淺議太鋼冷軋廠10號軋機測厚儀國產化替代

蘇智

（太原鋼鐵公司，山西 太原 030008）

改造介紹：冷軋帶鋼測厚儀是應用在我廠不銹鋼冷軋機組的一種測量帶鋼厚度的設備。10#軋機測厚儀存在著諸多的問題。

10#軋機是世界上第一臺2100mm寬厚板冷軋機，為滿足不同客戶的需求，來料厚度和成品厚度范圍跨度非常大（0.4～14mm),其配備的比利時IRM公司的測厚儀采用將測量厚度區間分為三段，每段用不同的增益補償系數控制厚度曲線，這樣容易造成軋制過程中同一卷帶鋼，特別是軋制到成品道次時，會出現兩種不同的補償系數的切換，導致成品厚度出現異常波動。軋制目標厚度為5mm以下的鋼帶時，測厚儀控制精度無法保證同一道次頭、尾、中間段測量厚度一致，達不到內控要求（20um)，造成改軋卷較多，嚴重影響產品質量和客戶滿意度。項目改造迫在眉睫。通過前期的學習、分析研究和工廠實驗，不斷征求測厚儀方面專家的意見，最終我們設計出了新型的測厚儀射線管和高壓電源控制方案，并于2017年5月率先完成了10#軋機的測厚儀的技術改造，全部采用國產設備，兩套測厚儀項目總價不及原先一只進口射線管的采購價。測厚儀改造完成后運行穩定，迄今為止零故障率，測量精度大幅提高，因厚度不達標和設備故障造成的虛產卷大幅減少，實現了用國產設備對進口設備的完美替代，極大地提高了機組的運行效率，提升了產品質量，在降本增效方面起到了顯著作用。

1 X射線測厚儀簡介

X射線源和探頭位于被測帶材兩側，射線穿過帶材強度產生衰減，依據衰減的強度從而計算出被測帶材的厚度。

式中，IO為空載射線能量，即被測物厚度為零時(穿透被測物之前)的射線能量，I為存在被測物時(穿透被測物后)的射線能量；u為線性衰減系數；x為被測物厚度。

X射線管由陰極和陽極兩部分組成，位于陰極的鎢絲被通電加熱到一定溫度產生大量的電子，在極間千伏級高壓的強電場下，電子加速從陰極高速撞擊到陽極的靶材產生X射線。

2 技術難點及創新方案

2.1 射線管高壓控制方式

圖1

原有測厚儀的陽極高壓固定不可調。X射線測厚儀是依據射線的穿透原理來測量厚度的。如使用高能量去測量較薄的鋼板時，因為本身能量很強，射線本身穿透力強，反而不能很好區分厚度變化，同理，使用低能量去測量比較厚的鋼板，射線本身穿透力弱，也不能很好地區分厚板厚度的微弱變化。面對10#軋機0.4～14mm極寬的測量范圍，舊有測厚儀無法用同一組補償系數全范圍測量精確達標，生產不同厚度范圍產品時，需要維護人員頻繁修正補償系數，同時嚴重影響了產品的厚度控制質量。

我們的解決方案如下：（1）采用多段式電壓控制方式控制陽極電壓，不同電壓對應不同的厚度范圍。我們將厚度范圍再細分為0.4～3mm、3～9mm、9～14mm三個區間段，分別對應75kV、100kV和120kV，系統根據目標厚度的變化而自動選擇陽極電壓，能更加準確地區分測量厚度的變化，進而提高測量精度。（2）將射線管材質由金屬陶瓷管替換為玻璃管。由于陽極電壓的可調，大幅降低了射線管的工作負荷，允許我們在射線管材質方面有更多選擇。玻璃管散熱性能較好，便于維護，同時，造價僅為金屬陶瓷管的1/5，更為經濟節約，性價比高。（3）為什么要用多大的電壓測多厚的料？靈敏度是關鍵，最佳效果是測厚儀測量的實際厚度越接近目標厚度而且越穩定越好，偏差的波動范圍表示穩定性，當實際帶鋼厚度變化時，通過帶鋼后的X射線在電離室電離出的電壓值經過校準后同厚度呈現線性變化，這是最佳的測量。

靈敏度高的意思是被測帶鋼厚度有波動時，測厚儀電離室產生的電壓波動足夠大，以致修正后程明顯線性關系線性系數如果能在1～2最好。

推導公式如下：

以上三個公式可推導出三點：

（1）靈敏度同無帶鋼時的電離室反饋電壓信號程線性關系。（2）帶鋼厚度越厚穿過的電子越少，電離室電離的電壓越小是程指數衰減關系。（3）在額定電壓下，靈敏度存在最佳點u.x=1，在0.4～12mm我們調整高壓范圍使得當ux的取值范圍在1～2時測厚儀能夠測量線性表現最佳。最終，通過大量的實驗數據，我們確定了各厚度區間射線電壓的最優值。

表1

我們采用了一種實時可變電壓技術，通過動態調射線管節電壓來使得在電壓厚度合適的范圍內自動切換電壓，每一道次結束后二級系統發送目標厚度，測厚儀接收到目標厚度后檢測是都在當前合適范圍，如果在就不調節電壓，如果不在則按照設定厚度調節射線管電壓，在下一道次起步時已經切換完畢，可以測量下一道次數據。

2.2 冷卻系統

原有測厚儀冷卻方式采用的是油冷系統。由于不是密閉系統，冷凝器（類似空調壓縮機）中會產生一定的冷凝水，冷凝水可能吸附在陽極靶材上造成陽極絕緣水平下降，進而導致射線管燈絲或高壓電源的短路。改造后的測厚儀X射線管是水冷系統直接解決了油冷冷凝水乳化的問題。

3 10#軋機改造前后關鍵指標比較

（1）測量厚度偏差對比，見圖2。（2）故障率及虛產，見表2。

圖2 10#軋機厚度測量偏差改造前后對比

表2 10#軋機故障率及虛產改造前后比較

4 結語

采用自主設計定制的國產測厚儀設備完美替代進口設備后穩定運行，這樣的信息在國內工控領域引起了很大的反響，同業單位給予了高度稱贊并紛紛咨詢，對太鋼的技術創新能力創造了良好的聲譽，同時，也對國產測厚儀設備在國內市場的應用和推廣起到了很好的示范和推動作用，有助于我國企業擺脫對國外產品的依賴。