第五届全国称重技术研讨会论文集

    [摘要] 文章重点阐述钢铁企业钢包电子秤的安装使用环境条件与分析；采用耐高温传感器的秤体结构设计；克服恶劣环境条件对电子秤影响，应采取的有效措施；阐述了电子秤的各种抗冲击、防高温辐射、防钢水烧损、防倾翻的措施；对高温环境用电子秤的设计改造，具有一定的指导作用和参考价值。

    关键词：钢包电子秤 高温称重传感器 高温辐射 秤体结构

一、概述

    冶金企业为了提高钢的质量与合理控制制造成本，在钢水精炼连铸成型过程中，一般需安装两套电子称量系统，以对在线计量。
    1．车载钢包电子秤用来检测对钢水包注入钢水时的液位，并在精炼时控制合金材料的加入量，以提高冶炼质量，同时对钢包的钢水重量进行称量。
    2．回转台钢包电子秤用来监控连铸时钢包内不断下降的钢水液位情况，适时对流量进行控制，当钢水液位接近钢渣时，及时关闭出钢口。
    由上可知，连铸工艺中钢包电子秤的运行质量，对钢的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条件与分析

    目前，国内使用的钢包电子秤，无论是国内制造或从国外随同连铸设备引进，虽然其结构各不相同，但它们的安装位置方式都基本相同，一般都是在钢包支承座底下设计一台特殊结构的电子秤，使钢包左右两只耳座支承在电子秤秤架上；一般都需具有耐高温、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。本文着重介绍利用国产高温传感器设计改造钢包电子秤的结构设计特点。
    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。一般运载车的车体长约7米，宽约5米，高约2.6米，以钢轨轨道作为运行路线。出钢前，由行车吊运经烘烤后的空钢包，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，运载车开至出钢炉炉口，出钢温度高达1600℃左右的钢水或铁水流入钢包内，现场环境较为恶劣。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百度。b、出钢过程中，炉子的倾角，随出钢量的变化而改变。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、出钢车从出钢炉运行至精炼区精炼时，用大功率电极加温冶炼 20～30分钟，此时的钢包壁温已高达几百度，钢包耳座底下的温度可高达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
    对回转台钢包电子秤的威胁，主要来自钢水包的高温辐射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钢包的间隔一般在1500mm左右，为防止高温辐射，在设计时，一般采取加包盖的防辐射措施。但在现场实际使用中，钢包一般都没有加盖，电子秤安装位置的温度很高，可达200℃左右。b、在吊运过程中，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、行车吊运钢包是高空作业，钢包支承耳落入回转台壁的电子秤支承座内的难度较大。

三、 钢包电子秤的秤体结构

    改造钢包电子秤的安装现场，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运载车运行的水平冲击、高空作业定位困难等难题。目前，国内的钢包电子秤一般都是在钢包支承耳座的支承架上设计安装结构特殊的秤体，左右各一台，设置导向架，以便准确对位。下面介绍两种秤体结构特点。
    (一)采用双剪切梁式耐高温传感器设计的钢包电子秤的结构
    采用双剪切梁式传感器作为称重支点设计改造的钢包电子秤，由耐高温传感器、承重梁、保护板、接近导向架、最终导向架等组成。(见图一)

	1、接近导向架 2、耐高温传感器 3、高强度螺钉	4、承重梁 5、保护板 6、最终导向
图一

    钢包电子秤使用的传感器有大吨位国产化高温传感器、德国申克公司、西班牙UTL公司的传感器等(国产TY型传感器外形见图二)。

图二

    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牢固，安全可靠。
    钢包电子秤改造设计中须解决以下难题：
    1、高空吊运钢包包耳导入秤体
    行车龙门吊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，要使钢包正常进入指定位置是难以做到的。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(导向装置结构外形见图一)。导向架采用优质合金钢焊接成整体结构，一高一矮固于秤体两侧，导向架的顶部制作成一定斜面，以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、保证钢包完全受力
    为保证钢包在计量时不受外力的影响，使包耳完全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，要保证钢包无摩擦、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，其摩擦分力势必影响称量精度。为克服这一影响，应在承重梁上设置最终导向装置，在装置斜面的作用下，迫使钢包向中心靠近，最后座落在承重梁上。由于最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。由图一可见，假若最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，最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，最终导向装置必须设计足够的高度。
    3、克服水平冲击力
    钢包包耳通过最终导向斜面导入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。在改造设计时，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，如采用高强度平面桥式传感器，其最大允许侧向负荷在20-150t之间就不会被损坏。安装时，利用传感器凸出的承载面承重大梁内，与承重梁构成整体结构，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
    当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。最佳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难以实现的，特别是设备改造难度大。因此，此类结构的电子秤在改造设计时，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钢包秤，可用4只100t，灵敏度为2.OmV/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2.5：μV信号输出，仪表足够采样。这样可大大提高电子秤的总体抗冲击能力，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钢包内高温钢水约1600℃左右的高温辐射，以及钢包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，在改造设计时，应选用耐高温200℃-250℃的称重传感器，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改造设计的电子秤
    采用圆柱式传感器作为称重支点设计改造的钢包电子秤，与采用桥式传感器设计的电子秤结构，从外表看基本相同，两者都有承重梁，接近导向架、最终导向架内部设计结构则不同。(外形见图三)

	1、接近导向架 2、耐高温传感器 3、高强度螺钉 4、起桥翘装置	4、导向套 5、承重梁 6、保护板 7、最终导向
图三

    它由接近导向架、最终导向架 、承重梁导向柱、导向套、防起翘板、高温传感器、保护板等组成。
    当钢包进入秤体时，以接近导向架作参考目标，使包耳顺着导向架斜面滑入接近导向架的内侧。进入秤体包耳，座落在承重梁时，由最终导向架进行限位，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，由三根导柱予以克服，传感器不受影响。由于钢包下落时包耳的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，内部应设防翘装置，使传感器正常受力。在结构改造设计上，除前面的抗水平冲击力和外围保护外，主要考虑如下特点：
    1、对承重梁的定位和水平冲击力
    当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，甚至会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；为不影响称重精度，衬套内压入耐高温缓冲橡胶。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。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。常用高温传感器有国产的TY2015G等国产化高温传感器。(外形见图四)

图四

    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。所以在改造设计时，在传感器左右增设防翘装置是十分必要的。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，一般最大限位间隙以不使传感器倾倒为宜。

四、结束语

    采用高温传感器设计改造钢包电子秤，能克服高温环境对电子秤的影响，在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。国产耐高温称重传感器的特性指标已能满足高温电子秤的适用环境，在多家钢厂冶炼现场得到应用，已产生较好的应用效果。高温传感器的国产化和设计应用，为计量称重技术进军高温领域打下了良好基础。

<全文完>