靜態軌道衡在高爐冶煉軌道運輸中的應用

彭李偉，馮家全

1 前言

高爐冶煉所產生的鐵水，通常使用鐵水罐車進行裝運，道路使用專用的鐵軌道路進行運輸，計量形式比較單一。有些鋼廠煉鐵工序與煉鋼工序之間的鐵水計量沒有安裝計量設備，采用理論計量；還有些鋼廠采用動態軌道橫進行稱量。紅鋼鋼鐵有限公司2007年安裝了動態軌道橫進行計量，此方法計量誤差較大，受外界影響因素較多，如車輛通過速度、信號傳輸，稱量準確度受到影響。理論計量、動態軌道橫計量存在的缺點較多，不太適用于鐵水計量，這些計量方式都容易造成計量誤差過大、物流工作量大、稱量成本過高、稱量時間過長、統計數據時間滯后等諸多弊端，不能及時反映鐵水生產量，不能實現精細化管理。為了規避以上計量方式帶來的弊端，經過多年的摸索和研究，通過反復論證，結合采用鐵水罐車運送鐵水的生產工藝和生產實際需要，設計出靜態軌道橫自動計量系統，該計量系統能夠適用同類型輸送鐵水的生產線。

2 系統設計內容

當運輸鐵水的車輛行車至靜態軌道上時（靜態稱見圖1），秤體將車輛及車輛內的物資的重量傳遞給稱重傳感器，傳感器的信號經補償接線盒匯接求和后再輸送給稱重顯示儀表，稱重儀表除了顯示稱量結果外，還向計算機輸送稱量結果信號，計算機將稱重重量進行統計，將數據輸入ERP系統。將稱量信號接入紅鋼計量系統，通過計量系統軟件達到無人值守，自動稱量。通過對每罐鐵水的稱量，可以在規定的時間內進行統計，比如設定爐號或當班出具報表。

根據運送鐵水車的結構，設計出秤體長7 m、寬1.9 m的稱重秤體。因靜態軌道衡所使用的環境處于火車軌道上，所運輸的鐵水溫度較高，達1 000～1 300℃，鐵水車及所運貨物的重量達110 t，在稱量過程中，運輸的安全性就非常的重要。保證運輸的安全性，就要保證靜態軌道衡的承重安全性。在靜態軌道衡秤體與運輸段的鐵軌必須保證水平，對接頭的處理采用過渡軌進行連接，做到軌道與秤體的連接在火車軌道敷設的標準范圍內，保證秤體的承載能力達到設計標準。最大稱量的150%能夠有效解決火車停運、啟動、物重給秤體帶來的沖擊力。在秤體上設置6個水平限位拉桿，采用6個傳感器。秤體輪廓剖面結構如圖2所示。

圖1 靜態秤總圖

圖2 秤體輪廓剖面

秤體基礎設計。采用外制鋼筋籠整架移裝、快速澆灌的方案進行基礎制作，外形如圖3所示。軌道外側采用全混凝土澆灌，根據秤體的尺寸及過渡軌的安裝要求，軌道平面的頂高與運輸軌道在同一水平線上，將整個秤體外沿進行澆灌，使基礎達到預定的承重要求。利用基礎預埋板，安裝相應的限位底板及傳感器承重基礎，4個傳感器基礎承重底板面為平整面，并保證4個面相對水平度在±2 mm內，單個傳感器底座面水平度在±0.5 mm內，并保證此底座具有足夠的剛性（當≥40 t力承載時不變形），整體基礎如圖3所示。

圖3 秤體基礎外形

靜態軌道衡的電器部分。結合火車軌道電路的特殊性，火車靜態軌道衡為全鋼結構秤體，從而保證火車通過的安全性。需對火車電路進行綜合考慮，在秤體與運輸軌道搭接的部位采用絕緣處理。在稱量顯示方面，因軌道衡在地坑里有潮氣和粉塵及老鼠危害，因此要求傳感器至線管的電纜保護是帶接頭不銹鋼蛇皮軟管，線管不能裸露，且具有防潮、防塵、密封性能。因鐵水罐軌道衡是在室外場合工作，為此現場帶接線盒的稱重數傳器不能安置在秤體下方的濕度區。采用加長高溫稱重傳感器的電纜，再配上保護箱的稱重數傳器安置在遠離濕度墻壁處。電纜的管線在做鋼筋混凝土基礎時進行預埋，地面的電纜管線都預先埋入地下，稱量數據通過儀表傳輸至計量軟件系統。現場安置攝像頭監控整個鐵水稱重情況，并安置播音系統，稱量完成時系統發出語音指示，便于火車司機掌握鐵水車的啟停時間。

3 系統技術指標

1）使用稱重量程200 t的靜態火車軌道衡，精度執行國家貿易結算標準。軌道衡臺面尺寸為1.95 m×7 m，軌型QU80，軌距正常稱量范圍為0～200 t，儀表顯示分度值為50 kg，允許最大承載200 t（包括秤體自重）。

2）系統精度為≤±0.3%。其中傳感器精度優于≤±0.05%F·S；XK3101S型稱重數傳器的模數轉換非線性≤±0.01%F·S。XK3101GS型稱量接收顯示器數字量輸出，按RS232C格式輸出的0/20 mA接口給大顯示器。模擬量輸出：4～20 mA輸出接口給甲方的PLC，其中4～20 mA輸出的精度 為≤±0.15%。軌道衡稱量重復性≤±0.3%，稱重時間從平車進入秤體到示值穩定應＜5 s。

4）使用環境濕度：稱重傳感器和稱重數傳器具有防潮和防塵性能；稱量接收顯示器應≤80%。靜態火車軌道衡采用不銹鋼焊接外殼，防水、防塵、防化學腐蝕，適用于各種惡劣的工作環境的傳感器。傳感器數字信號輸出可遠距離傳輸。采用數字化自動補償技術，防作弊效果顯著。整個數字式稱重系統具有防二次雷擊功能。

5）儀表具有去皮重和毛重/凈重顯示切換功能，用戶需要兌的鐵水是從零開始的直觀明確的凈重，同時4～20 mA變送輸出也是按凈重進行的，便于PLC進行鐵水兌換的自動控制。去皮重和毛重/凈重切換具有外控開關量輸入接口，通過安裝在控制操作臺面板上的自動/手動切換撥動開關。去皮重和毛重/凈重切換的無源外控按鈕可以由人工進行控制，同時還可以由PLC干接點輸出進行控制。接點閉合時（短路）有效，流過接點的直流電源DC 16～20 V由稱重儀表提供，閉合時流過接點的電流≤10～20 mA。按鈕或PLC干接點的允許閉合時間≤0.3～0.8 s。電子秤數據顯示，在現場安裝顯示儀表，儀表具備的功能：清零，去皮，清皮，毛重和凈重狀態自動零跟蹤。儀表接口，打印輸出口：RS232C，RS422通訊口，傳感器輸出口。并行接口：接打印機。使用環境溫度：稱重傳感器-15～200℃，稱重數傳器-15～65℃，稱量接收顯示器和大顯示器0～60℃。

6）計量系統軟件采用ERP現有的三級計量系統軟件。軟件系統及光纜延用原來的動態衡光纜。使用過程中的注意事項：1）當鐵水車在停運過程中由于速度較快沒有穩停于秤上時，會造成數據不準確，所以一定要待系統發出“計量完成”信號后方可進入下一罐鐵水的稱量。2）因靜態衡處于室外，需要加強對現場傳感器的檢查，加強對秤體上雜物的清理及傳感器是否被水淹等情況，確保設備的穩定性。3）加強對各限位拉桿的檢查，確保整個秤體上的軌道與運輸軌道的平整，保障運輸安全。

4 結語

此系統經過調試，采用物代法，使用標準砝碼對靜態秤進行標定。經反復驗證，每一罐鐵水的重量誤差為30～50 kg（鐵水凈重45～55 t），確保稱量的準確性。

通過幾個月的試運行，達到了預期的效果。通過準確稱量的鐵水，準確計算出鐵水的成本及煉鋼的原料入廠，保證了產量的準確性，有效地反映出高爐的生產能耗及高爐的運行水平，同時合理地掌控煉鋼生產情況，準確反映出鐵水單耗，保證了產品質量，前后工序都達到節能降耗的效果。

該系統的運用能夠及時反映煉鐵產量、準確核算煉鋼噸鋼綜合消耗鐵水成本、準確核算煉鐵率指標，為紅鋼公司精細化管理提供重要依據。另外，操作人員由原來的8人降低為1人，提高了企業自動化水平。