X射線測厚儀在安鋼冷連軋中的應用

摘 要：通過對安鋼1550冷連軋生產線中德國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、測量原理和系統組成。

關鍵詞：X射線測厚儀；冷連軋；測量原理；系統組成

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線，擁有每年120萬噸的生產能力。在連軋軋制過程中為了使各機架緊密配合，及時調整軋制力、張力等各種數據，厚度測量成為工藝控制中的重要反饋數據。結合X射線測厚儀具有高精度、 響應快、維護簡單、安全性、非接觸測量等特點，軋機生產線選用了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射線發生器發出的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射線輻射量轉化為電離電流，根據X射線的衰減與電離電流的大小，產生正比帶鋼厚度的電流，通過測量變送器將電流信號轉化為數字信號，經工業以太網將數字信號傳輸到處理計算機，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點，根據帶鋼的厚度選擇使用合適的X射線管電壓等級，不同的電壓等級產生的X射線的能量級可以對X射線管進行優化。此外，X射線在安全方面也同樣優于同位素。在生產過程中，生產線斷帶和停機不可避免，在這種情況下，X射線可以通過關閉快門的方式切斷X射線，有效防止電離輻射對人體的傷害，保護生產線上操作人員的安全。而同位素放射源卻無法關閉，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，當高壓關閉后，將無X射線產生。

3 X射線測厚儀系統組成

X射線測厚儀系統由“C”型架、HMI站、控制柜和通信系統組成。“C”型架安裝在現場機架之間，鋼帶從“C”型架之間通過。“C”型架內固定有X射線源及高壓發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站對測厚儀系統操作和維護。整個測厚儀系統通過以太網和生產線上的自動化及二級系統進行通信。

3.1 X射線發射源

X射線管、冷卻系統、高壓發生器構成了X射線發射源。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生出連續光譜的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 高壓發生器

高壓發生器置于C型架的內部，包括控制電路和一個高頻直流開關電源，根據測量厚度自動調整最合適的KV檔值，實現對陰陽極之間的電壓和陽極電流的閉環控制。IMS公司將高壓發生器與控制器（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，從而提高設備的安全性和系統的控制精度。

3.3 X射線電離室

X射線電離室是一個密封的鋼結構，內部充滿惰性氣體，陰陽兩極裝于電離室兩側。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，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，內部自循環，所需冷卻水一次填充，水質為脫鹽水。由于軋機區的工況一般較差，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，采用電機驅動，通過本地與遠程操作面板操作。

4 X射線測主要技術參數

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）操作人員應認真檢查壓縮空氣的潔凈和壓力的穩定，保證C型架吹掃空氣的清潔，放射源口無臟污。（3）經常關注冷卻水流量及冷卻系統溫度，以及冷卻系統內脫鹽水是否變質臟污，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型架的極限開關與行走機構，防止C型架晃動。

6 結語

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

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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。