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摘 要:为提高带钢板形质量,莱钢1500mm热轧带钢引进了德国IMS公司的X射线凸度仪,测量带钢凸度、楔形、中心线厚度。本文简要分析了其测量原理,介绍了该凸度仪的系统构架,总结了日常维护过程中的典型故障处理和部分维护要领。该系统运行稳定,对凸度的反馈控制、提高板形质量起到了至关重要的作用。
关键词:X射线;凸度;系统;反馈控制;维护
1、概述
随着用户对板带材质量的要求越来越高,企业之间的竞争也越来越激烈,为了提高产品质量和成材率,降低生产成本,提高产品竞争力,越来越多的企业在其板带轧机上配备了凸度测量与控制系统,极大地提高了带材的板形制量和生产效率。高精度的在线凸度测量是实现凸度自动控制的前提和先决条件。本文简要分析了德国IMS公司的X射线凸度仪的测量原理,通过在1500mm热轧带钢生产中的实际应用,介绍了该凸度仪的系统构架,凸度反馈控制,总结了日常维护过程中的部分维护要领。
2、测量原理
凸度是指板带材的横向厚差,测量特定点的厚度就可以计算出凸度。X射线穿透物质时衰减规律是X射线测厚测量的理论基础。X射线穿透物质时衰减规律是X射线测厚测量的理论基础,光电式传感器将射线强度的变化转变为易于检测、处理和传输的电量变化。当X射线投射到被测物后,一部分射线为被测物吸收,另一部分射线穿过被测物。穿过被测物质后的射线强度,在物质成分一定的情况下和被测物的厚度和密度有关,若被测物的密度为已知时,则可以根据检测到的射线强度来计算出被测物质的厚度。X射线测厚就是基于此原理制造而成的。
X射线通过物质时部分被洗手,其强度被衰减,经衰减后的强度按指数曲线下降,其吸收关系式为:
(1)
式中:I为探测器上探测到的被衰减后的射线强度;I0为X射线源发射的初始辐射强度; 为被测材料的密度;为材料对X射线的质量吸收系数; 为被测材料的厚度。测量原理如图1所示。
3、在1500mm热轧带钢生产中的应用
随着计算机技术的高速发展,以多点测厚和快速实时数据处理为特点的多通道高精度凸度仪应运而生,配合凸度自动控制系统可大大提高轧机对带材断面形状的控制能力。莱钢1500mm热轧带钢采用的是IMS带有LasCon的X射线SMC多通道式凸度仪。实际测量时计算机对实测值进行自动修正,测量信号经计算机处理,并进行合金补偿、温度补偿、角度补偿,最后计算出带材宽度方向上个点的实时厚度,并采用数值分析的方法绘制出连续的横断面厚度曲线,同时,将结果输送到凸度自动控制系统计算机中进行凸度控制。
3.1系统结构
总体上,从位置和区域来讲,该测量系统可以分为轧机现场测量、转换部分和仪表室处理、控制部分两大部分。从功能来讲,可分为探头信号测量处、光管及高压控制和输入输出信号三大部分。
探头感应X射线强度并转化为电流信号,经测量转换器放大并转变为数字信号经由工业以太网,利用光纤介质快速、稳定地传输到仪表控制室,连接到系统内部网络交换机,数据最终被M-Client计算机获得。M-Client获得数字化的厚度测量值,进行一系列计算处理,处理后的数字量一路用于M-Server计算机内的软件显示、控制,通过V-Client显示器观察;另一路转换为模拟量,输出到现场总线模拟量模块,并最终送到轧机控制系统的PLC。
3.2凸度闭环反馈控制
莱钢1500mm带钢生产线精轧机组采用六机架四辊轧机,提高板带轧机板形质量的一个重要途径是采用新的板形控制技术。将测量数据送到精轧TDC控制系统中去,与二级系统的设定数据进行比较,在轧线二级系统中建立板形控制模型,对板形控制所用的各机架压下量设定值、弯辊、窜辊等的设定数据进行计算。如图2所示。
板形自动闭环控制系统分为在过程控制级的窜辊设定和弯辊力设定,统称为板形设定控制,在基础自动化级的弯辊力前馈控制和弯辊力反馈控制功能。
窜辊设定功能主要完成是F1～F6工作辊窜辊位置的设定计算。针对不同的工作辊辊形配置,窜辊的目的也有所不同。根据本单位的轧制规程选择适合本单位的工作辊窜动策略,包括窜辊模式、窜辊步长、窜辊行程和窜辊频率等,在带钢未进入精轧机前计算出F1～F6各个机架工作辊的窜辊量或窜辊位置,并将设定值下达给L1级。
弯辊力设定功能是F1～F6机架在轧制压力已设定及工作辊和支持辊辊形(包括初始辊形、磨损辊形和热辊形)确定、窜辊设定完成的前提下对工作辊弯辊力进行设定计算,其目的是通过弯辊手段保证带钢凸度目标值和精轧机下游各机架比例凸度,从而也保证带钢平坦度目标值。考虑变接触支持辊和线性变凸度工作辊的板形控制特性,弯辊设定以同一轧制单位中某一块钢为设定对象,根据本块钢的工况计算出满足带钢平坦和达到目标凸度要求的F1～F6各机架弯辊力的大小,并将设定值下达给L1级。同时,弯辊力的设定值也作为L1级弯辊力前馈控制和反馈控制的基准值。
弯辊力前馈功能是F1～F6工作辊弯辊力根据各机架轧制压力变化而进行的前馈调节控制,其目的是保证轧制过程中带钢凸度目标值和平坦度目标值。实际轧制过程中,在一块带钢的轧制长度内(从头到尾),轧制条件(温度、精轧来料厚度等)不断变化,各机架轧制压力随之波动。为了消除此波动对板形的影响,F2～F6工作辊弯辊力需根据各机架轧制压力变化而进行相应的前馈调节控制。
弯辊力反馈功能是F1～F6某一机架或几个机架工作辊弯辊力对实测的板形偏差信号的反馈控制,其目的是保证轧制过程中带钢板形的目标值。依据精轧出口安装的板形检测仪表的情况,弯辊力反馈控制又可分为凸度反馈控制和平坦度反馈控制。
3.3典型故障处理与日常维护
凸度仪的故障较难排除,一旦出现故障需要逐步的排除高压发生器、X射线控制单元、射线管、高压电缆的存在的故障。典型故障主要集中在X射线控制单元的故障。常见的故障为高压设定值低、斩波电压设定值低等。
高压设定值低,即射线控制单元将在较低的电压值下启动。引起该故障的可能因素包括:控制单元中的保险F1故障;主接触器没有吸合,在控制单元的开关合上后应该要听得到接触器吸合的声音;观察在开关合上后管电流是否迅猛增加;模板ANS1故障,输出阶段的电流换流器没有工作,尝试换掉该模板。
斩波电压设定值低,即射线控制单元将在较低的电压值下启动。引起该故障的可能因素包括:控制单元中的保险F1故障;主接触器没有吸合,在控制单元的开关合上后应该要听得到接触器吸合的声音;检查具有电流监控功能的REG2模板是否已损坏,尝试换掉该模板。
本系统X射线管、激光管冷却采用二次水循环冷却,在日常的点检维护过程中,冷却水的温度和流量监视是重要的工作之一,因为冷却的效果将直接影响到射线管的性能和寿命,进而影响到测量的精度和稳定性。高压电缆的两接头定期涂抹硅胶,以确保其良好的绝缘性,对于射线管维护和确保测量精度意义重大。轧机现场的恶劣环境,将会影响测量的精度,如果在一定范围内,可以通过预吸收标定功能修正、消除,不仅可以提高测量精度,也方便了日常设备的维护。另外,必须确保压缩空气的洁净和压力的稳定,以保持C型架内空气的正压和快门动作正常。最重要的一点,要特别注意安全,远离辐射区域。
总之,IMS X射线凸度仪是一种性能可靠,测量精度高,运行稳定的测量装置,其准确的测量精度和快速响应,为带钢板形的改进提供了良好的技术保证,从而大大提高了带钢产品的质量。
参考文献:
[1]丁修堃.轧制过程自动化[M].第二版.北京:冶金工业出版社,2005.
[2]任波伟.李乐榕IMS公司测厚仪在宝钢1420轧机上的应用[J]自动化仪表2007(28).
[3]杨双成.凸度仪的应用与发展概况[J]有色金属加工 2005(34).
[4]汪洵.IMS X射线测厚系统在热轧带钢生产中的应用[J]冶金自动化2003.
关键词:X射线;凸度;系统;反馈控制;维护
1、概述
随着用户对板带材质量的要求越来越高,企业之间的竞争也越来越激烈,为了提高产品质量和成材率,降低生产成本,提高产品竞争力,越来越多的企业在其板带轧机上配备了凸度测量与控制系统,极大地提高了带材的板形制量和生产效率。高精度的在线凸度测量是实现凸度自动控制的前提和先决条件。本文简要分析了德国IMS公司的X射线凸度仪的测量原理,通过在1500mm热轧带钢生产中的实际应用,介绍了该凸度仪的系统构架,凸度反馈控制,总结了日常维护过程中的部分维护要领。
2、测量原理
凸度是指板带材的横向厚差,测量特定点的厚度就可以计算出凸度。X射线穿透物质时衰减规律是X射线测厚测量的理论基础。X射线穿透物质时衰减规律是X射线测厚测量的理论基础,光电式传感器将射线强度的变化转变为易于检测、处理和传输的电量变化。当X射线投射到被测物后,一部分射线为被测物吸收,另一部分射线穿过被测物。穿过被测物质后的射线强度,在物质成分一定的情况下和被测物的厚度和密度有关,若被测物的密度为已知时,则可以根据检测到的射线强度来计算出被测物质的厚度。X射线测厚就是基于此原理制造而成的。
X射线通过物质时部分被洗手,其强度被衰减,经衰减后的强度按指数曲线下降,其吸收关系式为:
(1)
式中:I为探测器上探测到的被衰减后的射线强度;I0为X射线源发射的初始辐射强度; 为被测材料的密度;为材料对X射线的质量吸收系数; 为被测材料的厚度。测量原理如图1所示。
3、在1500mm热轧带钢生产中的应用
随着计算机技术的高速发展,以多点测厚和快速实时数据处理为特点的多通道高精度凸度仪应运而生,配合凸度自动控制系统可大大提高轧机对带材断面形状的控制能力。莱钢1500mm热轧带钢采用的是IMS带有LasCon的X射线SMC多通道式凸度仪。实际测量时计算机对实测值进行自动修正,测量信号经计算机处理,并进行合金补偿、温度补偿、角度补偿,最后计算出带材宽度方向上个点的实时厚度,并采用数值分析的方法绘制出连续的横断面厚度曲线,同时,将结果输送到凸度自动控制系统计算机中进行凸度控制。
3.1系统结构
总体上,从位置和区域来讲,该测量系统可以分为轧机现场测量、转换部分和仪表室处理、控制部分两大部分。从功能来讲,可分为探头信号测量处、光管及高压控制和输入输出信号三大部分。
探头感应X射线强度并转化为电流信号,经测量转换器放大并转变为数字信号经由工业以太网,利用光纤介质快速、稳定地传输到仪表控制室,连接到系统内部网络交换机,数据最终被M-Client计算机获得。M-Client获得数字化的厚度测量值,进行一系列计算处理,处理后的数字量一路用于M-Server计算机内的软件显示、控制,通过V-Client显示器观察;另一路转换为模拟量,输出到现场总线模拟量模块,并最终送到轧机控制系统的PLC。
3.2凸度闭环反馈控制
莱钢1500mm带钢生产线精轧机组采用六机架四辊轧机,提高板带轧机板形质量的一个重要途径是采用新的板形控制技术。将测量数据送到精轧TDC控制系统中去,与二级系统的设定数据进行比较,在轧线二级系统中建立板形控制模型,对板形控制所用的各机架压下量设定值、弯辊、窜辊等的设定数据进行计算。如图2所示。
板形自动闭环控制系统分为在过程控制级的窜辊设定和弯辊力设定,统称为板形设定控制,在基础自动化级的弯辊力前馈控制和弯辊力反馈控制功能。
窜辊设定功能主要完成是F1～F6工作辊窜辊位置的设定计算。针对不同的工作辊辊形配置,窜辊的目的也有所不同。根据本单位的轧制规程选择适合本单位的工作辊窜动策略,包括窜辊模式、窜辊步长、窜辊行程和窜辊频率等,在带钢未进入精轧机前计算出F1～F6各个机架工作辊的窜辊量或窜辊位置,并将设定值下达给L1级。
弯辊力设定功能是F1～F6机架在轧制压力已设定及工作辊和支持辊辊形(包括初始辊形、磨损辊形和热辊形)确定、窜辊设定完成的前提下对工作辊弯辊力进行设定计算,其目的是通过弯辊手段保证带钢凸度目标值和精轧机下游各机架比例凸度,从而也保证带钢平坦度目标值。考虑变接触支持辊和线性变凸度工作辊的板形控制特性,弯辊设定以同一轧制单位中某一块钢为设定对象,根据本块钢的工况计算出满足带钢平坦和达到目标凸度要求的F1～F6各机架弯辊力的大小,并将设定值下达给L1级。同时,弯辊力的设定值也作为L1级弯辊力前馈控制和反馈控制的基准值。
弯辊力前馈功能是F1～F6工作辊弯辊力根据各机架轧制压力变化而进行的前馈调节控制,其目的是保证轧制过程中带钢凸度目标值和平坦度目标值。实际轧制过程中,在一块带钢的轧制长度内(从头到尾),轧制条件(温度、精轧来料厚度等)不断变化,各机架轧制压力随之波动。为了消除此波动对板形的影响,F2～F6工作辊弯辊力需根据各机架轧制压力变化而进行相应的前馈调节控制。
弯辊力反馈功能是F1～F6某一机架或几个机架工作辊弯辊力对实测的板形偏差信号的反馈控制,其目的是保证轧制过程中带钢板形的目标值。依据精轧出口安装的板形检测仪表的情况,弯辊力反馈控制又可分为凸度反馈控制和平坦度反馈控制。
3.3典型故障处理与日常维护
凸度仪的故障较难排除,一旦出现故障需要逐步的排除高压发生器、X射线控制单元、射线管、高压电缆的存在的故障。典型故障主要集中在X射线控制单元的故障。常见的故障为高压设定值低、斩波电压设定值低等。
高压设定值低,即射线控制单元将在较低的电压值下启动。引起该故障的可能因素包括:控制单元中的保险F1故障;主接触器没有吸合,在控制单元的开关合上后应该要听得到接触器吸合的声音;观察在开关合上后管电流是否迅猛增加;模板ANS1故障,输出阶段的电流换流器没有工作,尝试换掉该模板。
斩波电压设定值低,即射线控制单元将在较低的电压值下启动。引起该故障的可能因素包括:控制单元中的保险F1故障;主接触器没有吸合,在控制单元的开关合上后应该要听得到接触器吸合的声音;检查具有电流监控功能的REG2模板是否已损坏,尝试换掉该模板。
本系统X射线管、激光管冷却采用二次水循环冷却,在日常的点检维护过程中,冷却水的温度和流量监视是重要的工作之一,因为冷却的效果将直接影响到射线管的性能和寿命,进而影响到测量的精度和稳定性。高压电缆的两接头定期涂抹硅胶,以确保其良好的绝缘性,对于射线管维护和确保测量精度意义重大。轧机现场的恶劣环境,将会影响测量的精度,如果在一定范围内,可以通过预吸收标定功能修正、消除,不仅可以提高测量精度,也方便了日常设备的维护。另外,必须确保压缩空气的洁净和压力的稳定,以保持C型架内空气的正压和快门动作正常。最重要的一点,要特别注意安全,远离辐射区域。
总之,IMS X射线凸度仪是一种性能可靠,测量精度高,运行稳定的测量装置,其准确的测量精度和快速响应,为带钢板形的改进提供了良好的技术保证,从而大大提高了带钢产品的质量。
参考文献:
[1]丁修堃.轧制过程自动化[M].第二版.北京:冶金工业出版社,2005.
[2]任波伟.李乐榕IMS公司测厚仪在宝钢1420轧机上的应用[J]自动化仪表2007(28).
[3]杨双成.凸度仪的应用与发展概况[J]有色金属加工 2005(34).
[4]汪洵.IMS X射线测厚系统在热轧带钢生产中的应用[J]冶金自动化2003.