1 引言

      冶金爐的骨架有彈性和剛性之分。剛性骨架不可調節，彈性骨架可依據爐體的膨脹進行適當的調節。采用彈性骨架設計的爐體，其彈性骨架與熔池爐體共同組成立體框架結構。彈性骨架的主要作用是，在爐子生產運行過程中，在保證爐子整體性的前提下控制爐子均衡膨脹，從而達到增加爐子運行的安全性和提高爐子運行壽命的目的。

      2 彈性骨架工作原理及彈性力系失衡的原因

      在生產運行中，爐體將自身的熱應力通過膨脹傳遞給彈性骨架結構，骨架又將彈簧的夾緊力施加給爐體，相互間的作用與平衡就決定了爐子的膨脹變化。彈簧分布的原則是在相對稱的受力面上對稱區域上的彈簧受力相等。

      彈性力系失衡的原因主要有以下幾種：
      ⑴ 水冷件漏水，使耐火磚產生異常膨脹，增大該部位的爐體膨脹力。
      ⑵ 爐體溫度的變化，耐火磚在不同的工作溫度下有不同的膨脹量。
      ⑶ 爐子砌體部分檢修變化，新換耐火砌體的膨脹要明顯大于舊砌體，使彈性結構的夾緊力出現不足。

    3 彈性力系失衡的檢測

      彈性結構力系的失衡是一種常見的必然現象。出現力系失衡后，現場必須進行調整使之重新恢復平衡，否則爐子將會發生異常的膨脹。因此檢測爐體不同部位的膨脹量，供工藝工程師對彈性結構的工作狀況進行分析，從而準確把握爐子膨脹的原因和發生趨勢適時調整彈簧結構。

      傳統的爐體膨脹量檢測是在爐子縱向梁和端梁的不同部位焊接一個鋼棒，在靠近鋼棒的位置安裝有一個印有刻度的鋼標尺，工人定期用粉筆在標尺上畫標記，此方法既粗劣又增大了工人的勞動強度。而現在設計上采用了一種叫差動變壓器式位移傳感器（LVDT，Liner Variable Differential Transformer），它將膨脹量預先轉變成位移量，將直線移動的機械量轉成電量，使縱向梁和端梁的膨脹量通過電信號方式送至廠區DCS，供工藝工程師能實時在線地在控制室看到膨脹量，通過分析預測適時適量調整彈簧力系，從而有效控制爐體的異常膨脹。

      4 LVDT傳感器原理及特性

      LVDT位移傳感器工作原理簡單地說是鐵芯可動變壓器，其結構示意圖如圖1所示。

      LVDT是由一個初級線圈，兩個次級線圈，鐵芯及線圈骨架，外殼等部件組成。當鐵芯在線圈中間位置時，次級線圈S1、S2所感應的電壓相等，由于輸出是反向串接，所以輸出電壓為零（如圖2所示）；當鐵芯向上移動時，線圈S1和線圈P之間互感量增加，次級線圈S1感應電壓V1升高，線圈S2和線圈P之間互感量減少，次級線圈S2感應電壓V2降低，兩線圈電壓的代數和V=V1+V2，隨著鐵芯向上移動呈線性增加。當鐵芯向下移動時，兩線圈電壓變化相應與之相反，V1與V2的代數和隨鐵芯向下移動線性增加（因S1和S2線圈是反向串接），如圖3所示次級線圈電壓與鐵芯移動距離之間關系，即輸出特性曲線。
 

      LVDT的特點是結構簡單，工作可靠，壽命長，靈敏度高，每毫米位移量輸出信號電壓高達幾百MV，精度可達0.05%，分辨率一般為0.1μm，可測量位移量為±0.1～±500mm，動態特性好，可用于高速在線檢測，磁性不銹鋼外殼可以屏蔽靜電，可在強磁場、大電流、潮濕等惡劣環境下使用。

      通用傳感器標稱行程有：±0.5mm、±1mm、±2.5mm、±5mm、±10mm、±25mm、±50mm、±75mm、±100mm、±150mm、±200mm、±250mm、±300mm、±400mm、±500mm，單向行程是變送器雙向行程轉換而來的。LVDT是將位移量轉換輸出為MV級電壓信號，需經過一個信號調節器將MV信號轉換輸出標準信號（1~5VDC或4~20mA）連接至任何DCS或PLC控制系統。

      5 LVDT在爐體上的應用

      如圖4所示的膨脹位移傳感器應用實例。在某冶金爐爐體一側的上、下縱向梁上共安裝了14個膨脹位移傳感器。由于各種原因，爐子縱向梁上各點膨脹位移量不同，14個傳感器按照均勻分布的原則進行布置，同樣在爐體另一側對稱安裝了14個膨脹位移傳感器，其最大行程均為0~50mm。在長方形爐體的兩個端墻側的上、下縱向梁也安裝了膨脹位移傳感器。

 

      LVDT膨脹位移傳感器體積小，在爐體上的安裝非常簡單方便，如圖5所示。在彈性鋼結構體的縱向梁上焊接螺栓，將帶有螺母的鐵芯擰入螺栓中，這樣鐵芯可以跟隨彈性結構體進行膨脹，裝有線圈的殼體上有兩個安裝支座，將支座用螺栓固定在樓板梁或焊有鋼結構的支撐件上，安裝時鐵芯與殼體的中心對準即可。

 

      從現場使用效果來看，膨脹位移傳感器最大程度上地減輕了工人的勞動負荷，而且靈敏度、精度很高，實現了冶金彈性爐體膨脹位移實時在線觀測，尤其在冶金爐體升溫過程中對指導爐子操作，延長爐壽起到了非常關鍵的參考作用。


張晉（1971-）
女，山西大同人，高級工程師，主要研究方向為過程控制及自動化儀表的設計、咨詢。