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(jiǎn)介

高爐探尺通過探測(cè)生產(chǎn)過程中的爐內(nèi)料面的高度變化，偵測(cè)出高爐料面的下降速度，及時(shí)準(zhǔn)確地提供加料信息，同時(shí)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(guó)家使用的探尺主要分兩種類型：普通整體式機(jī)械探尺、分體式機(jī)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?yàn)榉煮w式機(jī)械探尺的體積相當(dāng)大，所以不適合將整個(gè)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(dòng)裝置放置安裝在高爐卷?yè)P(yáng)機(jī)室，利用鋼絲繩穿過天輪傳動(dòng)，至爐頂探尺本體卷筒（詳細(xì)見圖1），然后試卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)從而使鋼絲繩吊起重錘一起做升降運(yùn)動(dòng)。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(dòng)距離太長(zhǎng)，鋼絲繩需要不斷縮緊，比較容易發(fā)生故障，浪費(fèi)空間，且故障報(bào)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(shí)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?yè)P(yáng)機(jī)室、爐內(nèi)一起操作，既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)人力資源，需要包括兩個(gè)崗位人員、三個(gè)電工以及四個(gè)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(chǎng)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(yùn)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(dá)料面，探尺到達(dá)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(duì)料面高度的準(zhǔn)確判斷。

2.2 具體分析

（1）針對(duì)探尺的運(yùn)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(diǎn)，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(gè)階段。

在探尺的整個(gè)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(shí)控制來進(jìn)行放尺轉(zhuǎn)換到浮尺這個(gè)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(hào)的指引來進(jìn)行。也可以通過爐頂裝料程序的指令來運(yùn)行。

1）放尺與浮尺的過程：

電機(jī)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(dòng)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(dá)到V放的時(shí)候，重錘則由變頻器控制，再進(jìn)行勻速下降運(yùn)動(dòng)。當(dāng)V放≈0時(shí)，重錘觸碰到料面，此時(shí)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(dòng)力矩△M放，其值一般?。?/p>

其中M額為電機(jī)的額定力矩，N·m.

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

2）傳動(dòng)阻力矩

探尺的傳動(dòng)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(cè)量精度隨著M阻的波動(dòng)的減小而增高。G錘R須遠(yuǎn)大于M阻.M阻過大會(huì)導(dǎo)致△M放偏小，其值會(huì)小于M額×20%，并且△M浮則會(huì)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(huì)導(dǎo)致重錘可能傾斜，或者是橫放于料面之上，其狀態(tài)無(wú)法判斷。M阻的波動(dòng)值△M阻也是這樣，如M阻和△M阻都過大，由于△M阻的作用，會(huì)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(dá)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(wú)規(guī)律的附加波動(dòng)阻力矩。

（2）針對(duì)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(qiáng)度不夠，而如果加粗鏈條，會(huì)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(shì)必也要變大，造成整個(gè)設(shè)備體積增大，而這就會(huì)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?yàn)樵瓉碇劐N的形狀為圓柱形，重心位置較高，稍有傾斜就會(huì)發(fā)生倒錘現(xiàn)象。

（3）探尺的設(shè)計(jì)改進(jìn)

中冶華天公司鋼鐵技術(shù)研究院結(jié)合多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)集成式探尺的以上問題，對(duì)其進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)改進(jìn)。

2.3 解決探尺的運(yùn)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(yùn)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(duì)其的影響，尤其是盡量減小和避免那些變化無(wú)規(guī)律的附加阻力矩。

如何減少附加阻力矩尤其是無(wú)規(guī)律的附加阻力距就成了解決問題的關(guān)鍵。而探尺運(yùn)行過程中的附加阻力距來自兩個(gè)方面，一個(gè)是自身的機(jī)械阻力，主要是減速機(jī)和軸向密封等機(jī)械阻力矩，另一個(gè)是由于長(zhǎng)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(huì)產(chǎn)生摩擦，造成無(wú)規(guī)律的附加阻力距（見圖2）。

圖2 探尺結(jié)構(gòu)圖

針對(duì)第一種減速機(jī)和軸向密封等機(jī)械阻力距，通過選用標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)的方法來解決，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)減速機(jī)機(jī)械阻力矩相對(duì)非標(biāo)減速機(jī)較小，更關(guān)鍵的是，標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)為定型產(chǎn)品，每臺(tái)減速機(jī)阻力矩大致相同，而非標(biāo)減速機(jī)由于生產(chǎn)裝配很難保持一致性，所以每臺(tái)減速機(jī)阻力矩相差較大，會(huì)給調(diào)試工作帶來很大麻煩。

針對(duì)探尺內(nèi)筒和重錘摩擦造成無(wú)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(huì)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(qiáng)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(duì)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(yǔ)

新型探尺研發(fā)成功后，獲得了3項(xiàng)實(shí)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(cè)水平在國(guó)內(nèi)已經(jīng)遙遙領(lǐng)先，日后被廣泛使用定會(huì)被社會(huì)認(rèn)可，也定會(huì)蓬勃發(fā)展，走出一條屬于自己的道路。