CN113624170A - 一种高炉料面形状测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高炉料面形状测量方法。该方法采用高炉料面形状测量系统进行测量，该测量系统包括雷达测量组件、链接机构、两自由度五杆机构、驱动电机、计算机控制单元，所述雷达测量组件通过链接机构安装于两自由度五杆机构上，所述两自由度五杆机构与驱动电机相连，所述计算机控制单元分别与雷达测量组件、驱动电机相连。该方法可实现对每个想扫描区域的位置信息获取，获得对于特定料面的了解，并实现在“黑箱、多粉尘、高温”环境下的料面测定。

Description

一种高炉料面形状测量方法
技术领域
本发明涉及高炉测量设备技术领域技术领域，具体地说是一种高炉料面形状测量方法。
背景技术
目前钢铁联合企业中，高炉主要是为炼钢供应铁水，目前高炉越来越大型化，一座高炉内容积一般在2000-5500m3之间，为提高产量，高炉被设计成一个密闭的高压容器，炉顶压力在0.20-0.25MPa，高炉生产过程中不断产生大量的高温煤气，对于4000m3高炉，其每分钟煤气发生量为11000-12000m3左右，这些煤气中含有大量的粉尘。
高炉通过在上部不间断装入炉料，在下部持续鼓入热风维持高炉的运行，准确控制高炉炉料下降的节奏、控制炉料下降状态是料面形状就成了高炉稳定运行的核心，其中高炉料面测量是高炉维持正常生产的控制环节。
目前有料面机械探尺、雷达探尺、阵列雷达料面测量、激光料面测量仪、红外料面测量、扫描雷达料面测量、相控阵料面测量等7种测量料面的方法。
文献“胡延涛，孙家舵，刘辰荣等，平衡稳速器在1050高炉探尺上的应用，冶金设备，总第239期，2017年增刊(2)”中介绍了最经典的探尺料面测量技术，该技术是利用一根锁链下悬挂一个铁球，在布料完成后将锁链及铁球落入炉内，通过锁链落入深度及铁球移动状况来测量落入点的料面变化情况，该方法通过“以点带面”的方式评估料面状况，虽然直接，但信息量太少。
文献“张贺顺，马洪斌，雷达料位仪在首钢2号高炉的应用，炼铁，2009 年2月，Vol.28，No.1,P47-48”中介绍了利用雷达探尺进行料面测量的技术，首钢2号高炉(1780m3)2002年4月开炉,24个风口,炉身下部、炉腰、炉腹安装3段铜冷却壁,先后装备了高炉基础数据采集系统、高炉煤气成分在线分析系统、风口摄像系统、炉喉红外成像系统等先进设备,完善的监测设备为客观分析高炉冶炼进程提供了数据基础。2004年7月,2号高炉在机械探尺/北旁安装了1台雷达料位仪,与机械探尺进行数据对比后,证实其测量精度满足高炉工艺要求。2007年5月,又安装了4台雷达料位仪。2号高炉利用7台雷达料位仪,综合运用测量技术、数据采集技术、数据传输技术对高炉料面进行连续测量,给出了不同炉料在炉喉径向的分布状态和变化规律。该技术是利用雷达取代了机械探尺，测量的方式发生改变，但信息获取量仍然极为有限。
文献“储滨，陈先中，苗亮亮，宝钢不锈钢2500m3高炉6点雷达料面综合成像与溜槽布料节能控制，第八届(2011)中国钢铁年会论文集，北京，冶金工业出版社”中介绍了一种利用阵列雷达对料面进行测量的技术，该方法是通过在炉顶不同位置开4-6个孔，安装4-6个独立的料面测量雷达，利用4-6 个定点雷达测量结果可以大概评估高炉半径方向的料面状况，该技术因需要同时在炉顶安装众多雷达，炉顶开孔数量太多，对高炉生产有一定的危险性，4-6 个点的测量相对于5—90m2的料面而言，信息量仍然太少。
文献“邱家用，高征铠，无钟高炉装料激光测量技术的应用，炼铁，2014 年2月，Vol.33，No.1，P47-50”中介绍了一种激光料面测量仪，该方法是在炉顶恰当位置安装一台大功率激光发生器，通过激光对料面的扫面实现激光测距，因炉内充满1mm以下的粉尘，激光波长小于粉尘颗粒直径，粉尘对激光形成了遮挡，激光难以绕过粉尘颗粒，故在开炉前的料面测量中该技术是可行的，一旦高炉生产，该技术存在致命的缺陷，故使用情况不佳。
文献“张丽丽,安钢,张志刚,王素涛,邱学先，宣钢高炉炉顶红外摄像技术的应用，河北冶金，总162期，2007年6期，P33-36.”中介绍了一种红外料面测量技术，该技术利用红外技术测量料面的温度来间接评价料面的状况，该技术只能测量料面红外温度，不能计算料面形状，故该技术不能算是一种料面测量技术。
专利“陈先中，一种能够实时监测高炉料面变化的雷达扫描装置，专利号201420853174.8，发明专利”中介绍了一种扫描雷达料面测量技术，该技术目前实现了对高炉炉顶半径方向的稳定扫描测量，可以稳定获取高炉半径方向的料面信息，但受制于结构及安装的限制，该方法只能在高炉炉顶半径方向运动，难以获取炉顶其他方向，其他地方的料面信息。
文献“冶金科技奖介绍，基于相控阵雷达的可视化高炉布料控制系统的开发及应用，2015年7月，Vol.25，No.7”中介绍了一种相控阵料面测量技术，该技术利用相控阵技术，通过电扫描的方式实现对整个料面的测量，该技术目前仍处于试验阶段，尽管实验结果令人满意，但长期稳定使用也存在很多挑战，如寿命问题、冷却问题、维护问题、成本问题等，该技术因需要将巨大的雷达天线伸入高炉，天线时刻暴露在高温粉尘中承受冲刷，一旦损坏，维护、更新困难。
综上所述，上述技术主要是用单点、多点阵列、半径、整个料面来实现整个料面的测量，存在的主要问题是要么测量信息有限，如料面机械探尺、雷达探尺、阵列雷达料面测量等；要么测量位置固定，如料面机械探尺、雷达探尺、阵列雷达料面测量、激光料面测量仪、扫描雷达料面测量等；要么测量成本高技术不成熟，仍有很多需要改进的地方，如相控阵料面测量等，对于料面测量而言，目前尚未有一种简单、可靠、并且能够进行设定轨迹扫描的测量装置。
发明内容
本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种高炉料面形状测量方法。该方法可以实现在“黑箱、多粉尘、高温”环境下的料面测定。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种高炉料面形状测量方法，采用高炉料面形状测量系统进行测量，该测量系统包括雷达测量组件、链接机构、两自由度五杆机构、驱动电机、计算机控制单元，所述雷达测量组件通过链接机构安装于两自由度五杆机构上，所述两自由度五杆机构与驱动电机相连，所述计算机控制单元分别与雷达测量组件、驱动电机相连，所述雷达测量组件置于炉体上部椎台处；
所述测量方法包括以下步骤：
步骤1：将各部件安装就位，雷达测量组件、链接机构、两自由度五杆机构、驱动电机、计算机控制单元依次相连，确保雷达测量组件能扫描到炉内料面所有位置；
步骤2：设定特定轨迹来测量特定区域的料面状况；
步骤3：计算机控制单元根据设定的轨迹控制驱动电机，进而驱动两自由度五杆机构运动，两自由度五杆机构通过链接机构驱动雷达测量组件转动，使得雷达测量组件按照预定的轨迹进行扫描；
步骤4：雷达测量组件的雷达信号的传输至计算机控制单元，并保存测量结果；
步骤5：雷达信号经后台软件处理后，将测量点的三维空间坐标信息保存在数据库中，并通过界面显示最终测量结果。
作为优选，雷达测量组件包括雷达天线、万向节、摆杆，所述雷达天线、摆杆位于万向节两侧，所述摆杆通过链接机构与两自由度五杆机构相连，两自由度五杆机构在驱动电机的驱动下，通过链接机构控制摆杆转动，实现雷达测量组件的动态扫描。
作为优选，所述链接机构包括立杆、纵轴及横轴，所述横轴与摆杆顶部的轴架相连，所述立杆下端的轴架与纵轴相连，所述纵轴与横轴呈十字状分布，所述立杆上部可伸缩地置入两自由度五杆机构。
作为优选，所述计算机控制单元位于高炉炉体外的主控制室中，雷达测量组件和计算机控制单元之间通过光缆进行信号传输。
进一步，光缆长度在200-400m之间。
作为优选，所述驱动电机为伺服电机。
作为优选，所述步骤2、步骤3中的轨迹选自直线、扇形、圆形、椭圆中的至少一种。
采用上述技术方案后，利用两自由度五杆机构可以实现预定轨迹的特性，利用计算机预先设定测量轨迹，用计算机控制电机，驱动两自由度五杆机构，带动机械扫面雷达按预设的轨迹扫描特定的区域或轨迹，从而实现对每个想扫描区域的位置信息获取，获得对于特定料面的了解。两自由度五杆机构、驱动电机、计算机控制单元实现了雷达扫描对任意轨迹的适应性、可设计性，相对于该领域的同类产品，其扫描测量的细节更多、模式更多，功能得到进一步扩展。本申请技术方案将计算机控制、两自由度五杆机构、机械式扫描雷达共同构成了一个精巧的测量体系，可以实现在“黑箱、多粉尘、高温”环境下的料面测定。
附图说明
图1是本发明中一种高炉料面形状测量系统的原理示意图；
图2是本发明中雷达测量组件、链接机构、两自由度五杆机构的连接结构示意图；
图中附图标记如下：
1-雷达测量组件；11-摆杆；13-雷达天线；12-万向节；2-链接机构；21-立杆；22-纵轴；23-横轴；3-两自由度五杆机构；31-第一摇杆；32-第一滑块；33- 第二摇杆；34-第二滑块；35-机架；4-驱动电机；5-计算机控制单元；7-炉体； 8-料面；9-万向节支撑架。
具体实施方式
为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作以详细说明。
这里以4000m3高炉为例，提供一种高炉料面形状测量方法及其相关测量系统的一种实施例。
本发明一种高炉料面形状测量方法，采用高炉料面形状测量系统进行测量，该测量系统如图1、图2所示，该测量系统包括雷达测量组件1、链接机构2、两自由度五杆机构3、驱动电机4、计算机控制单元5，所述雷达测量组件1通过链接机构2安装于两自由度五杆机构3上，所述两自由度五杆机构3与驱动电机4相连，所述计算机控制单元5分别与雷达测量组件1、驱动电机4相连，所述雷达测量组件1置于炉体7上部椎台处；
作为优选，雷达测量组件1包括雷达天线13、万向节12、摆杆11，该摆杆11通过链接机构2与两自由度五杆机构3相连，两自由度五杆机构3在驱动电机4的驱动下，通过链接机构2控制摆杆11转动，实现雷达测量组件13的动态扫描。
所述链接机构可以包括立杆21、纵轴22及横轴23，所述横轴23与摆杆 11顶部的轴架相连，所述立杆21下端的轴架与纵轴22相连，所述纵轴22与横轴23呈十字状分布，所述立杆21上部可伸缩地置入两自由度五杆机构3。
所述两自由度五杆机构3在现有技术中有多种可行方式，例如该机构可包括第一摇杆31、第一滑块32、第二摇杆33、第二滑块34及机架35，立杆21 上部穿过第一摇杆31和第二摇杆33，第一滑块32可滑动地置于第一摇杆31 上，第二滑块34可滑动地置于第二摇杆33上，第一滑块32和第二滑块34分别可转动地置于机架35上。该机构中可以有多种驱动方式，例如驱动第一滑块 32在第一摇杆31上的滑动，第二滑块34在第二摇杆33上的滑动，或者驱动第一摇杆31、第二摇杆33的摆动等，相应地，驱动电机4可以不同方式安装于不同位置，总之，驱动电机4实现第一摇杆31、第二摇杆33的移动，从而带动立杆21的移动，进而使得雷达测量组件1运动。在此过程中，立杆21可以一直保持竖直方向，两自由度五杆机构3的技术组合属于现有技术，此处不再详述。
作为本发明技术方案的一个实施例，该4000m3高炉炉喉直径10m，炉顶料线1.3m，正常生产时形成带平台的漏斗型料面，料面面积在100m2左右。驱动电机用于驱动机构运行，该电机可以采用西门子SM80-D601930型、 SM80-D752430型、或者SM80-K103230等微型伺服电机用于驱动相关的测量机构运行。雷达测量组件中的扫描雷达天线长度控制在50cm以下。控制系统、电路系统在炉外，雷达测量系统1在炉体7上部椎台处；炉体7上部椎台处的雷达通道处设置万向节支撑架9，雷达测量系统1的万向节12可转动地安装于万向节支撑架9上，计算机控制单元5在主控制室中，雷达测量系统1和计算机控制单元5之间通过光缆进行信号传输，光缆长度在200-400m之间。
炉内的料面8是本发明测量方法的测量对象，炉内的料面8通过定期装入焦炭、矿石形成的。该料面8是一种带平台的漏斗型料面，料面面积在80-100m2之间变化。
所述高炉料面形状测量方法包括以下步骤：
步骤1：将各部件安装就位，雷达测量组件1、链接机构2、两自由度五杆机构3、驱动电机4、计算机控制单元5依次相连，确保雷达测量组件1能扫描到炉体7内料面8所有位置；
步骤2：设定特定轨迹来测量特定区域的料面状况；
步骤3：计算机控制单元5根据设定的轨迹控制驱动电机4，进而驱动两自由度五杆机构3运动，两自由度五杆机构3通过链接机构2驱动雷达测量组件 1转动，使得雷达测量组件1按照预定的轨迹进行扫描；
步骤4：雷达测量组件1的雷达信号的传输至计算机控制单元5，并保存测量结果；
步骤5：雷达信号经后台软件处理后，将测量点的三维空间坐标信息保存在数据库中，并通过界面显示最终测量结果。
作为优选，上面所述轨迹选自直线、扇形、圆形、椭圆中的至少一种。
计算机控制单元5负责整个系统的运行与控制。在计算机上实现轨迹设定，并将设定的轨迹保存在计算机中，通过控制程序启动电机，驱动运动机构，控制实现预定的运动轨迹，雷达信号的储存及传输，保存测量结果，整个系统的控制界面也需要在该单元运行。
所述雷达测量组件1实现料面8特定区域的特定轨迹的测量，测量信号由电路系统6控制，雷达信号发射到料面8上，经反射后由雷达天线13接受，并通过电路系统6传输到计算机控制单元5中。其中两自由度五杆机构3的设定轨迹方程代表了雷达测量组件1元在炉体7内特定的路径，可以通过圆形，椭圆形，扇形等轨迹设定，对炉内特定区域进行测量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高炉料面形状测量方法，采用高炉料面形状测量系统进行测量，该测量系统包括雷达测量组件、链接机构、两自由度五杆机构、驱动电机、计算机控制单元，所述雷达测量组件通过链接机构安装于两自由度五杆机构上，所述两自由度五杆机构与驱动电机相连，所述计算机控制单元分别与雷达测量组件、驱动电机相连，所述雷达测量组件置于炉体上部椎台处；
所述高炉料面形状测量方法包括以下步骤：
步骤1：将各部件安装就位，雷达测量组件、链接机构、两自由度五杆机构、驱动电机、计算机控制单元依次相连，确保雷达测量组件能扫描到炉体内料面所有位置；
步骤2：设定特定轨迹来测量特定区域的料面状况；
步骤3：计算机控制单元根据设定的轨迹控制驱动电机，进而驱动两自由度五杆机构运动，两自由度五杆机构通过链接机构驱动雷达测量组件转动，使得雷达测量组件按照预定的轨迹进行扫描；
步骤4：雷达测量组件的雷达信号的传输至计算机控制单元，并保存测量结果；
步骤5：雷达信号经后台软件处理后，将测量点的三维空间坐标信息保存在数据库中，并通过界面显示最终测量结果。
2.根据权利要求1所属的高炉料面形状测量方法，其特征在于：所述雷达测量组件包括雷达天线、万向节、摆杆，所述雷达天线、摆杆位于万向节两侧，该摆杆通过链接机构与两自由度五杆机构相连，两自由度五杆机构在驱动电机的驱动下，通过链接机构控制摆杆转动，实现雷达测量组件的动态扫描。
3.根据权利要求1所属的高炉料面形状测量方法，其特征在于：所述链接机构包括立杆、纵轴及横轴，所述横轴与摆杆顶部的轴架相连，所述立杆下端的轴架与纵轴相连，所述纵轴与横轴呈十字状分布，所述立杆上部可伸缩地置入两自由度五杆机构。
4.根据权利要求1所属的高炉料面形状测量方法，其特征在于：所述计算机控制单元位于高炉炉体外的主控制室中，雷达测量组件和计算机控制单元之间通过光缆进行信号传输。
5.根据权利要求4所属的高炉料面形状测量方法，其特征在于：光缆长度在200-400m之间。
6.根据权利要求1所属的高炉料面形状测量方法，其特征在于：所述驱动电机为伺服电机。
7.根据权利要求1所属的高炉料面形状测量方法，其特征在于：所述步骤2、步骤3中的轨迹选自直线、扇形、圆形、椭圆中的至少一种。
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