绕矛管的纵向轴线和横向轴线枢转，使得实现：在直角的“十字线”上扫描炉料表面。
除了已知的雷达装置仅可以实现检测基本上线性的径向表面轮廓而不检测整个炉料表面的形貌之外，已知的雷达装置还需要显著的设备上的耗费才能实现，所述耗费不仅需要提供穿过竖炉的炉膛壁的可移动的矛管，还需要将雷达装置以可沿双轴向枢转的方式布置在矛管的端部处。
为了避免这种设备上的耗费，从WO 2010/144936 A1已知一种固定地布置在炉盖中的雷达装置，其中该雷达装置设有天线装置，该天线装置布置在与竖炉的竖向轴线垂直的平面中，该天线装置由以矩阵结构布置的多个贴片天线组成。这些贴片天线将雷达辐射发射到整个炉料表面上，从而使如从EP 0 201751 A1已知的扫描过程变得多于，该扫描过程需要具有相应的设备耗费的天线装置的轴向运动。为了实现加载炉料表面的所有子区域，从WO 2010/144936 A1已知的天线设备在竖炉的竖向轴线上布置在炉盖中。为了实现高的角分辨率以及减小由多个贴片天线发射的雷达辐射的干扰影响，经由贴片天线的复杂的控制构成合成孔径，使得限定的贴片天线作为发送天线运行，并且其他被限定的贴片天线作为接收天线运行。
除了已知的雷达装置需要显著的控制耗费以产生对于雷达装置运行所必须的合成孔径之外，雷达装置在炉盖中的布置伴有大量的缺点。一方面，对于雷达装置并且特别对于热敏天线装置会得到最大可能的温度负载。另一方面，由于相互妨碍不可避免，所以将雷达装置安装到常规构成的竖炉中是不可行的，所述竖炉在炉盖中具有如在上面描述的用于对炉料表面限定地装料的转动滑道。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种上述类型的设备，该设备实现精确检测炉料表面的形貌，并且该设备的安装和运行能够以尽可能小的耗费进行。
为了实现这个目的，根据本发明的设备具有权利要求1的特征。
根据本发明，天线装置布置在相对于竖炉的竖向轴线以倾斜角α倾斜的旋转轴线上并且能够借助于驱动装置围绕旋转轴线旋转，使得通过天线装置发射的雷达辐射形成的雷达扇区沿着轮廓线p入射到炉料表面上，并且在天线装置旋转时扫掠炉料表面。
由于天线装置布置在相对于竖炉的竖向轴线倾斜的旋转轴线上，因此，根据本发明的设备实现不与装料装置相冲突的布置，该装料装置布置在炉盖中并且优选地构成为转动滑道。另一方面，由于天线装置布置在相对于竖向轴线倾斜的旋转轴线上，对于天线装置得出基本上相对于布置在竖向轴线上降低的温度负荷。此外，天线装置的旋转运动与由天线装置发射的雷达扇区的根据本发明的叠加实现：天线装置不强制性地必须借助用于构成合成孔径的控制来运行，以得到表面的期望的高分辨率。相反，可实现的分辨率尤其还取决于雷达辐射的脉冲率以及天线装置围绕旋转轴线的转动速度。
因此整体上，根据本发明的设备实现以高分辨率在控制耗费和设备耗费相对小的情况下检测炉料表面，因为仅需要构成用于天线装置旋转的旋转轴线。
借此也可行的是：还能够将根据本发明的设备后续地整合到常规构成的竖炉中，该常规构造的竖炉在其炉盖中具有优选构成为转动滑道的装料装置。
在优选的实施方式中，旋转轴线相对于竖向轴线的倾斜角α在20°与60°之间。
在天线装置布置在相对于旋转轴线垂直地定向的天线平面中的情况下，该装置的特别简单的设计方案是可行的。
如果尤其由于为所使用的天线装置的开度角过小或者质量不足而会证实到不足以借助仅一个天线对整个松散材料或炉料表面进行检测，也可行的是，模块化地由至少两个天线模块构成天线装置，所述天线模块通过叠加其波束开度角而实现构成具有期望宽度的雷达扇区。
对天线装置使用多个天线模块还实现对检测整个表面所必需的旋转角度的减小。
天线模块能够布置在共用的天线平面中或者布置在以一定角度彼此倾斜的不同的天线平面中。
特别地，不同的、以一定角度彼此倾斜的天线平面能够以相对于旋转轴线的不同角度布置，在所述天线平面中设置有天线模块。
附图说明
在下文中，将借助于附图对设备的优选实施方式进行更详细的说明。在附图中：
图1示出具有布置在炉膛的上部部分中的炉膛壁中的雷达装置的第一实施方式的竖炉的截面图；
图2以根据图1中的截面线II-II截取的截面图示出图1中所示的雷达装置；
图3示出图2中所示的雷达装置的替选的实施方式；
图4示出布置在炉膛壁中的雷达装置的另一实施方式；
图5示出图4中所示的雷达装置的根据截面线V-V截取的截面图；以及
图6示出图5中所示的雷达装置的替选的实施方式。
具体实施方式
图1示出了竖炉10，该竖炉10基本上由炉下部部件11、炉上部部件12以及炉盖13组成，在炉盖13中集成有装料装置，所述装料装置在此构成为转动滑道14，所述装料装置能够绕竖向轴线15枢转，使得连接到转动滑道14的漏斗开口16上的倾倒斜面17可以以限定的方式定位，所述倾倒斜面能够相对于竖向轴线15在倾斜度方面进行调节。
转动滑道14用于对竖炉10交替地供以在图1中明确地未详细示出的焦炭和炉料层，其中寻求尽可能精确地限定的层，以实现可复现的高炉过程。为此，有必要在装给后续层之前尽可能精确地确定最顶层的表面形貌。
为了检测图1中所示的炉料表面18，在炉料表面18的上方的炉盖13的区域中，将雷达装置20设置在炉上部部件12的炉壁19中，雷达装置20的壳体21穿透炉壁19。在壳体21内，存在天线装置22，该天线装置22布置在天线承载件23上，天线承载件23能够围绕旋转轴线24转动，并且所述天线装置能够经由承载轴25借助于在此未详细示出的驱动装置驱动。
也在图2中图示的天线装置22位于天线平面26中，所述天线平面在此相对于旋转轴线24垂直地布置，并且所述天线装置通过能够透过雷达辐射的保护玻璃27屏蔽炉内气氛。在图示的实施例中，旋转轴线24相对于竖向轴线15以约30度的角α倾斜，并且旋转轴线大致在竖向轴线15与炉料表面18的交点S中与竖向轴线15相交。天线装置22构成为，使得雷达辐射的主轴线方向H基本上与旋转轴线24重合，并且天线装置22的射束开度角β足够大，以构成雷达扇面28，所述雷达扇面实现沿着竖向轴线15与竖炉10的炉壁19之间的轮廓线p加载炉料表面18。在当前的情况下得到构成具有边缘射束29、30的雷达扇面28，其中边缘射束29在竖炉10的存在雷达装置20的安装半部31中以距炉壁19间距a与炉料表面18相交于表面点O中，并且边缘射束30在与安装半部31相对置的炉半部32上与炉壁19相交于壁点W中，使得在图示的实施例中，炉料表面18的由雷达扇面28加载的轮廓线p从表面点O延伸至炉壁19。在天线装置22围绕旋转轴线24旋转360°的情况下，由雷达扇面28扫掠整个炉料表面18。
图3示出天线装置35，该天线装置35由布置在同一天线平面26中的多个天线模块36组成。
图4示出具有天线装置37的雷达装置20，该天线装置37具有两个天线模块38、39，该天线模块38、39分别布置在天线平面40、41中。天线平面40、41分别相对于旋转轴线24以角度γ倾斜，使得天线模块38、39的主轴线方向H1、H2与炉料表面18相交于不同的交点S1和S2中。两个天线模块38、39分别具有在当前情况下一致的开度角β1和β2。天线模块38、39的两个开度角β1、β2的叠加形成雷达扇面28，该雷达扇面与图1中所示的雷达扇面28一致。
与图4所示不同，当然也还可行的是，天线模块38、39的天线平面40具有相对于旋转轴线24不同的角度γ。如图6中所示，也可行的是，三个或更多个天线模块42、43、44一起构成天线装置45，其中，存在天线模块42至44的天线平面能够具有相对于旋转轴线24一致的角或者相对于旋转轴线24的不同的角。
与雷达装置20的在上面借助于图1至6阐述的天线装置22、35、37、45无关，显而易见的是，根据本发明构成的雷达装置实现布置或集成至竖炉10中，而不存在与布置在炉盖13中的且在此构成为转动滑道14的装料装置相冲突的风险。

Claims (7)

1.一种用于确定竖炉(10)中的炉料表面的形貌的设备，所述设备具有雷达装置(20)，所述雷达装置(20)扫描炉料表面(18)并且具有布置在炉盖(13)的区域中的天线装置(22，35，37，43)，
其特征在于，
所述天线装置布置在相对于所述竖炉的竖向轴线(15)以倾斜角α倾斜的旋转轴线(24)上，并且所述天线装置能够借助于驱动装置围绕所述旋转轴线旋转，使得通过所述天线装置发射的雷达辐射形成的雷达扇区(28)沿着轮廓线p入射到所述炉料表面上，并且在所述天线装置旋转时扫掠所述炉料表面。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
所述旋转轴线(24)相对于所述竖向轴线(15)的所述倾斜角α在20°与60°之间。
3.根据权利要求1或2所述的装置，
其特征在于，
所述天线装置(22)布置在相对于所述旋转轴线(24)垂直地定向的天线平面(26)中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，
其特征在于，
所述天线装置(35，37，43)具有至少两个天线模块(36，38，39，42)。
5.根据权利要求4所述的装置，
其特征在于，
所述天线模块(36)布置在共用的天线平面(26)中。
6.根据权利要求4所述的装置，
其特征在于，
所述天线模块(38，39，42)布置在相对于所述旋转轴线(24)以角度γ倾斜的不同的天线平面(40，41)中。
7.根据权利要求6所述的装置，
其特征在于，
所述天线平面以相对于所述旋转轴线(24)的不同角度布置。
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