高溫傳感器在鋼包電子秤結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用設(shè)計
翁建明①  羅伏?、?nbsp; 張海麗①
①浙江省余姚市通用儀表公司（315400） ②湖南漣源鋼鐵集團公司計控部（417009）

內(nèi)容摘要：文章重點闡述了鋼鐵企業(yè)用鋼包電子秤的安裝使用環(huán)境分析和采用耐高溫傳感器的秤體結(jié)構(gòu)設(shè)計，采取有效措施，克服惡劣環(huán)境對電子秤使用的影響；文章闡述了秤體的各種抗沖擊，抗高溫幅射，抗鋼水燒損，抗傾翻的設(shè)計措施；文章對特高溫環(huán)境用電子秤的設(shè)計制造，具有一定的指導作用和參考價值。
關(guān)鍵詞：冶煉高溫  鋼水鋼包 秤體結(jié)構(gòu) 稱重傳感器 抗沖擊

一、概   述
冶金企業(yè)為了提高產(chǎn)鋼質(zhì)量與合理控制制造成本,在鋼水連鑄成型過程中，一般需安裝三套電子稱量系統(tǒng)，以對鋼水進行在線計量：
A、車載鋼包電子秤。它是用來檢測對鋼水包內(nèi)注入鋼水時的液位，及在精煉時控制合金材料的加入量，以提高鋼鐵冶煉質(zhì)量，同時對鋼包內(nèi)鋼水重量進行稱量和記錄鋼產(chǎn)量。            
B、回轉(zhuǎn)臺鋼包電子秤。它是用來監(jiān)控包內(nèi)不斷下降的液位情況，必要時對流量進行控制，當液位接近鋼渣時，及時關(guān)閉出鋼口，并驅(qū)動回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，讓另一個鋼包進入工作狀態(tài)，使中間包保持一定液位。
C、中間包電子秤。中間包電子秤作為連鑄成型過程中的zui后一個控制點，它對流入結(jié)晶器的鋼水進行合理控制，控制連續(xù)進料與連續(xù)出料的速度，使中間包內(nèi)保持一定的液位高度，對連鑄澆鋼質(zhì)量起著極為重要的作用。
由上可知，鋼包電子秤的運行質(zhì)量在連鑄工藝中對產(chǎn)鋼質(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)場使用環(huán)境分析
目前，國內(nèi)使用的鋼包電子秤，無論是國內(nèi)制造或從國外隨連鑄設(shè)備引進，雖然其結(jié)構(gòu)各不相同，但它們的安裝位置和方式都基本相同，一般都是在鋼包耳座底下設(shè)計一臺特殊結(jié)構(gòu)的電子秤，使鋼包左右兩耳座支承在電子秤秤架上；一般都具有耐高溫、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)備正常運轉(zhuǎn)，滿足連鑄工藝的需要。本文著重介紹由余姚市通用儀表公司專門設(shè)計制造的車載鋼包電子秤及回轉(zhuǎn)臺鋼包電子秤秤體結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點。
1、車載鋼包電子秤的現(xiàn)場環(huán)境特點：
鋼水運載過程中，必須有一特殊運載車進行運載，一般稱此運載車為鋼包車。此車根據(jù)鋼水包的大小，車體大小各有所不同。一般運載150t鋼水的車體長為7米，寬為5米，高為2.6米，以鋼軌軌道作為運行路線。出鋼前，由行車吊運烘烤后重達幾十噸的空包從高空放置到鋼包車的特定位置。鋼包在吊運前已進行長達幾小時的烘烤，表面溫度達到60℃--70℃，鋼包放置后運載車開至出鋼爐口，溫度高達1600℃左右的鋼水或鐵水流入鋼包內(nèi)。整個注鋼過程或精煉過程中的環(huán)境較為惡劣。主要表現(xiàn)為：
a、為了防止鋼水外濺及保溫，爐口周圍雖有隔熱板或防火墻保護，但運載車周圍的環(huán)境溫度仍可升至幾。
b、出鋼過程中，爐子的傾角，隨出鋼量的變化改變。為保證鋼包口與爐口的一致，出鋼車的位置作相應(yīng)的改變，但在實際操作過程中，會出現(xiàn)不同步現(xiàn)象，經(jīng)常出現(xiàn)鋼水外溢。鋼包車表面都有較厚鋼渣。
c、出鋼車從爐口運行至精煉區(qū)精煉時，用大功率電極加溫冶煉20-30分鐘，此時的包壁溫度已高達幾，包耳底下的溫度可高達250℃左右。
d、鋼包車在運行時會產(chǎn)生橫向沖擊力。
2、回轉(zhuǎn)臺鋼包電子秤現(xiàn)場環(huán)境特點
    回轉(zhuǎn)臺鋼包電子秤的主要威脅來
自中間包的輻射溫度及吊運時對秤體
的垂直沖擊力。主要表現(xiàn)為：
a、連鑄設(shè)備的回轉(zhuǎn)臺壁與中間包的間隔一般在1500mm左右，為防止高溫熱輻射，在設(shè)計時采取防輻射措施，中間包上加包蓋。但在現(xiàn)場實際使用中發(fā)現(xiàn)，中間包一般都沒有加蓋，電子秤安裝位置的溫度可達200℃左右.
b、吊運過程中，由于行車操作室離地面較高，降落時憑經(jīng)驗操作，有時會造成較高落差，對秤體沖擊很大。
c、行車吊運鋼包要高空作業(yè)，為了使包耳落入回轉(zhuǎn)臺壁電子秤內(nèi)，難度較大。
三、幾種鋼包電子秤的秤體結(jié)構(gòu)設(shè)計
鋼包電子秤安裝現(xiàn)場，主要存在鋼水外濺的威脅、高溫輻射的威脅、吊運過程中的垂直沖擊及車子運行的水平?jīng)_擊、高空作業(yè)定位困難等難題，需要在設(shè)計時要予以解決。
目前，國內(nèi)的電子秤一般都在鋼包耳座的支承面上設(shè)計安裝結(jié)構(gòu)特殊的秤體，左右各一臺，周邊加設(shè)導向架，以便準確對位。下面介紹“通用”鋼包電子秤的幾種秤體結(jié)構(gòu)特點。
（一）采用雙剪切梁式耐高溫傳感器設(shè)計的鋼包電子秤體結(jié)構(gòu)
采用雙剪切梁式傳感器作為稱重支點設(shè)計的HSB—A型鋼包電子秤秤體，由耐高溫傳感器、承重梁、保護板、接近導向架、zui終導向架等組成。（見圖一）
（HSB—A鋼包電子秤體結(jié)構(gòu)示意圖）
HSB—A鋼包電子秤使用的傳感器有余姚市通用儀表公司生產(chǎn)的TY2011G大噸位國產(chǎn)化高溫傳感器、德國申克公司、西班牙UTL公司及隨連鑄設(shè)備成套引進的傳感器等，（TY2011G傳感器外形見圖二）。    
（TY2011G高溫傳感器外形示意圖）
上述高溫傳感器有一個共同特點：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緊固，安全可靠。
鋼包電子秤秤體，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中須解決以下難題：
1、將高空吊運鋼包包耳導入秤體
行車龍門鉤吊著龐大的鋼包放置到秤體位置時，行車操作工人在幾十米外憑目測進行操作，如果秤體周圍不設(shè)置引導裝置，要使鋼包正常進入位置是難以做到的。為了保證安全作業(yè)，使鋼包順利進入秤體，在秤體左右設(shè)計安裝導向裝置是非常必要的（導向裝置結(jié)構(gòu)外形見圖一）。導向架采用合金鋼焊接成整體結(jié)構(gòu)，一高一矮固定在秤體兩側(cè)，導向架頂部制作成一定斜面，它給吊運操作工人一個明顯的參照標志。當包耳接近導向架時，左右斜面會帶動包耳順利進入秤體，提高操作安全性，同時又可保護秤體。
2、保證鋼包*受力的設(shè)計
為保證鋼包在計量時不受外力的作用，使包耳*支承在秤體承重梁上，提高計量精度，在設(shè)計秤體時必須在承重梁上加設(shè)接近導向架及限位架。在鋼包支承耳進入稱量座時，要保證鋼包無磨擦無分力地座落在稱量箱承重梁上是有困難的，因為當鋼包與導向裝置的一側(cè)緊靠時，其磨擦分力勢必影響稱量精度。為克服這一影響，我們在承重梁上設(shè)置zui終導向裝置，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終導向裝置與承重梁為一整體，不會產(chǎn)生外力，也就不會影響稱重精度。
從圖中一可見，假若zui終導向裝置的斜面頂端不在接近導向裝置豎面的內(nèi)側(cè)，則鋼包會卡擱在它的頂端，會使耳座產(chǎn)生傾斜；另外，zui終導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終導向裝置必須設(shè)計足夠的高度。
3、克服水平?jīng)_擊力的設(shè)計
包耳通過zui終導向斜面導秤體及車體作橫向運動時會產(chǎn)生一個很大的水平?jīng)_擊力，這個巨大的沖擊力會使承重梁產(chǎn)生一定的水平位移。從現(xiàn)場使用情況了解到，正是由于這個原因，致使許多鋼包電子秤在使用中失敗。在設(shè)計時，要利用傳感器的特殊設(shè)計來承擔這個巨大的水平?jīng)_擊力，使其具有足夠的抗御能力。如余姚市通用儀表公司生產(chǎn)的TY2011G及德國申克公司生產(chǎn)的DWB型高強度平面橋式傳感器，其zui大允許側(cè)向負荷在20-150t之間，而不受損壞。安裝時，利用傳感器凸出的承載面嵌入承重大梁內(nèi)，與承重梁構(gòu)成一整體結(jié)構(gòu)，當產(chǎn)生水平?jīng)_擊力時，由承載面來承擔水平方向的剪力，傳感器緊固螺釘不受剪力，使秤體得以正常使用。
4、克服垂直沖擊力的設(shè)計措施
成百噸的鋼包下落時，產(chǎn)生的垂直沖擊力的峰值是巨大的，其垂直沖擊力對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)在實際使用現(xiàn)場是較難實現(xiàn)的，特別是設(shè)備改造難度大。因此，此類結(jié)構(gòu)的電子秤在設(shè)計時可利用傳感器本身的結(jié)構(gòu)特點，在滿足儀表采樣信號要求的前提下，放大傳感器量程，以抵御垂直沖擊。由于此類電子秤一般都為工藝秤，對精度要求不高，在選擇傳感器時可盡量采用大量程傳感器。例如：一臺150t大包秤，可選用4只100t，靈敏度為2.0mv/v的傳感器。設(shè)橋壓為10v，分度值為100kg，通過計算每一分度值仍有2.5u號輸出，儀表足夠采樣。這樣大大提高秤體的總體抗沖擊能力，延長傳感器使用壽命。
5、防高溫及鋼水濺射保護措施
車載鋼包電子秤及回轉(zhuǎn)臺鋼包電子秤的高溫威脅來自出鋼爐口的鋼水外濺及中間包內(nèi)1600℃左右高溫鋼水的高溫輻射，以及包壁的自身溫度對秤體的傳導，現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，秤體溫度可達200-250℃左右，針對這種情況，在設(shè)計時，選用耐高溫200～250℃的稱重傳感器及在秤體周圍增設(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)襯板組成迷宮狀進行雙重保護，這樣即使出現(xiàn)鋼水溢出也不會燒壞傳感器。
（二）、采用圓柱式耐高溫傳感器設(shè)計的秤體結(jié)構(gòu)
采用圓柱式傳感器作為稱重支點設(shè)計的HSB—B鋼包電子秤秤體結(jié)構(gòu)與采用橋式傳感器設(shè)計的秤體結(jié)構(gòu)，從外表看基本相同，兩者都有承重梁，接近導向架，zui終導向架，但內(nèi)部設(shè)計結(jié)構(gòu)則不同（外形見圖三）。它由近接導向架，zui終導向架，承重梁導向柱、導向套、起翹板、高溫傳感器、保護板等組成。
（HSB—B鋼包電子秤體結(jié)構(gòu)示意圖）
工作鋼包進入秤體時，以接近導向架作參考目標，使包耳順著導向架斜面滑入兩近接導向架的內(nèi)側(cè)。進入秤體包耳座落在承重梁時，由時選設(shè)計的zui終導向架進行限位，分為XY軸兩個方向，保證包耳與包壁不受任何外力而影響稱量精度，當產(chǎn)生水平橫向力時由三根導柱進行克服，傳感器不受影響。由于鋼包下落時包耳某一點先落在承重梁上，會出現(xiàn)承重梁起翹現(xiàn)象，傾翻傳感器，秤體在設(shè)計時內(nèi)部設(shè)有防翹裝置，使傳感器正常受力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，除了前面介紹的電子秤的抗水平?jīng)_擊力和外圍保護措施外，主要有如下特點：
1、對承重梁的定位及克服水平?jīng)_擊力
的結(jié)構(gòu)設(shè)計：
當150t的鋼包座落在秤體上運動時，由于慣性作用，會產(chǎn)生巨大的水平力，如果秤體沒有限位裝置，必然會使傳感器受到損傷，甚至給生產(chǎn)帶來安全隱患。從圖中可見，秤體內(nèi)部加設(shè)三根導柱、導套來承擔水平?jīng)_擊力，同時又對承重梁保持水平狀態(tài)。為安裝方便，導柱導套之間留有1mm左右的間隙；為不響稱重精度，襯套內(nèi)壓入耐溫緩沖橡膠；這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，事實上是只允許承重梁作上下直線運動，限制水平位移量。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。此類傳感器能夠提供一定量的水平位移，且對稱重傳感器不受影響。常用高溫傳感器有余姚市通用儀表公司生產(chǎn)的TY2015G及TY201G等國產(chǎn)化高溫傳感器。（外形見圖四） 
（TY2015G高溫傳感器外形示意圖）
2、承重梁防翹設(shè)計
鋼包從高空下降進入秤體，包耳支承座與承重梁不可能整個平面同時接觸，又由于導向柱與導向套有一定的間隙存在，這樣勢必使承重梁產(chǎn)生瞬間起翹及跳動現(xiàn)象；如不采取防翹限位裝置，勢必造成傳感器傾倒，嚴重時會造成承重梁傾斜，給安全生產(chǎn)帶來隱患。所以此秤設(shè)計時，在傳感器左右增設(shè)防翹裝置是十分有必要的。設(shè)計時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，采用限位銷進行限位。設(shè)計時限位孔與限位銷保持一定間隙，一般zui大限位間隙不使傳感器傾倒為宜。
四、結(jié)束語
采用高溫傳感器設(shè)計的鋼包電子秤，在鋼鐵企業(yè)的冶煉連鑄工藝中已得到廣泛應(yīng)用，對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。余姚市通用儀表公司通過深入生產(chǎn)現(xiàn)場實地調(diào)查研究，設(shè)計制造的TY型耐高溫稱重傳感器與HSB型特種電子秤在多家鋼廠冶煉現(xiàn)場得到應(yīng)用，已產(chǎn)生較好的應(yīng)用效果。為計量稱重技術(shù)進軍高溫領(lǐng)域打下了良好基礎(chǔ)。

作者簡介
姓   名： 羅伏隆
性   別： 男
出   生： 1949年3月
民   族： 漢族
籍   貫： 湖南省漣源市
畢業(yè)學校：華南理工大學
職務(wù)職稱：工程師、主任
從事工作：計量控制技術(shù)應(yīng)用與管理，
計控技術(shù)在企業(yè)管理中的應(yīng)用與作用的研究

余姚市通用儀表公司
通訊地址：浙江省余姚市中山中路（三江口）
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