位移传感器在冶金炉炉体上的应用.pdf

张晋 中国恩菲工程技术有限公司，北京 1 0 0 0 3 8 强黟传撼器在 0 Ap p l i e a t i o n o f Di r e n t i a l 摘要本文介绍了为控制冶金炉炉体的异常膨胀，通过安装在冶金炉炉顶和 炉体的膨胀位移传感器测量出膨胀位移量，从而适时调整炉体的弹性结构。 关键词弹性骨架；弹性力系失衡 ，膨胀量检测 ；L V DT ；L VD T 特点 Abs t r a c t Th e p a p e r i n t r o d u c e s f o r c o n t r o l l i ng t h e a b no r ma l e x p a n s i o n of me t a l l u r g i c a l f u r n a c e ， t h r o u g h t h e e x p a n s i o n d e t e c t i o n o f L VDT i n s tal l e d in t h e r o o f s i d e o f me tal l u r g i c a l fu m a c e ． t h e e l a s t i c c o n t r a c t u r e o ffu r n a c e C an the n b e a d j u s t e d a c c o r d i n g l y ． Ke y wo r d s E l a s t i c it y f r a me wo r k ； Un b a la n c e o f e l a s ti c i ty f o r c e ； E x p a n s i o n d e t e c ti o n ； L VD L VDTc h a r a c t e r s 1 引言 冶金炉的骨架有弹性和刚性之分。刚性骨架不可调节，弹性 骨架可依据炉体的膨胀进行适 当的调节。采用弹性骨架设计的炉 体，其弹性骨架与熔池炉体共 同组成立体框架结构。弹性骨架的 主要作用是 ，在炉子生产运行过程 中，在保证炉子整体性的前提 下控制炉子均衡膨胀，从而达到增加炉子运行的安全性和提高炉 子运行寿命的 目的。 2 弹性骨架工作原理及弹性力系失衡 的原 因 在生产运行中，炉体将 自身的热应力通过膨胀传递给弹性骨 架结构 ，骨架又将弹簧的夹紧力施加给炉体 ，相互间的作用与平 衡就决定了炉子的膨胀变化。弹簧分布的原则是在相对称的受力 面上对称区域上的弹簧受力相等。 弹性力系失衡的原因主要有以下几种 7 6 备 锄 叠 A U T O MA T I O N P A N O R A M A 2 0 1 1 o 1 1 水冷件漏水，使耐火砖产生异常膨胀，增大该部位的炉体 膨胀力。 2 炉体温度的变化，耐火砖在不同的工作温度下有不同的膨 胀 量 。 3 炉子砌体部分检修变化 ，新换耐火砌体的膨胀要明显大于 旧砌体 ，使弹性结构的夹紧力出现不足。 3 弹性力系失衡的检测 弹性结构力系的失衡是一种常见的必然现象 。出现力系失衡 后，现场必须进行调整使之重新恢复平衡，否则炉子将会发生异 常 的 膨 胀 。因此 检 测炉 体 不 同部位 的 膨 胀量 ，供 工艺 工 程师 对弹 性结构的工作状况进行分析 ，从而准确把握炉子膨胀的原因和发 生趋势适时调整弹簧结构。 传统的炉体膨胀量检测是在炉子纵向梁和端梁的不同部位焊 接一个钢棒 ，在靠近钢棒的位置安装有一个印有刻度的钢标尺 ， 工人 定期 用 粉笔 在 标尺 上 画标 记 ，此 方 法既 粗 劣又增 大 了工 人 的 劳动强度。而现在设计上采用了一种叫差动变压器式位移传感器 L V DT ，L in e r V a r i a b l e D i f f e r e n t i a l T r a n s f o r me r ，它将膨胀量预 先转变成位移量 ，将直线移动的机械量转成 电量 ，使纵向梁和端 梁的膨胀量通过电信号方式送至厂区D C S ，供工艺工程师能实时 在线地在控制室看到膨胀量 ，通过分析预测适时适量调整弹簧力 系，从而有效控制炉体的异常膨胀 。 4 L VD T 传感器原理及特性 L V DT 位移传感器工作原理简单地说是铁芯可动变压器 ，其 结 构示意 图如 图 1 所示 。 L V DT 是由一个初级线圈 ，两个次级线圈， 铁芯及线圈骨架 ，外壳等部件组成。当铁芯在线 圈 中 间位 置 时 ， 次 级 线 圈 S1 、S 2 所 感 应 的 电压 相等 ，由于输 出是反 向串接 ，所 以输出 电压 为 零 如 图2 所示 ；当铁芯 向上移动时 ，线圈S 1 和 线 圈P 之 间 互 感量 增 加 ，次 级 线 圈S1 感 应 电 压 v1 升高 ，线圈s 2 和线圈P 之间互感量减少 ，次级 线圈s 2 感应 电压V2 降低 ，两线圈电压的代数 和 V VI V2 ，随 着铁 芯向 上移 动呈 线性 增 加 。 当铁 芯向下移动时 ，两线圈电压变化相应与之相反， v 1 与V 2 的代数和随铁芯向下移动线性增加 因S 1 和S 2 线圈是反向串接，如图3 所示次级线圈电压 与铁芯移动距离之间关系，即输出特性曲线。 P S1 S己 图1 结构 示意 图 图2 电气原理图 J l ／ 己 图3输出特性曲线 L VDT的特点 是结构 简单 ，工作可 靠 ，寿 命长 ，灵敏度高 ，每毫米位移量输 出信号 电压 高达几百MV，精度可达0 ． 0 5 ％，分 辨率一般 为 0 ． 1 “m，可测量位移量为 0 ． 1 ～5 0 0 m m，动态 特性好，可用于高速在线检测，磁性不锈钢外壳可以屏蔽静电，可在强磁场 、大 电流 、潮 湿等 恶劣环 境 下使 用 。 通用传感器标称行程有 O ． 5 mm、 土l mm、2 ． 5 mm、5 mm、1 0 ram、 25 ra m 、 50 m m 、 土 75 ra m 、 1 0 0m m 、 1 50 m m 、 2 00m m 、 250 ra m 、 3 0 0 m m、4 0 0 m m、5 0 0 m m，单向行程是变送器双向行程转换而来的。 L V DT 是将位移量转换输 出为MV级电压信号，需经过一个信号调节器将MV 信号转换输出标准信号 1 - 5 V DC 4 - 2 0 mA连接至任何Dc s 或P L c 控制系统。 5 L VD T 在炉体上 的应 用 如 图4 所示的膨胀位移传感器应用实例 。在某冶金炉炉体一侧的上、下纵向 梁上共安装了1 4 个膨胀位移传感器。由于各种原因，炉子纵向梁上各点膨胀位移 量不同，1 4 个传感器按照均匀分布的原则进行布置，同样在炉体另一侧对称安装 了l 4 个膨胀位移传感器 ，其最大行程均为O 5 0 m m。在长方形炉体的两个端墙侧的 上 、下纵向梁也安装了膨胀位移传感器。 图4 膨胀位 移传感 器应 用实例 L VD T 膨胀位移传感器体积小 ，在炉体上的安装非常简单方便，如图5 所示。 在弹性钢结构体 的纵向梁上焊接螺栓 ，将带有螺母的铁芯拧入螺栓中，这样铁芯 可 以跟随弹性结构体进行膨胀 ，装有线圈的壳体上有两个安装支座 ，将支座用螺 栓固定在楼板梁或焊有钢结构的支撑件上 ，安装时铁芯与壳体的中心对准即可 。 图5 膨胀位移传感器安装示意图 从现场使用效果 来看 ，膨胀位移传感器最大程度上地减轻了工 人的劳动负 荷 ，而且灵敏度、精度很高 ，实现了冶金弹性炉体膨胀位移实时在线观测，尤其在 冶金炉体升温过程 中对指导炉子操作 ，延长炉寿起到了非常关键的参考作用。 张晋 1 9 7 1 一 女 ，山西大同人，高级工程师，主要研究方向为过程控制及自动化仪表的设计、 咨 询 。 2 0 1 1 叭A U T O MA T I O N P A N O R A M A 前神啮77