钢包砌筑配砖数量计算装置的制作方法

本实用新型涉及钢包砌筑工具技术领域，具体的讲是一种钢包砌筑配砖数量计算装置。

背景技术：

钢包作为炼钢生产的核心设备之一，其质量和使用寿命直接关系钢水的质量和成本，钢包质量主要受耐火砖质量和砌筑质量的影响，在耐火砖确定后，钢包的质量主要由砌筑质量决定，其中砖缝大小和砌面平整度是影响钢包砌筑质量的重要因素，而合理的砖块数量配置是减小砖缝和改善砌面平整度的基础。

目前，国内针对钢包砌筑质量的改进主要集中在砌筑方法和钢包的形状结构方面，如中国专利公开号cn201720994471.8公开了一种钢包砌筑结构，通过对工作层、包底层和增强层厚度的调整，来达到钢包各部件寿命的同步性。中国专利公开号cn201420285847.4公开了一种钢包砌筑使用的压砖装置，通过该装置可以减少压砖时间，降低工人工作强度。中国专利公开号cn201110427241公开了一种斜砌砖砌筑包壁的方法，通过一种特别设计的斜砌砖砌筑包壁，能减少“合门”工序，减少砌筑时间。

但是已公开的专利技术，未涉及不同砖缝大小和不同钢包直径情况下砖块数量配置计算和根据钢包的实际直径来计算砖块数的问题。

国内钢包砌筑主要用两种大小不同的楔形砖进行砌筑，如图1和图2所示。

而且当前国内普遍采用的钢包砌筑所需砖块计算方法为：楔形砖的外半径记为r外，钢包的半径记为r，设大小两种楔形砖数量为k1、k2，则根据计算式有：

a1k1+a2k2＝2πr(1)

b1k1+b2k2＝2π(r-h)(2)

上式中：a1为小半径楔形砖小端尺寸(即图1中b小数据)；a2为大半径楔形砖小端尺寸(即图2中b大数据)；r为工作层外径(根据钢包图纸获得)；h为砖的厚度(即图1和图2中h的数值)；b1为小半径楔形砖大端尺寸(即图1中a小数据)；b2为大半径楔形砖小端尺寸(即图2中a大数据)。联立(1)(2)即可求得k1、k2。

但在实际中应用此算法，会产生两方面的问题：一是钢包的永久层和保温层是人工砌筑的，实际的厚度较图纸有出入，在r越大的时候，k1、k2的误差也会较大，使砖缝变大或使上下工作层之间形成台阶，在钢流的冲刷下，这部分耐火材料会进入钢水中，不仅影响钢水的纯净度，也缩短其使用寿命；二是基于计算简便角度，没有考虑因使用火泥造成两块砖之间的缝隙，使计算的数据和实际的用量有偏差。

为解决这个问题，本实用新型设计了一种钢包砌筑配砖数量计算装置，能根据砌筑选用的砖型和砖缝要求以及钢包的实际直径计算出砖块所需数量。

技术实现要素：

本实用新型突破了现有技术的难题，设计了一种钢包砌筑配砖数量计算装置，能根据砌筑选用的砖型和砖缝要求以及钢包的实际直径计算出砖块所需数量。

为了达到上述目的，本实用新型设计了钢包砌筑配砖数量计算装置，其特征在于：包括测量装置、测量信号处理模块、单片机模块、输入模块、电源模块和显示模块；

所述测量装置具有信号输出端和电源端；测量信号处理模块具有信号输入端、电源端、信号输出端；单片机模块具有第一信号输入端、第二信号输入端、信号输出端、电源端；输入模块具有信号输出端；电源模块具有电源输出端；显示模块具有电源端和信号输入端；

测量装置的信号输出端与测量信号处理模块的信号输入端连接，测量信号处理模块的信号输出端与单片机模块的第一信号输入端连接，单片机模块的第二信号输入端与输入模块的信号输出端连接，单片机模块的信号输出端与显示模块的信号输入端连接，测量装置的电源端、测量信号处理模块的电源端、单片机模块的电源端、显示模块的电源端均与电源模块的电源输出端连接。

进一步的，所述测量装置包括底座、支撑杆、伸缩长杆、传感器，所述底座利用支撑杆与伸缩长杆的中央位置相固定，伸缩长杆的两端设有传感器。

进一步的，所述传感器为mps-l型拉绳位移传感器。

进一步的，所述测量信号处理模块包括差分放大器、电压转换电路、ad转换芯片；

其中，所述差分放大器利用电压转换电路与ad转换芯片相连。

进一步的，所述单片机模块中的单片机型号为c8051f020。

进一步的，所述电源模块为ad780标准2.5v电源。

进一步的，所述单片机模块还设有扩展接口。

进一步的，所述差分放大器为pga204电压放大器。

进一步的，所述扩展接口为14针jtag扩展接口。

本实用新型与现有技术相比，根据砖缝和钢包实际直径所需楔形砖数量的繁琐计算式，经数学处理转化为与砖缝大小和钢包实际直径大小的函数，将此函数写入单片机，工人只需将选用的楔形砖尺寸输入系统，使用本实用新型测量钢包直径后，就能计算出钢包所需的砖块数量，并且本实用新型还考虑了钢包直径与选用楔形砖的数学关系，提高了砖块数量计算的全面性和准确性。

附图说明

图1为现有技术中钢包砌筑主要使用的小半径楔形砖的剖视图。

图2为现有技术中钢包砌筑主要使用的大半径楔形砖的剖视图。

图3为具体实施例中钢包砌筑配砖数量计算装置的结构示意图。

图4为具体实施例中钢包砌筑配砖数量计算装置中测量装置的结构示意图。

图5为具体实施例中楔形砖外半径示意图。

其中，1为测量装置，2为测量信号处理模块，3为单片机模块，4为输入模块，5为电源模块，6为显示模块，1-1为底座，1-2为支撑杆，1-3为伸缩长杆，1-4为传感器，2-1为差分放大器，2-2为电压转换电路，2-3为ad转换芯片；

b小为小半径楔形砖小端尺寸，b大为大半径楔形砖小端尺寸，h为砖的厚度，a小为小半径楔形砖大端尺寸，a大为大半径楔形砖小端尺寸；

r0为楔形砖外半径，θ0为楔形砖中心角，r0为楔形砖内半径，rp0为楔形砖中间半径。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做一步描述。

在具体实施中，参见图3，本实用新型设计了钢包砌筑配砖数量计算装置，包括测量装置1、测量信号处理模块2、单片机模块3、输入模块4、电源模块5和显示模块6；

所述测量装置1具有信号输出端和电源端；测量信号处理模块2具有信号输入端、电源端、信号输出端；单片机模块3具有第一信号输入端、第二信号输入端、信号输出端、电源端；输入模块4具有信号输出端；电源模块5具有电源输出端；显示模块6具有电源端和信号输入端；

测量装置1的信号输出端与测量信号处理模块2的信号输入端连接，测量信号处理模块2的信号输出端与单片机模块3的第一信号输入端连接，单片机模块3的第二信号输入端与输入模块4的信号输出端连接，单片机模块3的信号输出端与显示模块6的信号输入端连接，测量装置1的电源端、测量信号处理模块2的电源端、单片机模块3的电源端、显示模块6的电源端均与电源模块5的电源输出端连接。

优选的，参见图4，所述测量装置1包括底座1-1、支撑杆1-2、伸缩长杆1-3、传感器1-4，所述底座1-1利用支撑杆1-2与伸缩长杆1-3的中央位置相固定，伸缩长杆1-3的两端连接有传感器1-4。

优选的，传感器1-4为mps-l型拉绳位移传感器。

优选的，测量信号处理模块2包括差分放大器2-1、电压转换电路2-2、ad转换芯片2-3；

其中，差分放大器2-1为pga204电压放大器，所述差分放大器2-1利用电压转换电路2-2与ad转换芯片2-3相连。

优选的，单片机模块3中的单片机型号为c8051f020。

优选的，电源模块5为ad780标准2.5v电源。

优选的，单片机模块3还设有扩展接口7，其中扩展接口7为14针jtag扩展接口，可以与计算机等设备连接，为系统的生产自动化操作留下升级空间。

在实施中，首先利用测量装置1测量出钢包的实际直径，其次引入砖缝参数，设楔形砖之间的砖缝宽度为m，则有：

(a1+m)k1+(a2+m)k2＝2πr(3)

(b1+m)k1+(b2+m)k2＝2π(r-h)(4)

联立(3)(4)式可得：

式(5)(6)中，a1为小半径楔形砖小端尺寸(即图1中b小数据)；a2为大半径楔形砖小端尺寸(即图2中b大数据)；r为工作层外径(根据钢包图纸获得)；h为砖的厚度(即图1和图2中h的数值)；b1为小半径楔形砖大端尺寸(即图1中a小数据)；b2为大半径楔形砖小端尺寸(即图2中a大数据)，r为测量装置测量所得的钢包实际直径。

当砖型确定后，a1、b1、a2、b2和h即为已知值，故只需确定砖缝大小和钢包直径，即可计算出配砖数量。

参见图5，其中r0为楔形砖外半径，记图1中楔形砖的外半径为r小，图2中楔形砖的外半径为r大。

首先通过输入模块输入楔形砖的尺寸，单片机模块即可计算出楔形砖的外半径r0，再输入要求的砖缝m的大小，然后使用测量装置测量钢包直径，测量后会获得一个电压信号，因电压信号较弱，所以将信号放大100倍后，经4-ad780提供的2.5v标准电压和3-电压转换电路的作用，将传送的电压抬到零点以上，变成5-ads1252可以识别的差分信号，ads1252将模拟信号转换成数字信号后传送至7-c8051f020单片机，单片机内写入有(5)(6)(7)(8)计算式。

单片机根据获得到信号得出钢包半径r与前面计算得出的r0对比，若r0小≤r≤r0大，则采用上述(5)(6)计算式，得出所需的砖块数k1、k2，显示在显示屏上。

若r＜r0小，则砌筑只用小半径楔形砖即可，采用式计算出所需的小半径楔形砖数量显示在显示屏上。

若r＞ro大，则砌筑只用大半径楔形砖即可，采用计算式，算出所需的大半径楔形砖数量显示在显示屏上。