高溫傳感器在鋼包電子秤結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)
翁建明①  羅伏�、�  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(tuán)公司計(jì)控部（417009）

內(nèi)容摘要：文章重點(diǎn)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(jì)，采取有效措施，克服惡劣環(huán)境對(duì)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(jì)措施；文章對(duì)特高溫環(huán)境用電子秤的設(shè)計(jì)制造，具有一定的指導(dǎo)作用和參考價(jià)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(guò)程中，一般需安裝三套電子稱量系統(tǒng)，以對(duì)鋼水進(jìn)行在線計(jì)量：
A、車(chē)載鋼包電子秤。它是用來(lái)檢測(cè)對(duì)鋼水包內(nèi)注入鋼水時(shí)的液位，及在精煉時(shí)控制合金材料的加入量，以提高鋼鐵冶煉質(zhì)量，同時(shí)對(duì)鋼包內(nèi)鋼水重量進(jìn)行稱量和記錄鋼產(chǎn)量。            
B、回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包電子秤。它是用來(lái)監(jiān)控包內(nèi)不斷下降的液位情況，必要時(shí)對(duì)流量進(jìn)行控制，當(dāng)液位接近鋼渣時(shí)，及時(shí)關(guān)閉出鋼口，并驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，讓另一個(gè)鋼包進(jìn)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(guò)程中的zui后一個(gè)控制點(diǎn)，它對(duì)流入結(jié)晶器的鋼水進(jìn)行合理控制，控制連續(xù)進(jìn)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(duì)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(yùn)行質(zhì)量在連鑄工藝中對(duì)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(chǎng)使用環(huán)境分析
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，但它們的安裝位置和方式都基本相同，一般都是在鋼包耳座底下設(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(yùn)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(mén)設(shè)計(jì)制造的車(chē)載鋼包電子秤及回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包電子秤秤體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(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150t鋼水的車(chē)體長(zhǎng)為7米，寬為5米，高為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)烘烤后重達(dá)幾十噸的空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)至出鋼爐口，溫度高達(dá)1600℃左右的鋼水或鐵水流入鋼包內(nèi)。整個(gè)注鋼過(guò)程或精煉過(guò)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?chē)�雖有隔熱板或防火墻保護(hù)，但運(yùn)載車(chē)周?chē)�的環(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)從爐口運(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)的包壁溫度已高達(dá)幾，包耳底下的溫度可高達(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)
    回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包電子秤的主要威脅來(lái)
自中間包的輻射溫度及吊運(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)壁與中間包的間隔一般在1500mm左右，為防止高溫?zé)彷椛�，在設(shè)計(jì)時(shí)采取防輻射措施，中間包上加包蓋。但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，中間包一般都沒(méi)有加蓋，電子秤安裝位置的溫度可達(dá)200℃左右.
b、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)鋼包要高空作業(yè)，為了使包耳落入回轉(zhuǎn)臺(tái)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(jì)
鋼包電子秤安裝現(xiàn)場(chǎng)，主要存在鋼水外濺的威脅、高溫輻射的威脅、吊運(yùn)過(guò)程中的垂直沖擊及車(chē)子運(yùn)行的水平?jīng)_擊、高空作業(yè)定位困難等難題，需要在設(shè)計(jì)時(shí)要予以解決。
目前，國(guó)內(nèi)的電子秤一般都在鋼包耳座的支承面上設(shè)計(jì)安裝結(jié)構(gòu)特殊的秤體，左右各一臺(tái)，周邊加設(shè)導(dǎo)向架，以便準(zhǔn)確對(duì)位。下面介紹“通用”鋼包電子秤的幾種秤體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
（一）采用雙剪切梁式耐高溫傳感器設(shè)計(jì)的鋼包電子秤體結(jié)構(gòu)
采用雙剪切梁式傳感器作為稱重支點(diǎn)設(shè)計(jì)的HSB—A型鋼包電子秤秤體，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）
（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(guó)產(chǎn)化高溫傳感器、德國(guó)申克公司、西班牙UTL公司及隨連鑄設(shè)備成套引進(jìn)的傳感器等，（TY2011G傳感器外形見(jiàn)圖二）。    
（TY2011G高溫傳感器外形示意圖）
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緊固，安全可靠。
鋼包電子秤秤體，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中須解決以下難題：
1、將高空吊運(yùn)鋼包包耳導(dǎo)入秤體
行車(chē)龍門(mén)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)�不設(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)向裝置是非常必要的（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)，一高一矮固定在秤體兩側(cè)，導(dǎo)向架頂部制作成一定斜面，它給吊運(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*受力的設(shè)計(jì)
為保證鋼包在計(jì)量時(shí)不受外力的作用，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)入稱量座時(shí)，要保證鋼包無(wú)磨擦無(wú)分力地座落在稱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)，其磨擦分力勢(shì)必影響稱量精度。為克服這一影響，我們?cè)诔兄亓荷显O(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)影響稱重精度。
從圖中一可見(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)_擊力的設(shè)計(jì)
包耳通過(guò)zui終導(dǎo)向斜面導(dǎo)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。如余姚市通用儀表公司生產(chǎn)的TY2011G及德國(guó)申克公司生產(chǎn)的DWB型高強(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，而不受損壞。安裝時(shí)，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(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、克服垂直沖擊力的設(shè)計(jì)措施
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)是較難實(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(guò)計(jì)算每一分度值仍有2.5u號(hào)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(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(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，在設(shè)計(jì)時(shí)，選用耐高溫200～250℃的稱重傳感器及在秤體周?chē)�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(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設(shè)計(jì)的秤體結(jié)構(gòu)
采用圓柱式傳感器作為稱重支點(diǎn)設(shè)計(jì)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(jì)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(dǎo)向架，zui終導(dǎo)向架，但內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)則不同（外形見(jiàn)圖三）。它由近接導(dǎo)向架，zui終導(dǎo)向架，承重梁導(dǎo)向柱、導(dǎo)向套、起翹板、高溫傳感器、保護(hù)板等組成。
（HSB—B鋼包電子秤體結(jié)構(gòu)示意圖）
工作鋼包進(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)向架斜面滑入兩近接導(dǎo)向架的內(nèi)側(cè)。進(jìn)入秤體包耳座落在承重梁時(shí)，由時(shí)選設(shè)計(jì)的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量精度，當(dāng)產(chǎn)生水平橫向力時(shí)由三根導(dǎo)柱進(jìn)行克服，傳感器不受影響。由于鋼包下落時(shí)包耳某一點(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)部設(shè)有防翹裝置，使傳感器正常受力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，除了前面介紹的電子秤的抗水平?jīng)_擊力和外圍保護(hù)措施外，主要有如下特點(diǎn)：
1、對(duì)承重梁的定位及克服水平?jīng)_擊力
的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
當(dāng)150t的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，甚至給生產(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(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(lèi)傳感器能夠提供一定量的水平位移，且對(duì)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(guó)產(chǎn)化高溫傳感器。（外形見(jiàn)圖四） 
（TY2015G高溫傳感器外形示意圖）
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。所以此秤設(shè)計(jì)時(shí)，在傳感器左右增設(shè)防翹裝置是十分有必要的。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)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(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。余姚市通用儀表公司通過(guò)深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查研究，設(shè)計(jì)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(chǎng)得到應(yīng)用，已產(chǎn)生較好的應(yīng)用效果。為計(jì)量稱重技術(shù)進(jìn)軍高溫領(lǐng)域打下了良好基礎(chǔ)。

作者簡(jiǎn)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(xué)校：華南理工大學(xué)
職務(wù)職稱：工程師、主任
從事工作：計(jì)量控制技術(shù)應(yīng)用與管理，
計(jì)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）
郵    編：315400
電    話：   62701630