1422 產線卷取入口新增測寬儀改造實踐

陳少慧 王 維

（南京寶地梅山產城發展有限公司，江蘇 南京210039）

梅鋼熱軋1422 產線，原設計方案在粗軋和精軋設有KELK 測寬儀（用以在線測量帶鋼寬度，實現對粗軋和精軋出口寬度的反饋控制），卷取入口沒有測寬儀。實際生產，卷取機咬鋼及建張的過程中，由于張力的變化，往往會導致帶鋼局部拉窄，造成質量損失。

1 卷取入口改造前概況

1.1 原系統主要設備

梅鋼熱軋1422 產線在粗軋R2 軋機出口以及精軋末機架F6出口各裝有一臺測寬儀。R2 出口測寬儀的測量數據主要用于粗軋E2 立輥軋機對中間坯進行AWC 自動寬度控制。而F6 出口測寬儀檢測經精軋后的帶鋼寬度，并將結果反饋給寬度模型進行自學習，并對下塊鋼的AWC 寬度控制設定值進行修正，從而能夠補償精軋過程中因帶鋼的寬展、張力控制等因素對精軋出口寬度造成的影響。從精軋出口到卷取機入口共約120 米的熱輸出輥道上，沒有再設置測寬儀，因此F6 出口測寬儀也就成了帶鋼成品寬度的最終檢測設備。

1.2 原系統存在的問題

1.2.1 質量風險較大

R2 出口以及F6 出口測寬儀雖然解決了帶鋼在軋制過程中的寬度在線檢測問題，但是帶鋼在卷取過程中產生的寬度拉窄問題是這兩個測寬儀無法發現的。因為在卷取機咬鋼及建張過程中，由于F6 軋機和卷取機之間的張力波動往往較大，可能存在張力超調現象，另一方面基于卷形控制的目的，卷取張力設定也可能過大。如果帶鋼張力過大，加上鋼的材質又較軟，則很有可能使得帶鋼在卷取過程中出現寬度拉窄現象。而這個拉窄現象是F6 出口測寬儀無法檢測到的。因此一旦由于卷取張力控制問題導致帶鋼寬度拉窄，質檢將很難及時發現，往往會造成批量質量事故。

1.2.2 質控成本增加

為了防止出現卷取拉窄造成批量質量事故，軋制時一般要將成品寬度在標準上增加了11%-13%，從而增加了用戶的切邊量，導致生產成本的增加。

2 卷取入口改造總體思路

如果在卷取入口增加一臺測寬儀實時監測卷取過程中的帶鋼寬度，就可以提供更準確的成品寬度數據。通過將卷取入口寬度和F6 出口寬度數據進行比較，就能及時、方便地發現卷取過程中出現的寬度拉窄現象，并提醒操作、控制人員及時調整相關參數，從而避免批量質量缺陷的發生。測寬儀是一種非接觸式的光電測量儀表，用于測量軋鋼過程中帶鋼寬度。輸出帶鋼寬度與中心線偏差的信息到軋鋼過程機，用于過程控制和作為產品質量判定的依據。測寬儀上兩臺電子線掃描攝像頭以固定的間距安裝在測量架上，位于帶鋼運動的法線方向。攝像頭沿著帶鋼寬度方向進行線掃描，精確檢測帶鋼兩個邊緣的位置。帶鋼的邊緣數據經過進一步的處理，從而計算出帶鋼的寬度，中心線偏差等數據。性能優良的高速微處理器與先進的軟件程序配合能夠保證系統在對象溫度變化，存在氧化鐵皮以及蒸汽等各種情況下仍然能提供準確的邊緣檢測。

3 改造方案實施

3.1 設備選型及測量原理

3.1.1 設備選型

熱軋廠有二十多年的KELK 測寬儀使用經驗，梅鋼熱軋1422粗軋、精軋，1780 粗軋、精軋和卷取等部位均配有KELK 測寬儀。KELK 測寬儀已被證明能滿足在軋鋼的惡劣工況下（高溫、高濕、灰塵等）使用，具有測量精度高、頭部響應速度快、掃描速率高、標定方便等特點。相較于其它公司測寬儀，熱軋廠選用KELK 測寬儀具有精度高、技術成熟可靠、備件通用等明顯優勢。因此本項目擬引進一套KELK 公司的第6 代ACCUBAND C965B 測寬儀。該測寬儀主要性能參數如下：

測寬儀主要由以下單元構成：（1）掃描組件：掃描組件包括兩個電子攝像頭和一塊電路板卡盒被安裝在輥道上方3～5 米高位置的一個防震的密封金屬箱內。攝像頭橫向掃描帶鋼寬度，并把亮度數據送給掃描器的處理器，處理器再依據此數據鑒別帶鋼的邊緣。密封金屬箱內安裝了水冷回流裝置用于平衡設備溫度。（2）氣室：氣室的作用是支撐整個掃描器，并為照相機的鏡頭提供一個始終是正壓的環境，防止灰塵沉積在玻璃上。（3）吹掃噴嘴：安裝在氣室下方，通過產生連續向下的氣流去保持照相機窗口的干凈，并且可以驅除霧氣，保證照相機和帶鋼之間的光學路線處于干凈工作環境。（4）標定器：標定器及其支架用于在測寬儀安裝后對其進行標定。（5）背光源：冷的帶材產生的紅外線輻射無法被攝像頭檢測到時，通過背光形成外形輪廓。

測寬儀系統原理圖如圖1 所示。

3.1.2 測量原理

3.1.2.1 帶鋼邊部確定

圖1 測款儀系統原理圖

熱金屬帶材(600°C - 1280°C) 產生的紅外線輻射能夠被攝像頭檢測到，而冷的帶材則可以通過背光形成外形輪廓。每一種方法，光強從暗到亮的位置點都顯示了邊緣的位置。為了實現這一檢測，攝像頭掃描帶鋼寬度方向上1×2048 像素的線型陣列，形成一系列一定間隔的模擬亮度讀數，每個代表一個像素。這些信號被轉換成數字信號的形式，邊緣確定電路檢查相鄰像素在幅值上的變化。邊緣的一側像素定義為“亮區”，而另一側則定義為“暗區”，邊緣位置就可以確定了。儀表以外的一些因素如帶鋼本身以及軋制現場環境所產生的光學噪聲都會減少邊緣的分辨率。氧化鐵皮，反射，鋸齒形邊緣，側向移動，帶鋼的溫度梯度以及水汽都會造成光強上的影響，導致邊緣的模糊。邊緣處理電路首先隔離計算兩個攝像頭的兩個邊緣（一左一右），一共四個邊緣。然后，每一個邊緣被定位到最接近的一個像素，并被插值計算到最接近的1/16 個像素。四個內插的邊緣位置從掃描器傳輸到電子裝置進行三角形計算，產生寬度和中心線偏移等數據。

3.1.2.2 三角計算

ACCUBAND-6 帶鋼測寬儀依靠雙攝像頭的掃描器可以克服帶鋼的傾斜，跳動以及中心線的偏移。一個單攝像頭系統檢測的帶鋼是一個二維的成像，因而近處的物體顯得大，而遠處的物體顯得小一些。這樣的系統無法判別是帶鋼變寬了，還是更靠近攝像頭的情況。雙攝像頭系統則可以形成更多的檢測信息，從而有效防止由于這一原因造成的寬度測量誤差。一個邊緣被兩個不同角度的攝像頭同時檢測到。這樣，通過三角形計算，就可以精確計算出距離掃描器的距離，并修正相應的邊緣位置。兩個帶鋼邊緣位置之間的直線長度定義為帶鋼的寬度。中心線偏移的位置可以用兩個邊緣位置的相加（它們由儀表在一個公共的網格中進行記錄），并除以二來計算出來。這一平均值計算給出了帶鋼的中心點位置。按照儀表在校準時獲得了實際軋機中心線，兩個位置的相減之差就是“中心線偏移”。

3.1.2.3 數據過濾

寬度和中心線的測量數據并不適合一計算出來就供軋機計算機的應用，因為這只是對通過的帶鋼的一次快照。一次視野范圍的掃描需要大約800μs，這一瞬時寬度記錄可能是一個不具代表性的值。為了保證儀表輸出的可靠，測量數據將會與先前掃描的結果進行比較，以消除反常的測量，最后才將濾波輸出送到軋機計算機。

3.2 設備布置及現場改造內容

3.2.1 測寬儀掃描器、氣室、吹掃噴嘴及現場接線箱等安裝在現有表檢平臺上，掃描器的中心位于281#輥和282#輥的中間。對表檢平臺進行局部開孔，開孔尺寸約1500mm×250mm，以滿足掃描組件安裝要求，同時需要將原有的平臺拓寬、熱檢攝像頭移位。表檢平臺如圖2 所示。

圖2 表檢平臺改造圖

3.2.2 背光源安裝在掃描器正下方的公共輥道座下，該公共輥道座為14 組輥道共用為焊接型鋼框架。為確保背光源有足夠的安裝和檢修空間，需要將公共輥道座在放置背光源處的281#輥和282#輥中間打斷，公共輥道座下翼緣板打斷寬度約320mm。上翼緣板打斷寬度約50mm，確保背光源和掃描器攝像頭之間光線無遮擋。打斷后，原公共輥道座變為獨立兩部分。帶鋼入口側的輥道座需要加固并開孔植入地腳螺栓固定。測寬儀安裝布局圖如圖3 所示。

圖3 測寬儀安裝布局圖

3.2.3 原各輥道底座與公共輥道座之間采用卡槽壓板固定方式，因281#輥和282#輥的輥道公共輥道座被打斷，281#輥和282#輥之間一組固定壓板無法使用，需要將281#輥和282#輥道底座與公共底座之間的的固定方式改為螺栓連接固定。

3.2.4 輥道兩側側導板進行開槽，槽寬50mm，確保掃描組件攝像頭光線區域無遮擋。

3.2.5 操作側兩路干油主管路（?60.3）局部改向。

4 改造效果

改造前，1422 產線因帶鋼頭部拉窄造成的廢次降為0.05%，返修率約為0.25%。改造后，廢次降降低至0.02%，返修率降低至0.1%，取得了良好技術、經濟效果。