X射線測厚儀在安鋼冷連軋中的應(yīng)用

摘 要：通過對安鋼1550冷連軋生產(chǎn)線中德國IMS公司的中心線X射線測厚儀的使用狀況，介紹了X射線測厚儀的特點、測量原理和系統(tǒng)組成。

關(guān)鍵詞：X射線測厚儀；冷連軋；測量原理；系統(tǒng)組成

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.013

0 引言

1550酸洗冷連軋機組是安鋼第一條冷連軋生產(chǎn)線，擁有每年120萬噸的生產(chǎn)能力。在連軋軋制過程中為了使各機架緊密配合，及時調(diào)整軋制力、張力等各種數(shù)據(jù)，厚度測量成為工藝控制中的重要反饋數(shù)據(jù)。結(jié)合X射線測厚儀具有高精度、 響應(yīng)快、維護簡單、安全性、非接觸測量等特點，軋機生產(chǎn)線選用了3套由德國IMS公司提供的中心線X射線測厚儀。

1 X射線測厚儀的測量原理

X射線測厚儀通過得到對X射線衰減的程度來計算鋼帶的厚度。X射線發(fā)生器發(fā)出的X射線由垂直方向穿透帶鋼，其中有一部分X射線被帶鋼吸收，沒有被吸收的X射線到達測量頭，測量頭將接收到的X射線輻射量轉(zhuǎn)化為電離電流，根據(jù)X射線的衰減與電離電流的大小，產(chǎn)生正比帶鋼厚度的電流，通過測量變送器將電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)將數(shù)字信號傳輸?shù)教幚碛嬎銠C，從測厚儀計算機輸出的信號即為帶鋼的厚度。

2 X射線測厚儀的特點

相比同位素測厚儀信號噪音大的問題，X射線測厚儀具有信號噪音非常小的主要優(yōu)點，根據(jù)帶鋼的厚度選擇使用合適的X射線管電壓等級，不同的電壓等級產(chǎn)生的X射線的能量級可以對X射線管進行優(yōu)化。此外，X射線在安全方面也同樣優(yōu)于同位素。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)線斷帶和停機不可避免，在這種情況下，X射線可以通過關(guān)閉快門的方式切斷X射線，有效防止電離輻射對人體的傷害，保護生產(chǎn)線上操作人員的安全。而同位素放射源卻無法關(guān)閉，只有借助防輻射工具被動防御輻射對人體造成的傷害。在放射源處理方面，因為同位素放射源使用完畢后，不得隨意丟棄必須由國家相關(guān)部門保管，支付高額保管費用，直至完全衰變。而X射線放射源是電離輻射，當高壓關(guān)閉后，將無X射線產(chǎn)生。

3 X射線測厚儀系統(tǒng)組成

X射線測厚儀系統(tǒng)由“C”型架、HMI站、控制柜和通信系統(tǒng)組成?！癈”型架安裝在現(xiàn)場機架之間，鋼帶從“C”型架之間通過?！癈”型架內(nèi)固定有X射線源及高壓發(fā)生器和電離室檢測器及信號處理單元。IMS控制柜置于軋機自動化室，控制柜內(nèi)裝有厚度計算單元和X射線源控制單元。HMI站對測厚儀系統(tǒng)操作和維護。整個測厚儀系統(tǒng)通過以太網(wǎng)和生產(chǎn)線上的自動化及二級系統(tǒng)進行通信。

3.1 X射線發(fā)射源

X射線管、冷卻系統(tǒng)、高壓發(fā)生器構(gòu)成了X射線發(fā)射源。X射線管包括一個陰極燈絲和一個陽極靶。 加熱后的陰極燈絲能夠產(chǎn)生電子束，將高壓加在陰極燈絲與陽極靶上，電子束撞擊鎢制的陽極靶產(chǎn)生出連續(xù)光譜的X射線。陰陽極間的電勢差與陰極燈絲的電流決定X射線的強度。

3.2 高壓發(fā)生器

高壓發(fā)生器置于C型架的內(nèi)部，包括控制電路和一個高頻直流開關(guān)電源，根據(jù)測量厚度自動調(diào)整最合適的KV檔值，實現(xiàn)對陰陽極之間的電壓和陽極電流的閉環(huán)控制。IMS公司將高壓發(fā)生器與控制器（控制X射線的電流和電壓）分成獨立的兩個單元。高壓發(fā)生器與KV電壓電纜均置于C型架中，通過不帶高壓電的電纜與控制器連接，從而提高設(shè)備的安全性和系統(tǒng)的控制精度。

3.3 X射線電離室

X射線電離室是一個密封的鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充滿惰性氣體，陰陽兩極裝于電離室兩側(cè)。當電離室接收到X射線時，電離室里的惰性氣體的電子被激發(fā)，脫離原先的活動軌道，從原子中逃出，在電壓作用下奔向陽極。原來的中性原子也變成陽性而奔向陰極。這樣就在整個回路中產(chǎn)生了電流。通過檢測電流的大小便能得到被測物體的厚度。

3.4 C型架

C型架用高強度鋼做成，配有水冷和空氣吹掃。水冷單元用于X射線管冷卻，內(nèi)部自循環(huán)，所需冷卻水一次填充，水質(zhì)為脫鹽水。由于軋機區(qū)的工況一般較差，X射線頭需要空氣吹掃來清潔。X射線管所需高壓單元位于C型架上，和外部低壓單元連接，這樣可以避免長距離的高壓電纜帶來的危險。C型架的位置有工作位和維修位，采用電機驅(qū)動，通過本地與遠程操作面板操作。

4 X射線測主要技術(shù)參數(shù)

X射線管電壓：10-160KV（取決于帶鋼的厚度）

測量范圍： 0.1-6.5mm

響應(yīng)時間： 1-10ms

測量精度： ±0.1%，小于±0.2μm

5 X射線測厚儀日常維護

（1）X射線測厚儀冷卻系統(tǒng)包括X光源與檢測器的冷卻，在日常維護的過程中要保證測厚儀在正常溫度下工作，以防止射線管溫度過高，縮短使用壽命。（2）操作人員應(yīng)認真檢查壓縮空氣的潔凈和壓力的穩(wěn)定，保證C型架吹掃空氣的清潔，放射源口無臟污。（3）經(jīng)常關(guān)注冷卻水流量及冷卻系統(tǒng)溫度，以及冷卻系統(tǒng)內(nèi)脫鹽水是否變質(zhì)臟污，及時更換。（4）按周期的對測厚儀進行標定，以保證測量精度。（5）定期檢查C型架的極限開關(guān)與行走機構(gòu)，防止C型架晃動。

6 結(jié)語

IMS產(chǎn)品的X射線測厚儀在安鋼冷軋使用兩年過程中，測量精度高，響應(yīng)速度快，能夠勝任連續(xù)軋制，成為厚度自動化控制中重要的一環(huán)，具有先進、可靠的電控技術(shù)和精確的數(shù)據(jù)處理方法。

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作者簡介：鄧飛（1986-），主要從事電氣自動化日常維護與管理工作。