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(duì)在線計(jì)量,。
    1．車載鋼包電子秤用來檢測(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)行稱量,。
    2．回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包電子秤用來監(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,、車載鋼包電子秤的現(xiàn)場(chǎng)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(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(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(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(huì)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(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(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(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(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,、zui終導(dǎo)向

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型傳感器外形見圖二）,。

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
    行車龍門吊鉤吊著龐大的鋼包放置到秤體位置時(shí)，行車操作工人在幾十米外憑目測(cè)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)入稱量座時(shí)，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(shí)，其摩擦分力勢(shì)必影響稱量精度,。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)影響稱重精度,。由圖一可見，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zui終導(dǎo)向斜面導(dǎo)入秤體及車體作橫向運(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
    車載鋼包電子秤及回轉(zhuǎn)臺(tái)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(duì)秤體的傳導(dǎo)?，F(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(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,。（外形見圖三）

	1、接近導(dǎo)向架 2,、耐高溫傳感器 3,、高強(qiáng)度螺釘 4、起橋翹裝置	4,、導(dǎo)向套 5,、承重梁 6、保護(hù)板 7,、zui終導(dǎo)向
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(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,。常用高溫傳感器有國(guó)產(chǎn)的TY2015G等國(guó)產(chǎn)化高溫傳感器。（外形見圖四）

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,，采用限位銷進(jìn)行限位。設(shè)計(jì)時(shí)限位孔與限位銷保持一定間隙,，一般zui大限位間隙以不使傳感器傾倒為宜,。

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