凌 云

（南京中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京210000）

1 探尺簡介

高爐探尺通過探測生產(chǎn)過程中的爐內(nèi)料面的高度變化，偵測出高爐料面的下降速度，及時準(zhǔn)確地提供加料信息，同時為判斷高爐生產(chǎn)是否順暢提供了重要的參考數(shù)據(jù)[1]。

據(jù)現(xiàn)況來看，全球所有國家使用的探尺主要分兩種類型：普通整體式機械探尺、分體式機械探尺。

根據(jù)相應(yīng)設(shè)備的整體布置來講，爐頂空間不足，在其放置的設(shè)備不能過大。因為分體式機械探尺的體積相當(dāng)大，所以不適合將整個探尺放置在爐頂（見圖1）。安裝的具體操作流程是先把探尺的驅(qū)動裝置放置安裝在高爐卷揚機室，利用鋼絲繩穿過天輪傳動，至爐頂探尺本體卷筒（詳細(xì)見圖1），然后試卷筒轉(zhuǎn)動從而使鋼絲繩吊起重錘一起做升降運動。這種方式雖然解決了分體式探尺的安裝問題，但是也存在很多弊端，比如傳動距離太長，鋼絲繩需要不斷縮緊，比較容易發(fā)生故障，浪費空間，且故障報修都比較繁瑣等。

圖1 分體式探尺設(shè)備布置圖

尤其是在每次校零的時候，需要各類工作人員的一起配合才能完成工作，此過程很艱難繁瑣，鉗工和電工需要在爐頂，其他崗位人員在卷揚機室、爐內(nèi)一起操作，既浪費時間又浪費人力資源，需要包括兩個崗位人員、三個電工以及四個鉗工在內(nèi)九人，但是效率很低。

正是由于分體式探尺以上問題的存在，所以集成式探尺日漸成為市場主流選擇。

2 集成式探尺的存在問題及分析

2.1 存在問題

隨著使用的日益增多，集成式探尺在應(yīng)用過程中也逐漸暴露出不少問題，主要集中在以下兩方面：

（1）探尺的運行狀態(tài)不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)各種誤判，比如探尺仍在下落但誤判為到達料面，探尺到達了料面，沒有得到準(zhǔn)確響應(yīng)，仍然繼續(xù)放尺。

（2）探尺重錘在使用過程中經(jīng)常脫落，而且正常使用中也很容易出現(xiàn)倒錘現(xiàn)象，影響對料面高度的準(zhǔn)確判斷。

2.2 具體分析

（1）針對探尺的運行狀態(tài)不穩(wěn)定的問題展開分析，根據(jù)其設(shè)備的功能特點，按工作狀態(tài)可以把探尺分為提尺、放尺、停尺以及浮尺四個階段。

在探尺的整個工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，憑借變頻器的力矩和速度的同時控制來進行放尺轉(zhuǎn)換到浮尺這個過程，而其他過程則都是依靠主令控制器和編碼器的位置信號的指引來進行。也可以通過爐頂裝料程序的指令來運行。

1）放尺與浮尺的過程：

電機輸出力矩M放由變頻器控制從而放尺，很明顯有：

式中，G錘為重錘的重量，kg；R為卷筒的半徑，m；M阻為摩擦等阻力矩，N·m；△M放為放尺驅(qū)動力矩，N·m.

△M放作用在重錘上，從而使重錘勻加速下降。加速待速度達到V放的時候，重錘則由變頻器控制，再進行勻速下降運動。當(dāng)V放≈0時，重錘觸碰到料面，此時電力輸出力矩M浮由變頻器控制，從而使探尺轉(zhuǎn)換至浮尺狀態(tài)。

同樣：

很顯然，在式（1）和式（2）中，控制的關(guān)鍵在于浮尺校正力矩△M浮和放尺驅(qū)動力矩△M放，其值一般取：

其中M額為電機的額定力矩，N·m.

待重錘觸及料面，電機將會產(chǎn)生浮尺力矩M浮.重錘放尺會有慣性，根據(jù)慣性原理，重錘就會出現(xiàn)傾斜等不正?，F(xiàn)象的校正。

2）傳動阻力矩

探尺的傳動阻力矩M阻由很多因素組成，主要有矩卷筒軸承的摩擦阻力矩、卷筒軸旋轉(zhuǎn)密封副和卷筒軸承的摩擦阻力矩，編碼器的附加阻力矩等。從式（1）和式（2）不難得知，探尺的測量精度隨著M阻的波動的減小而增高。G錘R須遠(yuǎn)大于M阻.M阻過大會導(dǎo)致△M放偏小，其值會小于M額×20%，并且△M浮則會更小，其值也小于M額×10%.由于不能調(diào)出太小的超限力矩值，及變頻器的精度有限，這樣就會導(dǎo)致重錘可能傾斜，或者是橫放于料面之上，其狀態(tài)無法判斷。M阻的波動值△M阻也是這樣，如M阻和△M阻都過大，由于△M阻的作用，會在放尺的過程中，試變頻器產(chǎn)生誤判，認(rèn)為尚在下落中的重錘已經(jīng)到達料面，從而發(fā)生誤探料事故。

由此可見，探尺要想有穩(wěn)定良好的工作狀態(tài)，必須少受附加阻力矩影響，尤其是盡量減小和避免那些變化無規(guī)律的附加波動阻力矩。

（2）針對探尺重錘的問題展開分析

1）重錘容易脫落是由于鏈條太細(xì)，強度不夠，而如果加粗鏈條，會帶來兩方面問題，首先是鏈條加粗后在卷筒上所占體積增大，卷筒勢必也要變大，造成整個設(shè)備體積增大，而這就會給設(shè)備在狹小的爐頂空間安裝使用帶來困難。

2）重錘容易倒錘是因為原來重錘的形狀為圓柱形，重心位置較高，稍有傾斜就會發(fā)生倒錘現(xiàn)象。

（3）探尺的設(shè)計改進

中冶華天公司鋼鐵技術(shù)研究院結(jié)合多年的設(shè)計經(jīng)驗，針對集成式探尺的以上問題，對其進行了全新的設(shè)計改進。

2.3 解決探尺的運行狀態(tài)不穩(wěn)定問題。

如果想要讓探尺工作穩(wěn)定高效的運行，那么它所受力矩的變化必須盡量少受一些附加阻力矩對其的影響，尤其是盡量減小和避免那些變化無規(guī)律的附加阻力矩。

如何減少附加阻力矩尤其是無規(guī)律的附加阻力距就成了解決問題的關(guān)鍵。而探尺運行過程中的附加阻力距來自兩個方面，一個是自身的機械阻力，主要是減速機和軸向密封等機械阻力矩，另一個是由于長期生產(chǎn)后探尺內(nèi)筒和重錘上都附著有大量灰塵，在提放尺過程中，重錘和內(nèi)筒壁之間會產(chǎn)生摩擦，造成無規(guī)律的附加阻力距（見圖2）。

圖2 探尺結(jié)構(gòu)圖

針對第一種減速機和軸向密封等機械阻力距，通過選用標(biāo)準(zhǔn)減速機的方法來解決，因為標(biāo)準(zhǔn)減速機機械阻力矩相對非標(biāo)減速機較小，更關(guān)鍵的是，標(biāo)準(zhǔn)減速機為定型產(chǎn)品，每臺減速機阻力矩大致相同，而非標(biāo)減速機由于生產(chǎn)裝配很難保持一致性，所以每臺減速機阻力矩相差較大，會給調(diào)試工作帶來很大麻煩。

針對探尺內(nèi)筒和重錘摩擦造成無規(guī)律的附加阻力距，在內(nèi)筒中增加了導(dǎo)向環(huán)（見圖3），保證重錘在探尺提放過程中始終在內(nèi)筒中心附近，避免了和內(nèi)壁的摩擦，從而避免了附加阻力矩的產(chǎn)生。

圖3 探尺增加導(dǎo)向環(huán)示意圖

2.4 解決探尺重錘的問題

（1）鏈條加粗，體積會增大，而卷筒上空間有限，所以把鏈條換成重錘，組合成耐高溫鋼絲繩加重錘的新型聯(lián)接方式，提高了鏈條強度，避免了掉錘現(xiàn)象的出現(xiàn)（見圖4）。

圖4 探尺卷筒結(jié)構(gòu)圖

（2）針對探尺重錘重心過高的問題，重新改造了重錘的形狀，改用不倒翁式錐形重錘，此種形狀的重錘能降低倒垂的概率，從而降低重錘中心，增加了探尺設(shè)備的工作效率，保證其穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

新型探尺研發(fā)成功后，獲得了3項實用新型專利授權(quán)（ZL 2009 2 0172621.2、ZL 2009 2 0172586.4、201620633159.1），馬鋼廠、天鋼等高爐上已經(jīng)投入使用多年，并取得認(rèn)可，探測水平在國內(nèi)已經(jīng)遙遙領(lǐng)先，日后被廣泛使用定會被社會認(rèn)可，也定會蓬勃發(fā)展，走出一條屬于自己的道路。