摘  要 介紹高爐鐵水稱重裝置——斷軌式淺基坑小跨度靜態(tài)軌道衡的應(yīng)用，分析其構(gòu)成、原理、安裝及投用，為實(shí)現(xiàn)高爐鐵水“一罐到底”的目的提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞 斷軌式淺基坑小跨度靜態(tài)軌道衡一罐到底數(shù)傳器

1  前言

為了滿足高爐鐵水運(yùn)輸、煉鐵到煉鋼鐵水“一罐到底”的工藝要求，需要在高爐出鐵場下方的鐵路線上安裝鐵水稱重工藝計量秤，用來計量鐵水罐所裝鐵水的重量，同時監(jiān)控鐵水液位，避免出鐵時鐵水溢出鐵水罐而引發(fā)事故。在鐵路線上安裝鐵水稱重計量裝置，首先要考慮鐵路線運(yùn)輸?shù)陌踩?，能承受機(jī)車過往時的沖擊和所載的重量，這就要求要有堅實(shí)的地坪基礎(chǔ)、牢固的鋼結(jié)構(gòu)秤架底座，其次才是鐵水稱重計量精度滿足要求。通常情況下，一般采用挖深坑做混泥土基礎(chǔ)平臺，鋼結(jié)構(gòu)秤架底座通過螺栓安裝在混泥土基礎(chǔ)平臺上，底座上安裝稱重傳感器和秤臺，秤臺上安裝稱量軌，稱量軌與火車鐵軌間采用過渡引軌，過渡引軌安裝在鋼結(jié)構(gòu)秤架底座上，底座設(shè)安全保護(hù)限位、過渡引軌采取防爬措施。安裝這樣一臺深基坑鐵水軌道秤，雖然精度有保證，但需要大量的土建工程，秤的結(jié)構(gòu)件較多，秤體相對較長，設(shè)備費(fèi)和安裝成本也較高，且施工時間長，維護(hù)不方便，基坑容易積水等弊端。近年來，一種無需混泥土基礎(chǔ)、小跨度、結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護(hù)方便、施工時間短等優(yōu)點(diǎn)的斷軌式淺基坑靜態(tài)小跨度軌道衡被當(dāng)作高爐鐵水工藝稱重計量秤使用。

2  斷軌式淺基坑小跨度靜態(tài)軌道衡的構(gòu)成

斷軌式淺基坑靜態(tài)軌道衡由軌道式稱重傳感器、特殊秤體、數(shù)傳器、稱重控制器、大屏顯示器、超限和對位提示報警系統(tǒng)及附件等組成。

（1）特殊秤體

特殊秤體為整套軌道衡的關(guān)鍵部件，應(yīng)根據(jù)所稱載鐵水罐的重量、運(yùn)載鐵水罐臺車輪子數(shù)量和中心距、鐵路線的跨距等技術(shù)參數(shù)由秤的廠家專門設(shè)計制作，為整體鋼結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過特殊處理和試驗(yàn)，確保了鐵路線上運(yùn)輸?shù)陌踩?。橫梁與豎梁整體焊接，橫梁相當(dāng)于鐵路線的枕木，豎梁上安裝軌道式稱重傳感器、鐵軌，設(shè)有保護(hù)限位拉桿，可拆卸的傳感器、鐵軌通過高強(qiáng)度螺栓固定。軌道衡采取鐵水罐半邊受力稱重方式，因此秤體跨度小，秤體長度僅為鐵水罐臺車長度一半偏多。秤體總高度（含安裝上的軌道式稱重傳感器）≤600 mm。

圖1  130T敞開式鐵水罐軌道衡特殊秤體示意圖

圖2  130T敞開式鐵水罐軌道衡特殊秤體示意圖

圖3 130T敞開式鐵水罐軌道衡特殊秤體示意圖

（2）軌道式稱重傳感器

軌道式稱重傳感器為橋式承載形式的傳感器，安裝在特殊秤體的豎梁平面上。傳感器受力平面為微凹圓弧面，有利于鐵水罐臺車輪子的定位。傳感器受力段距離不小于400 mm，鐵水罐臺車輪子受力段距離內(nèi)各點(diǎn)承載受力產(chǎn)生的電勢信號基本一致，保證了測量精度。傳感器內(nèi)部的空隙采用耐高溫隔熱硅橡膠材料填充，耐高溫電纜采取底部引出方式，地下穿管引至就近數(shù)傳器，具有很好的耐高溫防護(hù)。傳感器與秤體間采用嵌入式螺栓固定，稱重傳感器底座兩邊的秤體平面上有焊接擋塊，保證了安裝的牢固又克服了受車輛沖擊時左右的晃動。稱重傳感器前后端與鐵軌間的微小縫隙安裝時用密封膠注入，防止了砂石的進(jìn)入。因軌道式稱重傳感器為廠家專門制造，需提供鐵水稱載的最大重量和火車臺車輪子的直徑，傳感器寬度適當(dāng)比鐵軌稍寬。

（3）數(shù)傳器

數(shù)傳器為稱重傳感器提供12 VDC工作電源，并接受稱重傳感器承載鐵水重量產(chǎn)生的mv電信號，通過放大處理后，輸出數(shù)字信號給稱重控制器。數(shù)傳器裝于儀表保護(hù)箱內(nèi)，與秤體就近且安裝，避免鐵水潑濺時高溫的損害，電纜穿鋼管埋于鐵路砂石下。

（4）稱重控制器

稱重控制器是核心關(guān)鍵儀表，裝于儀表保護(hù)箱內(nèi)安裝在出鐵場平臺安全處，為數(shù)傳器供電、接受稱重數(shù)字信號，對信號進(jìn)行處理，最終在液晶顯示屏上顯示鐵水罐的皮重、總重和鐵水凈重，通過報警觸點(diǎn)輸出報警信號?？蔀樯衔粰C(jī)和大屏顯示器輸出數(shù)字、模擬信號，便于遠(yuǎn)距離清晰監(jiān)控。具有設(shè)定、校秤、故障查詢、自動零點(diǎn)校正等功能。

（5）大屏顯示器

大屏顯示器一般安裝在方便人員觀測的位置，出鐵場平臺上安裝便于爐前工控制鐵水的重量，下方的鐵路線側(cè)安裝便于鐵路調(diào)度員和火車司機(jī)觀測及調(diào)度。重量顯示方式由稱重控制器設(shè)定，與稱重控制器同步顯示。

（6）超限和對位提示報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)為聲光報警，外置“確認(rèn)”、“消音”按鈕，為重量設(shè)定報警，通過稱重控制器設(shè)定重量報警值、重量區(qū)間值及時間?？裳b在大屏顯示器旁，以便監(jiān)控和報警。當(dāng)鐵水罐空罐定位在稱量有效段，秤值滿足報警設(shè)定值，停留時間到后，發(fā)出聲光報警，通過按鈕進(jìn)行確認(rèn)、消音。

（7）附件

附件包含引軌、過渡軌、軌道抱板、儀表保護(hù)箱、電纜、高強(qiáng)度緊固件。引軌、過渡軌出廠時已安裝在特殊秤體上，材質(zhì)與鐵軌一致。

3  斷軌式淺基坑小跨度靜態(tài)軌道衡的工作原理

鐵水罐臺車前端（或后端）的車輪壓在鐵路線上軌道衡的稱重傳感器有效段時，稱重傳感器因受到重力作用阻抗發(fā)生變化，從而產(chǎn)生mv直流電信號，直流電信號經(jīng)電纜送到數(shù)傳器放大、處理成與稱重值對應(yīng)的數(shù)字信號后，送到稱重控制器在進(jìn)行處理、運(yùn)算后，在屏幕上顯示鐵水罐臺車的重量值。同時輸出數(shù)字信號、模擬信號和觸點(diǎn)信號，以便傳輸給上位機(jī)、顯示大屏和報警系統(tǒng)等。稱重控制器通過設(shè)定，可同時顯示皮重、總重或凈重，并傳輸?shù)酱笃聊伙@示屏上，為爐前工出鐵操作擺動溜咀、控制鐵水罐鐵水裝載量提供技術(shù)支撐，也為火車調(diào)度員、火車司機(jī)在車輛準(zhǔn)確對位、啟停上提供幫助，在高溫、煙塵惡劣環(huán)境中做到數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)鐵水“一罐到底”的目的。

圖4 工作原理圖

4  安裝及投用

4.1 安裝

根據(jù)秤體長度切割鐵軌，使中心點(diǎn)位于出鐵擺動溜咀出鐵時落下的垂直點(diǎn)位上。移走切割鐵軌和下方的枕木，開挖安裝秤體的基坑，基坑寬度2.4 m、深度0.6 m、長度為秤體的長度，基坑底部平整、并用砂石填充并夯實(shí)，形成承載力不小于200 KPa的持力層，控制基坑深度為585 mm。

將秤體吊裝入坑，復(fù)核標(biāo)高、對齊前后路基軌道無誤后，安裝傳感器、引軌、過渡軌，路基軌道與引軌用軌道抱板加固，秤體兩端的路基軌道需鐵路方加裝橫向防護(hù)限位拉桿。用萬用表檢測傳感器阻抗，各只應(yīng)一致。敷設(shè)鍍鋅鋼管，把傳感器電纜穿管引至數(shù)傳器內(nèi)。軌道接縫處填充密封固體膠，防止沙子和塵土進(jìn)入?；靥铊F路石子，并填實(shí)，最后鋪一層黃沙，便于鐵水濺落時的清理，同時也起到隔熱保護(hù)傳感器和穿管電纜的作用。

圖5  秤體安裝后砂石回填圖

安裝數(shù)傳器、稱重控制器、對位超限報警裝置，安裝時盡量避開出鐵時鐵水流的烘烤和飛濺、且容易觀測和維護(hù)的地方，電纜穿管敷設(shè)。最后電纜校對接線，系統(tǒng)通電。

4.2 投用

投用前應(yīng)系統(tǒng)確認(rèn)，秤體上的軌道、傳感器應(yīng)與路基軌道在一條線上且高度一致，各儀表顯示正常。在稱重控制器上設(shè)定儀表參數(shù)，記錄下各只傳感器在空載時的mv值和匯總后的mv值，此時應(yīng)為零，進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定。聯(lián)系已知重量的空鐵水罐及臺車（重量可通過鐵路線上的整體高精度稱重裝置稱量獲得），通過火車機(jī)車?yán)\(yùn)到高爐出鐵場下方的鐵路線上，在人員組織到位下，用已知重量的空鐵水罐及臺車來標(biāo)定軌道衡。使臺車前端的輪子壓在軌道式稱重傳感器的有效稱量段的中點(diǎn)上，此時鐵水罐中心垂直正對擺動溜咀下降點(diǎn)上，在稱重控制器上進(jìn)行標(biāo)定，使秤值顯示與已知重量值一致，同時大屏顯示器也顯示此時的重量值、對位報警發(fā)出聲光報警；分別使臺車前端的輪子壓在軌道式稱重傳感器的有效稱量段的前端、后端點(diǎn)位上，此時秤值顯示應(yīng)在誤差范圍內(nèi)，聲光對位報警繼續(xù)發(fā)出；標(biāo)定時做好記錄，并記錄在加載時各只傳感器的mv值和匯總后的mv值，為以后維護(hù)作數(shù)據(jù)參考。加載標(biāo)定完成后，火車機(jī)車?yán)\(yùn)空鐵水罐及臺車離開軌道衡，此時儀表上的稱重值回零，標(biāo)定完成。

標(biāo)定結(jié)束后，記錄稱重控制器內(nèi)的標(biāo)定系數(shù)和其它參數(shù)值，軌道衡即可投入使用。首次投用應(yīng)校驗(yàn)超限報警設(shè)定值，根據(jù)稱量情況適當(dāng)調(diào)整。

5  軌道衡的主要技術(shù)性能

系統(tǒng)稱量精度：±0.5 %FS

最大安全過載：150 %FS

校準(zhǔn)周期：6個月

最小顯示分度值：100 kg

施工需要時間：≤12小時

6  應(yīng)用情況及分析

斷軌式淺基坑小跨度130T靜態(tài)軌道衡于2016年6月份起開始在昆鋼本部高爐3號出鐵口安裝，同年底又在1、2號鐵口，共安裝6臺。每臺軌道衡采用4只30T軌道式稱重傳感器、1臺特殊秤體、1臺數(shù)傳器、1臺稱重控制器、2臺大屏顯示器、1套報警裝置、1套安裝附件。安裝時未影響到高爐正常出鐵，安裝后即投入使用。

準(zhǔn)確對位，借助對位報警提醒和重量值大屏顯示，使鐵水罐臺車前端的4個輪子精準(zhǔn)壓在軌道式稱重傳感器有效段的受力面上，才能保證鐵水稱重計量的精確。為加強(qiáng)責(zé)任心，調(diào)動職工的積極性，高爐上為此專門制定經(jīng)濟(jì)考核獎懲制度。

定期校準(zhǔn)，是驗(yàn)證軌道衡精度的必要措施。秤體、鐵路線受機(jī)車過往的重壓和沖擊，時間長了路基會發(fā)生細(xì)微變化，軌道衡又是半邊稱重方式，受力也將發(fā)生變化，因此需要定期用已知重量罐校對，才能保證系統(tǒng)的稱重精度。

經(jīng)常性檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。檢查軌道衡周圍的地面上是否有濺落的鐵渣、鐵塊，如有及時清除并回填砂石；軌道衡各部件與路基軌道的高度、平齊度應(yīng)一致，確保行車安全；傳感器兩側(cè)的黃沙要及時填補(bǔ)，更好的隔熱保護(hù)傳感器。

昆鋼本部高爐自從安裝、使用斷軌式淺基坑小跨度130T靜態(tài)軌道衡后，通過高爐爐前工和火車?yán)\(yùn)人員不斷摸索，已使鐵水罐定量裝載鐵水正點(diǎn)率（50±1 T范圍內(nèi)）達(dá)到了95 %以上，實(shí)現(xiàn)了鐵水熱裝熱送、“一罐到底”的目的，為公司節(jié)能降本再添了新節(jié)。

7  結(jié)束語

斷軌式淺基坑小跨度靜態(tài)軌道衡是無混泥土基礎(chǔ)、淺基坑、小跨度的鐵水工藝稱重計量秤，而且投資省、安裝時間短、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高爐后期上的鐵水工藝稱重系統(tǒng)，隨著秤體和稱重傳感器制作的不斷優(yōu)化，相信會越來越多地應(yīng)用在鋼鐵高爐上。