寶鋼厚板軋機厚度及凸度測量技術(shù)

　　寶鋼厚板廠軋機測厚儀和凸度儀是厚板軋制過程主要產(chǎn)品質(zhì)量特性（厚度和凸度）控制系統(tǒng)的測量裝置，設(shè)計產(chǎn)品寬度范圍到5m，厚度范圍5~125mm。由于產(chǎn)品精度要求，對于厚度和凸度控制有較高的功能和精度要求，對測量系統(tǒng)的測厚儀和凸度儀的實時性和準(zhǔn)確度就有相應(yīng)需求，因此采用合適的測量方法、對測量過程可能的影響量的補償技術(shù)等都是該測量系統(tǒng)的特點，同時測量裝置本身的技術(shù)特點也保證了它的可靠性。
　　
　　1、厚度及凸度測量系統(tǒng)構(gòu)成
　　
　　寶鋼厚板廠軋機測厚儀和凸度儀是從德國IMS公司引進的放射性同位素厚度測量系統(tǒng)。與其它公司以及寶鋼以前使用的測厚儀相比較，IMS公司新的設(shè)備采用了Interbus總線、測量信號數(shù)字化和計算機網(wǎng)絡(luò)以及測量通道冗余技術(shù)，整個系統(tǒng)的架構(gòu)清晰、緊湊，簡單而又，代表了測厚儀及其它特殊儀表發(fā)展方向。
　　
　　1.1厚度及凸度測量原理
　　
　　放射性同位素（137Cs）核衰變產(chǎn)生的γ射線穿透被測物時，由于散射和吸收而產(chǎn)生強度的衰減，衰減的程度與被測物種類、厚度等因素有關(guān)，關(guān)系如公式1：　　
　　式中：I表示射線穿過被測物時的強度；I0表示射線未穿過被測物時的強度；μ表示被測物的質(zhì)量吸收系數(shù)；ρ表示被測物的密度；dh表示被測物的厚度。
　　
　　在實際應(yīng)用過程中，鋼種的不同會導(dǎo)致其密度（ρ）不同，相應(yīng)的質(zhì)量吸收系數(shù)（μ）也會發(fā)生改變，對于一種具體的鋼種，只要知道其中的化學(xué)成分含量，可以利用式（4）進行計算得到合金補償系數(shù)。　　
　　式中：Ai為鋼種合金補償系數(shù)；Ai（ρ）為鋼種密度的補償系數(shù)；Ai（Z）為鋼種質(zhì)量吸收系數(shù)的補償系數(shù)；ρFe=7.8538g/cm3，為鐵的標(biāo)準(zhǔn)密度；ρx為元素X的密度；μx為X元素的質(zhì)量吸收系數(shù)；μFe為鐵元素的質(zhì)量吸收系數(shù)；G%（x）為X元素在帶鋼中的含量。
　　
　　在厚板軋制過程中，被測的厚板實際上是處于高溫狀態(tài)下，產(chǎn)品厚度需要測厚儀輸出的是冷態(tài)時的厚度，因此需要將熱態(tài)厚度根據(jù)式（5）轉(zhuǎn)換成冷態(tài)厚度。
　　　　
　　式中：dh為溫度為t時厚板的厚度（熱態(tài)厚度）；d0為溫度為t0時厚板的溫度（通常為常溫，冷態(tài)厚度）；α：厚板的線性膨脹系數(shù)。
　　
　　綜合式（1）、式（4）、式（5），經(jīng)過補償后的鋼板冷態(tài)厚度為：　　
　　1.2系統(tǒng)的構(gòu)成
　　
　　整個厚度及凸度測量系統(tǒng)由兩臺設(shè)備構(gòu)成，分別是單點測厚儀和凸度儀。每臺設(shè)備主要部件有安裝在現(xiàn)場的檢測單元包括50居里137Cs放射源、電離室、驅(qū)動裝置等以及中央控制系統(tǒng)組成。測厚儀和凸度儀共用1套中央控制系統(tǒng)包括中央處理單元、Interbus總線模塊等。此外還有一些輔助設(shè)備，如冷卻水控制單元、鼓風(fēng)機、壓縮空氣過濾裝置。單點測厚儀現(xiàn)場檢測單元直接安裝在軋機軋輥和立輥之間，由于安裝空間的限制，采用固定安裝方式；凸度儀現(xiàn)場檢測單元集中于可驅(qū)動的C型架內(nèi)安裝在軋機出口，離軋機機架約10m遠，采用三組放射源和探測器，如圖1所示，分別定義為CS側(cè)、CL側(cè)和DS側(cè)，其中CL探測器固定測量厚板中心，CS側(cè)和DS側(cè)探測器既可以設(shè)定要求測量厚板的邊部厚度，也可以采用連續(xù)掃描方式測量厚板邊部到中心的厚度，根據(jù)3組探測器的測量結(jié)果形成厚板的凸度、楔度。　　
　　單點測厚儀1組探測器共有8個測量通道（電離室），凸度儀每組探測器有4個測量通道，共12個測量通道。當(dāng)射線穿過厚板進入電離室時產(chǎn)生的微電流信號在測量頭內(nèi)部進行兩級放大處理，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號。
　　
　　測厚儀和凸度儀系統(tǒng)內(nèi)各部分之間通過網(wǎng)絡(luò)方式連接。為了保證系統(tǒng)的獨立性和完整性，測厚儀和凸度儀構(gòu)建了內(nèi)部的獨立網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間通過內(nèi)部Switch進行通信，與外部之間只有服務(wù)器與用戶Switch進行連接。服務(wù)器的主要功能是接收來自L2的設(shè)定數(shù)據(jù)并路由給客戶端、收集測厚儀和凸度儀的凸度數(shù)據(jù)并發(fā)送給L2、存貯客戶端運行時所需的各類變量和參數(shù)、對厚板軋制厚度數(shù)據(jù)進行長期保存和分析、系統(tǒng)診斷、為操作站和工程師站提供各類數(shù)據(jù)。　　　　
　　客戶端是整個測量系統(tǒng)中處理和控制的核心單元，測厚儀和凸度儀的控制邏輯、數(shù)學(xué)處理都由客戶端來完成。它采用WIindowCE操作系統(tǒng)，通過TCP/IP方式與服務(wù)器進行通信，通過總線控制器實現(xiàn)對總線模塊的控制，通過UDP報文的方式接收來自L1的控制命令并將系統(tǒng)的狀態(tài)和實時測量數(shù)據(jù)發(fā)送給L1，參與閉環(huán)控制。　　　　
　　安裝在客戶端內(nèi)的總線控制器負責(zé)實現(xiàn)對測厚儀和凸度儀各部分總線模塊的控制、狀態(tài)采集和診斷等。Interbus總線是德國PhoenixContact公司研究和開發(fā)的現(xiàn)場總線，2000年成為IEC61158標(biāo)準(zhǔn)。Interbus總線系統(tǒng)是一個數(shù)據(jù)環(huán)結(jié)構(gòu)。此數(shù)據(jù)環(huán)由一個總線控制板和帶有Interbus總線接口的I/O設(shè)備所組成。總線控制器是數(shù)據(jù)環(huán)控制的中央設(shè)備，實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)與外設(shè)之間的交互。
　　
　　IMS公司使用LogiCAD軟件作為測厚儀和凸度儀的編程和控制軟件。LogiCAD軟件是一種圖形化編程軟件，可以為用戶提供友好的界面，能很方便地對系統(tǒng)的功能模塊（包括Interbus模塊）進行組態(tài)、監(jiān)控和診斷。利用該軟件可以方便地設(shè)計出一個測量系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)，配置連接到其上的所有設(shè)備。在系統(tǒng)運行過程中，相連設(shè)備的過程數(shù)據(jù)可以在軟件或控制器顯示屏上顯示出來，可以實時讀取和干預(yù)現(xiàn)場的過程數(shù)據(jù)。它既能識別出系統(tǒng)發(fā)生的故障，并可對故障類型，出錯位置及出錯原因進行定位，通過功能的擴展就可以提供相應(yīng)的解決措施。
　　
　　2、系統(tǒng)性能指標(biāo)
　　
　　測量范圍：5-125mm
　　
　　重復(fù)性：≤±0.1%目標(biāo)厚度（厚度范圍：5~80mm）
　　
　　≤±0.2%目標(biāo)厚度（厚度范圍：80~125mm）
　　
　　線性：≤±0.1%目標(biāo)厚度（厚度范圍：5~80mm）
　　
　　≤±0.2%目標(biāo)厚度（厚度范圍：80~125mm）
　　
　　漂移：≤±0.1%/8小時
　　
　　統(tǒng)計噪聲：
　　
　　板厚：噪聲值：
　　
　　5mm≤±0.015mm
　　
　　10mm≤±0.018mm
　　
　　20mm≤±0.024mm
　　
　　30mm≤±0.033mm
　　
　　50mm≤±0.060mm
　　
　　60mm≤±0.082mm
　　
　　80mm≤±0.117mm
　　
　　100mm≤±0.231mm
　　
　　125mm≤±0.655mm
　　
　　3、結(jié)束語
　　
　　寶鋼5m寬厚板軋機是我國厚板領(lǐng)域首套特寬幅現(xiàn)代化厚板軋機[1]。測厚儀和凸度儀對板厚及板凸度控制起著非常重要的作用。由于軋制現(xiàn)場特殊的環(huán)境，測厚儀和凸度儀的測量仍需要進行改進和提高。比如軋機的震動對測量產(chǎn)生的影響會產(chǎn)生隨機誤差；其次厚板的厚度范圍在5～150mm之間，鋼板在厚度方向上存在溫度分布，盡管測厚儀配置了高溫輻射計，測量的是鋼板的表面溫度，不能真實反映實際的溫度分布，將影響厚度測量的精度；其它如水份、粉塵、高溫輻射對測量通道的影響等也會影響測量精度，這些將通過適當(dāng)?shù)木S護來減少其影響。