X射线测厚影响因素分析、技术进展及其在冶金工业中的应用（下）.pdf

第 3 5卷第 2期 2 01 1年 3月 冶 金自 动 化 Me t a l l u r g i c a l I n d us t r y Au t o ma t i o n Vo 1 ． 3 5 No ． 2 Ma r ．2 011 综 述 与 评 论 X射 线测厚影 响 因素分析 、 技术进展及 其 在 冶 金 工 业 中 的应 用 下 玛 娥 梧 冶金 自动化研究设 计院 ， 北京1 0 0 0 7 1 中图分类号 T H 7 4 4 ． 1 5 文献标志码 A文章 编号 t O 0 0 7 0 5 9 2 0 1 1 0 2 - 0 0 0 1 - 0 3 I n f l ue nc e f a c t o r a n a l y s i s a nd t e c hn i c a l pr o g r e s s o f X- r a y t hi c kn e s s me a s u r e me n t a n d i t s a p p l i c a t i o n i n me t a l l u r g i c a l i n d u s t r y B MA Zh u WU A u t o m a t i o n R e s e a r c h a n d D e s i g n I n s t i t u t e o f M e t a l l u r g i c a l I n d u s t r y ， B e i j i n g 1 0 0 0 7 1 ， C h i n a 3 典 型 x 射 线 测厚 系统 及 其在 冶 金 工 业 中的应用 国外有许 多生产 x射 线测厚仪 的厂家 ， 如英 国的 D a y s t r o m公 司 ， 德 国的 I MS 工业测量 系统 公 司， 美国的 D MC公 司、 T h e r m o R a d i o m e t r i e公司、 环球公司， 日本 的 T o s h i b a 东芝 公 司等， 他们 的 产 品基本上都是按上两节所述原理和进展 以及 考 虑 了影响精度的各种因素 但补正程度不尽相 同 而设计 的。图 6列 出了国内用得较多 的德 国 I MS 公司的多通道 x射线测厚 系统作为例子。I MS公 司 x射线测厚 系统包括 以下 主要设 备 1 C型 架 。包括 2～6个或更多个测量点 即电离室 ， 高 温计 为温 度校准提供 温度 和带 放大器 的变送 器 。 2 水冷循环单元。供密封式 c型架二次水 冷循环。 3 中央处理单元 。包括 I MS ME V N E T 数据管理和处理系统以及 x光机控制单元 ， 其中， ME V I N E T数据管 理和处理 系统 的任务 是作 为测 得数据 的评估 和处理 以及 图像 化、 信号传输 与信 号通信之用 ； X光机控制单元 的任务是进 行 C型 架的控制及快 门控制 。 4 控制 台。操作员通 过 水冷循环单元 汁舁 L 至 ⋯ ’ l 个 x 射 线 管 一 x 射 线 管 l 啊 I 同 一 C 型 架 f ＼ C 型架 。 。。【 。 。 。 。 。 L J -1 温 度 澳 量l I I l l l I L J L_J _ n 1 - l 以 j I _ 暑 三 一 远 程 维 护 ／诊 断 太 网 控制和优化级 x 光 机 控 l用 户 制 单 元 检 测 器 含 电 离 室 l／ 由直 卣 ／ ／ l ～ 4个 高压电源 1 - 3个变送器 l l I I厂] 图 6 I MS公 司的 x 射线测厚基本硬件 系统 Fi g ． 6 Ba s i c ha r dwa r e s y s t e m f o r X r a y t hi c k ne s s me a s ur e me n t o f I MS Comp a n y 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 5 - 2 0 ； 修 改稿收 到 日期 2 0 1 0 4 9 - 2 0 作者简 介 马竹梧 1 9 3 1 一 ， 男 ， 广东广州人 ， 教授级高级工程师 ， 主要从事冶金 自动化方 面的研究 及应用J _ 作。 品数 档案 2 冶 金自 动化 第3 5卷 单独设计 的监控计算机键盘和显示器与测厚系统 进行对话 。 5 现场操作面板。用 以校准和对 C 型架的操作。 6 连接 I MS各设备的电缆和管线 。 该测厚系统可以采用不 同个数的 x射线源和检测 器 ， 经不同布置而组成不 同功能的测厚 系统 ， 例如 使用一组射线源 和检 测器来测 量板带 中心线厚 度 、 使用两组射 线源和检测器来测量板带边缘厚 度 、 使用三组射 线源和检测器来测量板带 中心线 厚度和边缘厚度 、 使用 四组或更多组射线源和检 测器来测量板带横 向厚度 、 使用两组发 出扇形 x 光 覆盖带钢宽度 的 x射线源和检测器以立体测 量方式来测量板带横向厚度和凸度。测厚系统可 以测量普钢 、 MS L A钢 、 耐磨 钢 、 不锈钢 、 有色金属 等多种板材的厚度和截面、 凸度、 板形甚至宽度和 温度。测厚系统的技术规格见表 1 。 x 射线测厚仪被广泛用于冶金 、 造纸 、 平板玻 表 1 i ns公司的 x射线测厚系统主要数据 Ta b l e 1 Ma i n s p e c i f i c a t i o n f o r X r a y t h i c kn e s s me a s u r e me n t s y s t e m o f I MS Co mp a n y 项 目 内 容 产品数据 测量 范围 1 6 0 m m最大 ； C型架 间隙 厚度测量时为 5 0～3 0 0 0 mm、 断面测量时为 1 0 0～2 6 0 O m m； C型架 喉深 厚度测量 时为 3 5 0～ 60 0 0 n l lfll 、 断面测量时为 5 0 0～ 40 0 0 n l m。 动态数据 测量 时间常数 l～l 0ms 可设定 ； 测量值处理循环时间 1～1 0I l l s ； 测量值 输出循环时 间 1～1 0ms 。 仪表性 能 测量精度 重现性 线性 优于 0 ． 1 ％ ， 优于 0 ． 2 Ix m； 统计噪音 在 T1～ 5 m s 时 为积分时间 ，优于 0 ． 1 ％ ； 可 用率 ≥9 9 ． 5 ％。 检测器 测量通道 1～ 2 0 0； 检测器 电离室 ， 最大效率为 9 8 ％。 X射源X射线射源为 1 0～1 6 0 k V； 快 门开闭 气 动打开 ， 弹簧 自动关闭。 其他 控制单元包 括 1 C型架驱动控制。通 过操作 画面内部控制或 由远程监 控计算机 画面远程控 制 ， 完成 行走和定 位控 制。 2 带钢两个边部测点可单独启动 ， 通过操作画面控制 。 3 测点 驱动速度 由各 自的变频器控 制完成。 4x射 线源快门操作 。包括由中央处理计算机 的画面进行控制和 或 由操作面板手动操作 ， 用 于标准化和维护 。 5 紧急停 车时 C型架 和测点驱动被锁住 、 快 门关闭 。 6 能执行测 厚仪 自动校准程序 。 璃 、 橡胶 、 纺织 、 塑料 、 化工等行业的板材和带材厚 度测量 ， 其 中在钢铁工业主要用于冷轧带钢 包括 处理线 、 热轧带钢和中厚板生产过程 中的厚度检 测 ， 见表 2 。此外 ， 我 国最早引进的 x射线测厚仪 是 日本 T o s h i b a 公司的产品， 该公司的 X射线测厚 仪可靠性 好 、 精 度高 ， 使用 经验丰 富并 且业绩 斐 然 ， 产品很有特点 ， 其技术也先进 ， 例如 x射线测 厚仪的电离室尺寸较大 号称 比其他公司产品大 表 2 国 内钢铁 工业 x射线测厚仪部分应用情况 Ta b l e 2 Pa r t o f a p p l i c a t i o n for X r a y t h i c k ne s s me t e r o f i r o n a nd s t e e l i n d us t a t h o me 第2 期 马竹梧 x射线测厚影响 因素分析 、 技术进展及其在冶金工业中的应用 下 3 2 ． 5～ 5倍 ， 直径 研 0 m m， 高度 2 5 0 mm； 而其他公 司的直径 05 0 mm， 高度 1 5 0～2 0 0 r n m ， 因而 响应快速， 灵敏度高 ， 但是 由于 日元坚挺而且价格 较贵 ， 所以在国内近来使用较少 但也可作为选择 途径之一 ， 其 系统结构与德 国 I MS产品类似 ， 相 关产品技术特性如表 3所示。而在测量较厚板材 ≥1 5 ． 9 9 mm， 如厚板或热轧粗轧机 出入 口板坯 厚度时 ， 则可 以使用放射性 同位素或激光式测厚 表 3日本 T o s h i b a公 司的 x射线测厚仪的主要 技术数据 Ta bl e 3 Ma i n t e c h n i c a l da t a f o r X r a y t hi c kn e s s me t e r o f Tos h i b a Co mp a n y 一 均 方 根误 差 仪 。 4 X射线 测厚仪应用 问题及 经验教训 不 同于一般 常规 的压 力 、 流量 、 温 度仪 表 ， x 射线测厚系统是 集机 、 电、 测量技 术 、 计算 机技术 等多科学交叉的高科技含量和价格昂贵的大型仪 表 ， 实施以后要更换很 困难 ， 因此需要特别 注意。 要使 x射线测厚系统在生产 中良好地运行和发挥 作用 ， 正确地规 划和设 计 一安装 一维护是 必不可 少的。规划和设计 中的选 型和安装地点则更为关 键。首先是选 型， 由于 x射线测厚仪需求量较大 ， 价格 昂贵且利润 大 ， 国外不少 生产厂家 的经验和 产品质量也不尽相同 ， 在激烈的市场竞争 中， 往往 出现低价以求胜 出， 调查表明， 国内应用的 x射线 测厚仪问题多 的甚 至不能使用 的， 大多是低 价产 品 ， 因此 ， 选型时要认真注意的是 仪表技术数据是 否满足工艺要求 ， 在该工艺对象 是否有使用 经验 良好 的业绩 。其次是安装 ， 当然价格 问题要考虑 ， 但更主要 的是可用性 、 可靠性和可维护性 ， 要考虑 产品具有 良好 的性 能／ 价格 比， 有 些产 品虽 然 可 用 ， 但维护量 大或需要大力改造 ， 此 时 ， 即使 产品 低价却得不偿失。例如曾在中厚板轧机采用价格 低廉 仅是德 国大型测厚仪的 1 ／ 5 的 国外某公 司 x射线测厚仪 ， 虽然该测厚仪在有色轧板 、 冷轧钢 板 ， 甚至带钢轧制线 有在线成功 应用并取得 良好 效果的实例 ， 但没有在 中厚板 热轧在线使用 的经 验 ， 且该测厚仪 C型架开 口度 只有7 5 0 m m， X射线 发射窗 口离板材仅 2 5 0 13 1 1 13 ， X射线的接收装 置离 板材也只有 5 0 0 m m， 这就使其因难 以承受 强热辐 射和热轧板翘头威胁测厚仪安全两大难题而难 以 使用 。成功应用 于 中厚板热 轧作为监 控 A G C的 测厚仪 ， 其开 口度都在 约 2 1 0 0 m m 以上 如 国内 马钢 、 梅钢的 x射线 凸度仪 ， 故该测厚仪应在轧 线选择距轧机 出 口温度稍低 的合适 地点上安装 ， 对于热轧板翘头应检查并调整轧机上下辊传动 的 线速度差和工艺操作来解决。而如果按该公 司提 议用加强冷却 的方 法则需购置大功率 制冷设备 ， 对原测厚仪 C型架循环水冷系统进行重新设计与 改造 ， 加强内部冷 却 的同时增加外 部的隔热保温 措施 ， 在附近辊道 上方与辊道之 间增设防热辐射 装置 ， 并在测厚仪前方增设活动燕尾式保护架 ， 以 保证测厚仪 的安全 和正常工作 ， 但 这种方法只是 权宜之计 ， 最终结果可想 而知 。另外 ， 对于安装地 点 ， 除了要选择合 乎工艺要求且环境 较佳的条件 以外 ， 还需考虑将来的发展 ， 是否还会安装其他设 备 例 如某 厂 为 了在 中 厚 板 轧 机 后 装 设 矫 直 机 而 不 得 不 占用 了原装 有测 厚 仪 的位 置 ， 此外 中厚 板 特| 是板 的长度较短 ， 为取得更佳 的质量 和收得 下转 第 3 5页 第2 期 梁 宁 信 息与无线技 术在运输管控 系统 中的应用 3 5 史记录 ， 可 以对 车辆 作业 过程 进行 统计 和 分析。 5 能够实 时统计车辆的重车行驶率 ， 空框架行驶 率和空车行驶率 ， 真实反 映驾驶员在作 业过程 中 的作业效率 ， 为实 现企业高效 调度起数 据支撑 的 作用。 5 结束语 系统于 2 0 0 8年 1 0月在宝钢股份直属厂部钢 制 品物流管控 中上线运行 。系统上线 后 ， 实现 了 框架车运输 的动态管理 。应用实践证 明 ， 系统运 行稳定 可靠 ， G P S定位精度 高， G P R S网络稳定 性 好 ， 很好地满足 了宝 钢运输管 理部门对框架 车 的 运输管理需求 ， 产 品的运输效率 和精准度得 到提 升 ， 并有助于加快钢铁企业产成 品的周转效率 ， 提 高产品的响应速度。通过信息技术 与无线数据传 输技术 的结合 ， 实现了在整个产 品运输的过程中 ， 产品 、 车辆 4 0台 和框架 2 2 0个 的全部实时受 控 ， 企业的物流运输 部 门可及 时发布车辆运行 指 令 ， 减少和避免框架车的空跑浪费 ， 产生 了直接显 著 的经济效益 ； 同时消除了装船待货时问长 、 驾驶 员开着 车找框架 、 无 法及时调整 动态作业计划 等 现象 ， 大大提高 了框 架车运行效 率和运输调度 效 率 。 本 系统架构可推广至其 它无轨道运输业务 的 管理与监控 ， 例如铁水包 车、 废钢料槽车 、 平板 车 ， 上接第 3页 率 ， 国外已采用接近型测厚仪安装方式 即尽可能 靠近轧辊出 口 ， 使测厚仪能够承受更高的温度 。 5结束语 我 国已是世界第一的产钢大国 ， 年产钢超过 5 亿 t ， 设备众多 ， 仅 宽冷连 轧生产线就超 过 4 0条 、 热连轧生产线超过 5 0条 ， 还有大量 的中窄带冷热 连 轧 、 可逆 冷 轧 、 中 厚 板 生 产 线 ， 需 要 新 设 置 和更 新的 x射线测厚仪很多， 市场价值 、 商机和利润都 很大 ， 而 目前 x射线测厚仪大都采用 引进。实 际 上 ， 国内早在 2 0世纪 7 0年代原 冶金 部 自动化研 究所 、 上海 电气科学 自动化研究所 等单位就 已成 功地生产出冷热连轧用的 X射线测厚仪并 良好地 在工厂 中长期运行 ， 原 冶金 部 自动化 研究所生产 的热连 轧用 的 x射线测厚 仪在 1 9 7 9年通过部级 鉴定并获科技奖 ， 达到当时先进 的 日本 T o s h i b a公 司生产的测厚仪水 平 ， 在零 部件方面 已能完全 国 产化 ， 如关键 的电离室也已由清华大学开发 ， 并在 1 9 8 1 年通过部级鉴定。此后 ， 原 冶金 部 自动化研 以及其它拥有大型运输设备的企业 ， 如造船厂 、 重 型机械厂等。 参考文献 [ 1 ] 胡琨鹏 ． 物流 车辆 监控 系 统 的研究 与 设计 [ D] ． 成 都 西南交通大 学 ， 2 0 1 0 1 6 ～ 2 5 ． [ 2 ] 赵敏琴 ， 李景 昌 ， 杨荣 平． 车载 卫星 通信 系统 的组 成及 应用 [ J ] ． 中国无 线 电， 2 0 0 9 5 3 0 3 1 ． [ 3 ] 肖远亮．N ME A - 0 1 8 3数据标准在 G P S技术 中的应用 [ J ] ．物探装备 ， 2 0 0 3 2 1 2 7 1 3 3 ． XI AO Yua n l i a ng ． App l i c a t i o n o f NMEA- 01 8 3 d a t a s t a n d a r d i n G P S t e c h n i q u e [ J ] ． E q u i p m e n t f o r G e o p h y s i c a l P r o s p e c t i n g ， 2 0 0 3 2 1 2 7 1 3 3 ． [ 4 ] 丁立波， 江小华， 张河． 基于无线数字传输技术的数 据采集 系统设计 [ J ] ． 半 导体技术 ， 2 0 0 3 2 4 1 43 ． DI NG L i b o， J I AN G Xi a o h u a， Z HANG He ．De s i g n of a d a t a a c qu i s i t i o n s y s t e m b a s e d o n wi r e l e s s d i g i t a l t r a ns mi s s i o n [ J ] ． S e mi c o n d u c t o r T e c h n o l o g y ， 2 0 0 3 2 4 1 43 ． [ 5 ] 陈华， 叶桦． 工程机械车载终端中 G P R S通信的分 析及实现[ J ] ． 福州大学学报 自然科学版， 2 0 0 8 增刊 1 8 1 2． CHEN Hua， YE Hua ．An a l y s i s a nd i mp l e me n t a t i o n o f t he GPRS c o mmu n i c a t i o n i n t he v e hi c l e mo n i t o r i ng t e r mi n a l o f t h e c o n s t r u c t i o n ma c h i n e 『 J ] ． J o u r n a l o f F u z h o u U n i v e r s i t y Na t u r a l S c i e n c e Ed i t i o n， 2 0 0 8 S 1 8 - 1 2． [ 编辑 薛朵] 究所还建立 了生产线 ， 生产 了多台冷热轧 用的 x 射线测厚仪在工厂使用 ， 国产的 X射线管 已成功 地用于本钢热连轧进 口的 x射线测厚仪 中 ， 现在 还有相关技术 人员承 接多 台 X射线 测厚仪 的供 货 、 改造等任务 ， 并 有多项专利 。因此 ， 创建 国内 生产 x射线测厚仪产业 的时机 已到 ， 为 了打开 国 内市场 ， 可以参照其他产业发展步骤 ， 先从 国外购 买 国内质量 尚未过关 的个 别零部件组成整 机 ， 与 外商合资建厂 ， 然后创立 自己的品牌。要 克服过 去一切“ 从头来” 的观点 ， 利用我们 自己的经验 ， 采 取聘用有经验的技术人 员作顾 问等措施来快速发 展我国的射线仪表产业 ， 另外也须国家支持 ， 选择 有基础和有 条件执行此任务 的单 位加 以支 持， 并 列入科技规划。 本文得到冶金 自动化研究设计 院万雅竞 、 余 式正 ， 北京鼎新博雅公 司白丹 ， 北京埃德尔博珂公 司陈国强等高级工程师的大力协助 ， 特此致谢 。 [ 编辑 魏方 ] 续 完