采用高溫傳感器改造鋼包電子秤的設(shè)計(jì)

　　摘要：文章重點(diǎn)闡述鋼鐵企業(yè)鋼包電子秤的安裝使用環(huán)境條件與分析；采用耐高溫傳感器的秤體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；克服惡劣環(huán)境條件對(duì)電子秤影響，應(yīng)采取的有效措施；闡述了電子秤的各種抗沖擊、防高溫輻射、防鋼水燒損、防傾翻的措施；對(duì)高溫環(huán)境用電子秤的設(shè)計(jì)改造，具有一定的指導(dǎo)作用和參考價(jià)值。
　　
　　一、概述
　　
　　冶金企業(yè)為了提高鋼的質(zhì)量與合理控制制造成本，在鋼水精煉連鑄成型過(guò)程中，一般需安裝兩套電子稱(chēng)量系統(tǒng)，以對(duì)在線計(jì)量。
　　
　　1．車(chē)載鋼包電子秤用來(lái)檢測(cè)對(duì)鋼水包注入鋼水時(shí)的液位，并在精煉時(shí)控制合金材料的加入量，以提高冶煉質(zhì)量，同時(shí)對(duì)鋼包的鋼水重量進(jìn)行稱(chēng)量。
　　
　　2．回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包電子秤用來(lái)監(jiān)控連鑄時(shí)鋼包內(nèi)不斷下降的鋼水液位情況，適時(shí)對(duì)流量進(jìn)行控制，當(dāng)鋼水液位接近鋼渣時(shí)，及時(shí)關(guān)閉出鋼口。
　　
　　由上可知，連鑄工藝中鋼包電子秤的運(yùn)行質(zhì)量，對(duì)鋼的質(zhì)量和提高工效方面起著十分重要的作用。
　　
　　二、鋼包電子秤現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境條件與分析
　　
　　目前，國(guó)內(nèi)使用的鋼包電子秤，無(wú)論是國(guó)內(nèi)制造或從國(guó)外隨同連鑄設(shè)備引進(jìn)，雖然其結(jié)構(gòu)各不相同，但它們的安裝位置方式都基本相同，一般都是在鋼包支承座底下設(shè)計(jì)一臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)的電子秤，使鋼包左右兩只耳座支承在電子秤秤架上；一般都需具有耐高溫、防濺射、抗沖擊及抵御外界橫向水平?jīng)_擊的能力，以確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足連鑄工藝的需要。本文著重介紹利用國(guó)產(chǎn)高溫傳感器設(shè)計(jì)改造鋼包電子秤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。
　　
　　1、車(chē)載鋼包電子秤的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)
　　
　　鋼水運(yùn)載過(guò)程中，必須有一特殊運(yùn)載車(chē)進(jìn)行運(yùn)載，一般稱(chēng)此運(yùn)載車(chē)為鋼包車(chē)。此車(chē)根據(jù)鋼水包的大小，車(chē)體大小各有所不同。一般運(yùn)載車(chē)的車(chē)體長(zhǎng)約7米，寬約5米，高約2.6米，以鋼軌軌道作為運(yùn)行路線。出鋼前，由行車(chē)吊運(yùn)經(jīng)烘烤后的空鋼包，從高空放置到鋼包車(chē)的特定位置。鋼包在吊運(yùn)前已進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)的烘烤，表面溫度達(dá)到60℃～70℃，鋼包放置后，運(yùn)載車(chē)開(kāi)至出鋼爐爐口，出鋼溫度高達(dá)1600℃左右的鋼水或鐵水流入鋼包內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣。主要表現(xiàn)為：a、為了防止鋼水外濺及保溫，爐口周?chē)m有隔熱板或防火墻保護(hù)，但運(yùn)載車(chē)周?chē)沫h(huán)境溫度仍可升至幾。b、出鋼過(guò)程中，爐子的傾角，隨出鋼量的變化而改變。為保證鋼包口與爐口的一致，出鋼車(chē)的位置作相應(yīng)的改變，但在實(shí)際操作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)不同步現(xiàn)象，經(jīng)常出現(xiàn)鋼水外溢。鋼包車(chē)表面都有較厚鋼渣。c、出鋼車(chē)從出鋼爐運(yùn)行至精煉區(qū)精煉時(shí)，用大功率電極加溫冶煉20～30分鐘，此時(shí)的鋼包壁溫已高達(dá)幾，鋼包耳座底下的溫度可高達(dá)250℃左右。d、鋼包車(chē)在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生橫向沖擊力。
　　
　　2、回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包電子秤現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)
　　
　　對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包電子秤的威脅，主要來(lái)自鋼水包的高溫輻射及吊運(yùn)時(shí)對(duì)秤體的垂直沖擊力。主要表現(xiàn)為：a、連鑄設(shè)備的回轉(zhuǎn)臺(tái)壁與鋼包的間隔一般在1500mm左右，為防止高溫輻射，在設(shè)計(jì)時(shí)，一般采取加包蓋的防輻射措施。但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用中，鋼包一般都沒(méi)有加蓋，電子秤安裝位置的溫度很高，可達(dá)200℃左右。b、在吊運(yùn)過(guò)程中，由于行車(chē)操作室離地面較高，降落時(shí)憑經(jīng)驗(yàn)操作，有時(shí)會(huì)造成較高落差，對(duì)秤體沖擊很大。c、行車(chē)吊運(yùn)鋼包是高空作業(yè)，鋼包支承耳落入回轉(zhuǎn)臺(tái)壁的電子秤支承座內(nèi)的難度較大。
　　
　　三、鋼包電子秤的秤體結(jié)構(gòu)
　　
　　改造鋼包電子秤的安裝現(xiàn)場(chǎng)，存在鋼水外濺的威脅、高溫輻射的威脅、吊運(yùn)過(guò)程中的垂直沖擊及運(yùn)載車(chē)運(yùn)行的水平?jīng)_擊、高空作業(yè)定位困難等難題。目前，國(guó)內(nèi)的鋼包電子秤一般都是在鋼包支承耳座的支承架上設(shè)計(jì)安裝結(jié)構(gòu)特殊的秤體，左右各一臺(tái)，設(shè)置導(dǎo)向架，以便準(zhǔn)確對(duì)位。下面介紹兩種秤體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
　　
　　（一）采用雙剪切梁式耐高溫傳感器設(shè)計(jì)的鋼包電子秤的結(jié)構(gòu)
　　
　　采用雙剪切梁式傳感器作為稱(chēng)重支點(diǎn)設(shè)計(jì)改造的鋼包電子秤，由耐高溫傳感器、承重梁、保護(hù)板、接近導(dǎo)向架、zui終導(dǎo)向架等組成。（見(jiàn)圖一）　　　　鋼包電子秤使用的傳感器有大噸位國(guó)產(chǎn)化高溫傳感器、德國(guó)申克公司、西班牙UTL公司的傳感器等（國(guó)產(chǎn)TY型傳感器外形見(jiàn)圖二）。　　　　
　　上述高溫傳感器有一個(gè)共同特點(diǎn)：噸位量程大、外形尺寸寬、平面承載，承載面上都有4-6只M24緊固安裝螺孔，能保證承載梁與傳感器連接牢固，安全可靠。
　　
　　鋼包電子秤改造設(shè)計(jì)中須解決以下難題：
　　
　　1、高空吊運(yùn)鋼包包耳導(dǎo)入秤體
　　
　　行車(chē)龍門(mén)吊鉤吊著龐大的鋼包放置到秤體位置時(shí)，行車(chē)操作工人在幾十米外憑目測(cè)進(jìn)行操作，如果秤體周?chē)辉O(shè)置引導(dǎo)裝置，要使鋼包正常進(jìn)入位置是難以做到的。為了保證安全作業(yè)，使鋼包順利進(jìn)入秤體，在秤體左右設(shè)計(jì)安裝導(dǎo)向裝置（導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)外形見(jiàn)圖一）。導(dǎo)向架采用合金鋼焊接成整體結(jié)構(gòu)，一高一矮固于秤體兩側(cè)，導(dǎo)向架的頂部制作成一定斜面，以給吊運(yùn)操作工人一個(gè)明顯的參照標(biāo)志。當(dāng)包耳接近導(dǎo)向架時(shí)，左右斜面會(huì)帶動(dòng)包耳順利進(jìn)入秤體，提高操作安全性，同時(shí)又可保護(hù)秤體。
　　
　　2、保證鋼包*受力
　　
　　為保證鋼包在計(jì)量時(shí)不受外力的影響，使包耳*支承在秤體承重梁上，提高計(jì)量精度。在設(shè)計(jì)秤體時(shí)，必須在承重梁上加設(shè)接近導(dǎo)向架及限位架。
　　
　　在鋼包支承耳進(jìn)入稱(chēng)量座時(shí)，要保證鋼包無(wú)摩擦、無(wú)分力地座落在稱(chēng)量箱承重梁上是有困難的，因?yàn)楫?dāng)鋼包與導(dǎo)向裝置的一側(cè)緊靠時(shí)，其摩擦分力勢(shì)必影響稱(chēng)量精度。為克服這一影響，應(yīng)在承重梁上設(shè)置zui終導(dǎo)向裝置，在裝置斜面的作用下，迫使鋼包向中心靠近，zui后座落在承重梁上。由于zui終導(dǎo)向裝置與承重梁為一整體，不會(huì)產(chǎn)生外力，也就不會(huì)影響稱(chēng)重精度。由圖一可見(jiàn)，假若zui終導(dǎo)向裝置的斜面頂端不在接近導(dǎo)向裝置豎面的內(nèi)側(cè)，則鋼包會(huì)卡擱在它的頂端，會(huì)使耳座產(chǎn)生傾斜；另外，zui終導(dǎo)向裝置的斜面必須有足夠大的角度，以使鋼包接觸此斜面后產(chǎn)生的水平力足以把鋼包推向中心，因此，zui終導(dǎo)向裝置必須設(shè)計(jì)足夠的高度。
　　
　　3、克服水平?jīng)_擊力
　　
　　鋼包包耳通過(guò)zui終導(dǎo)向斜面導(dǎo)入秤體及車(chē)體作橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的水平?jīng)_擊力，這個(gè)巨大的沖擊力會(huì)使承重梁產(chǎn)生一定的水平位移。從現(xiàn)場(chǎng)使用情況了解到，正是由于這個(gè)原因，致使許多鋼包電子秤在使用中失敗。在改造設(shè)計(jì)時(shí)，要利用傳感器的特殊設(shè)計(jì)來(lái)承擔(dān)這個(gè)巨大的水平?jīng)_擊力，使其具有足夠的抗御能力，如采用高強(qiáng)度平面橋式傳感器，其zui大允許側(cè)向負(fù)荷在20-150t之間就不會(huì)被損壞。安裝時(shí)，利用傳感器凸出的承載面承重大梁內(nèi)，與承重梁構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，當(dāng)產(chǎn)生水平?jīng)_擊力時(shí)，由承載面來(lái)承擔(dān)水平方向的剪力，傳感器緊固螺釘不受剪力，使秤體得以正常使用。
　　
　　4、克服垂直沖擊力
　　
　　當(dāng)成百噸的鋼包下落時(shí)，產(chǎn)生的垂直沖擊力的峰值是巨大的，其垂直沖擊力對(duì)傳感器有致命的影響。*辦法是在秤體下部安裝液壓裝置，由液壓裝置承受垂直沖擊力，然后再緩慢落至承重梁上。但是，此結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用現(xiàn)場(chǎng)是難以實(shí)現(xiàn)的，特別是設(shè)備改造難度大。因此，此類(lèi)結(jié)構(gòu)的電子秤在改造設(shè)計(jì)時(shí)，可利用傳感器本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在滿足儀表采樣信號(hào)要求的前提下，放大傳感器量程，以抵御垂直沖擊。由于此類(lèi)電子秤一般都為工藝秤，對(duì)精度要求不高，在選擇傳感器時(shí)，可盡量采用大量程傳感器。例如：一臺(tái)150t鋼包秤，可用4只100t，靈敏度為2.OmV/V的傳感器。設(shè)橋壓為10V，分度值為100kg，通過(guò)計(jì)算，每一分度值仍有2.5：μ號(hào)輸出，儀表足夠采樣。這樣可大大提高電子秤的總體抗沖擊能力，延長(zhǎng)傳感器使用壽命。
　　
　　5、防高溫及鋼水濺射保護(hù)措施
　　
　　車(chē)載鋼包電子秤及回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包電子秤的高溫威脅，來(lái)自出鋼爐口的鋼水外濺及鋼包內(nèi)高溫鋼水約1600℃左右的高溫輻射，以及鋼包包壁的自身溫度對(duì)秤體的傳導(dǎo)。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，秤體溫度可達(dá)200℃-250℃左右，針對(duì)這種情況，在改造設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用耐高溫200℃-250℃的稱(chēng)重傳感器，在秤體周?chē)鲈O(shè)防鋼水濺射隔熱板，傳感器采用耐高溫橋式傳感器，其引線由秤體中間引入到線管內(nèi)，不從外部走線。外圍由下流板與內(nèi)襯板組成迷宮狀進(jìn)行雙重保護(hù)，這樣即使出現(xiàn)鋼水溢出也不會(huì)燒壞傳感器。
　　
　　（二）采用圓柱式耐高溫傳感器改造設(shè)計(jì)的電子秤
　　
　　采用圓柱式傳感器作為稱(chēng)重支點(diǎn)設(shè)計(jì)改造的鋼包電子秤，與采用橋式傳感器設(shè)計(jì)的電子秤結(jié)構(gòu)，從外表看基本相同，兩者都有承重梁，接近導(dǎo)向架、zui終導(dǎo)向架內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)則不同。（外形見(jiàn)圖三）　　　　
　　它由接近導(dǎo)向架、zui終導(dǎo)向架、承重梁導(dǎo)向柱、導(dǎo)向套、防起翹板、高溫傳感器、保護(hù)板等組成。
　　
　　當(dāng)鋼包進(jìn)入秤體時(shí)，以接近導(dǎo)向架作參考目標(biāo)，使包耳順著導(dǎo)向架斜面滑入接近導(dǎo)向架的內(nèi)側(cè)。進(jìn)入秤體包耳，座落在承重梁時(shí)，由zui終導(dǎo)向架進(jìn)行限位，分為XY軸兩個(gè)方向，保證包耳與包壁不受任何外力而影響稱(chēng)量精度。當(dāng)產(chǎn)生水平橫向力時(shí)，由三根導(dǎo)柱予以克服，傳感器不受影響。由于鋼包下落時(shí)包耳的某一點(diǎn)先落在承重梁上，會(huì)出現(xiàn)承重梁起翹現(xiàn)象，傾翻傳感器，秤體在設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)部應(yīng)設(shè)防翹裝置，使傳感器正常受力。在結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)上，除前面的抗水平?jīng)_擊力和外圍保護(hù)外，主要考慮如下特點(diǎn)：
　　
　　1、對(duì)承重梁的定位和水平?jīng)_擊力
　　
　　當(dāng)鋼包座落在秤體上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于慣性作用，會(huì)產(chǎn)生巨大的水平力，如果秤體沒(méi)有限位裝置，必然會(huì)使傳感器受到損傷，甚至?xí)o生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患。從圖中可見(jiàn)，秤體內(nèi)部加設(shè)三根導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)承擔(dān)水平?jīng)_擊力，同時(shí)又對(duì)承重梁保持水平狀態(tài)。為安裝方便，導(dǎo)柱導(dǎo)套之間留有1mm左右的間隙；為不影響稱(chēng)重精度，襯套內(nèi)壓入耐高溫緩沖橡膠。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，事實(shí)上是只允許承重梁作上下直線運(yùn)動(dòng)，限制水平位移。在此秤體結(jié)構(gòu)中，傳感器不能采用上述秤體中采用的平面橋式傳感器，而應(yīng)采用雙球面擺桿式傳感器。此類(lèi)傳感器能夠提供一定量的水平位移，且對(duì)稱(chēng)重傳感器不受影響。常用高溫傳感器有國(guó)產(chǎn)的TY2015G等國(guó)產(chǎn)化高溫傳感器。（外形見(jiàn)圖四）　　　　
　　2、承重梁防翹設(shè)計(jì)
　　
　　鋼包從高空下降進(jìn)入秤體，包耳支承座與承重梁不可能整個(gè)平面同時(shí)接觸，又由于導(dǎo)向柱與導(dǎo)向套有一定的間隙存在，這樣勢(shì)必使承重梁產(chǎn)生瞬間起翹及跳動(dòng)現(xiàn)象；如不采取防翹限位裝置，勢(shì)必造成傳感器傾倒，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成承重梁傾斜，給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。所以在改造設(shè)計(jì)時(shí)，在傳感器左右增設(shè)防翹裝置是十分必要的。設(shè)計(jì)時(shí)可在承重梁及秤體底板上各焊接2套防翹板，保持在同一中心線，在起翹板上加設(shè)限位孔，采用限位銷(xiāo)進(jìn)行限位。設(shè)計(jì)時(shí)限位孔與限位銷(xiāo)保持一定間隙，一般zui大限位間隙以不使傳感器傾倒為宜。
　　
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　采用高溫傳感器設(shè)計(jì)改造鋼包電子秤，能克服高溫環(huán)境對(duì)電子秤的影響，在冶煉連鑄工藝中已得到廣泛應(yīng)用，對(duì)控制冶煉成本和提高連鑄工藝質(zhì)量，具有十分重要的作用。國(guó)產(chǎn)耐高溫稱(chēng)重傳感器的特性指標(biāo)已能滿足高溫電子秤的適用環(huán)境，在多家鋼廠冶煉現(xiàn)場(chǎng)得到應(yīng)用，已產(chǎn)生較好的應(yīng)用效果。高溫傳感器的國(guó)產(chǎn)化和設(shè)計(jì)應(yīng)用，為計(jì)量稱(chēng)重技術(shù)進(jìn)軍高溫領(lǐng)域打下了良好基礎(chǔ)。