文章主要介紹了一種用于冶金連鑄機(jī)大包鋼水稱重的高精度電子秤,該電子秤由大包傳力復(fù)位系統(tǒng)、高溫傳感器、無線傳輸系統(tǒng)、稱重顯示系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成.其中大包秤傳力復(fù)位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由我公司技術(shù)人員獨(dú)立設(shè)計(jì)制造，通過近年連續(xù)運(yùn)行檢驗(yàn)，該大包電子秤的精度和穩(wěn)定性良好，熱態(tài)運(yùn)行準(zhǔn)確度優(yōu)于用效果良好，具有推廣應(yīng)用價(jià)值.
一、引言
連鑄回轉(zhuǎn)臺(tái)大包鋼水稱重系統(tǒng)是鑄坯澆鑄過程中重要的檢測(cè)設(shè)備。根據(jù)煉鋼生產(chǎn)工藝及管理的需要，能實(shí)時(shí)顯示處于澆鑄過程中鋼包中鋼水重量的變化，預(yù)知鋼水包中的鋼水量和鋼渣量，提供連鑄切換鋼包的時(shí)間、配合下渣檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)閉滑動(dòng)水口，達(dá)到降低煉鋼成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。但連鑄回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包鋼水重量在線檢測(cè)仍是困擾行業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，主要因素是環(huán)境溫度高、連續(xù)澆注時(shí)間長(zhǎng)、沖擊載荷大、鋼渣粉塵多等因素。經(jīng)過多年對(duì)國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品分析研究，并結(jié)合連鑄工藝的特點(diǎn)，我公司研發(fā)出一種實(shí)用型高精度連鑄回轉(zhuǎn)臺(tái)大包電子秤簡(jiǎn)稱駝背式大包電子秤，該秤成功運(yùn)用于湖北新冶鋼煉鋼事業(yè)部轉(zhuǎn)爐廠1號(hào)、2號(hào)連鑄及電爐廠2號(hào)，3號(hào)連鑄回轉(zhuǎn)臺(tái)上，經(jīng)過 個(gè)月的連續(xù)運(yùn)行，大包電子秤的精度和穩(wěn)定性良好，熱態(tài)運(yùn)行準(zhǔn)確度優(yōu)于，使用效果良好。
二、駝背式大包秤技術(shù)指標(biāo)和工藝條件
技術(shù)指標(biāo)和工藝條件如下:稱量范圍：0-450t(可選);系統(tǒng)稱量精度:優(yōu)于0.3%（準(zhǔn)確度等級(jí)IV級(jí)秤);最小分度: 100kg (可選);標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào): 4-20mA ;稱重功能:去皮、置零零點(diǎn)跟蹤功能(可選);安全超載能力:150%；結(jié)構(gòu)形式:非標(biāo);供電電源:AC220V±10%/50HZ±2%/10V.A左右；環(huán)境溫度：-10-300℃.
三、結(jié)構(gòu)組成及工作原理
駝背式大包秤由大包傳力復(fù)位系統(tǒng)、高溫傳感器、無線傳輸系統(tǒng)、稱重顯示系統(tǒng)及PLC控制
系統(tǒng)組成。
1.駝背式大包秤傳力復(fù)位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
我公司技術(shù)人員結(jié)合多年連鑄機(jī)大包鋼水稱重機(jī)構(gòu)攻關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，吸收國(guó)內(nèi)外連鑄機(jī)大包稱重
機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合我公司連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)大臂的結(jié)構(gòu)獨(dú)立設(shè)計(jì)了駝背式稱重機(jī)構(gòu)，傳力復(fù)位系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
2.駝背式大包秤系統(tǒng)原理框圖(圖2)
3.駝背式大包秤系統(tǒng)原理
當(dāng)鋼水包坐在連鑄回轉(zhuǎn)臺(tái)大包懸臂上的稱重箱體上時(shí)，機(jī)械傳力機(jī)構(gòu)將力傳力至4個(gè)承重點(diǎn)
上的高溫傳感器，高溫傳感器將力轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)輸出，此信號(hào)通過YH3120E型儀表進(jìn)行放大、濾波后，送高精度A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再通過WC-F型無線發(fā)射機(jī)發(fā)射，經(jīng)WC-S型無線接收機(jī)接收后送至YH-3120W型儀表還原成數(shù)字量、微電腦將該轉(zhuǎn)換值讀入處理器后經(jīng)標(biāo)定運(yùn)算、一路到顯示器顯示輸出，另一路通過4-20mA輸出給PLC至上位機(jī)顯示和控制。
四、連鑄回轉(zhuǎn)臺(tái)大包秤工況分析
1.澆注過程環(huán)境溫度分析
澆注過程的高溫環(huán)境是影響大包秤精度和穩(wěn)定性的重要因素，高溫主要來源于盛滿1600℃
鋼水包的外壁和澆注過程中的高溫烘烤，為得到澆注過程中溫度變化，我們對(duì)湖北新冶鋼連鑄大包秤澆鑄過程溫度進(jìn)行了測(cè)試，如表1所示。
從2號(hào)連鑄大包秤澆鑄過程溫度測(cè)試記錄分析：
(1)鋼包外壁溫度在280℃左右，鋼包外壁溫度受環(huán)境因素、鋼包耐溫材料、使用頻次等多重因素的影響，稱重箱外側(cè)溫度為80℃左右，受澆注時(shí)間影響不大。
(2)稱重箱內(nèi)側(cè)溫度隨澆注時(shí)間的延長(zhǎng)溫度逐漸升高，從160℃升只210℃左右。
(3)稱重箱承重壓頭溫度隨澆注時(shí)間的延長(zhǎng)溫度也呈現(xiàn)升高，從160℃升至200℃左右。
(4)從稱重箱內(nèi)側(cè)到稱重箱外側(cè)存在溫度梯度，即210℃80℃.
2.鋼包座位及承載力的分析
在行車吊運(yùn)鋼水包坐包過程中，由于行車操作室離地面較高，降落時(shí)憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行座包操作，
當(dāng)成百噸的鋼包落下時(shí)，因高度落差和座包速度，會(huì)產(chǎn)生巨大的垂直沖擊力峰值，其垂直沖擊力對(duì)傳感器有致命的影響，不同的座包速度，其沖擊力峰值也不盡相同。
的水平縱向沖擊，對(duì)稱重傳感器帶來致命的傷害。鋼水包包耳導(dǎo)入傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)后，回轉(zhuǎn)臺(tái)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的水平橫向沖擊力，這個(gè)巨大的沖擊力會(huì)使稱重機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定的水平位移，而影響稱重精度和秤的重復(fù)性。
五、駝背式大包秤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
一臺(tái)良好的高精度大包秤應(yīng)具有:
（1）能有效克服鋼水包座包時(shí)對(duì)大包秤傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)(秤體)和高溫稱重傳感器的垂直、水平?jīng)_擊。
（2）能克服連續(xù)拉坯過程中高溫及輻射對(duì)高溫傳感器參數(shù)的影響或損壞。
（3）具有高品質(zhì)的高溫稱重傳感器，在連續(xù)高溫、高壓環(huán)境中高溫傳感器各項(xiàng)參數(shù)較為穩(wěn)定，溫度漂移較小。
（4）能有效解決行車高空作業(yè)時(shí)，鋼水包安全可靠的落位問題。
（5）適合于冶煉連鑄連續(xù)快速生產(chǎn)，安裝檢修方便。
（6）消除其它條件或意外因素帶來的影響。
1.大包秤稱重機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
大包秤的稱重機(jī)構(gòu)(傳力復(fù)位系統(tǒng))是大包秤的三個(gè)基本組成部分之一，它的設(shè)計(jì)、安裝合理與否，直接決定了一臺(tái)大包秤的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。該款高精度大包秤的稱重機(jī)構(gòu)(傳力復(fù)位系統(tǒng))由稱重傳力復(fù)位框架、高溫稱重傳感器、承重壓頭、減震碟簧、二次導(dǎo)向、軸套限位
安全限位組成，如圖3所示.
（1)高空吊運(yùn)鋼包包耳準(zhǔn)確、平穩(wěn)導(dǎo)入大包秤的稱重機(jī)構(gòu).
(2)系統(tǒng)要有足夠的剛度和強(qiáng)度，能確保載荷通過稱重傳感器的加載軸線準(zhǔn)確地傳遞到傳感
器上，并且具有良好的傳力重復(fù)性.
(3)能有效克服大包坐包時(shí)的垂直和水平?jīng)_擊力向稱重傳感器的傳遞，并起到緩沖作用.
(4)允許稱重傳感器在誤差范圍內(nèi)產(chǎn)生移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，但接觸面間不應(yīng)因摩擦力而產(chǎn)生重量
誤差.
(5)要求傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)的彈性變形能保持一致.即傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)能減小大包澆鑄過程中溫度
造成的膨脹變形和受力產(chǎn)生的應(yīng)變變形對(duì)稱重結(jié)果的影響.
(6)系統(tǒng)應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性和可靠性.
（7）能防止鋼水的外濺及溶渣的外溢對(duì)傳感器及傳輸線路的傷害。
（8）便于安裝檢修和維護(hù)，適應(yīng)冶煉連鑄生產(chǎn)的快節(jié)奏。
2.鋼包導(dǎo)入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
連鑄跨行車多為大型龍門吊，龐大的鋼水包是靠行車操作工人用目測(cè)的方法將鋼水包座包到
幾十米的回轉(zhuǎn)臺(tái)稱重懸臂上，若回轉(zhuǎn)臺(tái)稱重懸臂上不設(shè)置引導(dǎo)裝置，要使鋼水包準(zhǔn)確放入指定稱重機(jī)構(gòu)是難以做到的。
為了準(zhǔn)確安全地將鋼水包導(dǎo)入稱重傳力復(fù)位系統(tǒng)，在回轉(zhuǎn)臺(tái)稱重懸臂設(shè)計(jì)了一次、二次雙
重導(dǎo)向限位，導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)外形如圖4所示。
一次導(dǎo)向限位的作用是防止鋼包撞擊稱重傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)，前矮后高搭配方式。前部導(dǎo)向裝置
的頂部制作成一定斜面，給吊運(yùn)操作工人一個(gè)明顯的參照標(biāo)志;前部導(dǎo)向裝置為水平防撞結(jié)構(gòu)，當(dāng)包耳水平接近后部導(dǎo)向時(shí)，后部導(dǎo)向裝置會(huì)帶動(dòng)包耳順利進(jìn)入稱重機(jī)構(gòu)，提高操作安全性，同時(shí)又可保護(hù)稱重機(jī)構(gòu)。
二次導(dǎo)向限位是安裝在稱重機(jī)構(gòu)上，采用前后對(duì)稱方式設(shè)計(jì)，其作用準(zhǔn)確定位鋼包吊耳在稱
重機(jī)構(gòu)中的位置，防止鋼包與一次導(dǎo)向或與懸臂檫靠，引起稱重誤差。
3.克服垂直沖擊力和水平?jīng)_擊力的設(shè)計(jì)
為克服垂直沖擊力，在稱重傳力復(fù)位系統(tǒng)中設(shè)計(jì)采用了碟簧作為減震裝置，該跌簧減震能有
效克服和釋放垂直沖擊力對(duì)稱重傳感器的沖擊。
為消除水平?jīng)_擊力，在稱重傳力復(fù)位系統(tǒng)中設(shè)計(jì)采用了軸套限位，該限位由導(dǎo)軸導(dǎo)套(內(nèi)襯高強(qiáng)度橡套)導(dǎo)軸座、止套法蘭等部件組成，如圖5所示。
在稱重傳力復(fù)位系統(tǒng)中每一個(gè)稱重箱內(nèi)安裝有前、后、中三套軸套限位，該限位在整個(gè)系統(tǒng)
其作用如下:
（1）它能確保載荷通過稱重傳感器的加載軸線準(zhǔn)確地傳遞到傳感器上，并且具有良好的傳力重復(fù)性。
（2)能有效消除座包、回轉(zhuǎn)臺(tái)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來的縱向、橫向沖擊力，并能克服熱脹冷縮帶來
的偏移。
（3）能保證傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)的彈性變形能保持一致。即傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)能減小大包澆鑄過程中溫度造成的膨脹變形和受力產(chǎn)生的應(yīng)變變形對(duì)稱重結(jié)果的影響。
4.載荷傳力方式設(shè)計(jì)
力傳遞系統(tǒng)由壓頭、防塵法蘭、軸套、碟簧、軸套底座、傳力復(fù)位框架、傳感器壓頭、
高溫稱重傳感器及傳感器基板組成，如圖6所示。
在設(shè)計(jì)大包秤時(shí)，應(yīng)注重消除影響大包秤準(zhǔn)確度的因素，尤其要重視大包秤的穩(wěn)定性和可靠
性。除精心設(shè)計(jì)和制造的高溫稱重傳感器和顯示器外，還必須十分重視外加載荷必須通過傳力復(fù)位系統(tǒng)將力始終作用于稱重傳感器中心線上，并盡量不受橫向載荷和扭曲力影響。
這里載荷傳力方式采用了圓弧形承載壓頭配圓弧傳感器壓頭方式設(shè)計(jì)，中間用碟簧進(jìn)行過渡
起減震作用，這樣能使外加載荷垂直作用于稱重傳感器，減少力傳遞系統(tǒng)所引入的附加誤差。
5.高溫稱重傳感器的設(shè)計(jì)
要克服澆注過程的高溫環(huán)境對(duì)稱重精度的影響，高溫稱重傳感器的內(nèi)在質(zhì)量非常重要，在駝
背式大包秤中采用的是平面凹槽橋式高溫傳感器，各技術(shù)參數(shù)通過模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行加溫加壓測(cè)試，確保各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)GB/T7551-2008標(biāo)準(zhǔn)。
（1）平面凹槽橋式高溫傳感器的特點(diǎn)是:噸位量程大、外形尺寸寬、平面承載、采用限位式安裝、更換，拆卸方便。
（2）平面凹槽橋式高溫傳感器采用進(jìn)口玻璃纖維增強(qiáng)型聚酰亞安基底卡碼溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)設(shè)計(jì)制造，具有如下特點(diǎn):
工作溫度:-40℃-+250℃.
采用進(jìn)口貼片膠和保護(hù)面膠，工作溫度:40℃-+250℃.
采用進(jìn)口耐高溫焊錫，熔點(diǎn)溫度:305-365℃.
采用耐高溫引線與接線端子，耐溫250℃，采用耐高溫電纜和耐高溫接頭。
具有在長(zhǎng)期高溫?zé)岱洹h(huán)境溫度梯變或瞬變等惡劣條件下，保持稱重或測(cè)力的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
能替代國(guó)內(nèi)外同類型耐高溫傳感器產(chǎn)品。耐高溫達(dá)250℃，適用于如車載鋼水包秤、連鑄鋼
水包秤、鋼水包行車吊秤等熱態(tài)高溫環(huán)境計(jì)量。
（3）高溫稱重傳感器性能指標(biāo)(表2)
六、駝背式大包秤與其他類型大包秤比較的特點(diǎn)
（1）用了兩次導(dǎo)向，能有效克服坐包后鋼包與一次導(dǎo)向(防撞塊)產(chǎn)生的側(cè)向摩擦附加力帶
來的誤差。
（2）駝背式大包秤在兩端和中間位置采用高溫橡套軸式限位，能有效克服熱脹冷縮帶來的弊端，克服鋼包坐包時(shí)的測(cè)向沖擊，復(fù)位性較好。
（3)駝背式大包秤在球面壓頭下方采用了碟簧減震措施，能有效克服坐包時(shí)的沖擊，保護(hù)稱
重傳感器不被損壞.
(4）駝背式大包秤能有效克服鋼包吊耳底部不平帶來的側(cè)向誤差.
（5）駝背式大包秤檢修維護(hù)更加方便。
七、效果驗(yàn)證
2013年底，對(duì)湖北新冶鋼轉(zhuǎn)爐1號(hào)、2號(hào)連鑄大包秤、電爐2號(hào)3號(hào)連鑄回轉(zhuǎn)臺(tái)大包秤進(jìn)行了改造，從改造效果看(圖8)，常溫標(biāo)準(zhǔn)包測(cè)試5組數(shù)據(jù)只有±2個(gè)字的變化誤差，精度大0.1%，在熱態(tài)下連續(xù)運(yùn)行中，確認(rèn)運(yùn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度達(dá)35%0.
2015年7月，對(duì)湖北新冶鋼在用4臺(tái)連鑄機(jī)8套駝背式大包秤進(jìn)行評(píng)估，8套駝背式大包秤運(yùn)行數(shù)據(jù)跟蹤，與天車秤同步比對(duì)，轉(zhuǎn)爐1號(hào)連鑄大包計(jì)量數(shù)據(jù)跟蹤統(tǒng)計(jì)如表3所示。優(yōu)于在國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品。該結(jié)構(gòu)大包秤還可用于車載鋼包秤、鑄錠車秤和鐵水包秤等熱態(tài)衡器。
八、今后研究方向
通過多年來對(duì)連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)稱重系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，我們討論確定了今后的研究方向
(1)對(duì)高溫稱重傳感器進(jìn)行加溫加載實(shí)驗(yàn)，尋求溫度和重力雙作用對(duì)高溫傳感器重量輸出實(shí)際影響，形成數(shù)學(xué)模型，配合傳感器專業(yè)制造商優(yōu)化高溫傳感器制作工藝和溫度補(bǔ)償技術(shù)。
（2）對(duì)冶金特鋼行業(yè)連鑄冶煉特殊品種的鋼種在連續(xù)澆鑄時(shí)同時(shí)進(jìn)行電磁攪拌，鋼液溫度較普通品種高，冶煉過程不允許拉弧，需要對(duì)稱重系統(tǒng)的稱重機(jī)構(gòu)(秤體和導(dǎo)向裝置)進(jìn)行絕緣，根據(jù)連鑄特殊冶煉工藝要求，我們需要研究設(shè)計(jì)制作絕緣稱重機(jī)構(gòu)來滿足冶煉要求。
