[发明专利]一种保证高炉料面稳定监测的相控阵雷达测量结构

说明书

技术领域

本发明涉及高炉检测技术领域，特别是涉及一种保证高炉料面稳定监测的相控阵雷达测量结构。

背景技术

一、高炉背景

高炉是一个在高温高压条件下冶炼生铁的密闭逆流反应器。目前，工长通过常规的温度、压力、流量和煤气成分等检测结果来判断炉况、操作高炉。影响高炉冶炼过程的因素错综复杂，这种间接和经验的判断往往会出现偏差和延误，影响高炉稳定顺行。对工长来说，目前高炉仍然是一个黑匣子。

从上世纪70年代末日本进行大型高炉的解剖研究以来，日本、欧洲等很多大钢铁公司即着手炉顶检测设备的研发，进入2000年以后，中国钢铁工业崛起，国内大型高炉多达几百座，为维持高炉的稳定顺行，对高炉炉顶检测设备提出了很多需求，近年来，炉顶十字测温装置、红外热图像仪、煤气取样机、微波料面计等测量仪表先后在高炉上应用，对高炉工长准确判断炉况提供了更多信息，使高炉操作水平有了较大的进步。上述设备在体积、结构、价格、运行费用、使用寿命等方面各有特点，有的对高炉布料还有不利影响。随着钢铁市场竞争形势的日趋严峻，高炉操作者迫切要求及时掌握高炉运行时炉内煤气流分布和设备工作状况，把握高炉冶炼行程，优化技术经济指标，提高市场竞争力。

二、相控阵技术背景

美国在19世纪60年代就开始了相控阵雷达的开发和研制。是世界上相控阵总体和模块技术最成熟的国家，研制和生产的多功能相控阵雷达覆盖了陆、海、空、天各个领域。工作频段包括：HF、UHF(超视距雷达)，L、S、C、X、Ku(大部分在这五个频段)。美国F-22机载有源固态相控阵雷达AN/APG-77为机载雷达的典范。APG-77工作频率为8～12GHz，天线直径约为1m，天线由约2000个收发模块组成，每个模块的辐射功率10W。雷达的方位、俯仰面扫描范围均为±60°。美国在其基础上研制了F-35(JSF)战机，装备APG-79雷达。2002年4月，美国海军着手研制DD(X)水面战舰。舰载主雷达也为有源固态相控阵雷达，类似于SPY-3相控阵雷达，为双频段工作。俄罗斯的MIG-35上也采用了Zhuk-AE有源相控阵雷达。

国内主要是南京电子技术研究所和无锡607所开展这方面的研究，相继开发成功了x波段的相控阵雷达，民用方面南京电子技术研究所和国家气象局正在开展气象相控阵雷达的研究工作。对于相控阵天线中的方向图综合以合成窄波束、低副瓣的方法，主要有傅立叶变化法、WOODWARD综合Schelkunov综合、切比雪夫综合法(同副瓣电平下产生最窄波瓣)泰勒线源综合以及交错投影和功率方向图综合法等等。

检索美国，德国和日本在该领域的专利，检索关键词：“phased array”，美国主要是在军事领域的应用，德国在气象，遥感和资源探测等领域的应用，共计800多项。检索中国发明专利“相控阵”，共计99条，实用新型28条，涉及高炉料面相控阵扫描的专利7项。

三、高炉料面测量用相控阵雷达

目前世界上欧洲，美国，日本等在高炉料面监测方面，发明专利有12项专利，这些专利都是采用一台雷达代替机械探尺，进行雷达料面的测距，测量料面下降速度等。该类专利的问题在于雷达都需要垂直安装，虽然部分雷达有移动扫描成像功能，但都是采用机械转动来实现的。国内宝钢做过大量机械移动扫描实验，发现使用一段时间后，机械故障率非常高。