IMS x射線測厚儀在天津鞍鋼天鐵1 750 mm軋機上的應用

萬勝茲

（天津鞍鋼天鐵冷軋薄板有限公司，天津 300301）

IMS x射線測厚儀在天津鞍鋼天鐵1 750 mm軋機上的應用

萬勝茲

（天津鞍鋼天鐵冷軋薄板有限公司，天津 300301）

介紹了厚度檢測的幾種方法及應用場合，描述了IMS x射線測厚儀的工作原理及其在天津鞍鋼天鐵1 750 mm冷軋中的應用。實踐證明其檢測精度高，運行可靠，可滿足生產和工藝要求，取得了良好的經濟效益，在冷軋生產中具有很好的應用前景。

測厚儀 x射 線冷軋

1 引言

在冷軋生產過程控制中，要對產品的厚度進行精確的控制，需要使用到各種測厚設備，其檢測到的信號經過智能控制單元的前饋、反饋、串級等控制后，達到目標控制精度。因此，其檢測設備的精度、可靠性、響應速度等技術指標直接關系到產品的質量。在冷軋生產工藝中，一般都采用x射線測厚儀作為檢測厚度的儀表。德國IMS公司提供的x射線測厚儀是一種以x射線為載體的非接觸式厚度測量系統,在不接觸和無破壞的條件下對帶鋼的厚度完成測量，且測量精度能達到1‰。

2 厚度測量方法

測厚儀一般分為接觸式和非接觸式兩類。接觸式測厚儀通常采用電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、電位器式位移傳感器、霍耳式位移傳感器等進行接觸式厚度測量，可測量移動速度較低的材料。非接觸式測厚儀適用于連續快速測量，具有動態響應快、維護相對簡單、故障率低等特點[1]。非接觸式測厚儀按照測量的方式可以分為穿透式、混合式、反射式。接觸式測厚儀機械磨損塊，動態響應慢，在冷軋線上基本不使用，在高速的冷軋線上一般采用非接觸式的測量方法。非接觸式測厚儀一般核輻射測厚儀、射線測厚儀、超聲波測厚儀、微波測厚儀、激光測厚儀、光學測厚儀、氣動測厚儀以及紅外線測厚儀等。目前在軋制生產中比較常用和成熟的是射線測厚儀，即γ射線測厚儀和x射線測厚儀。γ射線測厚儀是利用放射性同位素所產生的射線作為測厚儀的放射源，由于放射源的衰減，所以需要隨時進行校準。γ射線是原子核內部變化后放射出來的射線，能量較強，可測帶鋼厚度范圍較寬，可測量幾毫米至幾百毫米厚的鋼板，適于中厚板厚度的連續測量。其射線防護要求等級相對較高。x射線則是由原子核外產生的，其強度的大小可以根據加在x射線管上的高壓電壓來選擇，其防護等級相對簡單，且不用隨時進行校準。在冷軋線上基本都是使用x射線測厚儀。

3 IMS x射線測厚儀工作原理

3.1 x射線產生原理

鎢絲兩端加高壓，鎢絲發熱，產生大量的熱量，加速鎢絲原子核外電子的高速運動，在鎢絲表面的能量達到一定的程度時，鎢絲表面的電子掙脫原子核對它的引力，脫離金屬表面，向外釋放出電子，由于在射線管兩側加直流高壓，鎢絲側為陰極，陽極接地，導致電子向陽極加速運動，撞擊陽極的特殊材質，產生光束，光束中包含有射線[2]。x射線管組成見圖1。

圖1 x射線管組成

3.2 x射線測厚儀檢測原理

放射源和檢測器分別置于被測板材的上、下方，其工作原理見圖2。

圖2 測厚儀工作原理

當射線穿過被測材料時，一部分射線被材料吸收；另一部分則透過被測材料進入檢測器，為檢測器所接受。對于入射射線，在其穿透被測軋材以后，射線強度的衰減規律可用公式（1）表示：

式中，I0為入射射線強度；I為穿過被測材料后的射線強度；μ為吸收系數；x為被測材料的幾何厚度。

當I0和μ一定時，I是x的函數。所以，如果測出I，就可知道厚度x值。為此要利用不同檢測器來檢測穿透過來的射線，將其轉換為電流量，經過放大后用專用儀表指示。但是由于被測材料密度不同，對于相同厚度的材料，其吸收能力也不相同。因此在測厚儀的給定部分設有合金代碼，以區別不同的材質。

4 IMS x射線測厚儀在冷軋中的應用

4.1 系統配置

在天津鞍鋼天鐵冷軋酸洗連軋機組配置有4套IMS測厚儀，一機架前后各有一套，五機機架后有兩套，冗余熱備。系統選用MxR161型號的金屬陶瓷管，最大承受高壓為160 kV，一機架前后射線管電壓為85 kV，電流3 mA，測量范圍為1.8～6 mm，測量精度200 μm。五機架后射線管電壓為65 kV，電流為3 mA，測量范圍為0.25～2 mm。射線管長期工作在最大耐壓的1/2處左右，有效延長射線管的使用壽命。配有1臺測厚儀的服務器、1臺測厚儀的客戶端及1臺遠程的監控的HMI。各部分通過以太網相連。系統配置見圖3。

圖3 天津鞍鋼天鐵冷軋聯合機組系統配置圖

4.2 厚度測量控制系統組成

天津鞍鋼天鐵冷軋厚度測量控制系統主要包括放射源、檢測測裝置、信號轉換及處理單元，通過UDP報文發送給測厚儀的客戶端，服務器與客戶端通過以太網通訊，經過處理后發給生產線TDC系統。測量系統組成見圖4。

4.3 冷軋生產中的厚度控制

在酸洗連軋生產中，軋機出口厚度一般采用C模式控制，5機架一般只起到表面處理、光整的作用。在該模式下，金屬秒流量控制起著至關重要的作用。

根據流量恒定原理，單位時間內進入軋機的帶材體積應等于軋機出口帶材的體積。因此，可通過測量軋機入口、出口速度和入口厚度計算出軋機出口厚度，這一計算厚度與設定厚度的偏差用于控制軋輥輥縫或軋制壓力，同時，用出口測厚儀測得的帶材實際厚度偏差對上述控制進行校正。

圖4 測量系統配組成

根據流量恒定入口金屬體積等于出口體積，則:

根據公式（2），若軋機入口速度偏差為Δv0，厚度偏差為Δh0，則可推導出:

式中，v0為入口速度；h0為入口設定厚度；v1為出口速度；h1為出口厚度。

通過公式（3）可知，如果帶鋼入口實際厚度與設定值h0，有一偏差Δh0，可以實時給設定入口速度一個修正量Δv0，那么入口厚度偏差便得到補償。

5機架后有2臺冗余熱備的測厚儀和1臺激光測速儀，5機架前沒有測厚儀，但配有1臺測速儀。在C模式下，5機架后出口厚度的偏差通過金屬秒流量逐反饋給前一機架，來實現目標厚度的控制。

5 結語

天津鞍鋼天鐵1 750 mm冷軋于2008年5月一次熱負荷試車成功，其板型控制在5I以內,軋機最大出口速度為1 250 m/min。截至2012年1月，IMS x射線測厚儀運行可靠，在各種極限軋制過程中也處于穩定的運行狀態，滿足了生產和工藝的要求，取得了良好的經濟效益。

[1]宋佩莼，韋光.板帶生產工藝學[M].西安：西安交通大學出版社，1989.

[2]許健勇.冷軋薄板的厚度控制與板型高進度[J].寶鋼技術，2001（4）：1-6.

Application of IMS X-ray Thickness Gauge to Tianjin Angang Tiantie 1 750 mm Rolling Mill

Wan Shengzi
(Tianjin Angang Tiantie Cold Rolling Sheet Company Limited,Tianjin 300301)

The paper introduces the methods and application situation of thickness inspection and describes the working principle and application of IMS X-ray thickness gauge at Tianjin Angang Tiantie 1 750 mm Cold Rolling Mill.Practice proves that the gauge,because of its high inspection precision and reliable running,meets the requirement of production and process,obtains good economic effect and has a good prospect in cold rolling production.

thickness gauge,X-ray,cold rolling

萬勝茲，男，工程師，1996年畢業于中國地質大學計算機專業，現天津鞍鋼天鐵冷軋公司從事工業自動化控制工作。

（收稿 2012－03－27 編輯 潘娜）