高温传感器在钢包电子秤秤体结构中的设计应用

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3套电子称量系 统"车载钢包电子秤、回转台钢包电子秤、中间包电子秤）对钢水进行在 线计量。

实践证明，钢包电子秤的运行质 量在连铸工艺中对产钢质量和提高 工效起着十分重要的作用。

一、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， 无论是国内制造还是从国外随连铸 设备引进的，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。钢包在吊运前己进行长达几小时 的烘烤，表面温度达到"60~70)°C。钢 包放置后，运载车开至出钢炉口，温 度高达1600°C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：

（1）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 几百摄氏度。

（2）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。

（3）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)mm，此时的包壁温度己高达几百 摄氏度，包耳底下的温度可高达 250°C左右。

（4）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：

(1)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°C左右。

（2）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。

（3）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。

二、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。

1.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、最终导向架等组成 (如图1所示）。

HSB-A钢包电子秤使用的传感 器有TY2011G大吨位国产化高温传感器！ 德国公司、西班牙UTL公司及随 连铸设备成套引进的传感器等 "TY2011G传感器外形如图2所示）。

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是非常 必要的（导向装置结构外形见图1)。 导向架采用优质合金钢焊接成整体 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）保证钢包完全受力的设计

为保证钢包在计量时不受外力

的作用，使包耳完全支承在秤体承重 梁上，提高计量准确度，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准确度。为 克服这一影响，我们在承重梁上设置 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 不会影响称重准确度。

从图1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， 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）克服水平冲击力的设计

包耳通过最终导向装置的斜面 进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TY2011G及德国公司 生产的DWB型高强度平面桥式传感 器，其最大允许侧向负荷在（20" 150)t之间。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。

（3）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， 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，对准确度要 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2.5!V信号输出，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°C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)°C左右。 针对这种情况，在设计时，选用耐高 温（200~250) °C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。

2.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，但内部设计 结构则不同（外形如图3所示）。它由 接近导向架、最终导向架、承重梁导 向柱、导向套、起翘板、耐高温传感 器、保护板等组成。

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X、Y轴两个方 向，保证包耳与包壁不受任何外力而 影响称量准确度。当产生水平横向力 时由3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3根导柱、导套来承担水平冲 击力，同时又使承重梁保持水平状 态。为安装方便，导柱导套之间留有 1mm左右的间隙）为不影响称重准确 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，且使 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TY2015AG等国产化高温 传感器（外形如图4所示）。

(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。

三、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 己得到广泛应用，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宄，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 了应用。