X射线测厚仪在安钢冷连轧中的应用

摘 要：通过对安钢1550冷连轧生产线中德国IMS公司的中心线X射线测厚仪的使用状况，介绍了X射线测厚仪的特点、测量原理和系统组成。

关键词：X射线测厚仪；冷连轧；测量原理；系统组成

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.013

0 引言

1550酸洗冷连轧机组是安钢第一条冷连轧生产线，拥有每年120万吨的生产能力。在连轧轧制过程中为了使各机架紧密配合，及时调整轧制力、张力等各种数据，厚度测量成为工艺控制中的重要反馈数据。结合X射线测厚仪具有高精度、 响应快、维护简单、安全性、非接触测量等特点，轧机生产线选用了3套由德国IMS公司提供的中心线X射线测厚仪。

1 X射线测厚仪的测量原理

X射线测厚仪通过得到对X射线衰减的程度来计算钢带的厚度。X射线发生器发出的X射线由垂直方向穿透带钢，其中有一部分X射线被带钢吸收，没有被吸收的X射线到达测量头，测量头将接收到的X射线辐射量转化为电离电流，根据X射线的衰减与电离电流的大小，产生正比带钢厚度的电流，通过测量变送器将电流信号转化为数字信号，经工业以太网将数字信号传输到处理计算机，从测厚仪计算机输出的信号即为带钢的厚度。

2 X射线测厚仪的特点

相比同位素测厚仪信号噪音大的问题，X射线测厚仪具有信号噪音非常小的主要优点，根据带钢的厚度选择使用合适的X射线管电压等级，不同的电压等级产生的X射线的能量级可以对X射线管进行优化。此外，X射线在安全方面也同样优于同位素。在生产过程中，生产线断带和停机不可避免，在这种情况下，X射线可以通过关闭快门的方式切断X射线，有效防止电离辐射对人体的伤害，保护生产线上操作人员的安全。而同位素放射源却无法关闭，只有借助防辐射工具被动防御辐射对人体造成的伤害。在放射源处理方面，因为同位素放射源使用完毕后，不得随意丢弃必须由国家相关部门保管，支付高额保管费用，直至完全衰变。而X射线放射源是电离辐射，当高压关闭后，将无X射线产生。

3 X射线测厚仪系统组成

X射线测厚仪系统由“C”型架、HMI站、控制柜和通信系统组成。“C”型架安装在现场机架之间，钢带从“C”型架之间通过。“C”型架内固定有X射线源及高压发生器和电离室检测器及信号处理单元。IMS控制柜置于轧机自动化室，控制柜内装有厚度计算单元和X射线源控制单元。HMI站对测厚仪系统操作和维护。整个测厚仪系统通过以太网和生产线上的自动化及二级系统进行通信。

3.1 X射线发射源

X射线管、冷却系统、高压发生器构成了X射线发射源。X射线管包括一个阴极灯丝和一个阳极靶。 加热后的阴极灯丝能够产生电子束，将高压加在阴极灯丝与阳极靶上，电子束撞击钨制的阳极靶产生出连续光谱的X射线。阴阳极间的电势差与阴极灯丝的电流决定X射线的强度。

3.2 高压发生器

高压发生器置于C型架的内部，包括控制电路和一个高频直流开关电源，根据测量厚度自动调整最合适的KV档值，实现对阴阳极之间的电压和阳极电流的闭环控制。IMS公司将高压发生器与控制器（控制X射线的电流和电压）分成独立的两个单元。高压发生器与KV电压电缆均置于C型架中，通过不带高压电的电缆与控制器连接，从而提高设备的安全性和系统的控制精度。

3.3 X射线电离室

X射线电离室是一个密封的钢结构，内部充满惰性气体，阴阳两极装于电离室两侧。当电离室接收到X射线时，电离室里的惰性气体的电子被激发，脱离原先的活动轨道，从原子中逃出，在电压作用下奔向阳极。原来的中性原子也变成阳性而奔向阴极。这样就在整个回路中产生了电流。通过检测电流的大小便能得到被测物体的厚度。

3.4 C型架

C型架用高强度钢做成，配有水冷和空气吹扫。水冷单元用于X射线管冷却，内部自循环，所需冷却水一次填充，水质为脱盐水。由于轧机区的工况一般较差，X射线头需要空气吹扫来清洁。X射线管所需高压单元位于C型架上，和外部低压单元连接，这样可以避免长距离的高压电缆带来的危险。C型架的位置有工作位和维修位，采用电机驱动，通过本地与远程操作面板操作。

4 X射线测主要技术参数

X射线管电压：10-160KV（取决于带钢的厚度）

测量范围： 0.1-6.5mm

响应时间： 1-10ms

测量精度： ±0.1%，小于±0.2μm

5 X射线测厚仪日常维护

（1）X射线测厚仪冷却系统包括X光源与检测器的冷却，在日常维护的过程中要保证测厚仪在正常温度下工作，以防止射线管温度过高，缩短使用寿命。（2）操作人员应认真检查压缩空气的洁净和压力的稳定，保证C型架吹扫空气的清洁，放射源口无脏污。（3）经常关注冷却水流量及冷却系统温度，以及冷却系统内脱盐水是否变质脏污，及时更换。（4）按周期的对测厚仪进行标定，以保证测量精度。（5）定期检查C型架的极限开关与行走机构，防止C型架晃动。

6 结语

IMS产品的X射线测厚仪在安钢冷轧使用两年过程中，测量精度高，响应速度快，能够胜任连续轧制，成为厚度自动化控制中重要的一环，具有先进、可靠的电控技术和精确的数据处理方法。

参考文献：

[1]刘玠，孙一康，童朝南等.冷轧生产自动化技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[2]赵刚，杨永利.轧制过程的计算机控制系统[M].北京：冶金工业出版社，2002.

[3]季创.可编程控制器在非接触式X射线测厚仪中的应用[J].钢铁，1998，33（08）.

作者简介：邓飞（1986-），主要从事电气自动化日常维护与管理工作。