钢包回转台称重系统改造
宋 松，夏永海，李 梅
（济南钢铁集团总公司 装备部，山东 济南 250101）
摘 要：采用在升降液压缸底部安装传感器的间接称量法对济钢第一炼铁厂连铸机大包回转台的称重系统进行改造，同时对系统实行可靠的冷却防护和信号传输。改造后的称重系统提高了耐高温、抗冲击、防钢水飞溅能力，而且现场适应性好，性能稳定，维护方便。
关键词：称重系统；S形传感器；冷却防护；滑线装置
中图分类号：ＴＰ212 文献标识码：Ｂ 文章编号：1004-4620(2002)01-0011-03
Rebuilding on Weighting System of Ladle Swinging Table
SONG Song，XIA Yong-hai,LI Mei
(The Equipment Department of Jinan Iron and Steel Group,Jinan 250101,China)
Abstract：The weighting systems of ladle swinging table of continuous casting machines were rebuilt for No.1 steel making works at Jigang with the indirect metage method, and this method is realized by the probe installed at the bottom of the lift hydraulic cylinder. At the same time, these systems were preserved by reliable cooling protection and signal transmission. Having been rebuilt, the power of resistance to high temperature, impact and prevention to the molten steel splash of these systems was improved. These systems have the better adaptability to production, can be maintained conveniently and their properties are stable.
Key words：weighting system; S-form probe; cooling protection; slide line set
济南钢铁集团总公司第一炼钢厂（简称济钢第一炼钢厂）3#、4#板坯连铸机钢包回转台是济钢连铸的关键设备，由于现场环境温度高、冲击载荷大、座包过程中甚至有钢水飞溅，因此多年来一直缺少经久耐用的钢包称重系统。现场仅凭操作员经验判断浇铸过程钢包中钢水的剩余量。包台若实行保护浇注以提高铸坯质量，操作员便无法目测判断钢水的剩余量以及流速。为方便现场操作员工艺上的操作，满足现代化生产的要求，在原基础上对称重系统进行了新的改造。改造后的传感器采用了在升降液压缸底部安装传感器的间接称量法。
1 原设备存在的问题
1.1 防高温措施不当
应变式传感器工作温度一般不能超过150℃，而实际浇钢时秤台表面温度可达200℃。原系统没有对传感器实施可靠的冷却保护措施,且传感器输出电缆在恶劣的环境中亦有被烫坏、焊死的危险，原系统没有对传输系统进行可靠的保护。
1.2 抗冲击能力不够
由于包台实际座包时，很难做到冲击速度为0，因此实际冲击系数往往大于2。原系统中没有充分考虑抵抗冲击的能力。
1.3 信号传输方式不当
包台信号传输的动静问题没有解决好,经常发生电缆缠绕问题,将线绞断,致使传感器不能使用。
因此，钢包称重系统的耐高温抗过载技术以及信号传输问题是其系统技术中的重要环节。
2 改进后的称重系统
2.1 直接称重系统
2.1.1 传感器 直接称重系统采用传统的4点称重法，在每侧回转臂上安装4个称重传感器，每个传感器量程30t，可耐温150℃。传感器采用新设计的S形高温抗冲击称重传感器，其原理如图1所示。当传感器受力后，中间圆孔内壁的应力流经应变桥感受后输出至仪表。为提高传感器的抗过载能力，传感器S形开口设置为间隙t，当过载超过允许值时，间隙t闭合，从而实现可靠的机械保护。另外，传感器称重梁上固定3个橡胶缓冲套以缓冲座包时冲击，提高传感器的抗过载能力和使用寿命。
http://www.dayejin.com/sdyj/sddyj/20021/tu/5-1.gif
图1 S形传感器示意图
为了解测点处温度的变化，在应变桥附近安装铂电阻在线测量温度。温度信号经信号线传至 计算机显示屏，随时监测传感器温度，提示生产操作人员传感器温度是否异常，以便及时检查防护系统并采取相应的措施。
2.1.2 冷却系统 为防止传感器及其周围温度过高而导致传感器失效，设计了冷却保护系统，主要包括传感器冷却防护套（见图2）和能适应大包台回转的回转气接头（见图3）。
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图2 传感器防护系统
1 梁 2 下垫板 3 防护罩 4 管接头 5 上垫板 6 S形传感器
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图3 回转气接头示意图
1 阀体 2 套 3 花螺母 4 法兰
冷却防护套固定在称重梁上，内端开设锥形孔，从四周向传感器吹风冷却。回转气接头固定 在包台中心的承重板上，采用德国GE-SW型自密封轴承，密封性良好；接头阀体固定不动，外套可回转，外套与连接的软管以及固定在大臂上的钢管可随大臂一起回转。
由厂房内压缩空气管道输送的压力空气经包台固定部分的风管上送至包台中心相对固定的回转气接头内，然后分别输送至每个称重传感器防护套，对传感器进行吹风冷却。现场测试，在正常生产中，每个传感器的温度小于90℃。
2.2 间接称重系统
间接称重系统安放在升降液压缸底部，为环形压力传感器，量程为360t。由于受高度限制，采用了结构特殊的环形传感器，其弹性体示意图如图4所示。当载荷P作用时，4个横孔内壁粘贴的应变桥信号与载荷P成线性关系。这种传感器能克服不同半径截面上的应力差别所带来的测量误差，因此具有较高的测量精度。此传感器测两包合重，用特殊编制的软件计算出在浇钢包重量与待浇钢包重量，并可在计算机及大屏上显示。此系统由于在设备底部，环境相对稳定，不受高温等恶劣环境影响，信号输出稳定，可靠性强。
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图4 环形传感器示意图
3 信号传输
常用的信号传输方法一般是滑环传输，应用广泛，但需成套引进，成本较高。本方案采用自行设计的电缆滑环传输。
3.1 传输方式
大臂每侧传感器出来的信号线外套高温耐火胶带，穿过事先铺设好的钢管后分别并联到A、B端子箱内，如图5所示。两端子箱出来的信号线经滑线装置、拨杆，穿过回转气接头预留的中心孔（见图3），通入设备底部，与下部传感器出来的信号线并联在端子箱C内，然后经电缆管道传送至操作室监控柜的仪表内，经A/D转换，分别于计算机或大屏显示。
信号显示有4种方式：仪表显示，计算机显示，仪表直接送大屏显示，仪表经计算机送大屏显示。后两种显示方式可通过开关进行切换。测点温度信号在计算机显示。
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图5 信号传输示意图
3.2 滑线装置
滑线装置在大包回转过程中能可靠地向外传输信号。如图6所示，滑架和支架通过一钢板固定在大臂内圈，小车安装在滑架上，可沿滑架滑行，小车下端悬垂着短环链。经A、B两个端子箱出来的电缆线和小车下端环链绑扎在一起。当大臂逆时针回转时，小车拉动电缆随大臂一同回转，回转360°后返回，小车随大臂反转而退回原位，电缆回缩。从而解决了电缆因为大臂回转而产生的缠绕现象。
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图6 电缆环形滑链示意图
1 电缆 2 支架 3 滑架 4 小车 5 拨杆6 通风管 7 回转气接头
4 软件
该软件使用组态王2.0版组态完成，可在WINDOWS 95环境下运行。显示画面可进行交互式操作，能很容易地取得相关的数据或信息，便于工艺操作。该软件的功能有：(1)对大包回转臂上S型传感器的压力、温度和大包回转台下环型传感器的压力进行实时数据采集和处理。(2)显示大包回转臂上各单包的实际重量。(3)根据大包回转台下环型传感器的力值，计算显示大包回转臂上各单包的计算重量。(4)显示大包回转臂上S型传感器的温度。(5)记录显示大包回转臂上各单包重量的历史数据。可根据用户需要，设置或查阅有关诸如日期、时间、炉号、包号、钢种、班次等参数信息，并将这些信息储存。(6)通过计算机串口将大包回转臂上各单包重量送大屏显示。(7)打印保存的数据或信息。
5 结 语
5.1 改造后的称重系统耐高温、抗冲击、防钢水飞溅等现场恶劣工况的能力显著提高。自投入运行以来，经受住了现场工况的考验，系统称重精度能够满足现场生产要求，可提示生产调度及时座包；提示操作员根据钢水重量启闭水口及换包，以保证实现保护浇铸，提高产品质量。
5.2 改造后的称重系统两种类型传感器全部国产；防护系统与滑线装置均自行设计制造,成功解决了回转体信号传输的难题；应用软件自行开发。与进口系统相比,价格不足其一半,极大地降低了成本。
5.3 改造后的称重系统现场适应性好、性能稳定、维护方便，特别是间接称重系统可逐步取代直接称重系统。
5.4 称重系统改造后可进一步完善。包台升降、转包时，对间接称重读数有影响，还需进一步提高软件系统处理升降、转包时等特殊工况时的能力，提高软件的拟合精度，最终使间接称重系统能完全取代直接称重。
宋 松，夏永海，李 梅
（济南钢铁集团总公司 装备部，山东 济南 250101）
摘 要：采用在升降液压缸底部安装传感器的间接称量法对济钢第一炼铁厂连铸机大包回转台的称重系统进行改造，同时对系统实行可靠的冷却防护和信号传输。改造后的称重系统提高了耐高温、抗冲击、防钢水飞溅能力，而且现场适应性好，性能稳定，维护方便。
关键词：称重系统；S形传感器；冷却防护；滑线装置
中图分类号：ＴＰ212 文献标识码：Ｂ 文章编号：1004-4620(2002)01-0011-03
Rebuilding on Weighting System of Ladle Swinging Table
SONG Song，XIA Yong-hai,LI Mei
(The Equipment Department of Jinan Iron and Steel Group,Jinan 250101,China)
Abstract：The weighting systems of ladle swinging table of continuous casting machines were rebuilt for No.1 steel making works at Jigang with the indirect metage method, and this method is realized by the probe installed at the bottom of the lift hydraulic cylinder. At the same time, these systems were preserved by reliable cooling protection and signal transmission. Having been rebuilt, the power of resistance to high temperature, impact and prevention to the molten steel splash of these systems was improved. These systems have the better adaptability to production, can be maintained conveniently and their properties are stable.
Key words：weighting system; S-form probe; cooling protection; slide line set
济南钢铁集团总公司第一炼钢厂（简称济钢第一炼钢厂）3#、4#板坯连铸机钢包回转台是济钢连铸的关键设备，由于现场环境温度高、冲击载荷大、座包过程中甚至有钢水飞溅，因此多年来一直缺少经久耐用的钢包称重系统。现场仅凭操作员经验判断浇铸过程钢包中钢水的剩余量。包台若实行保护浇注以提高铸坯质量，操作员便无法目测判断钢水的剩余量以及流速。为方便现场操作员工艺上的操作，满足现代化生产的要求，在原基础上对称重系统进行了新的改造。改造后的传感器采用了在升降液压缸底部安装传感器的间接称量法。
1 原设备存在的问题
1.1 防高温措施不当
应变式传感器工作温度一般不能超过150℃，而实际浇钢时秤台表面温度可达200℃。原系统没有对传感器实施可靠的冷却保护措施,且传感器输出电缆在恶劣的环境中亦有被烫坏、焊死的危险，原系统没有对传输系统进行可靠的保护。
1.2 抗冲击能力不够
由于包台实际座包时，很难做到冲击速度为0，因此实际冲击系数往往大于2。原系统中没有充分考虑抵抗冲击的能力。
1.3 信号传输方式不当
包台信号传输的动静问题没有解决好,经常发生电缆缠绕问题,将线绞断,致使传感器不能使用。
因此，钢包称重系统的耐高温抗过载技术以及信号传输问题是其系统技术中的重要环节。
2 改进后的称重系统
2.1 直接称重系统
2.1.1 传感器 直接称重系统采用传统的4点称重法，在每侧回转臂上安装4个称重传感器，每个传感器量程30t，可耐温150℃。传感器采用新设计的S形高温抗冲击称重传感器，其原理如图1所示。当传感器受力后，中间圆孔内壁的应力流经应变桥感受后输出至仪表。为提高传感器的抗过载能力，传感器S形开口设置为间隙t，当过载超过允许值时，间隙t闭合，从而实现可靠的机械保护。另外，传感器称重梁上固定3个橡胶缓冲套以缓冲座包时冲击，提高传感器的抗过载能力和使用寿命。
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图1 S形传感器示意图
为了解测点处温度的变化，在应变桥附近安装铂电阻在线测量温度。温度信号经信号线传至 计算机显示屏，随时监测传感器温度，提示生产操作人员传感器温度是否异常，以便及时检查防护系统并采取相应的措施。
2.1.2 冷却系统 为防止传感器及其周围温度过高而导致传感器失效，设计了冷却保护系统，主要包括传感器冷却防护套（见图2）和能适应大包台回转的回转气接头（见图3）。
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图2 传感器防护系统
1 梁 2 下垫板 3 防护罩 4 管接头 5 上垫板 6 S形传感器
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图3 回转气接头示意图
1 阀体 2 套 3 花螺母 4 法兰
冷却防护套固定在称重梁上，内端开设锥形孔，从四周向传感器吹风冷却。回转气接头固定 在包台中心的承重板上，采用德国GE-SW型自密封轴承，密封性良好；接头阀体固定不动，外套可回转，外套与连接的软管以及固定在大臂上的钢管可随大臂一起回转。
由厂房内压缩空气管道输送的压力空气经包台固定部分的风管上送至包台中心相对固定的回转气接头内，然后分别输送至每个称重传感器防护套，对传感器进行吹风冷却。现场测试，在正常生产中，每个传感器的温度小于90℃。
2.2 间接称重系统
间接称重系统安放在升降液压缸底部，为环形压力传感器，量程为360t。由于受高度限制，采用了结构特殊的环形传感器，其弹性体示意图如图4所示。当载荷P作用时，4个横孔内壁粘贴的应变桥信号与载荷P成线性关系。这种传感器能克服不同半径截面上的应力差别所带来的测量误差，因此具有较高的测量精度。此传感器测两包合重，用特殊编制的软件计算出在浇钢包重量与待浇钢包重量，并可在计算机及大屏上显示。此系统由于在设备底部，环境相对稳定，不受高温等恶劣环境影响，信号输出稳定，可靠性强。
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图4 环形传感器示意图
3 信号传输
常用的信号传输方法一般是滑环传输，应用广泛，但需成套引进，成本较高。本方案采用自行设计的电缆滑环传输。
3.1 传输方式
大臂每侧传感器出来的信号线外套高温耐火胶带，穿过事先铺设好的钢管后分别并联到A、B端子箱内，如图5所示。两端子箱出来的信号线经滑线装置、拨杆，穿过回转气接头预留的中心孔（见图3），通入设备底部，与下部传感器出来的信号线并联在端子箱C内，然后经电缆管道传送至操作室监控柜的仪表内，经A/D转换，分别于计算机或大屏显示。
信号显示有4种方式：仪表显示，计算机显示，仪表直接送大屏显示，仪表经计算机送大屏显示。后两种显示方式可通过开关进行切换。测点温度信号在计算机显示。
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图5 信号传输示意图
3.2 滑线装置
滑线装置在大包回转过程中能可靠地向外传输信号。如图6所示，滑架和支架通过一钢板固定在大臂内圈，小车安装在滑架上，可沿滑架滑行，小车下端悬垂着短环链。经A、B两个端子箱出来的电缆线和小车下端环链绑扎在一起。当大臂逆时针回转时，小车拉动电缆随大臂一同回转，回转360°后返回，小车随大臂反转而退回原位，电缆回缩。从而解决了电缆因为大臂回转而产生的缠绕现象。
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图6 电缆环形滑链示意图
1 电缆 2 支架 3 滑架 4 小车 5 拨杆6 通风管 7 回转气接头
4 软件
该软件使用组态王2.0版组态完成，可在WINDOWS 95环境下运行。显示画面可进行交互式操作，能很容易地取得相关的数据或信息，便于工艺操作。该软件的功能有：(1)对大包回转臂上S型传感器的压力、温度和大包回转台下环型传感器的压力进行实时数据采集和处理。(2)显示大包回转臂上各单包的实际重量。(3)根据大包回转台下环型传感器的力值，计算显示大包回转臂上各单包的计算重量。(4)显示大包回转臂上S型传感器的温度。(5)记录显示大包回转臂上各单包重量的历史数据。可根据用户需要，设置或查阅有关诸如日期、时间、炉号、包号、钢种、班次等参数信息，并将这些信息储存。(6)通过计算机串口将大包回转臂上各单包重量送大屏显示。(7)打印保存的数据或信息。
5 结 语
5.1 改造后的称重系统耐高温、抗冲击、防钢水飞溅等现场恶劣工况的能力显著提高。自投入运行以来，经受住了现场工况的考验，系统称重精度能够满足现场生产要求，可提示生产调度及时座包；提示操作员根据钢水重量启闭水口及换包，以保证实现保护浇铸，提高产品质量。
5.2 改造后的称重系统两种类型传感器全部国产；防护系统与滑线装置均自行设计制造,成功解决了回转体信号传输的难题；应用软件自行开发。与进口系统相比,价格不足其一半,极大地降低了成本。
5.3 改造后的称重系统现场适应性好、性能稳定、维护方便，特别是间接称重系统可逐步取代直接称重系统。
5.4 称重系统改造后可进一步完善。包台升降、转包时，对间接称重读数有影响，还需进一步提高软件系统处理升降、转包时等特殊工况时的能力，提高软件的拟合精度，最终使间接称重系统能完全取代直接称重。
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