[发明专利]炉内料位测量仪及其天线

说明书

本发明涉及一种用于在转炉或类似物内利用微波来测量炉内矿渣、熔解物、原材料等的水平的炉内料位测量仪，并涉及用在炉内料位测量仪中的天线。

在常规炉内料位测量仪中，在转炉的炉顶配备有例如一微波雷达以便由微波雷达通过波导和发送天线发射的电磁波在矿渣表面被反射。由此反射的电磁波通过接收天线和波导接收，然后对其进行信号处理以测量微波雷达与炉内矿渣表面间的距离。

作为用于这类测量的微波雷达，存在以下各种类型的测量系统：

系统之一为例如FM-CW微波雷达系统。如在日本特许公开公报第63-21584号中所公开的，这种测量系统包含的步骤为：从天线到水平表面发送通过对约10  GHz的连续微波调频形成的微波;对通过将传输信号与水平表面的反射波混合而产生的拍频进行计数以由此测量微波雷达与水平表面之间距离。亦即，在该测量系统中的距离测量是基于以下事实，即来回移动天线与水平表面之间距离所需的微波传播时间对应于上述迫频。

另一测量系统是脉冲调制微波雷达系统。该测量系统包含的步骤为：对频率约为10  GHz至20  GHz的微波进行脉冲调制并如同在普通飞机雷达中一样发射输该脉冲调制微波;根据用于接收水平表面反射的微波所需的微波传播时间正比于雷达与水平表面之间的距离这样的事实来测量雷达与水平表面之间的距离。

在使用这样的微波雷达的常规炉内料位测量仪中，发送天线和接收天线固定在转炉炉顶部分或炉内的特定位置。因此，带来下列炉内矿渣水平变化的问题。

当发送和接收天线固定在炉顶部分时，由于因为炉内矿渣水平降低而使发送及接收天线与矿渣水平之间的距离增加时从炉内喷枪、炉开口部分和炉壁部分反射的不需要信号的影响，往往不能精确测量矿渣水平位置。

在发送和接收天线固定于炉内纵深部分的情况下，由于因为炉内矿渣水平增加而使发送及接收天线与矿渣水平之间的距离降低时由沉积在发送和接收天线上的散列矿渣、金属粉、灰尘等引起的信号衰减、发送和接收天线阻塞等，往往不能精确地测量矿渣水平位置。

本发明的一个目的是提供一种即使当炉内矿渣水平变化时也能精确和连续地测量矿渣水平位置并可用在炉内环境温度相当高时的炉内料位仪以及该炉内料位仪中所用的天线。

本发明的另一目的是提供一种不受存在灰尘或类似物的测量环境影响的使用廉价设备可精确和连续地测量目标的水平位置或至该目标的距离的炉内料位仪。

按照本发明的一个方面，炉内料位仪具有带插在炉内的发送和接收天线的微波雷达，该微波雷达产生微波信号给发送天线，并根据在炉内矿渣表面反射和由接收天线接收的微波信号通过计算天线与矿渣表面之间的距离而产生雷达测量值信号。由天线升降装置上下移动发送天线和接收天线。用天线位置测量仪测量天线的位置。信号处理部分根据微波雷达的雷达测量值信号和天线位置测量仪的天线位置信号计算炉内矿渣水平位置，并通过比较炉内矿渣水平位置与设定位置或上限及下限设定位置计算天线的升降距离，从而将天线升降距离作为天线升降控制信号提供给天线升降装置。

天线升降装置根据天线升降控制信号实现天线升降控制以将发送及接收天线（以下统称为“天线”）与矿渣水平之间的距离保持在一预定值。

因此，即使炉内矿渣水平发生变化时天线与矿渣水平之间的距离总是保持恒定或保持在预定距离范围内。所以，有可能克服因炉内矿渣水平降低而使插在炉中的天线与矿渣水平之间的距离增加时炉内喷枪和炉壁反射的不需要信号带来不良影响的缺点。

再者，有可能克服当因炉内矿渣水平增加插在炉内的天线接近矿渣水平时扩散矿渣、金属粉等沉积在天线上的缺点。

按照本发明的另一方面，用在炉内料位仪中的天线具有其内侧部分用作波导而其顶端有一放大直径部分并作为喇叭型天线的内部金属管，以及一个环绕该内部管的外部金属管。内部管的放大直径部分顶端与外部管的顶端接合，同时将隔离件基本上整个地放置于内管和外管之间，由此在两管顶端形成彼此相通的两条冷却水通路。冷却水的入水口和出水口形成在冷却水通路的底端。因此内部管和外部管在炉内吸收的热量被流过冷却水通路的冷却水去除，使得内部管和外部管有效冷却。所以即使炉内环境温度相当高时仍能改进方向性和信噪比（S/N）。

按照本发明的又一方面，在内部管的底端备置有一引入清洗气体的气体清洗器。将清洗气体导入置于内部管底端的气体清洗器并从内部管的顶端释放，由此作为天线的内部管放大直径部分的顶端内表面得到清洗以易于维护天线而不破坏冷却水的冷却效果。