CN215560417U - 一种高炉料面形状测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高炉料面形状测量系统。其包括雷达测量组件、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。该系统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
技术领域
本实用新型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系统。
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,实用新型专利”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。
实用新型内容
本实用新型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系统。该系统可以实现在“黑箱、多粉尘、高温”环境下的料面测定。
为达到上述技术目的,本实用新型采用以下技术方案:
一种高炉料面形状测量系统,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。
作为优选,所述驱动电机为伺服电机。
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。
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是本实用新型中一种高炉料面形状测量系统的原理示意图;
图2是本实用新型中雷达测量组件、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
为了使本实用新型更容易被清楚理解,以下结合附图和实施例对本实用新型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。
本实用新型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。
作为本实用新型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是本实用新型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。
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。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。
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,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内,根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高炉料面形状测量系统,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。
2.根据权利要求1所述的高炉料面形状测量系统,其特征在于:所述驱动电机为伺服电机。
3.根据权利要求1所述的高炉料面形状测量系统,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。
4.根据权利要求1所述的高炉料面形状测量系统,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。
5.根据权利要求1所述的高炉料面形状测量系统,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。
6.根据权利要求4所述的高炉料面形状测量系统,其特征在于:光缆长度在200-400m之间。
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