CN104864910B - 一种电热前床电极状态与熔渣密度测量装置与测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电热前床电极状态与熔渣密度测量装置与测量方法，属于冶金过程检测领域。本发明所述检测装置包括：连动装置、物位‑压力转换装置、称重装置、变送及数据处理装置、辅助装置；可以用于同时测量电热前床的电极位置高度、电极长度和熔渣的密度，并提供电极触底报警功能。本发明所述装置能适应环境温度高、粉尘严重、细微颗粒易粘附探头的电热前床的多参数测量，可以克服现有物位检测仪表与密度检测仪表不便进行电热前床参数在线检测的不足，为电热前床多参数的自动测量和实现电热前床的自动控制提供可靠的技术手段，本发明也可以适用于其它环境恶劣的类似工业过程。

Description

一种电热前床电极状态与熔渣密度测量装置与测量方法
技术领域
本发明提供一种电热前床电极状态与熔渣密度测量装置与测量方法，属于冶金过程检测领域。
背景技术
电热前床是有色金属冶金生产中的大型关键设备，电热前床处理的是熔炼炉输出的金属锍，它由特种三相变压器供电，通过调节电极插入熔池的深度来改变电极电流的大小，从而控制熔渣的温度和熔渣的状态。由于电热前床的熔渣高度和熔渣型式变化很大，导致三相电流不平衡现象严重，引起供电功率因数降低，谐波含量增加，对正常生产和变压器安全都会带来极为不利的影响。为了保持三相电流平衡稳定、温度稳定，让渣、金属得到良好分离，保护变压器运行安全，延长电热前床使用寿命。在实际工艺控制中，一般通过控制三相电极的位置高度来控制插入深度，从而控制三相电流和熔渣温度，使电热前床中的金属锍处于理想的物理化学状态。
由于电热前床三相电极插入高温熔渣中不断被消耗，因此实时检测电极的长度、电极位置高度、熔渣密度，对于实现电热前床的高效运行以及自动控制十分重要，但从已有的相关技术来看，仍不同程度地存在一些不足。专利200920094828.2介绍一种电弧炉电极位置检测装置，该检测装置包括电弧炉内的电极、滚轮、光电编码器、计算机、液压系统，由滚轮带动光电编码器转动，通过光电编码器将滚轮转动的角度转换成脉冲数字信号，通过对正、反方向的脉冲数进行计算，从而获得电极的实际位置，该方法简单、易行，但存在一些不足，主要表现在：（1）滚轮很容易出现打滑，使得计算的位置与实际位置偏差较大；（2）当脉冲频率较高时，计算机容易出现对脉冲的遗漏计数，从而造成累计误差；（3）在停电或电编码器出现故障时，如果电极仍在移动，则无法进行位置跟踪，需要重新标定；（4）电极更换或检修时也需要重新标定；（5）电极位置标定步骤复杂，劳动强度大。
电极位置高度、电极长度、熔渣密度的检测与控制是电热前床测控的重点和难点。由于电热前床环境温度高、粉尘大、烟尘粘附严重，采用目前的雷达物位计、超声波物位计等物位检测仪表很难长期适应电极位置和电极长度的检测，也不能适应电极位置快速变化的跟踪测量。
发明内容
本发明为了克服现有电极状态检测与熔渣密度检测存在的适应性差、可靠性低、累积误差大、不便调试、应用复杂等不足，本发明提供一种精度高、可靠性强、耐高温、抗粉尘、抗腐蚀、通用性好、结构简单的测量装置与测量方法，特别适用于电热前床、电渣炉等冶炼设备的电极位置高度、电极长度、熔渣密度的检测以及判断电极触底并进行报警。
本发明的目的之一在于提供一种电热前床电极状态与熔渣密度测量装置，所述检测装置包括连动装置、物位-压力转换装置、变送及数据处理装置、称重装置；
所述连动装置包括动滑轮6、不锈钢细绳7、定滑轮Ⅰ8、定滑轮Ⅱ9、钢缆套圈10；不锈钢细绳7的一端通过钢缆套圈10固定在电动卷扬机22的钢缆上，不锈钢细绳7中间分别跨接在定滑轮Ⅱ9、定滑轮Ⅰ8和动滑轮6上，另一端固定在动滑轮6上；
物位-压力转换装置包括：细软管3、细软管圈4、储液瓶5、密封螺栓14；动滑轮6的下端挂有储液瓶5，细软管3的一端与储液瓶5连接，另一端与压力变送器2连接，细软管3的中间部分盘成圈状，形成细软管圈4；储液瓶5内充满硅油12并通过密封螺栓14密封，储液瓶5上设有储液瓶吊环13，储液瓶吊环13与动滑轮6之间为活连接。
变送及数据处理装置包括主机1、压力变送器2，主机1与压力变送器2相连；
称重装置包括主机1、力传感器15、承重杠杆16、杠杆支点17，主机1与力传感器15相连，力传感器15与承重杠杆16的一端连接；承重杠杆16的另一端与定滑轮Ⅲ20相连，承重杠杆16位于杠杆支点17上；定滑轮Ⅲ20、定滑轮Ⅳ21、电动卷扬机22通过绳子与电极23相连，通过杠杆将电极的重量传递给力传感器15，力传感器15的信号送入主机1，可计算出电极的重量。
所述细软管3、细软管圈4、储液瓶5、动滑轮6位于套筒11的内部。
所述储液瓶5的上端设有储液瓶吊环13和密封螺栓14，储液瓶5的内部装有硅油12。
所述杠杆支点17由轴19两端分别连接轴承18构成，通过轴承18的作用，称重装置消除水平作用力对力传感器15的影响，只保留电极重量对力传感器15的作用。
本发明的目的之二在于提供所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置用于测量电极位置高度（电极位置高度是指电极上端到电热前床底部的距离）的方法：
不锈钢细绳7受储液瓶5和动滑轮6等重力的联合作用，一直处于拉紧状态，并且其移动距离等于卷扬机钢绳的移动距离，不锈钢细绳7牵引储液瓶5垂直升降，储液瓶5的升降距离等于电极升降距离的四分之一，压力变送器2的信号送入主机1，可计算出电极的移动距离。
通过连动装置和物位-压力转换装置，将电极的位置高度变化转换为硅油压力的变化（使得储液瓶5的位置高度变化量与电极位置高度变化量成比例关系，而压力变送器2检测到的硅油12的压力与储液瓶5的液体高度成比例关系，这样就可以将电极的位置变化转换为硅油12的压力变化），通过压力变送器2对硅油12压力进行测量，并输出与压力成正比的电流信号，电流信号送入主机1进行处理，可以计算电极位置高度，电极位置高度的计算公式为：
H= H 0 -K（N 1 -N 10 ）
其中，H为电极位置高度，即电极上端到电热前床底部的距离；H 0 为原始电极位置高度，即电极底部触及电热前床底部时电极上端到电热前床底部的距离；K H 为高度系数，可以通过适当移动电极距离，由H和N 1 值计算获得，例如，当电极位置高度改变ΔH时,压力的实时A/D转换值改变量为ΔN，则K H =-ΔH/ΔN；N 10 为压力的零点A/D转换值，即电极放到电热前床底部时压力通道的A/D转换值；N 1 为压力的实时A/D转换值。
本发明的目的之三在于提供所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置用于测量电极长度的方法：
定滑轮Ⅲ20安装在承重杠杆16上，电极的重量按杠杆原理传递给力传感器15，力传感器15输出的mV电压信号与作用力成正比，mV电压信号送入主机1进行放大和A/D转换，并根据A/D转换值计算计算电极长度，电极长度的计算公式为：
L= K L K w （N 20 -N 2 ）/1000
其中，L为电极的长度；K L 为长度系数（K L 的测定方法为：当电极长度改变ΔL时，重量信号的实时A/D转换值改变量为ΔN，则K L =-1000K w ΔL/ΔN）；K W 为电极的线密度（K W 等于电极的总质量除以总长度）；N 2 为重量信号的实时A/D转换值；N 20 为电极重量信号的零点A/D转换值，即电极放到电热前床底部时其重量信号的A/D转换值。
本发明的目的之四在于提供所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置用于测量电热前床熔渣密度的方法：
利用电极升降过程中获得的电极位置高度的变化值和电极重量的变化值，计算熔渣的密度，熔渣密度计算公式为：
d= △W/S△H
△W= K w （N 21 -N 22 ）
其中，d为熔渣的密度，△W为电极移动前后的重量变化值，S为电极的横截面积，△ H为电极移动前后的位置高度差值，K w 为电极的线密度，N 21 为电极移动前的重量A/D转换值，N 22 电极移动后的重量A/D转换值。
本发明的目的之五在于提供所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置用于测量电热前床电极触底的方法，其特征在于：在电极移动过程中，不断对电极的当前重量值与之前的重量值进行比较，如果差值变化大于设定值（取电极刚触底时的重量测量值作为设定值），即认为电极触底，并及时对触底作出报警。
本发明的有益效果是：
（1）实时测量电热前床电极的位置高度，为冶金生产过程中电极升降的人工操作或自动控制提供重要的数据；
（2）实时测量电热前床电极长度，为及时了解电极的消耗情况和电极的状态提供重要的数据；
（3）实时测量熔渣密度，可以及时掌握熔渣的状况，为电热前床的操作提供依据；
（4）自动判断电极是否触底，并及时作出报警，从而避免电极触底时卷扬机仍下放而造成事故；
（5）可以克服现有的物位检测设备难以适应电热前床的状况，能准确地测量电极的位置高度、电极的长度、熔渣密度，为实现电热前床电极的自动控制提供重要的技术手段；
（6）本发明不仅适用于电热前床的参数检测，也适用于其他类似设备的相关参数的检测。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为储液瓶的结构示意图；
图3为杠杆支点的结构示意图。
图中：1-主机；2-压力变送器；3-细软管；4-细软管圈；5-储液瓶；6-动滑轮；7-不锈钢细绳；8-定滑轮Ⅰ；9-定滑轮Ⅱ；10-钢缆套圈；11-套筒；12-硅油； 13-储液瓶吊环；14-密封螺栓；15-力传感器；16-承重杠杆；17-杠杆支点；18-轴承；19-轴；20-定滑轮Ⅲ；21-定滑轮Ⅳ；22-电动卷扬机；23-电极；24-电热前床。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述电热前床电极状态与熔渣密度测量装置应用于铜熔炼的电热前床，应用现场的条件为：电热前床的深度为2m，电极为石墨电极，电极的截面积为0.16m2，电极的初始长度为15m，电极的线密度为320kg/m，熔渣的密度变化范围为6900-7300kg/m3，钢缆的直径为30mm。
本实施例所述电热前床电极状态与熔渣密度测量装置包括连动装置、物位-压力转换装置、变送及数据处理装置、称重装置，如图1~3所示；
所述连动装置包括动滑轮6、不锈钢细绳7、定滑轮Ⅰ8、定滑轮Ⅱ9、钢缆套圈10；不锈钢细绳7的一端通过钢缆套圈10固定在电动卷扬机22的钢缆上，不锈钢细绳7中间分别跨接在定滑轮Ⅱ9、定滑轮Ⅰ8和动滑轮6上，另一端固定在动滑轮6上；
物位-压力转换装置包括：细软管3、细软管圈4、储液瓶5、密封螺栓14；动滑轮6的下端挂有储液瓶5，细软管3的一端与储液瓶5连接，另一端与压力变送器2连接，细软管3的中间部分盘成圈状，形成细软管圈4；储液瓶5内充满硅油12并通过密封螺栓14密封，储液瓶5上设有储液瓶吊环13，储液瓶吊环13与动滑轮6之间为活连接。
变送及数据处理装置包括主机1、压力变送器2，主机1与压力变送器2相连；
称重装置包括主机1、力传感器15、承重杠杆16、杠杆支点17，主机1与力传感器15相连，力传感器15与承重杠杆16的一端连接；承重杠杆16的另一端与定滑轮Ⅲ20相连，承重杠杆16位于杠杆支点17上；定滑轮Ⅲ20、定滑轮Ⅳ21、电动卷扬机22通过绳子与电极23相连，通过杠杆将电极的重量传递给力传感器15，力传感器15的信号送入主机1，可计算出电极的重量。
所述细软管3、细软管圈4、储液瓶5、动滑轮6位于套筒11的内部。
所述储液瓶5的上端设有储液瓶吊环13和密封螺栓14，储液瓶5的内部装有硅油12。
所述杠杆支点17由轴19两端分别连接轴承18构成，通过轴承18的作用，称重装置消除水平作用力对力传感器15的影响，只保留电极重量对力传感器15的作用。
为了满足应用条件下的测量需要，选择各部件的型号或规格为：
主机1型号为IMC-821，带两路16位A/D输入通道，通道具有信号放大功能，放大倍数为1-5000；压力变送器2型号为3051TG，压力测量范围为0-60KPa，两线制，供电为24VDC；细软管3的内径为2mm,外径为4mm，材质为聚四氟乙烯，保护套为304L不锈钢网；将细软管3盘成细软管圈4的直径约为80mm；储液瓶5的材质为304L不锈钢，内径为50mm，外径为56mm，长度为60mm；动滑轮6的规格为宽*长=26 mm *120mm；宽度26*长度122mm，不锈钢细绳7的直径为2mm，定滑轮8和定滑轮9的规格为M50，材质为304L不锈钢；钢缆套圈的直径为35mm，材质为304L不锈钢；套筒11的内径为Φ120mm,外径为Φ126mm，材质为铸钢；硅油12的密度为960kg/m3；储液瓶吊环13的直径为25mm，材质为304L不锈钢；密封螺栓14的规格为M6X8，材质为304L不锈钢；力传感器15 的型号为HCHZ-102柱形称重传感器，测量范围为0-2t，供电为10VDC；承重杠杆16的长度为1200mm，直径为Φ60mm，材质为铸钢，动力臂与阻力臂的长度比例为3:1；杠杆支点17采用亮个轴承18,轴承规格为UC212；轴19的直径为Φ60mm。
电极位置高度的测量方法为：
通过连动装置和物位-压力转换装置的联合作用，将电极的位置变化转换为硅油压力的变化，通过压力变送器2对硅油12压力进行测量，并输出与压力成正比的4-20mA电流信号，电流信号送入主机1进行处理，电极位置高度的计算公式为
H= H 0 -K H （N 1 -N 10 ）
其中，H为电极位置高度；H 0 为原始电极位置高度，即电极放到底时电极上端到电热前床底部的距离；K H 为高度系数，通过适当移动电极距离，利用H和N 1 值计算获得；N 10 为压力的零点A/D转换值，即电极刚到底时压力通道的A/D转换值；N 1 为压力的实时A/D转换值。
本实施例中，H 0 =15m，K H =6.72×10-4 ，N 10 =7862，N 1 的变化范围为7862～30160。
液压式电热前床电极触底判断及报警方法为：
在电极移动过程中，不断对电极的当前重量值与之前的重量值进行比较，如果差值变化大于设定值（设定值为400kg），等待5秒后该状况还存在，即认为电极触底，并及时对触底作出报警。
电极长度的测量方法为：
通过测量电极的重量，结合电极的线密度，计算电极的长度。
定滑轮Ⅲ20安装在承重杠杆16上，电极的重量按杠杆原理传递给力传感器15，力传感器15输出的mV电压信号与作用力成正比，mV电压信号送入主机1进行放大和A/D转换，利用A/D转换值进行电极长度的计算，电极长度的计算公式为
L= K L K w （N 20 -N 2 ） /1000
其中，L为电极的长度；K L 为长度系数；K w 为电极的线密度；N 2 为重量的实时A/D转换值；N 20 为重量的零点A/D转换值，即电极悬空时的重量A/D转换值。
本实施例中，K L =1.85×10-3，K w =320kg/m，N 20 =31270，N 2 的变化范围为5897～31270。
电热前床熔渣密度的测量方法为：
利用电极升降过程中测量获得的电极位置高度的变化值和电极重量的变化值，计算熔渣的密度，熔渣密度计算公式为
d= △W/S△H
△W= K w （N 21 -N 22 ）
其中，d为熔渣的密度，△W为电极移动前后的重量变化值，S为电极的横截面积，△H为电极移动前后的位置高度差值，KW为电极的线密度，N21为电极移动前的重量A/D转换值，N22分别为电极移动后的重量A/D转换值。
本实施例中，K w =320kg/m，N 21 和N 22 的变化范围为5897～31270。
实施例2
本实施例所述电热前床电极状态与熔渣密度测量装置应用于铅熔炼的电热前床；现场数据为：电热前床的深度为2.5m，电极为石墨电极，电极的截面积为0.25m2，电极的初始长度为18m，电极的线密度为500kg/m，熔渣的密度变化范围为8900-1010kg/m3，钢缆的直径为35mm。
本实施例所述电热前床电极状态与熔渣密度测量装置包括连动装置、物位-压力转换装置、变送及数据处理装置、称重装置；
所述连动装置包括动滑轮6、不锈钢细绳7、定滑轮Ⅰ8、定滑轮Ⅱ9、钢缆套圈10；不锈钢细绳7的一端通过钢缆套圈10固定在电动卷扬机22的钢缆上，不锈钢细绳7中间分别跨接在定滑轮Ⅱ9、定滑轮Ⅰ8和动滑轮6上，另一端固定在动滑轮6上；
物位-压力转换装置包括：细软管3、细软管圈4、储液瓶5、密封螺栓14；动滑轮6的下端挂有储液瓶5，细软管3的一端与储液瓶5连接，另一端与压力变送器2连接，细软管3的中间部分盘成圈状，形成细软管圈4；储液瓶5内充满硅油12并通过密封螺栓14密封，储液瓶5上设有储液瓶吊环13，储液瓶吊环13与动滑轮6之间为活连接。
变送及数据处理装置包括主机1、压力变送器2，主机1与压力变送器2相连；
称重装置包括主机1、力传感器15、承重杠杆16、杠杆支点17，主机1与力传感器15相连，力传感器15与承重杠杆16的一端连接；承重杠杆16的另一端与定滑轮Ⅲ20相连，承重杠杆16位于杠杆支点17上；定滑轮Ⅲ20、定滑轮Ⅳ21、电动卷扬机22通过绳子与电极23相连，通过杠杆将电极的重量传递给力传感器15，力传感器15的信号送入主机1，可计算出电极的重量。
所述细软管3、细软管圈4、储液瓶5、动滑轮6位于套筒11的内部。
所述储液瓶5的上端设有储液瓶吊环13和密封螺栓14，储液瓶5的内部装有硅油12。
所述杠杆支点17由轴19两端分别连接轴承18构成，通过轴承18的作用，称重装置消除水平作用力对力传感器15的影响，只保留电极重量对力传感器15的作用。
为了满足本应用条件下的测量需要，各部件的型号或规格为：
主机1型号为IMC-821，带两路16位A/D输入通道，通道具有信号放大功能，放大倍数为1-5000；压力变送器2型号为EJA430A，压力测量范围为0-70KPa，两线制，供电为24VDC；细软管3的内径为1.5mm,外径为3mm，材质为聚四氟乙烯，保护套为不锈钢网；将细软管3盘成细软管圈4的直径约为70mm；储液瓶5的材质为304L不锈钢，内径为40mm，外径为46mm，长度为50mm；动滑轮6的规格为宽*长=20 mm *100mm；宽度26*长度122mm，不锈钢细绳7的直径为1.5mm，定滑轮8和定滑轮9的规格为M40，材质为不锈钢；钢缆套圈的直径为40mm，材质为304L不锈钢；套筒11的内径为Φ100mm,外径为Φ106mm，材质为铸钢；硅油12的密度为960kg/m3；储液瓶吊环13的直径为20mm，材质为304L不锈钢；密封螺栓14的规格为M5X6，材质为304L不锈钢；力传感器15 的型号为JLBT-2t柱形称重传感器，测量范围为0-3.5t，供电为10VDC；承重杠杆16的长度为1000mm，直径为Φ70mm，材质为铸钢，动力臂与阻力臂的长度比例为3:1；杠杆支点17采用连个轴承18,轴承规格为90514；轴19的直径为Φ70mm。
电极位置高度的测量方法为：
通过连动装置和物位-压力转换装置的联合作用，将电极的位置变化转换为硅油压力的变化，通过压力变送器2对硅油12压力进行测量，并输出与压力成正比的4-20mA电流信号，电流信号送入主机1进行处理，电极位置高度的计算公式
H= H 0 - K H （N 1 -N 10 ）
其中，H为电极位置高度；H 0 为原始电极位置高度，也就-未使用前电极触及电热前床底部时的电极上端高度；K H 为高度系数，通过分段适当移动电极距离，获得H和N 1 值后计算获得；N 10 为压力的零点A/D转换值，即电极触及电热前床底部时压力通道的A/D转换值；N 1 为压力的实时A/D转换值。
本实施例中，H 0 =18m，N 10 =6820，K H =7.92×10 -4 ，N 1 的变化范围为6820～29540。
电热前床电极触底判断及报警方法为：
在电极移动过程中，不断对电极的当前重量值与之前的重量值进行比较，如果差值变化大于设定值（设定值为300kg），等待8秒后该状况还存在，即认为电极触底，并及时对触底作出报警。
电极长度的测量方法为：
由承重杠杆16支撑定滑轮Ⅲ20，并按杠杆原理将电极的重量传递给力传感器15，力传感器15输出的mV电压信号与作用力成正比，mV电压信号送入主机1进行放大和A/D转换，电极长度的计算公式为
L= K L K w （N 20 -N 2 ） /1000
其中，L为电极的长度；K L 为长度系数；K w 为电极的线密度；N 2 为重量的实时A/D转换值；N 20 为重量的零点A/D转换值，即电极刚悬空时的重量A/D转换值。
本例中，K L =1.91×10 -3 ，K w =500kg/m，N 20 =27650，N 2 的变化范围为8832～27650。
电热前床熔渣密度的测量方法为：
利用电极升降过程中获得的电极位置高度的变化值和电极重量的变化值，计算熔渣的密度，熔渣密度计算公式为
d= （△W - K 1 △H ）/S△H
△W= K w （N 21 -N 22 ）
其中，d为熔渣的密度，△W为电极移动前后的重量变化值，S为电极的横截面积，△ H为电极移动前后的位置高度的变化值，K w 为电极的线密度，K 1 为钢绳的线密度，N 21 为电极移动前的重量A/D转换值，N 22 为电极移动后的重量A/D转换值。
本例中，K w =500kg/m，N 21 和N 22 的变化范围为8832～27650。
实施例3
本实施例所述电热前床电极状态与熔渣密度测量装置应用于锌熔炼的电热前床。现场数据为：电热前床的深度为2.2m，电极为石墨电极，电极的截面积为0.2m2，电极的初始长度为13m，电极的线密度为400kg/m，熔渣的密度变化范围为5100-5700kg/m3，钢缆的直径为30mm。
本实施例所述电热前床电极状态与熔渣密度测量装置包括连动装置、物位-压力转换装置、变送及数据处理装置、称重装置；
所述连动装置包括动滑轮6、不锈钢细绳7、定滑轮Ⅰ8、定滑轮Ⅱ9、钢缆套圈10；不锈钢细绳7的一端通过钢缆套圈10固定在电动卷扬机22的钢缆上，不锈钢细绳7中间分别跨接在定滑轮Ⅱ9、定滑轮Ⅰ8和动滑轮6上，另一端固定在动滑轮6上；
物位-压力转换装置包括：细软管3、细软管圈4、储液瓶5、密封螺栓14；动滑轮6的下端挂有储液瓶5，细软管3的一端与储液瓶5连接，另一端与压力变送器2连接，细软管3的中间部分盘成圈状，形成细软管圈4；储液瓶5内充满硅油12并通过密封螺栓14密封，储液瓶5上设有储液瓶吊环13，储液瓶吊环13与动滑轮6之间为活连接。
变送及数据处理装置包括主机1、压力变送器2，主机1与压力变送器2相连；
称重装置包括主机1、力传感器15、承重杠杆16、杠杆支点17，主机1与力传感器15相连，力传感器15与承重杠杆16的一端连接；承重杠杆16的另一端与定滑轮Ⅲ20相连，承重杠杆16位于杠杆支点17上；定滑轮Ⅲ20、定滑轮Ⅳ21、电动卷扬机22通过绳子与电极23相连，通过杠杆将电极的重量传递给力传感器15，力传感器15的信号送入主机1，可计算出电极的重量。
所述细软管3、细软管圈4、储液瓶5、动滑轮6位于套筒11的内部。
所述储液瓶5的上端设有储液瓶吊环13和密封螺栓14，储液瓶5的内部装有硅油12。
所述杠杆支点17由轴19两端分别连接轴承18构成，通过轴承18的作用，称重装置消除水平作用力对力传感器15的影响，只保留电极重量对力传感器15的作用。
为了满足本应用条件下的测量需要，各部件的型号或规格为：
主机1采用S7-200PLC,由PLC、信号放大模块、电源等组成，CPU型号为6ES7 214-1AD23-0XB0，A/D模块型号为UN 231-0HH32-0XA016位，D/A模块型号为UN 232-0HB22-0XA012位，信号放大器型号为RW-ST01A放大倍数为1-6000，电源为24VDC；压力变送器2型号为3051，压力测量范围为0-60KPa，两线制，供电为24VDC；细软管3的内径为1.5mm,外径为3mm，材质为聚四氟乙烯，保护套为不锈钢网；将细软管3盘成细软管圈4的直径约为80mm；储液瓶5的材质为304不锈钢，内径为44mm，外径为50mm，长度为40mm；动滑轮6的规格为宽*长=24 mm *110mm；宽度26*长度122mm，不锈钢细绳7的直径为1.5mm，定滑轮8和定滑轮9的规格为M50，材质为不锈钢；钢缆套圈的直径为35mm，材质为304L不锈钢；套筒11的内径为Φ100mm,外径为Φ106mm，材质为铸钢；硅油12的密度为960kg/m3；储液瓶吊环13的直径为20mm，材质为304L不锈钢；密封螺栓14的规格为M6X6，材质为304L不锈钢；力传感器15 的型号为YZC-516-1 t的S形称重传感器，测量范围为0-2t，供电为10VDC；承重杠杆16的长度为1000mm，直径为Φ60mm，材质为铸钢，动力臂与阻力臂的长度比例为3:1；杠杆支点17采用连个轴承18,轴承规格为90513；轴19的直径为Φ65mm。
电极位置高度的测量方法为：
通过连动装置和物位-压力转换装置的联合作用，将电极的位置变化转换为硅油压力的变化，通过压力变送器2对硅油12压力进行测量，并输出与压力成正比的4-20mA电流信号，电流信号送入主机1进行处理，电极位置高度的计算公式
H= H 0 - K H （N 1 -N 10 ）
其中，H为电极位置高度；H 0 为原始电极位置高度，也就-未使用前电极触及电热前床底部时的电极上端高度；K H 为高度系数，通过分段适当移动电极距离，利用H和N 1 值计算获得；N 10 为压力的零点A/D转换值，即电极触及电热前床底部时压力通道的A/D转换值；N 1 为压力的实时A/D转换值。
本例中，H 0 =13m，N 10 =11020，K H =6.62×10 -4 ，N 1 的变化范围为11020～30650。
电热前床电极触底判断及报警方法为：
在电极移动过程中，不断对电极的当前重量值与之前的重量值进行比较，如果差值变化大于设定值（设定值为250kg），等待6秒后该状况还存在，即认为电极触底，并及时对触底作出报警。
电极长度的测量方法为：
由承重杠杆16支撑定滑轮Ⅲ20，并按杠杆原理将电极的重量传递给力传感器15，力传感器15输出的mV电压信号与作用力成正比，mV电压信号送入主机1进行放大和A/D转换，电极长度的计算公式为
L= K L K w （N 20 -N 2 ） /1000
其中，L为电极的长度；K L 为长度系数；K w 为电极的线密度；N 2 为重量的实时A/D转换值；N 20 为重量的零点A/D转换值，即电极刚悬空时的重量A/D转换值。
本例中，K L =1.61×10 -3 ，K w =400kg/m，N 20 =29840，N 2 的变化范围为9720～29840。
电热前床熔渣密度的测量方法为：
利用电极升降过程中获得的电极位置高度的变化值和电极重量的变化值，计算熔渣的密度，熔渣密度计算公式为
d= （△W - K 1 △H ）/S△H
△W= K w （N 21 -N 22 ）
其中，d为熔渣的密度，△W为电极移动前后的重量变化值，S为电极的横截面积，△ H为电极移动前后的位置高度的变化值，K w 为电极的线密度， N 21 为电极移动前的重量A/D转换值，N 22 为电极移动后的重量A/D转换值。
本例中，K w =400kg/m，N 21 和N 22 的变化范围为9720～29840。

Claims (8)

1.一种电热前床电极状态与熔渣密度测量装置，其特征在于：所述电热前床电极状态与熔渣密度测量装置包括连动装置、物位-压力转换装置、变送及数据处理装置、称重装置；
所述连动装置包括动滑轮（6）、不锈钢细绳（7）、定滑轮Ⅰ（8）、定滑轮Ⅱ（9）、钢缆套圈（10）；不锈钢细绳（7）的一端通过钢缆套圈（10）固定在电动卷扬机（22）的钢缆上，不锈钢细绳（7）中间分别跨接在定滑轮Ⅱ（9）、定滑轮Ⅰ（8）和动滑轮（6）上，另一端固定在动滑轮（6）上；
物位-压力转换装置包括：细软管（3）、细软管圈（4）、储液瓶（5）、密封螺栓（14）；动滑轮（6）的下端挂有储液瓶（5），细软管（3）的一端与储液瓶（5）连接，另一端与压力变送器（2）连接，细软管（3）的中间部分盘成圈状，形成细软管圈（4）；
变送及数据处理装置包括主机（1）、压力变送器（2），主机（1）与压力变送器（2）相连；
称重装置包括主机（1）、力传感器（15）、承重杠杆（16）、杠杆支点（17），主机（1）与力传感器（15）相连，力传感器（15）与承重杠杆（16）的一端连接；承重杠杆（16）的另一端与定滑轮Ⅲ（20）相连，承重杠杆（16）位于杠杆支点（17）上；定滑轮Ⅲ（20）、定滑轮Ⅳ（21）、电动卷扬机（22）通过绳子与电极（23）相连。
2.根据权利要求1所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置，其特征在于：细软管（3）、细软管圈（4）、储液瓶（5）、动滑轮（6）位于套筒（11）的内部。
3.根据权利要求1所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置，其特征在于：所述储液瓶（5）的上端设有储液瓶吊环（13）和密封螺栓（14），储液瓶（5）内充满硅油（12）并通过密封螺栓（14）密封，储液瓶（5）上设有储液瓶吊环（13），储液瓶吊环（13）与动滑轮（6）之间为活连接。
4.根据权利要求1所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置，其特征在于：所述杠杆支点（17）由轴（19）两端分别连接轴承（18）构成。
5.权利要求1~4任意一项所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置用于测量电极位置高度的方法，其特征在于：
通过连动装置和物位-压力转换装置，将电极的位置高度变化转换为硅油压力的变化，通过压力变送器（2）对硅油（12）压力进行测量，并输出与压力成正比的电流信号，电流信号送入主机（1）进行处理，可以计算电极位置高度，电极位置高度的计算公式为：
H= H 0 -K H （N 1 -N 10 ）
其中，H为电极位置高度，即从电极上端到电热前床底部的距离；H 0 为原始电极位置高度，即电极放到电热前床底部时电极上端到电热前床底部的距离；K H 为高度系数，当电极位置高度改变ΔH时,压力的实时A/D转换值改变量为ΔN，则K H =-ΔH/ΔN；N 10 为压力的零点A/D转换值，即电极放到电热前床底部时压力通道的A/D转换值；N 1 为压力的实时A/D转换值。
6.权利要求1~4任意一项所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置用于测量电极长度的方法，其特征在于：
定滑轮Ⅲ（20）安装在承重杠杆（16）上，电极的重量按杠杆原理传递给力传感器（15），力传感器（15）输出的mV电压信号与作用力成正比，mV电压信号送入主机（1）进行放大和A/D转换，并根据A/D转换值计算计算电极长度，电极长度的计算公式为：
L= K L K w （N 20 -N 2 ）/1000
其中，L为电极的长度；K L 为长度系数；K w 为电极的线密度；N 2 为重量信号的实时A/D转换值；N 20 为电极重量信号的零点A/D转换值，即电极底部不与电热前床接触时其重量信号的A/D转换值。
7.权利要求1~4任意一项所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置用于测量电热前床熔渣密度的方法，其特征在于：
利用电极升降过程中获得的电极位置高度的变化值和电极重量的变化值，计算熔渣的密度，熔渣密度计算公式为：
d= △W/S△H
△W= K w （N 21 -N 22 ）
其中，d为熔渣的密度，△W为电极移动前后的重量变化值，S为电极的横截面积，△H为电极移动前后的位置高度差值，K w 为电极的线密度，N 21 为电极移动前的重量A/D转换值，N 22 电极移动后的重量A/D转换值。
8.权利要求1~4任意一项所述的电热前床电极状态与熔渣密度测量装置用于测量电热前床电极触底的方法，其特征在于：在电极移动过程中，不断对电极的当前重量值与之前的重量值进行比较，如果差值变化大于设定值，即认为电极触底，并及时对触底作出报警。
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