寶鋼厚板軋機厚度及凸度測量技術
寶鋼厚板廠軋機測厚儀和凸度儀是厚板軋制過程主要產品質量特性(厚度和凸度)控制系統(tǒng)的測量裝置,設計產品寬度范圍到5 m,厚度范圍5~125 mm。由于產品精度要求,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確度就有相應需求,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等都是該測量系統(tǒng)的特點,同時測量裝置本身的技術特點也保證了它的可靠性。
1 厚度及凸度測量系統(tǒng)構成
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 公司新的設備采用了Interbus 總線、測量信號數字化和計算機網絡以及測量通道冗余技術,整個系統(tǒng)的架構清晰、緊湊,簡單而又高效,代表了測厚儀及其它特殊儀表最新發(fā)展方向。
1.1 厚度及凸度測量原理
放射性同位素(137Cs)核衰變產生的γ 射線穿透被測物時,由于散射和吸收而產生強度的衰減,衰減的程度與被測物種類、厚度等因素有關,關系如公式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 表示被測物的質量吸收系數;ρ表示被測物的密度;dh 表示被測物的厚度。
在實際應用過程中,鋼種的不同會導致其密度(ρ)不同,相應的質量吸收系數(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成分含量,可以利用式(4)進行計算得到合金補償系數。 式中:Ai 為鋼種合金補償系數;Ai(ρ)為鋼種密度的補償系數;Ai(Z)為鋼種質量吸收系數的補償系數;ρFe=7.853 8g/cm3,為鐵的標準密度;ρx 為元素X 的密度;μx 為X 元素的質量吸收系數;μFe 為鐵元素的質量吸收系數;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)厚度根據式(5)轉換成冷態(tài)厚度。
(5)
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。綜合式(1)、式(4)、式(5),經過補償后的鋼板冷態(tài)厚度為: 1.2 系統(tǒng)的構成
整個厚度及凸度測量系統(tǒng)由兩臺設備構成,分別是單點測厚儀和凸度儀。每臺設備主要部件有安裝在現場的檢測單元包括50 居里137Cs 放射源、電離室、驅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備,如冷卻水控制單元、鼓風機、壓縮空氣過濾裝置。單點測厚儀現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;凸度儀現場檢測單元集中于可驅動的C 型架內安裝在軋機出口,離軋機機架約10 m 遠,采用三組放射源和探測器,如圖1 所示,分別定義為CS 側、CL 側和DS 側,其中CL 探測器固定測量厚板中心,CS側和DS 側探測器既可以設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3 組探測器的測量結果形成厚板的凸度、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。當射線穿過厚板進入電離室時產生的微電流信號在測量頭內部進行兩級放大處理,并轉換成數字電壓信號。
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