高温传感器在钢包电子秤结构中的应用设计
时间：2006-06-12 阅读：2888
翁建明① 罗伏隆② 张海丽①
①浙江省余姚市通用仪表公司（315400） ②湖南涟源钢铁集团公司计控部（417009）
内容摘要：文章重点阐述了钢铁企业用钢包电子秤的安装使用环境分析和采用耐高温传感器的秤体结构设计，采取有效措施，克服恶劣环境对电子秤使用的影响；文章阐述了秤体的各种抗冲击，抗高温幅射，抗钢水烧损，抗倾翻的设计措施；文章对特高温环境用电子秤的设计制造，具有一定的指导作用和参考价值。
关键词：冶炼高温 钢水钢包 秤体结构 称重传感器 抗冲击
一、概 述
冶金企业为了提高产钢质量与合理控制制造成本,在钢水连铸成型过程中，一般需安装三套电子称量系统，以对钢水进行在线计量：
A、车载钢包电子秤。它是用来检测对钢水包内注入钢水时的液位，及在精炼时控制合金材料的加入量，以提高钢铁冶炼质量，同时对钢包内钢水重量进行称量和记录钢产量。
B、回转台钢包电子秤。它是用来监控包内不断下降的液位情况，必要时对流量进行控制，当液位接近钢渣时，及时关闭出钢口，并驱动回转台旋转，让另一个钢包进入工作状态，使中间包保持一定液位。
C、中间包电子秤。中间包电子秤作为连铸成型过程中的zui后一个控制点，它对流入结晶器的钢水进行合理控制，控制连续进料与连续出料的速度，使中间包内保持一定的液位高度，对连铸浇钢质量起着极为重要的作用。
由上可知，钢包电子秤的运行质量在连铸工艺中对产钢质量和提高工效方面起着十分重要的作用。
二、钢包电子秤现场使用环境分析
目前，国内使用的钢包电子秤，无论是国内制造或从国外随连铸设备引进，虽然其结构各不相同，但它们的安装位置和方式都基本相同，一般都是在钢包耳座底下设计一台特殊结构的电子秤，使钢包左右两耳座支承在电子秤秤架上；一般都具有耐高温、防溅射、抗冲击及抵御外界横向水平冲击的能力，以确保设备正常运转，满足连铸工艺的需要。本文着重介绍由余姚市通用仪表公司专门设计制造的车载钢包电子秤及回转台钢包电子秤秤体结构设计的特点。
1、车载钢包电子秤的现场环境特点：
钢水运载过程中，必须有一特殊运载车进行运载，一般称此运载车为钢包车。此车根据钢水包的大小，车体大小各有所不同。一般运载150t钢水的车体长为7米，宽为5米，高为2.6米，以钢轨轨道作为运行路线。出钢前，由行车吊运烘烤后重达几十吨的空包从高空放置到钢包车的特定位置。钢包在吊运前已进行长达几小时的烘烤，表面温度达到60℃--70℃，钢包放置后运载车开至出钢炉口，温度高达1600℃左右的钢水或铁水流入钢包内。整个注钢过程或精炼过程中的环境较为恶劣。主要表现为：
a、为了防止钢水外溅及保温，炉口周围虽有隔热板或防火墙保护，但运载车周围的环境温度仍可升至几。
b、出钢过程中，炉子的倾角，随出钢量的变化改变。为保证钢包口与炉口的一致，出钢车的位置作相应的改变，但在实际操作过程中，会出现不同步现象，经常出现钢水外溢。钢包车表面都有较厚钢渣。
c、出钢车从炉口运行至精炼区精炼时，用大功率电极加温冶炼20-30分钟，此时的包壁温度已高达几，包耳底下的温度可高达250℃左右。
d、钢包车在运行时会产生横向冲击力。
2、回转台钢包电子秤现场环境特点
回转台钢包电子秤的主要威胁来
自中间包的辐射温度及吊运时对秤体
的垂直冲击力。主要表现为：
a、连铸设备的回转台壁与中间包的间隔一般在1500mm左右，为防止高温热辐射，在设计时采取防辐射措施，中间包上加包盖。但在现场实际使用中发现，中间包一般都没有加盖，电子秤安装位置的温度可达200℃左右.
b、吊运过程中，由于行车操作室离地面较高，降落时凭经验操作，有时会造成较高落差，对秤体冲击很大。
c、行车吊运钢包要高空作业，为了使包耳落入回转台壁电子秤内，难度较大。
三、几种钢包电子秤的秤体结构设计
钢包电子秤安装现场，主要存在钢水外溅的威胁、高温辐射的威胁、吊运过程中的垂直冲击及车子运行的水平冲击、高空作业定位困难等难题，需要在设计时要予以解决。
目前，国内的电子秤一般都在钢包耳座的支承面上设计安装结构特殊的秤体，左右各一台，周边加设导向架，以便准确对位。下面介绍“通用”钢包电子秤的几种秤体结构特点。
（一）采用双剪切梁式耐高温传感器设计的钢包电子秤体结构
采用双剪切梁式传感器作为称重支点设计的HSB—A型钢包电子秤秤体，由耐高温传感器、承重梁、保护板、接近导向架、zui终导向架等组成。（见图一）
（HSB—A钢包电子秤体结构示意图）
HSB—A钢包电子秤使用的传感器有余姚市通用仪表公司生产的TY2011G大吨位国产化高温传感器、德国申克公司、西班牙UTL公司及随连铸设备成套引进的传感器等，（TY2011G传感器外形见图二）。
（TY2011G高温传感器外形示意图）
上述高温传感器有一个共同特点：吨位量程大、外形尺寸宽、平面承载，承载面上都有4~6只M24紧固安装螺孔，能保证承载梁与传感器连接紧固，安全可靠。
钢包电子秤秤体，在结构设计中须解决以下难题：
1、将高空吊运钢包包耳导入秤体
行车龙门钩吊着庞大的钢包放置到秤体位置时，行车操作工人在几十米外凭目测进行操作，如果秤体周围不设置引导装置，要使钢包正常进入位置是难以做到的。为了保证安全作业，使钢包顺利进入秤体，在秤体左右设计安装导向装置是非常必要的（导向装置结构外形见图一）。导向架采用合金钢焊接成整体结构，一高一矮固定在秤体两侧，导向架顶部制作成一定斜面，它给吊运操作工人一个明显的参照标志。当包耳接近导向架时，左右斜面会带动包耳顺利进入秤体，提高操作安全性，同时又可保护秤体。
2、保证钢包*受力的设计
为保证钢包在计量时不受外力的作用，使包耳*支承在秤体承重梁上，提高计量精度，在设计秤体时必须在承重梁上加设接近导向架及限位架。在钢包支承耳进入称量座时，要保证钢包无磨擦无分力地座落在称量箱承重梁上是有困难的，因为当钢包与导向装置的一侧紧靠时，其磨擦分力势必影响称量精度。为克服这一影响，我们在承重梁上设置zui终导向装置，在装置斜面的作用下，迫使钢包向中心靠近，zui后座落在承重梁上。由于zui终导向装置与承重梁为一整体，不会产生外力，也就不会影响称重精度。
从图中一可见，假若zui终导向装置的斜面顶端不在接近导向装置竖面的内侧，则钢包会卡搁在它的顶端，会使耳座产生倾斜；另外，zui终导向装置的斜面必须有足够大的角度，以使钢包接触此斜面后产生的水平力足以把钢包推向中心，因此，zui终导向装置必须设计足够的高度。
3、克服水平冲击力的设计
包耳通过zui终导向斜面导秤体及车体作横向运动时会产生一个很大的水平冲击力，这个巨大的冲击力会使承重梁产生一定的水平位移。从现场使用情况了解到，正是由于这个原因，致使许多钢包电子秤在使用中失败。在设计时，要利用传感器的特殊设计来承担这个巨大的水平冲击力，使其具有足够的抗御能力。如余姚市通用仪表公司生产的TY2011G及德国申克公司生产的DWB型高强度平面桥式传感器，其zui大允许侧向负荷在20-150t之间，而不受损坏。安装时，利用传感器凸出的承载面嵌入承重大梁内，与承重梁构成一整体结构，当产生水平冲击力时，由承载面来承担水平方向的剪力，传感器紧固螺钉不受剪力，使秤体得以正常使用。
4、克服垂直冲击力的设计措施
成百吨的钢包下落时，产生的垂直冲击力的峰值是巨大的，其垂直冲击力对传感器有致命的影响，*办法是在秤体下部安装液压装置。由液压装置承受垂直冲击力，然后再缓慢落至承重梁上。但是，此结构在实际使用现场是较难实现的，特别是设备改造难度大。因此，此类结构的电子秤在设计时可利用传感器本身的结构特点，在满足仪表采样信号要求的前提下，放大传感器量程，以抵御垂直冲击。由于此类电子秤一般都为工艺秤，对精度要求不高，在选择传感器时可尽量采用大量程传感器。例如：一台150t大包秤，可选用4只100t，灵敏度为2.0mv/v的传感器。设桥压为10v，分度值为100kg，通过计算每一分度值仍有2.5u号输出，仪表足够采样。这样大大提高秤体的总体抗冲击能力，延长传感器使用寿命。
5、防高温及钢水溅射保护措施
车载钢包电子秤及回转台钢包电子秤的高温威胁来自出钢炉口的钢水外溅及中间包内1600℃左右高温钢水的高温辐射，以及包壁的自身温度对秤体的传导，现场检测结果表明，秤体温度可达200-250℃左右，针对这种情况，在设计时，选用耐高温200～250℃的称重传感器及在秤体周围增设防钢水溅射隔热板，传感器采用耐高温桥式传感器，其引线由秤体中间引入到线管内，不从外部走线；外围由下流板与内衬板组成迷宫状进行双重保护，这样即使出现钢水溢出也不会烧坏传感器。
（二）、采用圆柱式耐高温传感器设计的秤体结构
采用圆柱式传感器作为称重支点设计的HSB—B钢包电子秤秤体结构与采用桥式传感器设计的秤体结构，从外表看基本相同，两者都有承重梁，接近导向架，zui终导向架，但内部设计结构则不同（外形见图三）。它由近接导向架，zui终导向架，承重梁导向柱、导向套、起翘板、高温传感器、保护板等组成。
（HSB—B钢包电子秤体结构示意图）
工作钢包进入秤体时，以接近导向架作参考目标，使包耳顺着导向架斜面滑入两近接导向架的内侧。进入秤体包耳座落在承重梁时，由时选设计的zui终导向架进行限位，分为XY轴两个方向，保证包耳与包壁不受任何外力而影响称量精度，当产生水平横向力时由三根导柱进行克服，传感器不受影响。由于钢包下落时包耳某一点先落在承重梁上，会出现承重梁起翘现象，倾翻传感器，秤体在设计时内部设有防翘装置，使传感器正常受力。在结构设计上，除了前面介绍的电子秤的抗水平冲击力和外围保护措施外，主要有如下特点：
1、对承重梁的定位及克服水平冲击力
的结构设计：
当150t的钢包座落在秤体上运动时，由于惯性作用，会产生巨大的水平力，如果秤体没有限位装置，必然会使传感器受到损伤，甚至给生产带来安全隐患。从图中可见，秤体内部加设三根导柱、导套来承担水平冲击力，同时又对承重梁保持水平状态。为安装方便，导柱导套之间留有1mm左右的间隙；为不响称重精度，衬套内压入耐温缓冲橡胶；这种结构设计，事实上是只允许承重梁作上下直线运动，限制水平位移量。在此秤体结构中，传感器不能采用上述秤体中采用的平面桥式传感器，而应采用双球面摆杆式传感器。此类传感器能够提供一定量的水平位移，且对称重传感器不受影响。常用高温传感器有余姚市通用仪表公司生产的TY2015G及TY201G等国产化高温传感器。（外形见图四）
（TY2015G高温传感器外形示意图）
2、承重梁防翘设计
钢包从高空下降进入秤体，包耳支承座与承重梁不可能整个平面同时接触，又由于导向柱与导向套有一定的间隙存在，这样势必使承重梁产生瞬间起翘及跳动现象；如不采取防翘限位装置，势必造成传感器倾倒，严重时会造成承重梁倾斜，给安全生产带来隐患。所以此秤设计时，在传感器左右增设防翘装置是十分有必要的。设计时可在承重梁及秤体底板上各焊接2套防翘板，保持在同一中心线，在起翘板上加设限位孔，采用限位销进行限位。设计时限位孔与限位销保持一定间隙，一般zui大限位间隙不使传感器倾倒为宜。
四、结束语
采用高温传感器设计的钢包电子秤，在钢铁企业的冶炼连铸工艺中已得到广泛应用，对控制冶炼成本和提高连铸工艺质量，具有十分重要的作用。余姚市通用仪表公司通过深入生产现场实地调查研究，设计制造的TY型耐高温称重传感器与HSB型特种电子秤在多家钢厂冶炼现场得到应用，已产生较好的应用效果。为计量称重技术进军高温领域打下了良好基础。
作者简介
姓 名： 罗伏隆
性 别： 男
出 生： 1949年3月
民 族： 汉族
籍 贯： 湖南省涟源市
毕业学校：华南理工大学
职务职称：工程师、主任
从事工作：计量控制技术应用与管理，
计控技术在企业管理中的应用与作用的研究
余姚市通用仪表公司
通讯地址：浙江省余姚市中山中路（三江口）
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