高炉料面分布情况的自动化测量装置的制作方法

1.本技术涉及一种高炉内部状态的实时监测装置，尤其涉及一种高炉料面分布情况的自动化测量装置。


背景技术：

2.金属冶炼中常用的高炉，内部是高温、封闭、高粉尘的异常恶劣的环境，炉顶区域会有高温气流和高温气体不断的上涌，由于高炉内高温、高粉尘的环境，在进行加工时，同时观察和监测高炉的炉内的料面状态的话，高温环境极易造成监测装置的损坏，而且高粉尘坏境下的监测效果也不可预期。
3.因此，观察和监测炉内的料面状态是非常困难的，现在工厂的常规方法包括以下几种。
4.第一，在高炉休风时，打开观察孔，观察炉内的情况。第二，通过机械探尺在炉内物料的料面边缘进行一点探测。第三，通过高炉炉内的红外成像系统，显示炉内的温度场。
5.上述方法中，采用人工观察的方式进行判断，由工作人员主观判定，无法准确的掌握炉内的状态，在发生突发情况是，也很难及时的进行调整。机械探尺只在料面一点测量，存在极大的片面性，红外成像仅能通过俯视视角显示料面的温度场，无法提供炉内物料的料面高度数据。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本技术提供一种能在高炉恶劣工况下，实时掌握炉内料面分布的多维度信息的高炉料面分布情况的自动化测量装置。
7.本技术的高炉料面分布情况的自动化测量装置，设置在高炉内，包括驱动单元、检测单元、运动机构、冷却系统、控制器和防护支架，所述防护支架固定在高炉内部，所述冷却系统固定在防护支架上，所述运动机构固定在防护支架的下端位置，检测单元可转动的与运动机构相连；
8.所述检测单元包括支架、微波芯片盒、转接头、微波通道、固定环和天线喇叭，所述微波芯片盒内固定在固定支架上，并与转接头相连接，所述转接头与微波通道相连；所述天线喇叭和微波通道伸入微波芯片盒中，连接到微波芯片盒内的控制器中；
9.所述运动机构包括运动控制器、光电感应器、感应块、安装轴座和旋转轴，所述安装轴座固定在固定支架上，旋转轴连接驱动单元，所述旋转轴固定安装在安装轴座上，所述旋转轴连接检测单元，所述感应块连接在检测单元的支架上；所述安装轴座的两侧分别安装一个光电传感器，所述运动控制器的信号输入端连接光电传感器，信号输出端连接驱动单元；
10.所述冷却系统包括水冷管道和气冷管道，所述水冷管道固定在防护背板上，气冷管道的出口伸入微波芯片盒中。
11.为了对运动机构进行精确控制，所述驱动单元为伺服电机和行星减速器，所述伺
服电机的驱动轴通过行星减速器与运动机构的旋转轴相连接。
12.进一步的，所述运动控制器包括伺服控制器和plc，所述伺服控制器的信号输入端连接光电感应器，信号输出端连接plc的信号输入端，plc信号输出端连接伺服电机，伺服电机通过反馈电路与plc相连接。
13.为了对微波芯片盒进行降温，所述微波芯片盒表面设有翅片，形成风道。
14.可选的，所述控制器为集成电路板，所述集成电路板进行信号的发送、接收和数据处理。
15.可选的，所述微波频率为20-30g的频率段。
16.可选的，所述安装轴座和旋转轴均为耐高温材质。
17.为了对炉内的检测单元进行降温和防护，所述天线喇叭为双层结构，内部为空腔，两端开口，一端连接微波通道，另一端设有导流孔。
18.为了对炉内料面状态进行实时监控，本技术还包括监测显示屏，所述监测显示屏设置在高炉外，所述微波芯片盒内的控制器与监测显示屏连接。
19.进一步的，所述防护支架，包括固定支架和防护背板，所述冷却系统固定在防护背板上，所述运动机构固定在固定支架的下端位置
20.本技术中，通过20-30g频率段的微波进行料面高度探测，具有良好的穿透性，测量距离能够达到0.5-200米，完全满足高炉20米以内的测量需求，能够精确测量高炉内料面的高度数据。
21.同时通过运动机构带动检测单元转动，并通过伺服控制器和plc对转动角度进行控制，保证微波信号能够遍历整个料面，对料面每个位置的高度数据进行精确的测量。
22.同时，本技术中，采用水冷管道和气冷管道的双冷却系统，将水冷管道固定在防护背板上，冷水在水冷管道中循环带走大量的热量，降低装置周围的温度。对固定在防护背板上的驱动单元、运动机构、检测单元进行实时的降温处理，确保结构的正常运转。
23.而对于离高炉料面更近的检测单元，则进一步的通过气冷系统进行降温，将惰性气体通过气冷管道吹进微波芯片盒内。微波芯片盒上的翅片形成的风道进行有效的降温。进入微波芯片盒内的惰性气体经过微波通道，进入天线喇叭双层结构的内部空腔内，对天线喇叭进行降温。
24.同时，气体从天线喇叭末端的导流孔吹出，在天线喇叭末端形成气幕，阻隔高炉内的灰尘。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1本技术的装置结构示意图；
27.图2是检测单元的机构示意图；
28.图3是微波芯片盒上的翅片结构示意图；
29.图4是运动机构和驱动单元的结构示意图；
30.图5是运动系统的控制系统示意图。
31.图中，1-防护支架，2-驱动单元，21-伺服电机，22-行星减速机，3-运动机构，31-光电传感器，32-感应块，33-安装轴座，34-旋转轴，4-检测单元，41-支架，42-微波芯片盒，401
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翅片，43-转接头，44-微波通道，45-固定环，46-喇叭天线，5-冷却系统。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.如图1所示，本技术的高炉料面分布情况的自动化测量装置，设置在高炉内，主要由包括驱动单元2、检测单元4、运动机构3、冷却系统5、控制器和防护支架1组成，防护支架 1固定在高炉内部，包括固定支架和防护背板，运动机构3固定在固定支架的下端位置，检测单元可转动的与运动机构相连。
34.如图2、图3所示，检测单元4主要由支架41、微波芯片盒42、转接头43、微波通道 44、固定环45和天线喇叭46组成，微波芯片盒42表面设有翅片401，形成风道。微波芯片盒42固定在固定支架上，并与转接头43相连接，转接头43与微波通道44相连；天线喇叭 46和微波通道44伸入微波芯片盒42中，连接到微波芯片盒42内的控制器中，天线喇叭46 为双层结构，内部形成空腔，两端开口，一端连接微波通道44，另一端为导流孔。控制器采用集成电路板，集成电路板进行信号的发送、接收和数据处理。微波芯片盒42内发送的微波频率为20-30g的频率段。在高炉外设置监测显示屏，微波芯片盒内的控制器与监测显示屏连接。
35.如图4所示，运动机构主要由运动控制器、光电感应器31、感应块32、安装轴座33和旋转轴34组成，安装轴座33固定在固定支架上，旋转轴34连接驱动单元，旋转轴34固定安装在安装轴座33上，旋转轴34连接检测单元，感应块32连接在检测单元的支架上。安装轴座33的两侧分别安装一个光电传感器31，运动控制器的信号输入端连接光电传感器31，信号输出端连接驱动单元。其中安装轴座和旋转轴均为耐高温材质。
36.冷却系统分为水冷系统和气冷系统。水冷系统为循环水冷管道。循环水冷管道盘绕固定在防护背板上。气冷系统的气冷管道的气体出口伸入微波芯片盒内。
37.驱动单元为伺服电机21和行星减速器22，伺服电机21的驱动轴通过行星减速器22与运动机构的旋转轴34相连接。
38.运动控制器主要由伺服控制器和plc组成，伺服控制器的信号输入端连接光电感应器，信号输出端连接plc的信号输入端，plc信号输出端连接伺服电机，伺服电机通过反馈电路与plc相连接。
39.实施例1：
40.本技术的的高炉料面分布情况的自动化测量装置，用于工作中的高炉内料面数据监测。
41.高炉开始工作后，检测单元中的微波芯片盒开始发送20-30g频率段的微波信号，微波信号通过转接头闯过微波通道后，进入天线喇叭，天线喇叭对微波信号进行增益后射向高炉内部。微波信号接触到高炉内的料面后进行反射，同样经过天线喇叭和微波通道进入微波芯片盒。
42.与此同时，运动机构中的伺服电机21转动，通过行星减速器22带动旋转轴34转动，旋转轴34的转动带动与之相连的检测单元整体转动。
43.为了保证微波信号能够遍历料面的全部位置，根据高炉内料面的实际尺寸，设定运动机构中的伺服电机21的转向时间，控制检测单元的转动角度的极限位置。
44.如图4所示，在检测单元转动时，带动安装在检测单元支架上的感应块32同时转动，当感应块32转动到两侧极限位置时，触发设置在运动机构两侧的光电传感器31，光电传感器 31将信号反馈到伺服控制器。
45.当高炉内状况恶劣，比如炉内气流、气压比较大等情况，检测单元的转动收到干扰，没有转动到极限位置，此时两侧的光电传感器并未将信号反馈到伺服控制器，plc控制伺服电机21继续转动到达极限位置后，光电传感器31被触发，将信号反馈到伺服控制器，伺服控制器发送指令到plc，plc控制伺服电机转向。
46.在运动机构转动时，伺服电机21实时将速度、电流等物理量反馈到plc，plc进行监控，当炉内环境过度恶劣，导致伺服电机21的电流或者负载过大时，plc指挥伺服电机自动抱闸，以保护整个系统的安全。
47.在整个探测过程中，微波芯片盒42将接收到的微波信号传送到集成电路板中，集成电路板中的数据处理单元对数据算法处理，转化成有效的料面出具，形成整个料面的布料矩阵。同时，根据每次料面的高度变化，计算料面的下降速度，并将所有数据实时发送到高炉外的显示屏中，进行监测。
48.通过20-30g频率段的微波进行料面高度探测，具有良好的穿透性，测量距离能够达到 0.5-200米，完全满足高炉20米以内的测量需求，能够精确测量高炉内料面的高度数据。
49.同时通过运动机构带动检测单元转动，并通过伺服控制器和plc对转动角度进行控制，保证微波信号能够遍历整个料面，对料面每个位置的高度数据进行精确的测量。
50.而且，由于高炉布料的一次矿料，一次焦料，根据采集的数据可以深度计算每次的矿焦比，提高资源利用率，节约燃料。
51.同时，考虑到高炉内部的高温、高粉尘环境，整个系统通过水冷和气冷来进行冷却和防尘。其中水冷系统为盘设在防护背板上的循环水冷管道。在装置运行过程中，冷水在水冷管道中循环带走大量的热量，降低装置周围的温度。
52.气冷系统则是使用惰性气体或者氮气，通过气冷管道吹进微波芯片盒内。微波芯片盒上的翅片形成的风道进行有效的降温。进入微波芯片盒内的惰性气体或者氮气经过微波通道，进入天线喇叭双层结构的内部空腔内，对天线喇叭进行降温。而气体从天线喇叭末端的导流孔吹出，在天线喇叭末端形成气幕，阻隔高炉内的灰尘。
53.以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种高炉料面分布情况的自动化测量装置，设置在高炉内，其特征在于，包括驱动单元、检测单元、运动机构、冷却系统、控制器和防护支架，所述防护支架固定在高炉内部，所述冷却系统固定在防护支架上，所述运动机构固定在防护支架的下端位置，检测单元可转动的与运动机构相连；所述检测单元包括支架、微波芯片盒、转接头、微波通道、固定环和天线喇叭，所述微波芯片盒内固定在固定支架上，并与转接头相连接，所述转接头与微波通道相连；所述天线喇叭和微波通道伸入微波芯片盒中，连接到微波芯片盒内的控制器中；所述运动机构包括运动控制器、光电感应器、感应块、安装轴座和旋转轴，所述安装轴座固定在固定支架上，旋转轴连接驱动单元，所述旋转轴固定安装在安装轴座上，所述旋转轴连接检测单元，所述感应块连接在检测单元的支架上；所述安装轴座的两侧分别安装一个光电传感器，所述运动控制器的信号输入端连接光电传感器，信号输出端连接驱动单元；所述冷却系统包括水冷管道和气冷管道，所述水冷管道固定在防护背板上，气冷管道的出口伸入微波芯片盒中。2.根据权利要求1所述的高炉料面分布情况的自动化测量装置，其特征在于，所述驱动单元为伺服电机和行星减速器，所述伺服电机的驱动轴通过行星减速器与运动机构的旋转轴相连接。3.根据权利要求1或2所述的高炉料面分布情况的自动化测量装置，其特征在于，所述运动控制器包括伺服控制器和plc，所述伺服控制器的信号输入端连接光电感应器，信号输出端连接plc的信号输入端，plc信号输出端连接伺服电机，伺服电机通过反馈电路与plc相连接。4.根据权利要求1所述的高炉料面分布情况的自动化测量装置，其特征在于，所述微波芯片盒表面设有翅片，形成风道。5.根据权利要求1所述的高炉料面分布情况的自动化测量装置，其特征在于，所述控制器为集成电路板，所述集成电路板进行信号的发送、接收和数据处理。6.根据权利要求1所述的高炉料面分布情况的自动化测量装置，其特征在于，所述微波芯片盒内发送的微波频率为20-30g的频率段。7.根据权利要求1所述的高炉料面分布情况的自动化测量装置，其特征在于，所述安装轴座和旋转轴均为耐高温材质。8.根据权利要求1所述的高炉料面分布情况的自动化测量装置，其特征在于，所述天线喇叭为双层结构，内部形成空腔，两端开口，一端连接微波通道，另一端设有导流孔。9.根据权利要求8所述的高炉料面分布情况的自动化测量装置，其特征在于，还包括监测显示屏，所述监测显示屏设置在高炉外，所述微波芯片盒内的控制器与监测显示屏连接。10.根据权利要求1所述的高炉料面分布情况的自动化测量装置，其特征在于，所述防护支架包括固定支架和防护背板，所述冷却系统固定在防护背板上，所述运动机构固定在固定支架的下端位置。

技术总结
一种高炉料面分布情况的自动化测量装置，设置在高炉内，包括驱动单元、检测单元、运动机构、冷却系统、控制器和防护支架，所述防护支架固定在高炉内部，包括固定支架和防护背板，所述冷却系统固定在防护背板上，所述运动机构固定在固定支架的下端位置，检测单元可转动的与运动机构相连。其优点在于，本申请中，通过20-30G频率段的微波进行料面高度探测，具有良好的穿透性，测量距离能够达到0.5-200米，完全满足高炉20米以内的测量需求，能够精确测量高炉内料面的高度数据。同时通过运动机构带动检测单元转动，并通过伺服控制器和PLC对转动角度进行控制，保证微波信号能够遍历整个料面，对料面每个位置的高度数据进行精确的测量。料面每个位置的高度数据进行精确的测量。料面每个位置的高度数据进行精确的测量。


技术研发人员：王正道 狄金城 孙增强 蔡记恒 王家深
受保护的技术使用者：南京天岱信息科技有限公司
技术研发日：2020.12.30
技术公布日：2022/3/8