HRX-90型测厚仪在冷轧单机架中的应用

 张  凯

 （山钢股份莱芜分公司自动化部，山东  莱芜  271104）

摘要：主要介绍了HRX-90型测厚仪的基本原理及系统构成，以及测厚仪在冷轧单机架轧制过程中自动厚度控制功能中的应用。

关键词：测厚仪；单机架；自动厚度控制中图分类号：TG3 35. 12 

0  引言

 莱钢冷轧生产线是将中宽带生产的厚度为1.8 mm～3.0 mm的热轧卷在常温状态下经过酸洗工艺切边后，再经过单机架若干道次的轧制，然后再经过罩退、平整、拉矫等工序使其成为具有所需厚度、表面粗糙度的各种规格的冷轧带卷。厚度是带钢质量好坏的重要标准之一，而单机架轧机是冷轧生产工艺的重要组成部分，为了达到高精度的厚度控制，我们将HRX-90型测厚仪安装在轧机的人口侧和出口侧，精确地测量出带钢厚度。HRX-90型测厚仪在单机架轧制自动厚度控制中起到了重要的作用。

1  HRX-90测厚仪系统组成及工作原理

1.1  系统组成

 HRX-90测厚仪由C型架（包括上臂的信号检测器，下臂的X射线源）、现场接线箱、气控箱、电器室的主电柜和操作终端几大部分组成。

1.2  工作原理

 图1为HRX-90测厚仪的组成及测量原理。HRX-90测厚仪使用100 kV（最高工作电压）的X射线源，其发射出的X射线的能量随着射线管上加的高压而变化，因此X射线测厚仪可以根据不同的被测物体厚度选择合适的射线能量，保证测量效果（精度和噪声）在最佳状态。当X射线穿过物质时，它会产生光电效应和康普敦效应，故其强度将随着所通过带钢的厚度的增加而逐渐衰减，与被穿透的带钢厚度呈现出一种指数衰减的函数关系。

 测厚仪的X射线具有两个基本特性：

 (1)能量：有类似于可见光的颜色或者声音的频率，随着加在X射线管上的高压不同，能量会随之变化。

 (2)密度：有类似于可见光线的亮度或声音的音量，X射线管电流的大小影响射线的密度。

 目前已有稳定可靠的最大工作电压可以达到250 kV的X射线源在生产实际中应用，测量钢板的厚度范围包含了从冷轧0.1 mm到热轧40 mm，完全可以满足生产需要。

 当X射线源加电工作时，X射线管在高压的作用下电子束轰击靶后产生相应能量的X射线，经C型架上方的快门发出，快门控制射线是否射向被测量的物体。根据BEER定律，X射线穿过带钢后的强度与初始发射强度呈下列关系：

 当射线穿过被测带钢后，强度为，的射线到达高灵敏度的电离室腔体，腔体内的特种气体发生电离效应，在高压电场作用下产生相应的微弱电流。探头的放大电路对检测到的微弱光子进行线性放大，输出0 V～5 V的模拟信号，模拟信号电压与X射线强度是正比的函数关系。

 根据式(1)、式(2)的函数关系，通过计算机硬件对信号的一系列处理，软件就可以计算出被测带钢的厚度。

 由于X射线管产生射线的系统存在噪声以及射线被吸收都存在随机性，同时电气检测设备自身存在噪声，因此测量结果存在一定的噪声。为了克服测量噪声，在计算机处理探头的检测信号时可以使用数学计算（滤波）的方法降低噪声，提高控制精度。但是这种处理会导致测量的响应时间延迟（响应时间是指当测量厚度发生突然变化（阶跃）时，测厚仪厚度输出达到阶跃的63%所用的时间），在轧制生产时，由于自动厚度控制系统对响应时间是有要求的，因此这种处理是有限的，所以重要的是要提高硬件的响应速度和计算机的处理速度。

2测厚仪在自动厚度控制中的应用

 为了轧制出高精度的带钢，厚度控制显得尤为重要。厚度控制指的是中间厚度的控制，测厚仪测量的厚度需要参与到自动厚度系统控制。下面介绍测厚仪在厚度控制中的应用。

2.1  前馈控制

 前馈控制是为了消除因带钢在入口处发生的厚度变动，造成出口带钢厚度变动而设置的。为了补偿检测点和控制点的距离，将测厚仪到轧机的距离分成若干段，采用移动式存储器不断存入测量值和移出控制值，把测厚仪测到的入口板厚差从检测点一直跟踪到轧辊控制点。

2.2反馈控制

 反馈控制用于消除因带钢硬度变化、轧制条件变化而引起的轧辊热膨胀产生的出口厚度等变化，通过出口测厚仪测得出口厚度与目标值厚度的差异，计算压下量修正值。反馈控制是一个积分控制环节，积分时间常数由速度及材料特性等确定，有利于消除积累误差。

2.3  秒流量控制

 秒流量控制用于消除从单机架到出口测厚仪间的测量误差并提高反馈控制的快速性及控制效果。秒流量控制是基于在任何时候进入和离开轧机辊缝的材料量是相等的。在忽略带钢宽展及假设轧机入口、出口速度相等稳定的情况下有v0×h0=v1×h1（v0为入口速度，v1为出口速度，h0为入口厚度，h1为出口厚度）。由于对轧机机架前后测速的精度要求高，单机架采用高精度的激光测速仪测速，秒流量控制AGC与反馈控制AGC采用同一控制执行器，两种控制功能间的协调十分重要。

2.4  张力监控

 当被轧带钢很薄时，带钢的塑性模数变得很大，靠调节辊缝进行厚度控制效果很差，为了达到高精度的厚度控制，此时采用张力监视AGC对后张力控制调节。调节张力与调节压下位置相比，其惯性小、响应快、易稳定，通过张力调节能达到较好的厚度控制效果。

2.5  自动厚度控制辅助补偿功能

 自动厚度控制辅助补偿功能包括：

 (1)轧辊偏心补偿：由于支撑辊直径差，或工作辊与支撑辊界面产生滑动，或支撑辊轴承刚度变化等轧钢时产生轧辊偏心，造成轧制力及厚度的周期性波动。轧辊偏心补偿的作用就是减少周期性的厚度波动。

 (2)轧辊效率补偿：在轧机加减速时，轧制力效率必须进行补偿。轧辊效率补偿的设定值由计算机产生，轧辊效率曲线极大地依赖于被轧带钢的塑性特性，液压压下调节量采用位置闭环控制时，轧制力变化量转换为位置变化量。通过位置变化量调整对厚度进行补偿，从而达到调整厚度变化的效果。

 (3)开卷机卷取机偏心补偿：由于钢卷的带头是插入开卷机或者卷取机卷筒钳口的，使得钳口处钢卷突起一点或说此处的直径大一点，这就是钢卷偏心，它在钢卷旋转时引起张力扰动。钢卷偏心补偿功能是对钢卷各单元区的重复性进行记录加补偿来达到的，该功能可将钢卷偏心的影响降低30%。通过偏心补偿，可减少带钢厚度的波动。

 (4)开卷机加减速补偿：开卷机是作为张力控制的，自动厚度控制导致人口带钢速度的改变，并引起张力的变化，张力的变化对厚度自动控制又有影响。通过对应于厚度调节的附加动态转矩来加减速，以维持张力的恒定，这种控制方式使张力波动最小。根据轧机人口和出口的厚差及其调节量对开卷机进行速度调整。

 (5)卷取机加减速补偿：卷取机是作为张力控制的，自动厚度控制导致出口带钢速度的改变，并引起张力的变化，通过对应于厚度调节的附加动态转矩来加减速，以维持张力的恒定。

3结束语

 测厚仪系统对单机架轧制出高精度的带钢尤为重要，而它与自动厚度控制系统相结合，为单机架生产出高品质的产品提供了可靠的保障。