基于高炉料线的RCS测量及SAR成像验证

围绕高炉雷达料面监测系统成像需求,针对高炉雷达测量目标的雷达横截面积（radar cross section,RCS）展开应用研究,首次实现了微波暗室中高炉料线RCS的高精度自动化测量,为高炉雷达目标特性的深入研究奠定了硬件基础.基于比较法测得10 GHz处的焦炭、烧结矿颗粒的RCS典型值分布以及高炉料线散射方向性图,测量动态范围为-10~15 dB.通过RCS测量和成像诊断等方法对工业现场布焦、布矿的雷达回波信号强度差别大等问题进行了探索和分析.模拟工业现场的焦炭、烧结矿等平台加漏斗的料线形状,对散装物料进行了等比例缩小的实际摆放,对典型料线缩比模型进行了合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）成像验证,并深入分析了成像缺失和成像误差原因,得知漏斗部分在低频情况下成像效果不理想,需要提高测试频段;利用标准球模拟料线分析成像误差,方位向和距离向绝对误差在1.2%和5.8%以内,暗室内方位向测量误差不超过±0.01 m.      

高炉雷达料面成像系统的设计与实现

针对高炉生产现场实时确切掌握高炉内部料面形状分布和变化的迫切需要,建立基于图像处理的高炉料面在线检测模型,并基于雷达物位计、数据采集卡、PLC控制系统和上位机进行了系统集成。综合曲线放样建模和曲面拟合或插值的优缺点,建立基于专家系统带权值的双算法综合料面生成模型,采用最小二乘法曲面拟合算法和NURBS曲面全局插值算法进行曲面拟合,生成料面,通过合理选取雷达数量,选定雷达检测点,最大程度地使雷达测量结果逼近实际料面情况。     

2500m~3高炉料面3D微波成像与布料优化控制系统的研究

采用传统机械探尺监视高炉料面技术无法实现连续监视和及时发现异常情况。为解决该问题,宝钢不锈钢有限公司炼铁厂在2 500 m3高炉料面监测过程中,用分布式阵列雷达技术测量了高炉料面数据,并用贝叶斯数据融合技术将高炉料型实测数据与布料理论计算数据相融合,得到了精确的高炉料面形状。采用料线旋转方法对高炉料面实现3D微波成像,并采用迭代法和最小误差法实现了高炉布料效果的动态显示与闭环优化控制,生产实际应用中获得了良好的效果。     

高炉料面成像技术与应用进展

在高炉冶炼生产过程中，相较于机械探尺等传统的炉内测量技术，目前国内外出现了基于激光和雷达的料面成像技术。首先，阐述了激光与微波/毫米波雷达为代表的高炉生产环境成像技术及应用，尤其是内部环境恶劣料面成像的国内外现状；概述了激光与微波/毫米波成像的特点，激光测量精度高、准直性好，但抗恶劣环境和干扰能力差；微波/毫米波电磁散射原理的成像技术抗干扰能力强、稳定性好，但存在精度偏低的问题。其次，介绍了国际主流雷达设备类型、料面监测方法及其特点，同时提出了一种新的合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)前视凝视高分辨率成像(forward-looking staring high-resolution imaging, FSHI)方法，具有点云高精度主动抗干扰成像特点，并成功应用于国内大型高炉。最后，展望了雷达点云图像处理、料层分布可视化与高炉雷达保护技术，是未来高炉大规模部署成像雷达成功的关键。     

基于雷达的高炉料线形状融合测量与补偿算法

不采用传统接触力模型自下而上的高炉料面形状计算方法,而是根据土坡力学颗粒物质堆积理论,提出了新的基于堆积法的高炉料线形状融合计算方法,直接对料面形状进行计算.围绕高炉多环布料的炉料堆积特点,结合炉顶六点阵列雷达,获得了料面形状计算的边界条件,弥补了传统料型计算靠十字测温加机械探尺的经验估算.新方法通过高炉布料规律及炉料颗粒的物理堆积插值方法,采用贝叶斯数据融合方法和分段三次Hermite插值,结合布料体积约束条件,完成了理论计算与测量修正的结合.实测结果表明:料面形状融合法比传统单独的料面估算法,测量精度提高4.8%,料面分辨率提高27.2%,使布料控制可以更加精准和有针对性.      

热像仪在高炉料面温度检测中的应用

在高炉炉顶安装热像仪,通过热像仪获取高炉料面热状态特征图像和相关温度数据。分析高炉冶炼过程中料面温度、气流强度等变化对热像仪成像效果的影响,提出了最佳测量时段和标准炉况概念;然后将高炉冶炼的特征和热像仪在试验条件下取得的试验结果相结合,阐述了热像仪波段、炉料辐射率、空气温度、透视窗传输率、测量物距的确定方法,并对由此所造成的测量误差进行了分析;最后就如何正确认识热像仪在高炉料面检测中的意义和作用提出了自己的观点。     

雷达料位仪在首钢2号高炉的应用

对首钢2号高炉使用雷达料位仪的经验进行了总结.实践表明,雷达料位仪能够连续监测高炉的料线深度,测量结果准确、及时.利用多台雷达料位仪,还可以实现对高炉炉喉径向料面形状的连续监测.     

专利信息

正一种高炉炉顶雷达料面成像系统及安装方法专利号:ZL201110029328.2专利权人:宝山钢铁股份有限公司设计人:储滨肖阳杜洪缙赵健唐培周盈一种高炉炉顶雷达料面成像系统及安装方法,使用三维虚拟软件模拟高炉雷达的安装位置,根据最优化布置效果图在高炉炉体的炉顶外部安装设置垂直或倾斜的3~20个打通至炉顶内部的雷达套筒,在雷达套筒内部上方均连接设置有高炉雷达。本发明的高炉炉顶雷达料面成像系统及安装方法,针对现有技术的不足,不仅使整个系统     

鞍钢2580m^3高炉布料料面数值模拟与分析

根据鞍钢高炉布料溜槽的特点,开发了高炉炉料落点数学模型,提出了料面形状数学模型求解方法,并应用该模型定量分析了鞍钢5^#高炉(2580 m^3)料面形状和径向矿焦比情况,得出高炉炉喉中心部位焦层厚度大,中心加焦面积广,中心区域矿焦比高,易造成高炉燃耗高、稳定性差,甚至引起高炉崩料或悬料。     

炉顶料面监测装置在上钢一厂2500m~3高炉上的应用

在高炉冶炼过程中,炉料在炉内的径向分布直接影响着煤气流的分布,因此掌握和了解料面形状对控制煤气流分布以及改善高炉操作是十分重要的。传统的料面形状检测设备是在炉顶安装探尺,这种只能测量几个点的方法。难以准确地判断布料状况。特别是高炉大型化以后,迫切要求能检测出整个料     

基于遗传算法的高炉布料矩阵的优化计算

摘要：高炉装料制度是复杂高炉炼铁中调节炉况运行状态的重要上部调剂手段，炉料在布料矩阵操作参数下在炉喉处所形成的空间分布是影响炉内煤气流分布和高炉炉况波动的重要因素之一。合理的调控与优化高炉装料所产生的料面形状，给出布料矩阵优化计算的理论依据，是保证高炉稳定顺行，提高资源利用率和减少污染物排放的有效途径。结合无钟炉顶的设备结构与布料工艺，针对期望料层厚度分布研究布料矩阵的优化计算方法，进行完善与改进；同时以期望料面输出形状为设定目标，建立了期望料面输出形状优化模型并通过遗传算法实现对布料矩阵的优化计算。最后，通过工业过程的实测数据对PSO优化方法和遗传算法优化方法进行对比验证，结果表明，使用基于遗传算法的优化模型能够有效地制定布料矩阵，符合期望目标。     

蒙古铁矿块矿直接入炉基础冶金性能

摘要：高炉装料制度是复杂高炉炼铁中调节炉况运行状态的重要上部调剂手段，炉料在布料矩阵操作参数下在炉喉处所形成的空间分布是影响炉内煤气流分布和高炉炉况波动的重要因素之一。合理的调控与优化高炉装料所产生的料面形状，给出布料矩阵优化计算的理论依据，是保证高炉稳定顺行，提高资源利用率和减少污染物排放的有效途径。结合无钟炉顶的设备结构与布料工艺，针对期望料层厚度分布研究布料矩阵的优化计算方法，进行完善与改进；同时以期望料面输出形状为设定目标，建立了期望料面输出形状优化模型并通过遗传算法实现对布料矩阵的优化计算。最后，通过工业过程的实测数据对PSO优化方法和遗传算法优化方法进行对比验证，结果表明，使用基于遗传算法的优化模型能够有效地制定布料矩阵，符合期望目标。     

Development of laser and microwave scanning technologies in the blast furnace burden profile and lining condition measurement at CSC

In order to stabilise the operation of the blast furnace and to raise its operation efficiency,research works for the application of microwave and laser scanning technologies to the measurement have been intensively carried out at China Steel Corporation(CSC).To monitor the burden profile during the operation,a microwave burden profile measuring system was developed.The system consists of a radar unit,a signal processing system, and a driving device which is capable of rotating the radar to scan the burd...     

Model of Radial Distributions in the Upper Part of the Blast Furnace Shaft

A mathematical model is developed to estimate the radial distribution of the ore‐to‐coke ratio in the blast furnace shaft on the basis of molar flow and energy balance equations. It utilizes the radial temperature distribution of the gas measured above the burden surface to estimate the thermal flow ratios in concentric rings of the shaft, and from this the ore‐to‐coke distribution under the assumptions that a thermal reserve zone of a given temperature exists in the furnace. The model, which also predicts the radial distribution of temperature and pressure in the shaft, has been evaluated on measurements from an industrial blast furnace and verified by comparing the results with temperatures from an in‐burden probe.     

Blast furnace stockline measurement using radar

Abstract

This paper presents a synergistic approach to stockline depth tracking within a blast furnace. Frequency modulated continuous wave (FMCW) radar can be used to measure the depth and surface profile of the burden surface; however, the radar signal is easily disturbed by radar anomalies during the process of continuous measurement. Data from the rotating chute and the charging signal provide information on the contextual relevance of these anomalies. An improved Kalman filter and anomaly detection model were developed to increase measurement accuracy by utilising contextual information. The approach was validated on production blast furnaces. The root mean squared (RMS) error in the measured depth was reduced by 17% when the proposed approach is used. The results suggest that this approach successfully adapts to changes in the pattern and characteristics of the burden surface.     

无钟高炉料层内孔隙的分布

 高炉装料系统是调节炉料在炉内原始分布的唯一手段,料层的孔隙率分布会对煤气流分布产生重要影响。以某高炉1/10布料模型为研究对象,首先测量了炉料物性参数,然后采用离散元法对散料堆孔隙率分布、布料矩阵和料线高度对料层径向孔隙率分布的影响进行了研究。结果表明,实验室测量获得烧结矿、焦炭和球团矿物性参数和文献中引用的数据相差较大;料堆孔隙分布和颗粒形状有密切关系;布料矩阵通过影响颗粒数目来影响孔隙率分布,布料圈数增加,孔隙率下降,布料角度变化较大时才会影响料层孔隙率的径向分布曲线;随着料线高度增加,料层底部径向孔隙率的值会增大。没有数据显示料堆粒度偏析和孔隙分布有必然关系。     

高炉风口回旋区深度直接测量方法的研究

高炉风口回旋区深度是高炉实现最佳冶炼的重要参数之一。简要介绍了回旋区深度理论建模计算、经验公式计算的研究及不足,同时介绍了炉芯取样、风口探针、激光雷达、微波雷达等几种风口回旋区深度直接测量技术的测量原理及应用现状。通过对各种直接测量技术的分类讨论和优劣对比,得出微波测量是1种较为有效的回旋区深度测量方法。在完善各种回旋区深度直接测量方法的同时,建议结合CCD成像等其它监测系统同步完成风口多项指标的测量。     

基于多点雷达和最小二乘法估计高炉料面形状

利用多点雷达数据,使用最小二乘法对高炉的料面形状进行估计.首先,采用三段曲线描述料面形状,其中包括两段直线一段二次曲线.其次,利用炉料分布规律对三段曲线的具体参数进行约束,使得料面形状的估计更为合理.然后,利用多点雷达数据和最小二乘法估计料面形状,实现料面的实时动态显示.利用某钢厂的实际雷达测量数据,证实了该方法的有效性.