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；克服惡劣環(huán)境條件對電子秤影響，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；對高溫環(huán)境用電子秤的設(shè)計改造，具有一定的指導(dǎo)作用和參考價值。
關(guān)鍵詞：鋼包電子秤 高溫稱重傳感器 高溫輻射 秤體結(jié)構(gòu)
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程中，一般需安裝兩套電子稱量系統(tǒng)，以對在線計量。
1．車載鋼包電子秤用來檢測對鋼水包注入鋼水時的液位，并在精煉時控制合金材料的加入量，以提高冶煉質(zhì)量，同時對鋼包的鋼水重量進(jìn)行稱量。
2．回轉(zhuǎn)臺鋼包電子秤用來監(jiān)控連鑄時鋼包內(nèi)不斷下降的鋼水液位情況，適時對流量進(jìn)行控制，當(dāng)鋼水液位接近鋼渣時，及時關(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)場使用環(huán)境條件與分析
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)計一臺特殊結(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產(chǎn)高溫傳感器設(shè)計改造鋼包電子秤的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)。
1、車載鋼包電子秤的現(xiàn)場環(huán)境特點(diǎn)
鋼水運(yùn)載過程中，必須有一特殊運(yùn)載車進(jìn)行運(yùn)載，一般稱此運(yùn)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(yùn)載車的車體長約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，由行車吊運(yùn)經(jīng)烘烤后的空鋼包，從高空放置到鋼包車的特定位置。鋼包在吊運(yùn)前已進(jìn)行長達(dá)幾小時的烘烤，表面溫度達(dá)到60℃～70℃，鋼包放置后，運(yùn)載車開至出鋼爐爐口，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(hù)，但運(yùn)載車周圍的環(huán)境溫度仍可升至幾百度。b、出鋼過程中，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，出鋼車的位置作相應(yīng)的改變，但在實(shí)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、出鋼車從出鋼爐運(yùn)行至精煉區(qū)精煉時，用大功率電極加溫冶煉 20～30分鐘，此時的鋼包壁溫已高達(dá)幾百度，鋼包耳座底下的溫度可高達(dá)250℃左右。d、鋼包車在運(yùn)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(diǎn)
對回轉(zhuǎn)臺鋼包電子秤的威脅，主要來自鋼水包的高溫輻射及吊運(yùn)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)臺壁與鋼包的間隔一般在1500mm左右，為防止高溫輻射，在設(shè)計時，一般采取加包蓋的防輻射措施。但在現(xiàn)場實(shí)際使用中，鋼包一般都沒有加蓋，電子秤安裝位置的溫度很高，可達(dá)200℃左右。b、在吊運(yùn)過程中，由于行車操作室離地面較高，降落時憑經(jīng)驗(yàn)操作，有時會造成較高落差，對秤體沖擊很大。c、行車吊運(yùn)鋼包是高空作業(yè)，鋼包支承耳落入回轉(zhuǎn)臺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，存在鋼水外濺的威脅、高溫輻射的威脅、吊運(yùn)過程中的垂直沖擊及運(yùn)載車運(yùn)行的水平?jīng)_擊、高空作業(yè)定位困難等難題。目前，國內(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)計安裝結(jié)構(gòu)特殊的秤體，左右各一臺，設(shè)置導(dǎo)向架，以便準(zhǔn)確對位。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)計的鋼包電子秤的結(jié)構(gòu)
采用雙剪切梁式傳感器作為稱重支點(diǎn)設(shè)計改造的鋼包電子秤，由耐高溫傳感器、承重梁、保護(hù)板、接近導(dǎo)向架、最終導(dǎo)向架等組成。(見圖一)
1、接近導(dǎo)向架2、耐高溫傳感器
3、高強(qiáng)度螺釘 4、承重梁
5、保護(hù)板 6、最終導(dǎo)向
圖一
鋼包電子秤使用的傳感器有大噸位國產(chǎn)化高溫傳感器、德國申克公司、西班牙UTL公司的傳感器等(國產(chǎn)TY型傳感器外形見圖二)。
圖二
上述高溫傳感器有一個共同特點(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
行車龍門吊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(jìn)行操作，如果秤體周圍不設(shè)置引導(dǎo)裝置，要使鋼包正常進(jìn)入指定位置是難以做到的。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)計安裝導(dǎo)向裝置(導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)外形見圖一)。導(dǎo)向架采用優(yōu)質(zhì)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)操作工人一個明顯的參照標(biāo)志。當(dāng)包耳接近導(dǎo)向架時，左右斜面會帶動包耳順利進(jìn)入秤體，提高操作安全性，同時又可保護(hù)秤體。
2、保證鋼包完全受力
為保證鋼包在計量時不受外力的影響，使包耳完全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(dǎo)向架及限位架。
在鋼包支承耳進(jìn)入稱量座時，要保證鋼包無摩擦、無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，其摩擦分力勢必影響稱量精度。為克服這一影響，應(yīng)在承重梁上設(shè)置最終導(dǎo)向裝置，在裝置斜面的作用下，迫使鋼包向中心靠近，最后座落在承重梁上。由于最終導(dǎo)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。由圖一可見，假若最終導(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)，則鋼包會卡擱在它的頂端，會使耳座產(chǎn)生傾斜；另外，最終導(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，最終導(dǎo)向裝置必須設(shè)計足夠的高度。
3、克服水平?jīng)_擊力
鋼包包耳通過最終導(dǎo)向斜面導(dǎo)入秤體及車體作橫向運(yùn)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。在改造設(shè)計時，要利用傳感器的特殊設(shè)計來承擔(dān)這個巨大的水平?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，其最大允許側(cè)向負(fù)荷在20-150t之間就不會被損壞。安裝時，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，由承載面來承擔(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，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。最佳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)場是難以實(shí)現(xiàn)的，特別是設(shè)備改造難度大。因此，此類結(jié)構(gòu)的電子秤在改造設(shè)計時，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，通過計算，每一分度值仍有2.5：μV信號輸出，儀表足夠采樣。這樣可大大提高電子秤的總體抗沖擊能力，延長傳感器使用壽命。
5、防高溫及鋼水濺射保護(hù)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秤體的傳導(dǎo)。現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，秤體溫度可達(dá)200℃-250℃左右，針對這種情況，在改造設(shè)計時，應(yīng)選用耐高溫200℃-250℃的稱重傳感器，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(jìn)行雙重保護(hù)，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改造設(shè)計的電子秤
采用圓柱式傳感器作為稱重支點(diǎn)設(shè)計改造的鋼包電子秤，與采用橋式傳感器設(shè)計的電子秤結(jié)構(gòu)，從外表看基本相同，兩者都有承重梁，接近導(dǎo)向架、最終導(dǎo)向架內(nèi)部設(shè)計結(jié)構(gòu)則不同。(外形見圖三)
圖三
它由接近導(dǎo)向架、最終導(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，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，由最終導(dǎo)向架進(jìn)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(dāng)產(chǎn)生水平橫向力時，由三根導(dǎo)柱予以克服，傳感器不受影響。由于鋼包下落時包耳的某一點(diǎn)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?xí)o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(dǎo)柱、導(dǎo)套來承擔(dān)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(dǎo)柱導(dǎo)套之間留有1mm左右的間隙；為不影響稱重精度，襯套內(nèi)壓入耐高溫緩沖橡膠。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，事實(shí)上是只允許承重梁作上下直線運(yùn)動，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。常用高溫傳感器有國產(chǎn)的TY2015G等國產(chǎn)化高溫傳感器。(外形見圖四)
圖四
2、承重梁防翹設(shè)計
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平面同時接觸，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(yán)重時會造成承重梁傾斜，給安全生產(chǎn)帶來隱患。所以在改造設(shè)計時，在傳感器左右增設(shè)防翹裝置是十分必要的。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(jìn)行限位。設(shè)計時限位孔與限位銷保持一定間隙，一般最大限位間隙以不使傳感器傾倒為宜。
四、結(jié)束語
采用高溫傳感器設(shè)計改造鋼包電子秤，能克服高溫環(huán)境對電子秤的影響，在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。國產(chǎn)耐高溫稱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)場得到應(yīng)用，已產(chǎn)生較好的應(yīng)用效果。高溫傳感器的國產(chǎn)化和設(shè)計應(yīng)用，為計量稱重技術(shù)進(jìn)軍高溫領(lǐng)域打下了良好基礎(chǔ)。
