论文部分内容阅读
中图分类号：TV547.5文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-01
一、引言
钢铁行业是国民经济的重要支柱产业，高炉大型化已经成为我国钢铁行业关键设备发展的大趋势。钢铁工业是节能减排潜力最大的行业，在节能减排工作中占有举足轻重的地位。
过去大高炉料面的监测采用2-3个机械探尺的方法，该方法能够监测到料面上2-3个关键点的高度信息，提供高炉自动操作的基本数据，实现基于布料矩阵的高炉自动化操作。但目前大高炉仅仅依靠机械探尺的主要缺点有：不能连续测量，布料过程中不能测量；在高炉出现滑料、坐料、塌陷时不能及时跟踪，数据测量误差大；安装方式受限制，只能垂直安装；机械传动部分比较复杂，现场维护量大，维修成本高；由于测量范围小，不能全程测量加料面的高度等等。在这种情况下，分析炉内料面分布的难度比较大，现场工人往往只能根据经验判断料面的分布情况，不利于现场操作的实时决策。
对于高炉、竖炉、水泥窑等大型密闭反应容器，其内部为高温高压高粉尘环境，其中布料与料位检测及三维成像是目前亟待解决的难题，是高耗能高污染企业，节能减排和安全生产的关键技术。
传统的红外成像和激光料面成像，在高温高压和高粉尘条件下，会出现盲视现象。本文介绍了一种密闭黑暗条件下，采用雷达微波技术实现料面在线实时3D成像技术高炉雷达料面三维成像系统，它是根据钢铁行业高炉炼钢而量身定做的，这套系统能够真实的描绘炉内料面形状，达到科学布料，减少焦炭的浪费。
二、系统技术
通过多源检测数据融合，经计算机三位成像系统处理，呈现炉内料面三维图像。
三、系统组成
1、专用高炉雷达。系统中多台用于探测料面位置的雷达采用频率为25GHz连续调频波
雷达；由于25GHz的微波波长比尘粒尺寸大的多，因此避免了微波信号被冶金设备中的烟尘和颗粒所削弱，并且在使用天线口径较小的条件下仍能形成足够窄的定向波形，可实现对多个关键料面的監测。采用这种雷达可替代炼钢炉内的机械探尺，安装操作极为方便。雷达天线部分采用旋转吹扫技术，并采用一种适合冶金行业特殊结构的耐高温陶瓷天线，配合旋转吹扫结构，冷却介质，如氮气，空气和水等，经过特殊腔体设计，在天线罩的内壁形成多级旋转吹扫气流，形成正压效应和表面张力，使得高炉雷达在冶炼过程中，不被焦油和粉体等粘附。
2、高炉雷达料面三维成像系统
A.固体料面三维成像
高炉炼铁生产现场的window可视化系统，包括多点料面数据库、安装环境数据库和小型的三维现场安装虚拟图。依据现场环境的各项数据，虚拟软件不仅显示测点数据，还有雷达原始安装位置数据，如阵列雷达的安装位置和角度，使阵列雷达取得最佳测量效果，真实反映出料面整体信息，直观了解任何时刻高炉料面情况，真实再现指定时刻料面的三维场景。
其创新技术在于高精度3D阵列雷达成像技术适应高温高粉尘等恶劣工况，并获得一个三维数组模型。采用VC++外挂OpenGL，构建NURBS（非均匀有理B样条曲面）。
B.历史数据显示与三维建模
实现在某一时间段内的数据变化趋势能够呈现在工作人员面前。软件主界面借鉴了NI Labview的成熟风格，采用了NI 的MeasurementStudio开发包，挂接VC环境，开发出简洁直观的界面。
C.数据挖掘与模式驱动
获取的数据为优化各种布料操作提供了准确依据。料面监测系统显示界面直观，能够实时模拟高炉内料面变化的过程。根据雷达传回计算机的数据进行曲面拟合，生成三维料面模型，并结合十字测温数据、高炉冷却壁壁热电偶数值等，建立完整的高炉数据挖掘与融合成像系统。
实现单点雷达料面监测。采用特种高温雷达替代料尺，进行单点的测量，监测某一关键点的料面高度变化。
实现阵列雷达高炉料面成像。根据已知的料面模型和雷达的数据，仿真设计炉内炉料的具体形状，采用动态链接OpenGL三维软件，外挂VC++接口软件，在计算机屏幕上直观的建立多层炉料的分层实时三维图。
结合十字测温、高炉冷却壁的热电偶数值、雷达料位值等综合信息，通过计算机的数据融合。建立完整的高炉立体可视化综合数据挖掘与融合系统。
在正常的生产阶段，系统计算并显示出不同的数据：刚刚装入料批的料面形状；炉料下降速度的径向分布；最近几批料的料面形状；矿/焦比的径向分布；最优产量或最优料型参数。
五、系统结构
结语
采用调频连续波雷达料位测量技术，能够很好地克服高炉内部各种不利因素的影响。使其可以完全在黑暗的情况下，准确描述出被测量料面的高程。根据炼钢炉选择雷达台数，形成陈列式测量，每点的测量数据通过计算机三维成像技术处理，进而得出炉料下降速度的径向分布；最近几批料的料面形状；矿/焦比的径向分布；最优产量或最优料型参数。配合十字测温和热电偶的分布，则可以全方位对高炉内的整个内部料层情况进行实时连续的监控。高炉雷达料面重构在线监测系统在钢铁行业中的应用，对节能减排起到非常突出的作用。为低消耗、低排放、高效益、高产出提供了最佳解决方案。
一、引言
钢铁行业是国民经济的重要支柱产业，高炉大型化已经成为我国钢铁行业关键设备发展的大趋势。钢铁工业是节能减排潜力最大的行业，在节能减排工作中占有举足轻重的地位。
过去大高炉料面的监测采用2-3个机械探尺的方法，该方法能够监测到料面上2-3个关键点的高度信息，提供高炉自动操作的基本数据，实现基于布料矩阵的高炉自动化操作。但目前大高炉仅仅依靠机械探尺的主要缺点有：不能连续测量，布料过程中不能测量；在高炉出现滑料、坐料、塌陷时不能及时跟踪，数据测量误差大；安装方式受限制，只能垂直安装；机械传动部分比较复杂，现场维护量大，维修成本高；由于测量范围小，不能全程测量加料面的高度等等。在这种情况下，分析炉内料面分布的难度比较大，现场工人往往只能根据经验判断料面的分布情况，不利于现场操作的实时决策。
对于高炉、竖炉、水泥窑等大型密闭反应容器，其内部为高温高压高粉尘环境，其中布料与料位检测及三维成像是目前亟待解决的难题，是高耗能高污染企业，节能减排和安全生产的关键技术。
传统的红外成像和激光料面成像，在高温高压和高粉尘条件下，会出现盲视现象。本文介绍了一种密闭黑暗条件下，采用雷达微波技术实现料面在线实时3D成像技术高炉雷达料面三维成像系统，它是根据钢铁行业高炉炼钢而量身定做的，这套系统能够真实的描绘炉内料面形状，达到科学布料，减少焦炭的浪费。
二、系统技术
通过多源检测数据融合，经计算机三位成像系统处理，呈现炉内料面三维图像。
三、系统组成
1、专用高炉雷达。系统中多台用于探测料面位置的雷达采用频率为25GHz连续调频波
雷达；由于25GHz的微波波长比尘粒尺寸大的多，因此避免了微波信号被冶金设备中的烟尘和颗粒所削弱，并且在使用天线口径较小的条件下仍能形成足够窄的定向波形，可实现对多个关键料面的監测。采用这种雷达可替代炼钢炉内的机械探尺，安装操作极为方便。雷达天线部分采用旋转吹扫技术，并采用一种适合冶金行业特殊结构的耐高温陶瓷天线，配合旋转吹扫结构，冷却介质，如氮气，空气和水等，经过特殊腔体设计，在天线罩的内壁形成多级旋转吹扫气流，形成正压效应和表面张力，使得高炉雷达在冶炼过程中，不被焦油和粉体等粘附。
2、高炉雷达料面三维成像系统
A.固体料面三维成像
高炉炼铁生产现场的window可视化系统，包括多点料面数据库、安装环境数据库和小型的三维现场安装虚拟图。依据现场环境的各项数据，虚拟软件不仅显示测点数据，还有雷达原始安装位置数据，如阵列雷达的安装位置和角度，使阵列雷达取得最佳测量效果，真实反映出料面整体信息，直观了解任何时刻高炉料面情况，真实再现指定时刻料面的三维场景。
其创新技术在于高精度3D阵列雷达成像技术适应高温高粉尘等恶劣工况，并获得一个三维数组模型。采用VC++外挂OpenGL，构建NURBS（非均匀有理B样条曲面）。
B.历史数据显示与三维建模
实现在某一时间段内的数据变化趋势能够呈现在工作人员面前。软件主界面借鉴了NI Labview的成熟风格，采用了NI 的MeasurementStudio开发包，挂接VC环境，开发出简洁直观的界面。
C.数据挖掘与模式驱动
获取的数据为优化各种布料操作提供了准确依据。料面监测系统显示界面直观，能够实时模拟高炉内料面变化的过程。根据雷达传回计算机的数据进行曲面拟合，生成三维料面模型，并结合十字测温数据、高炉冷却壁壁热电偶数值等，建立完整的高炉数据挖掘与融合成像系统。
实现单点雷达料面监测。采用特种高温雷达替代料尺，进行单点的测量，监测某一关键点的料面高度变化。
实现阵列雷达高炉料面成像。根据已知的料面模型和雷达的数据，仿真设计炉内炉料的具体形状，采用动态链接OpenGL三维软件，外挂VC++接口软件，在计算机屏幕上直观的建立多层炉料的分层实时三维图。
结合十字测温、高炉冷却壁的热电偶数值、雷达料位值等综合信息，通过计算机的数据融合。建立完整的高炉立体可视化综合数据挖掘与融合系统。
在正常的生产阶段，系统计算并显示出不同的数据：刚刚装入料批的料面形状；炉料下降速度的径向分布；最近几批料的料面形状；矿/焦比的径向分布；最优产量或最优料型参数。
五、系统结构
结语
采用调频连续波雷达料位测量技术，能够很好地克服高炉内部各种不利因素的影响。使其可以完全在黑暗的情况下，准确描述出被测量料面的高程。根据炼钢炉选择雷达台数，形成陈列式测量，每点的测量数据通过计算机三维成像技术处理，进而得出炉料下降速度的径向分布；最近几批料的料面形状；矿/焦比的径向分布；最优产量或最优料型参数。配合十字测温和热电偶的分布，则可以全方位对高炉内的整个内部料层情况进行实时连续的监控。高炉雷达料面重构在线监测系统在钢铁行业中的应用，对节能减排起到非常突出的作用。为低消耗、低排放、高效益、高产出提供了最佳解决方案。