专利名称：失重式热金属液面高度检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量领域，尤其涉及一种用于测量熔融状态钢水液面位置/高度 的测量装置。
背景技术：
在钢铁熔炼生产过程中，脱磷站喷枪浸入铁水的深度、氧枪离液面的高度等生产 过程检测/控制参数，均需要通过液面检测装置来检测获得。液面检测装置得到的液面检测数据提供给氧枪、喷枪升降控制系统作为到达有效 工作位的行程控制数据。很明显，若上述检测数据出现较大偏差，会给生产过程和工艺控制带来严重的后 果。例如，若喷枪浸入铁水的距离发生偏差，会导致搅拌不充分，铁水处理不彻底；而氧枪离 液面的距离若偏差，则会发生氧枪浸入铁水，氧枪受损导致大量的冷却水进入铁水包从而 引发爆炸事故。所以，在实际钢铁生产过程中，熔融状态的热金属的液面高度之检测是十分 关键和必须引起足够重视的。授权公告日为1994年1月12日的中国专利ZL 93210018. X中公开了一种“测量 盛钢容器内钢液面位置的装置”，其包括导电固定棒、活动棒、电源、可变电阻、电流表和升 降机构，导电固定棒、活动棒、电源、可变电阻、电流表串接在一起，公知的升降机构操纵活 动棒在盛钢容器内移动。当活动棒接触钢水液面时，电流表显示出一电流值，当电流值特然 减�。得骰疃粲筛炙悍掷耄纱瞬饬砍鍪⒏秩萜髂诟忠好娓叨�。但是该技术方案由于 其中一个导电棒是固定的，因此，无法实现对于铁水包车，混铁车及类似的在受入铁水(或 钢水)前后移动的盛钢容器内钢液面位置进行测量。公告日为1999年12月8日的中国专利ZL 98248849. 1公开了一种“混铁车液面 测量控制装置”，其通过检测与导电流体接触产生的电阻变化，来进行液面测量控制。其主 要由主探头、探杆、升降驱动机构和检测并记录探头位置的位置检测器组成，两个主探头安 装在其外表面包覆有耐火材料的探杆的下端，升降驱动机构驱动探杆升降。该装置能精确 测量混铁车内铁水液面高度及浮渣厚度，并对混铁车内铁水液面高度进行控制，但是由于 其位置检测器需安装在探杆上，下部熔融的高温铁水或钢水使位置检测器的运行稳定性不 能保证，因此，无法实现对于铁水包车，混铁车及类似盛钢容器内钢液面位置的测量。公告日为2009年7月8日的中国专利ZL 200820153196. 8公开了一种“钢包静空 高度控制装置”，其通过在转炉出钢前，根据转炉的理论出钢量和钢包包龄静态表，将金属 导电体高度设定值设定发送给PLC，金属导电体下降到设定值高度，当转炉中进入钢包的钢 水液面不断升高，金属导电体接触钢水导通时，液面高度信号发到转炉控制系统，提示转炉 操作人员或自动将转炉炉体垂直，实现精确控制转炉炉内留钢量。其主要由电动减速机、电 缆卷盘、编码器、电缆、金属导电体1、金属导电体2和气缸构成；其中钢水液面和金属导电 体的接触导通信号、经电缆卷盘电缆、金属导电体1、钢水、金属导电体2、继电器线圈K连接 后接入控制系统。该技术方案的美中不足之处在于，一是两个金属导电体之间经常粘上热3金属，使控制装置无法向下运行，需人工进行清除，增加了劳动强度；二是信号电缆受热金 属烘烤，绝缘易老化，致使其使用寿命较低，影响了整个装置的长期/稳定运行。在实际工业化钢铁冶炼生产过程中，迫切需要一种可以适用于对前后移动状态下 /过程中的盛钢容器中的熔融态钢液面高度进行可靠检测，且能稳定传输检测数据的热金 属液面高度检测装置。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种失重式热金属液面高度检测装置，其 现场测量回路中无任何电器和仪表控制器件置于熔融液体上方，克服了测量器件与热金属 直接接触发生粘连所导致的误信号，并且能精确测量移动/摇动状态下的盛钢容器中的熔 融铁水液面，且液面高度检测数据可自动发送到喷枪、氧枪控制系统，便于喷枪、氧枪根据 所测钢液面的高度检测数据，自动定位于适合的工作位置。本实用新型的技术方案是提供一种失重式热金属液面高度检测装置，包括PLC 控制装置，其特征是在工作平台上方与铁水包运输台车停车位置对应的位置，设置一滑轮 片；在滑轮片上设置一传感器，所述传感器的信号输出端，与PLC控制装置的I/O端口电连 接；设置一由电动机驱动的钢丝绳卷筒；所述钢丝绳卷筒上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的末端 固接在钢丝绳卷筒上，钢丝绳穿过滑轮片转向下垂挂，在钢丝绳的首端设置有一个金属浮 球；所述的金属浮球在钢丝绳的牵引下，可升降地设置于铁水包运输台车的上方；在所述 钢丝绳卷筒或电动机上设置一钢丝绳行程编码器，所述编码器的信号输出端，与PLC控制 装置的I/O端口电连接；在电动机正/反转控制电路中，设置两个PLC控制装置的控制接 点，其中，第一 PLC控制接点串接在电动机正转/钢丝绳卷筒上升控制回路中，第二 PLC控 制接点串接在电动机反转/钢丝绳卷筒下降控制回路中。其中，所述的传感器为压力传感器、重量传感器或钢丝绳张力传感器。所述的钢丝绳卷筒经电动减速机与电动机机械连接。所述的钢丝绳行程编码器设置在钢丝绳卷筒、电动机或电动减速机上。所述的电动机正/反转控制电路为常规电机双向旋转继电器-接触器控制电路。进一步地，在钢丝绳卷筒上设置主令限位开关，所述主令限位开关正向和反向旋 转限位开关的接点，分别对应串接在电动机正转/钢丝绳卷筒上升控制回路和电动机反转 /钢丝绳卷筒下降控制回路中。与现有技术比较，本实用新型的优点是1.采用钢丝绳牵引金属浮球来测量钢水液面的方式，在熔融液体上方的现场测量 回路没有任何电器和仪表控制器件，杜绝了测量器件/线路与热金属直接接触发生粘连所 导致的误信号；2.测量数据准确、可靠，防止了由于根据转炉的理论出钢量和钢包包龄静态表估 算所导致的液面偏差，避免了喷枪浸入铁水的距离偏差所产生的搅拌不充分、铁水处理不 彻底问题，或因为氧枪离液面的距离偏差而导致氧枪浸入铁水、氧枪受损导致大量的冷却 水进入铁水包从而引发爆炸事故的可能；3.液面高度检测装置的运转/控制可以在控制中心和/或现场进行，测量数据可 直接/稳定地传送到控制PLC中，实现了转炉炉内留钢量的精确控制。
图1是本实用新型的机械结构示意图；图2是电动机运转控制系统电路图。图中1为工作平台，2为铁水包运输台车，3为铁水包，4为金属浮球，5为钢丝绳， 6为钢丝绳卷筒，7为电动减速机，8为编码器，9为滑轮片，9-1为传感器，10为主令限位开 关，11为铁水，12为金属浮球的“工作位置”。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。图1中，本技术方案在工作平台1的上方，与铁水包运输台车2停车位对应的位 置，设置一滑轮片(定滑轮)9，在滑轮片上设置了 一个传感器9-1。设置一由电动机驱动的钢丝绳卷筒6，钢丝绳卷筒上缠绕有钢丝绳5，钢丝绳的末 端固接在钢丝绳卷筒上，钢丝绳穿过滑轮片转向下垂挂，在钢丝绳的首端设置有一个金属 浮球4，金属浮球在钢丝绳的牵引下，可升降地设置于铁水包3的上方。钢丝绳卷筒经电动减速机7与电动机(图中未示出)机械传动连接，在钢丝绳卷 筒、电动机或电动减速机上设置一钢丝绳行程编码器8 (图中以编码器设置在电动减速机 上为例)，传感器为压力传感器、重量传感器或钢丝绳张力传感器。进一步地，在钢丝绳卷筒上设置有主令限位开关10。传感器的信号输出端，与PLC控制装置的I/O端口电连接；所述编码器的信号输出 端，与PLC控制装置的I/O端口电连接(图中未示出)。开始铁水液面测量时，电动减速机向金属浮球下降的方向运行，钢丝绳卷筒向金 属浮球下降方向运转，连接于电动机轴上的编码器开始计数，由钢丝绳牵引的金属浮球下 降向“工作”位置12运行(图中以虚线圆球位置表示)。当金属浮球浸入铁水11时，由于铁水对金属浮球产生浮力，传感器检测到的重力 小于额定重力，即产生失重信号，失重信号被PLC接收后，PLC保存编码器当前的计数值，同 时电动减速机“下降”运行停止，然后电动减速机反向运转，向金属浮球“上升”的方向运行， 钢丝绳卷筒向金属浮球“上升”方向运转，连接于电动机轴上的编码器开始计数，由钢丝绳 牵引的金属浮球上升，当金属浮球到达“待机”位(图中以实线圆球位置表示)时编码器的 计数值等于待机位的设定值，电动减速机上升运行停止，金属浮球停止在“待机”位。主令限位的上升极限和下降极限接点，作为卷筒“上升”和“下降”的极限保护。图2中，电动机正/反转控制电路为常规的电机双向旋转“继电器-接触器”控制 电路，由于其为常规电机控制电路，具体的线路连接关系和元件构成在此不再叙述。在电动机正/反转控制电路KMl和KM2回路中，设置了两个PLC控制装置的接点 PLC-I和PLC-2，其中，第一 PLC控制接点PLC-I串接在电动机正转/钢丝绳卷筒上升控制 KMl回路中，第二 PLC控制接点PLC-2串接在电动机反转/钢丝绳卷筒下降控制KM2回路 中。进一步地，在钢丝绳卷筒上设置有主令限位开关SQ，所述主令限位开关正向和反向旋转限位开关的接点SQl和SQ2，分别对应串接在电动机正转/钢丝绳卷筒上升控制KMl 回路和电动机反转/钢丝绳卷筒下降控制KM2回路中。由图可知，本失重式热金属液面高度检测装置的运转可以在中央控制中心远程自 动和现场就地手动进行，在现场操作箱进行操作地点/方式的选择；通常情况下，采用中央 自动模式运行失重式热金属液面高度检测装置。当采用现场手动操作模式时，在现场操作箱上发出的“下降”运行信号被PLC接 收，此时PLC发出下降指令一PLC-2闭合一卷筒下降接触器线圈KM2得电一接触器辅助触 点KM2-2闭合一制动器KM3松开一KM2接触器主触点KM2-1闭合一卷筒电动减速机下降运 行一钢丝绳卷筒向下运转一由钢丝绳牵引的金属浮球向下移动一当金属浮球浸入铁水时， 由于铁水对金属浮球产生浮力，传感器检测到的重力小于额定重力，即产生失重信号一失 重信号被PLC接收后一PLC将编码器的当前计数值(实际值)保存在PLC内一PLC断开下 降指令，PLC-2打开一卷筒下降接触器线圈KM2失电一KM2接触器主触点KM2-1断开一卷 筒电动减速机下降运行停止一接触器辅助触点KM2-2断开一制动器抱紧一金属浮球停止 移动一延时几秒后一PLC发出上升指令，PLC-I闭合一卷筒上升接触器线圈KMl得电一接 触器辅助触点KM2-2闭合一制动器松开一KMl接触器主触点KMl-I闭合一卷筒电动减速机 上升运行一钢丝绳卷筒上升运转一由钢丝绳牵引的金属浮球向上移动一PLC接收编码器 计数值(实际值)一当实际值等于待机位的设定值时一PLC断开上升指令，PLC-I断开一 卷筒上升接触器线圈KMl失电一KMl接触器主触点KMl-I断开一卷筒电动减速机上升运行 停止一接触器辅助触点KM1-2断开一制动器抱紧一金属浮球停止在“待机”位。当采用中央(远程)自动操作模式时，在HMI上发出下降运行信号被PLC接收，PLC 发出下降指令一PLC-2接点闭合一卷筒下降接触器线圈KM2得电一接触器辅助触点KM2-2 闭合一制动器松开一KM2接触器主触点KM2-1闭合一卷筒电动减速机下降运行一钢丝绳 卷筒向下运转一由钢丝绳牵引的金属浮球向下移动一当金属浮球浸入铁水时，由于铁水对 金属浮球产生浮力，传感器检测到的重力小于额定重力，即产生失重信号一失重信号被PLC 接收后一PLC将编码器的当前计数值(实际值)保存在PLC内，PLC断开下降指令，PLC-2 断开一卷筒下降接触器线圈KM2失电一KM2接触器主触点KM2-1断开一卷筒电动减速机下 降运行停止一接触器辅助触点KM2-2断开一制动器抱紧一金属浮球停止移动一延时几秒 后一PLC发出上升指令一PLC-I接点闭合一卷筒上升接触器线圈KMl得电一接触器辅助触 点KM2-2闭合一制动器松开一KMl接触器主触点KMl-I闭合一卷筒电动减速机上升运行一 钢丝绳卷筒上升运转一由钢丝绳牵引的金属浮球向上移动一PLC接收编码器计数值(实际 值)一当实际值等于待机位的设定值时一PLC断开上升指令，PLC-I断开一卷筒上升接触 器线圈KMl失电一KMl接触器主触点KMl-I断开一卷筒电动减速机上升运行停止一接触器 辅助触点KM1-2断开一制动器抱紧一金属浮球停止在“待机”位。图中接点SQl为主令限位SQ的上升极限接点，接点SQ2为主令限位SQ的下降极 限接点，作为卷筒上升和下降的极限保护。现场操作箱上还可设置“校验”按钮，作为计数值的初始赋值和运行中的计数值校 验，一旦设备跳电或编码器故障时，处理完毕恢复供电后需对编码器计数值进行校验。此 时将操作模式选择手动模式，手动运行失重式热金属液面高度检测装置至待机位，按下“校 验”按钮，运行中的计数值被校验。[0041]由于本实用新型采用了“钢丝绳-金属浮球”的测量器件组合方式，采用测量金属 浮球在空气中和在铁水中“重量”(实际上是因为铁水的浮力作用，使得在定滑轮端检测到 的金属浮球所受到的“重力”发生变化，故称“失重”式)发生变化/差异的特点，在熔融液 体上方的现场测量回路没有任何电器和仪表控制器件，杜绝了测量器件/线路与热金属直 接接触发生粘连所导致的误信号，且能精确测量移动/摇动状态下的盛钢容器中的熔融铁 水液面，防止了估算所导致的液面偏差，避免了喷枪浸入铁水的距离偏差所产生的搅拌不 充分、铁水处理不彻底等问题，或因为氧枪离液面的距离偏差而导致氧枪浸入铁水、氧枪受 损导致大量的冷却水进入铁水包从而引发爆炸事故的可能；其液面高度检测装置的运转/ 控制可以在中央控制中心和/或现场进行，测量数据可直接/稳定地传送到控制PLC中，实 现了转炉炉内留钢量的精确控制。本实用新型可广泛用于钢铁冶炼/浇注生产过程的控制领域。
权利要求1.一种失重式热金属液面高度检测装置，包括PLC控制装置，其特征是 在工作平台上方与铁水包运输台车停车位置对应的位置，设置一滑轮片；在滑轮片上设置一传感器，所述传感器的信号输出端，与PLC控制装置的I/O端口电连接；设置一由电动机驱动的钢丝绳卷筒；所述钢丝绳卷筒上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的末端固接在钢丝绳卷筒上，钢丝绳穿过滑 轮片转向下垂挂，在钢丝绳的首端设置有一个金属浮球；所述的金属浮球在钢丝绳的牵引下，可升降地设置于铁水包运输台车的上方； 在所述钢丝绳卷筒或电动机上设置一钢丝绳行程编码器，所述编码器的信号输出端， 与PLC控制装置的I/O端口电连接；在电动机正/反转控制电路中，设置两个PLC控制装置的控制接点，其中，第一 PLC控 制接点串接在电动机正转/钢丝绳卷筒上升控制回路中，第二 PLC控制接点串接在电动机 反转/钢丝绳卷筒下降控制回路中。
2.按照权利要求1所述的失重式热金属液面高度检测装置，其特征是所述的传感器为 压力传感器、重量传感器或钢丝绳张力传感器。
3.按照权利要求1所述的失重式热金属液面高度检测装置，其特征是所述的钢丝绳卷 筒经电动减速机与电动机机械连接。
4.按照权利要求1或3所述的失重式热金属液面高度检测装置，其特征是所述的钢丝 绳行程编码器设置在钢丝绳卷筒、电动机或电动减速机上。
5.按照权利要求1所述的失重式热金属液面高度检测装置，其特征是所述的电动机正 /反转控制电路为常规电机双向旋转“继电器-接触器”控制电路。
6.按照权利要求1或5所述的失重式热金属液面高度检测装置，其特征是在钢丝绳卷 筒上设置主令限位开关，所述主令限位开关正向和反向旋转限位开关的接点，分别对应串 接在电动机正转/钢丝绳卷筒上升控制回路和电动机反转/钢丝绳卷筒下降控制回路中。
专利摘要一种失重式热金属液面高度检测装置，属测量领域。包括PLC，其特征是在铁水包运输台车停车位置上方，设置滑轮片和传感器，传感器信号输出端与PLC的I/O端口连接；设置由电动机驱动的钢丝绳卷筒，钢丝绳首端穿过滑轮片转向下垂挂，在钢丝绳首端设置金属浮球，金属浮球可升降地设置于铁水包运输台车的上方；在钢丝绳卷筒或电动机上设置编码器，编码器的信号输出端与PLC的I/O端口连接；在电动机正/反转控制电路中，设置两个PLC控制接点，其第一、第二PLC控制接点分别串接在钢丝绳卷筒上升/下降控制回路中。其克服了测量器件与热金属直接接触发生粘连所导致的误信号，能精确测量移动/摇动状态下盛钢容器中的铁水液面。可广泛用于钢铁冶炼/浇注生产过程的控制领域。
文档编号G01F23/40GK201828313SQ201020536658
公开日2011年5月11日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者汤德明 申请人:宝山钢铁股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
