热轧厂粗轧机宽度测量系统的改进和优化

王亚

（天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北涉县056404）

热轧厂粗轧机宽度测量系统的改进和优化

王亚

（天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北涉县056404）

针对天铁热轧厂粗轧区域宽度测量系统在生产过程中部分道次无测量数据的问题，分析了其产生原因，通过对宽度测量系统激光测速光学传感器支架的进行重新设计和改造，彻底解决了该问题，为带钢在线宽度监测提供了有力的保障。

热连轧线；测宽；激光测速

1 引言

天铁热轧厂粗轧区域宽度测量系统在生产过程中突然出现宽度测量在粗轧第四、五道次没有测量数据，但没有发现任何的系统故障和异常。结合现场实际生产情况和速度测量模块工作原理，通过放大测速传感器高度调整空间，延长安装支架调整孔长度，设计新的速度传感器支架并重新安装、调整，对测速仪与辊道表面标高进行了测量，重新确定标高为2 100 mm。通过对速度测量模块的优化，从根本上解决了该问题，有力地保障了测速仪设备的正常运行。

2 宽度测量系统的结构及原理

2.1 宽度测量系统的结构

为保证带钢在轧制过程控制的稳定性和准确性，需要对带钢进行在线宽度监测，进而为系统控制提供数据基础。天铁热轧板有限公司粗轧机前的宽度测量系统能够在线实时检测带钢的实际长度、宽度、温度等数据，为粗轧机的轧制控制过程提供基准控制参数。

该宽度测量系统主要包含速度测量模块、宽度测量模块和温度测量模块。速度测量模块用于检测带钢当前速度并拟合出长度，结合宽度测量模块检测出的实时宽度数据就可以得到带钢的整体宽度数据。温度模块用以检测带钢实时温度数据，进而对其进行温度补偿，从而得到冷/热态的带钢整体宽度数据。

2.2 宽度测量系统的原理

速度测量模块以ACCUBAND激光测速仪为技术核心。该激光测速仪将一束激光通过内部固定的光学组件分成同源的两束激光，再导向汇聚到被测物体表面产生干涉条纹，然后通过传感器内部的光电检测器接收从被测物表面散射的光线，并转化为光学信号，从中可以提取速度与长度数据。原理如图1所示。

当被测物在测量区域中时，干涉图案在被测物表面形成了明暗相间的干涉条纹。被测物不规则表面散射干涉条纹的光线，位于激光头内的光电检测器采集这些信号，并输出一个信号，代表收到光线的强度。每一个输出信号的周期τ对应于被测物移动了一个条纹间距的距离，因此光电检测器的调制与被测物速度和条纹图案间距成正比。

根据公式：

式中：v为被测物体速度；λ为入射激光波长；τ为输出信号周期；α为入射激光角度。

由公式可以看出，条纹图案仅与激光的波长（λ）与角度（α）两个激光激光测速光学传感器的光学特性有关。通过计算光电检测器输出信号的周期数，计算被测物通过的测量区域的条纹间距的数目，即可判断被测物物体的速度和长度。

由于速度传感器中用于激光分束的光学组件在传感器内部已经固定，一方面保证了激光入射角度α的固定，但另一方面也制约了空间中两束激光干涉的区域（高度方向）固定。在本次案例当中，激光干涉区域被固定在200 mm以内，超出范围将不能得到干涉条纹。天铁热轧板有限公司来料板坯厚度（冷态）一般为230 mm，四道次中间坯厚度大约在35～40 mm（热态），板坯厚度变化区间在190～195 mm，理论上处于速度传感器检测范围内。由于考虑到中间坯温度（1 100～1 200℃）对其厚度的影响，传感器的初始安装高度较高。因此，当辊道磨损后，被测中间坯（第四及第五道次）上表面距离速度传感器探头的相对高度产生变化，超出传感器测量范围，进而导致速度测量模块没有测量数据。

图1 激光测速传感器的测量原理

3 故障原因分析

在带钢轧制的生产过程中，近期出现带钢在粗轧轧制期间经常出现第五道次没有宽度测量曲线，第四道次有时会出现没有宽度测量曲线的情况。经过现场的检查，粗轧前的宽度测量系统本身没有任何报警，分体工作模块没有报警，现场设备也没有任何异常状况发生，设备冷却系统正常，工作温度正常，现场水汽环境影响等也可以接受。利用标定器具检查设备工作状态，各项指标符合设计要求。

因为设备检查和标定都没有发现设备本身有任何故障和异常，因此可以排除系统本身的原因，初步确定问题原因应该在轧制过程本身。

通过对轧制过程中系统运行状况和数据的监测，发现异常现象：第一道次到第三道次的数据完全正常，但第四道次的速度数据时有中断，第五道次的数据中断更加频繁，而且第四道次数据出现异常后，第五道次数据出现异常的概率相当大。

在对系统各分项工作模块进行在线监测后，发现宽度测量模块和温度测量模块的检测都没有问题，有正常的检测数据，但速度测量模块有数据异常，且异常状况发生的时间点和系统异常的时间点完全吻合。

因此，系统异常状况的原因被锁定在速度检测模块。但在对速度测量模块各元器件进行检查和测试后没有发现异常。经过讨论，怀疑粗轧入口辊道由于磨损导致半径变小，从而使得速度测量传感器与板坯相对距离变大，超出传感器正常工作所需的范围，进而使得传感器无法取得板坯测量数据。

4 改进和优化过程

第一步，为了检验故障原因，利用检修时间将速度传感器位置进行调整下移。在随后的生产过程中观察发现，系统出现异常的概率降低，可以初步确定故障判定方向正确。

第二步，利用检修时间再次对速度传感器位置进行下移调整，此时，下移调整量已达设备调整极限。但随后的监测效果表明，系统异常的原因已经找到，系统异常现象发生概率进一步降低，故障现象变为偶尔发生。

第三步，在结合现场实际生产情况和速度测量模块工作原理之后，决定放大测速传感器高度调整空间，延长安装支架调整孔长度，设计新的速度传感器支架，出图并委托机加工车间制作，示意图如图2所示。

第四步，协调机械检修人员利用检修时间对速）度传感器支架进行重新焊接、更换。

第五步，调整传感器高度，记录高度数据。

通过随后的生产监测和调整后发现，宽度测量系统检测异常状况已经消失，系统工作恢复正常。

图2 测速传感器安装支架示意图

5 改进和优化效果

通过1个月的数据监测，未再发现宽度测量系统出现没有数据的异常现象。宽度测量系统的适应性改造效果良好，得到了轧钢各方面人员的肯定。新的支架也为以后的调整工作带来了方便。

6 结束语

通过对宽度测量系统激光测速光学传感器支架的重新设计和改造，从根本上解决了粗轧宽度测量系统在轧钢运行中出现第四、五道次没有测量数据这一问题，为我公司带钢在线宽度的监测提供了有力的保障。同时，较宽的支架调整范围使得轧钢作业人员可以挖掘更多的设备潜力，延长粗轧入口辊道的使用寿命，间接地支持了公司节能降耗。

Improvement and Optimization of Roughing Mill Width Measuring System of Hot Rolling Mill

WANG Ya
(Plate Hot Rolling Co.,Ltd.,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

The paper analyzes the cause for the problem that there are no measuring data for partial passes during the operation of width measuring system at the roughing mill area of Tiantie Hot Rolling Mill.The supports for the laser speed-measuring optical sensor of width measuring system are redesigned and modified. The problem is solved thoroughly and the system provides strong guarantee for strip online width measurement.

hot continuous rolling mill,width measuring,laser speed measurement

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.06.019

2014-06-10

2014-06-27

王亚（1987—），女，主要从事仪表维护工作。