1 引言
唐钢1580mm热轧生产线设计产能为180万吨,品种结构中有60万吨不锈钢,整体机械装备水平及自动化程度较高。其厚度测量系统是X射线测厚仪,它是一种以X射线为载体的非接触式测量系统,在不接触和无破损的条件下完成测量,而且在时间常数为1ms的的情况下获得很高的测量精度(±0.1%)。该系统的X射线技术,由X射线管在高压的条件下产生X射线,通过对高压的设定实现对辐射的最优调整,并且在停止提供高压时,放射立即停止,并且没有任何残留辐射。
2 X射线测厚仪工作原理
X射线测厚仪的原理是:测量制品所吸收的X射线量,根据该X射线的能量值确定被测件的厚度。辐射强度的大小与X射线管的发射强度和被测制品所吸收的X射线强度相关。一个在系统量程范围内的给定厚度,为了确定其所需的X射线能量值,利用RM215型X射线检测仪进行校准[1]。
3 系统的基本组成
我公司X射线测厚仪控制系统主要由主电柜、操作员控制台、稳压变压器、冷却器、服务箱、功能箱、警告灯和C型架七部分组成,如图1所示。
主电柜包括电源、模拟量控制和接口、计算机和维护设施、技术人员触摸屏以及到接线柜的总电缆终端。操作员控制台用于操作和观察。稳压变压器为系统提供110伏单相输出电压。为了使X射线探测器在工作过程中温度保持稳定,由冷却器提供冷却。服务箱和功能箱是在主电柜和C型架总电缆之间的终端接口,包括探头加热控制器、冷却水流量与温度控制部件、接触器和继电器,还包括水系统过滤器和空气压力控制器。C型架用来固定厚度仪组件,C型中装有X射线源和探头,X射线源内侧有标准样片箱和传感器放大器[2]。
4 数据流向与网络结构
X射线测厚仪作为轧制生产线的厚度检测单元,根据不同的速度要求采用了多种通讯方式。对于合金名、目标厚度及系统状态等设定信息,选用的是工业以太网通讯。对于厚度信息,必须实时反馈给轧机AGC,则采用模拟量的形式传送,为了提高系统的可靠性,厚度信息同样通过工业以太网周期性的传递给厚度控制系统,与实时厚度信息进行比较均值滤波处理[3]。
控制系统采用实时嵌入式系统搭配高速CPU,内建大容量内存,在系统启动时向服务器申请程序下载,按照循环时间划分为Measure、Control、Event三个模块,其中Measure负责通过光纤的厚度数据采集和模拟量的输入输出;Control完成数字量的输入输出,以太网的数据通信;Event模块负责事件跟踪,日志生成,给系统故障诊断提供参考信息。
5 X射线测厚仪应用
RM215 X射线测厚仪安装在精轧末架轧机的后面用来测量轧制完成后的板带厚度。当板带头部一出轧机,测厚仪射源快门快速打开进行测量,板带尾部出轧机后,射源快门关闭,测厚仪停止测量。X射线测厚仪响应速度快,大大减少了射线对人体的伤害,而且方便快捷,准确率高。
在厚度一定的情况下,X射线的能量值为常量。当安全快门打开,X射线将从X射线源和探头之间的被测件中通过,被测件将一部分能量吸收,剩余的X射线被位于X射线源正上方的探头接收,探头将所接收的X射线转换为与之大小相关的输出电压。
如果改变被测件的厚度,则所吸收的X射线量也将改变,这将使探头所接收的X射线量发生变化,检测信号也将相应发生变化。
X射线测厚仪利用X射线管在高压电场作用下产生X射线,穿透被测材料时,X射线的光谱区辐射被材料吸收而衰减,穿过带板的剩余射线作用到电离式检测探头,经过前置放大和对数放大后,加之一定的合金和温度补偿后得到带板的绝对厚度,绝对厚度与设定厚度比较得到厚度偏差,将偏差输出给AGC。.
电离式检测探头得到的是经过被测带板发散和吸收后透过带板的剩余射线,而透过的射线强度与板带厚度有一定关系,可用式(1)表示:
ln(I / I0) = -μρX (1)
式中:I为穿过被测板带的射线强度,I0为穿过被测板带前的射线强度,μ为质量吸收系数,ρ为被测板带密度,X为被测板带厚度。
当X射线kV水平保持不变时,质量吸收系数随着化学元素的不同而不同;对于给定的化学元素,当高压水平变化时,质量吸收系数也将发生变化。由于吸收关系式中的因子μ和p均取决于材料,所以需要进行合金补偿。尽管对于给定化学组成,p在合理的程度上保持不变,但是μ取决于化学组成和X射线源的能量。由于μ随着能量的变化而变化,因此,大多数X射线测厚仪都需要进行合金补偿。
6 X射线测厚仪的优点
X射线测厚仪的优点为:一、该设备为高压激发而产生射线,故维护比较安全;二、测厚仪的测量与处理单元为CPU模式,并有大量的报警信息供维护人员查阅,所以维护比较简单,查询问题时比较方便快捷,且测量精度较普通测厚仪较高;三、X射线测厚仪与其他测厚仪相比,其测量精度精度较高,可以精确微米级,测量误差在正负0.05毫米。此测厚仪的高精度、低误差的优点大大提高了产品质量,对过程控制系统的模型优化起到了非常关键的作用,降低了废品率,增加了企业效益。
7 结束语
X射线测厚仪在唐钢1580mm已经运行三年,其测量精确,系统稳定,其控制功能是按照不同的需求采用多种通讯控制方式来实现的,为热轧生产线轧制薄系列的产品提供了有力的保障。
参考文献:
[1] 魏天锋,龚荣洲.智能在线测厚系统的设计[J].仪表技术与传感器,2006(8):42-43
[2] Thermo RM215 X-Ray Thickness Measuring System.Thermo.
[3] 黄庆学,梁爱生.高精度轧制技术[M].北京:冶金工业出版社,2002.
作者简介:宁勇亮(1983-),男,助理工程师,从事基础自动化点检维修工作。