趙景泉

摘 要：通過對一種轉(zhuǎn)爐爐門式自動測溫取樣裝置機械機構(gòu)、程序設(shè)計等方面的闡述，提出了轉(zhuǎn)爐爐門式自動測溫取樣裝置的應(yīng)用方案，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐測溫取樣的機械化及自動化，取得了較好的社會效益。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；測溫；取樣

RESEARCH AND APPLICATION OF DOOR TYPE TEMPERATURE MEASURING AND SAMPLING DEVICE FOR CONVERTER

Zhao Jingquan

（Laiwu Branch Steelmaking Plant of Shandong Iron and Steel Co.， Ltd. Jinan 271104， China）

Abstract：Through the description of the mechanical mechanism and program design of a converter door type automatic temperature measuring and sampling device， the application scheme of the converter door type automatic temperature measuring and sampling device is proposed， which realizes the mechanization and automation of converter temperature measuring and sampling， and achieves good social benefits.

Key words：converter；temperature measurement；sampling

1 概 述

轉(zhuǎn)爐因沒有副槍系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)爐冶煉完畢后成分和溫度的分析都要依靠人工進(jìn)行取樣化驗和溫度測定。因測溫、取樣過程中，轉(zhuǎn)爐爐口必須搖至爐前平臺測，且爐口角度與垂直位置約80°～84°，作業(yè)人員測溫、取樣過程中離爐口較近，一是高溫鋼水輻射熱嚴(yán)重，操作人員作業(yè)環(huán)境溫度高，二是補爐后可能出現(xiàn)補爐材料塌落，造成爐口噴火，燒傷作業(yè)人員。

因此，迫切需要在轉(zhuǎn)爐實現(xiàn)自動測溫取樣，減輕工人勞動強度和作業(yè)安全風(fēng)險，基于此背景，本文對一種爐門式自動測溫取樣裝置的設(shè)計、應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)論述。

2 總體設(shè)計思路

該自動測溫取樣裝置安裝于轉(zhuǎn)爐爐前擋火門上，其工作時需要將轉(zhuǎn)爐爐口搖至爐前平臺，爐口與垂直位置夾角為80°～84°。需具備的基本功能為測溫取樣槍桿插入、退回功能，測溫取樣槍桿執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)功能，測溫取樣槍桿執(zhí)行機構(gòu)及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)橫移功能。

基于以上，基本確定本設(shè)計的方案為：

1）在一側(cè)爐門上安裝一段導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上安裝一臺小車，小車通過車輪懸掛于導(dǎo)軌上，并且通過齒輪齒條的形式驅(qū)動小車可以進(jìn)行橫移。

2） 在橫移小車上安裝測溫取樣槍桿執(zhí)行機構(gòu)，且在小車上安裝一臺液壓缸，驅(qū)動測溫取樣槍桿執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

3）測溫取樣槍桿執(zhí)行機構(gòu)采用摩擦傳動的方式，即通過兩組滾輪夾持住測溫取樣槍桿，其中一組滾輪的一個輪上安裝驅(qū)動減速機，利用滾輪與槍桿間的摩擦力實現(xiàn)槍桿的插入、退回。

4） 小車的橫移，測溫取樣槍桿執(zhí)行機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)、測溫取樣槍桿的插入/退回均采用編碼器進(jìn)行位置檢測。

5）通過PLC進(jìn)行控制，通過自動化程序?qū)崿F(xiàn)測溫取樣裝置各動作自動化。

3 測溫取樣主槍桿執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計

圖1為主槍桿的設(shè)計：

1）為縮短主槍桿的行程，便于縮小機構(gòu)體積，因此爐內(nèi)測溫取樣點盡可能靠近爐帽位置，同時主槍桿工作角度（與主槍桿垂直位置間的夾角）盡量小，但要充分考慮設(shè)備的安裝高度，否則不便于設(shè)備的檢修。

2）為降低設(shè)備成本，主槍桿采用成品的

40 mm×40 mm×4 mm規(guī)格的方形鋼管，為便于測溫補償導(dǎo)線的連接，在主槍桿前端設(shè)計接線盒，接線盒盒蓋通過螺栓固定，既方便拆卸，又可防止?fàn)t渣進(jìn)入燒壞補償導(dǎo)線。

3）在主槍桿的兩端安裝限位撞桿，實現(xiàn)插入、退出極限位置檢測。

4 副槍桿的設(shè)計

測溫、取樣探頭直接安裝于副槍桿，副槍桿部分要進(jìn)入爐內(nèi)，并且與轉(zhuǎn)爐爐渣接觸，要考慮副槍桿內(nèi)補償導(dǎo)線的防護(hù)。

5 主槍桿執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)設(shè)計

主槍桿執(zhí)行機構(gòu)采取兩組輥子夾持主槍桿，其中一組輥子中一個輥子通過減速電機驅(qū)動，依靠驅(qū)動輪與主槍桿之間的摩擦力帶動主槍桿實現(xiàn)前進(jìn)、后退。為保證編碼器能真實反映主槍桿運行位置，編碼器必須安裝于主動輪壓緊輪輪軸上。為防止因主槍桿變形后在通過兩組夾持輥時產(chǎn)生矯直力，導(dǎo)致主動輪驅(qū)動力不足，從動輪及其壓輪不能壓緊主槍桿，要留有一定的間隙。為防止主動輪預(yù)緊螺栓預(yù)緊力穩(wěn)定，要配合幾組碟簧使用。

主槍桿運行速度選擇1.5 m/s左右為宜，驅(qū)動輪設(shè)計為70 mm，則驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速可通過式（1）計算：

n=v/（π×D）× 60? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：v為主槍桿運行速度， v=1.5 m/s；D為驅(qū)動輪直徑， D=0.07 m

上述數(shù)據(jù)帶入式（1）得：

n=1.5/（3.14×0.07）×60=409 r/min

電機轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，則減速機的速比

i=1 500/409=3.66，選取速比i=4，通過式（1）可求得主槍桿最大運行速度為v=1.37 m/s。

電機功率可通過下式計算：

P=G×g×k×r/i×n/9 550? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：G—主槍桿、副槍桿、測溫取樣探頭總質(zhì)量，經(jīng)計算G=38 kg；g為重力加速度，取g=10 m/s2；k—安全系數(shù)，考慮槍桿運行過程中的附加阻力，取k=2；r為主動輪半徑，r=0.035 m；i為減速機速比，i=4；n為電機轉(zhuǎn)速，n=1 500 r/min

上述數(shù)據(jù)帶入式（2）得：

P=38×10×0.035/4×1 500/9 550=1.05 kW，取P=1.1 kW

為使驅(qū)動輪和槍桿之間的摩擦力能夠提供主槍桿的驅(qū)動力，則需要對驅(qū)動輪壓緊輪螺栓進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力矩可通過式（3）計算：

T=K×d×9 550×P/n×i/r/μ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：K—擰緊力矩系數(shù)，查表得K取0.22；P為電機功率，P=1.1 kW；n為電機轉(zhuǎn)速，n=1 500 r/min；i為減速機速比，i=4；r為驅(qū)動輪半徑，r=0.035 m；μ為鋼-鋼動摩擦系數(shù)，取μ=0.15

將上述數(shù)據(jù)帶入式（3）得：

T=0.22×0.02×9 550×1.1/1 500×4/0.035/0.15=

23.5 N·m

因預(yù)緊螺栓一共四組，所以每組螺栓的預(yù)緊力矩為23.5 N·m/4=5.88 N·m。

6 自動化程序設(shè)計

6.1 自動測溫取樣裝置動作流程

自動測溫取樣自動過程為：橫移小車運行至設(shè)定位置（編碼器檢測）→主槍桿執(zhí)行機構(gòu)開始旋轉(zhuǎn)至設(shè)定位置（編碼器檢測）→主槍桿開始插入至指定位置（編碼器檢測）→停留5 s（取樣、測溫）→主槍桿退回至初始位置→主槍桿執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)至初始位置→橫移小車運行至初始位置→動作完成。

6.2 程序設(shè)計需要注意的問題

1）為防止編碼器失靈造成的設(shè)備誤動作造成設(shè)備損壞，所有編碼器增加動作檢測，即動作開始后指定的時間內(nèi)編碼器計數(shù)達(dá)不到預(yù)定值則視為編碼器故障，設(shè)備自動停止并提示故障。

2）為防止主槍桿執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)初始限位短路時導(dǎo)致主槍桿執(zhí)行機構(gòu)不選擇而小車直接橫移導(dǎo)致主槍桿損壞，應(yīng)在主槍桿退回到初始位置后延時一定時間再檢測主槍桿執(zhí)行機構(gòu)初始限位反饋信號。

3）橫移小車最大極限位置限位、主槍桿執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)最大極限限位僅用于手動過程中起控制作用，不參與自動過程控制，防止該兩處限位故障造成設(shè)備誤動作。

6.3 操作界面應(yīng)具備的基本功能

1）自動測溫開始、急停、復(fù)位功能。

2）橫移小車工作位置設(shè)定，當(dāng)前位置顯示。

3）主槍桿執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定，當(dāng)前角度顯示。

4）主槍桿工作位置設(shè)定，當(dāng)前位置顯示。

5）測溫、取樣探頭停留時間設(shè)定。

6）所有限位反饋顯示。

7 結(jié) 語

本自動測溫取樣裝置的應(yīng)用具有投入成本低、功能全面，應(yīng)用后大大降低了職工的勞動強度及安全風(fēng)險，具有較好的社會效益。