[发明专利]一种高炉回旋区成像系统及成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及高炉回旋区深度测量技术，更具体地说，涉及一种高炉回旋区成像系统及成像方法。

背景技术

在钢铁冶炼过程中，实时监测了解高炉回旋区的数据情况在钢铁生产中是非常重要的。高炉回旋区是整个高炉生产过程中的热量和能量之源，是高炉稳定操作不可缺少的重要反应区，对高炉的节能及平稳操作有着至关重要的作用。回旋区的形成和反应情况，直接影响着高炉下部煤气的分布、炉料的均衡下降、以及整个高炉内的传热传质过程。可以说，高炉的平稳运行直接取决于回旋区和滴落带维持平稳的状态。所以，实时了解高炉回旋区的深度对创造最佳化的高炉冶炼条件是非常必要的。

目前已知的测量回旋区深度的方法主要有以下几种：

（1）直接探测法。现有常用的测量方法是利用人工插棒得知高炉回旋区深度。也有利用各种检测仪器直接测定回旋区，如探测器、探测针、高速摄像机、内窥镜等。

（2）炉芯取样法。通过精确测量焦炭空隙度，从而进一步推算高炉回旋区的深度。在高炉生产中回旋区和死料柱的焦炭所处的情况有些不同，死料柱的焦炭在风口前停留的时间要长一些，而回旋区的焦炭停留的时间要短一些。因为高炉生产时回旋区基本上没有停留的焦炭，风口取样取出的焦炭是休风从回旋区上部落下的部分。考虑风口试样中焦炭的空隙度在某一位置会突然变小这一特点，可以确定高炉风口回旋区的长度。

（3）建立数学模型，进行数值模拟。风口回旋区内气流和焦炭在运动中，主要进行动量、质量和热量的传输，因此，这种方法主要是建立各种运动方程和平衡方程，编制计算机程序，进行数值模拟或者做成专业软件。日本中村等人在模型实验中测定了回旋区的形状，根据实验结果，认为回旋区是呈以深度为长轴与鼓风喷射区相内接的一个椭圆。并提出回旋区宽度b_R与回旋区深度L_R之间的关系为：

式中:k是常数，d_B为风口直径，30°指焦炭流入回旋区与风口中心线之间的夹角。

但是，由于高炉回旋区的物理、化学变化非常复杂，以上方法在测量时都会受热风横截面收缩和煤粉喷吹等的干扰，精度不高。通用性不强。因此，回旋区的情况一直没有得到整体的直观的了解。并且以上测量的都是单个回旋区的情况，没有对高炉底部所有回旋区情况进行综合，得出死料柱的三维图像，从而无法对高炉底部有直观全面的了解。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种高炉回旋区成像系统及成像方法，能够对高炉回旋区的深度进行测量，实现炉底死料柱3D成像。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种高炉回旋区成像系统包括用于高炉回旋区深度测量的微波测量仪和区内死料柱三维成像计算机，微波测量仪包括天线、高频微波收发模块、信号调理模块、数字信号处理模块和人机接口模块，高频微波收发模块通过天线向被测高炉回旋区发射高频微波，并接收反射回波，将回波经混频滤波处理转成零中频信号后输至信号调理模块，信号调理模块对零中频信号进行调理并输至数字信号处理模块，经数字信号处理模块的信号处理后由人机接口模块发送至三维成像计算机，通过三维成像计算机将微波测量仪测得的距离数据转变为坐标数据，并根据坐标数据拟合成区内死料柱的三维图像。

所述的微波测量仪的数量为一个或多个，等角度的设于高炉各个通风口处，并分别对回旋区进行深度测量。

所述的微波测量仪还包括电源，分别对高频微波收发模块、信号调理模块及人机接口模块进行供电。

一方面，一种高炉回旋区成像方法包括以下步骤：

A.在高炉各个通风口处设置数个微波测量仪，每个微波测量仪包括天线、高频微波收发模块、信号调理模块、数字信号处理模块和人机接口模块；

B.采用微波收发模块通过天线向被测高炉回旋区发射高频微波，并接收反射回波，回波经混频滤波处理转成零中频信号后输至信号调理模块；

C.通过信号调理模块对零中频信号进行调理并输至数字信号处理模块，经数字信号处理模块的信号处理后由人机接口模块发送至三维成像计算机；

D.通过三维成像计算机将微波测量仪测得的距离数据转变为坐标数据，并根据坐标数据拟合成区内死料柱的三维图像。

在步骤C中，所述的数字信号处理模块的信号处理包括以下步骤：

C1.AD采样；

C2.数字滤波；

C3.傅里叶频率变换，得到频谱信号；